第四章-无人驾驶（更新0908）

以匠心致创新第四章：无人驾驶《人工智能应用导论》目录应用场景实例一无人车实例二无人机实例三无人船4.14.24.3以匠心致创新4.44.1应用场景重点1、无人机驾驶的应用领域2、无人驾驶的发展难点无目标1、无人驾驶的应用场景2、无人驾驶的发展

4.1应用场景1.公共交通

无人驾驶汽车通过环境感知获取环境参数机器车内系统的实时参数，经过系统分析进而控制车辆的出行状态，避免和预防交通事故的发生，同时可以将无人车系统相互连接起来整体控制，实现高效的车流划分，交通疏通。4.1应用场景2.快递用车和工业4.1应用场景3.老年人和残疾人

出行障碍人士通过无人车上的语音交互系统完成基本车辆运行控制，车辆内部的环境感知、交通标识判断、路径规划与导航、GPS定位和驱动系统完成车辆的正常行驶。在智能医疗的发展趋势下，针对出行障碍人士的无人车技术发展势在必行。4.1应用场景3.航拍、巡检、安防无人机航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点。特别适合获取带状地区航拍影像(公路、铁路、河流、水库、海岸线等)。且无人驾驶飞机为航拍摄影提供了操作方便，易于转场的遥感平台。起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易。4.1应用场景5.测绘、检测4.2无人车重点1、无人车的相关技术2、智能小车的焊接调试难点智能小车的焊接调试目标1、了解无人车相关技术2、通过智能小车的体验，了解小车的避障、循迹功能

4.2无人车人类驾驶员与无人驾驶汽车驾驶过程对比：1.环境感知：无人驾驶技术通过雷达、摄像头感知周围环境；2.决策与规划：通过建模、计算机技术、信息与通信技术及人工智能技术等完成决策与规划；3.控制与执行：通过线控方式完成车辆启停、避障、路径规划等执行过程。4.2.1案例分析4.2无人车4.2.2相关知识1.环境感知2.精准定位4.控制与执行3.决策与规划5.高精度地图与车联网V2X（摄像头、雷达、超声波等）（惯性导航、GPS导航、航迹推算等）（纵向控制、横向控制）（高精度地图、车联网V2X）4.2无人车4.2.3技术体验1：无人车路径规划1.什么是路径规划？路径规划是指在具有障碍物的环境中，按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态到目标状态的无碰撞路径。2.常用的路径规划算法有哪些？模糊规则法，遗传算法，神经网络算法，蚁群优化算法，A*算法等。4.2无人车4.2.3技术体验1：无人车路径规划利用pathplan1.1软件仿真平台，体验任意两点的路径规划步骤1：添加地图，加载500*500的点阵地图区，其中黄色为障碍物，蓝色为空闲区。步骤2：划分网络，将图像区域点阵化。步骤3：障碍物边缘获取。步骤4：路径规划测试。4.2无人车4.2.4技术体验2：无人车自主避碍无人车自主避碍技术可分为三个阶段：1)感知障碍物，无人车通过传感器感知障碍物并快速停止前进，等待主控系统指令；2)绕过障碍物，根据主控的具体算法，驱动系统做出相应前进、后退动作；3)规划合理路径继续前进。4.2无人车4.2.4技术体验2：无人车自主避碍红外传感器避障基本原理：红外光波长为0.76~1000um，频率低，波长长，常用于遥控、车辆测速等。避障基本原理：

在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果存在障碍物，如图所示，红外线遇到障碍物，被反射到达红外接收端。接收端检测到这一信号就可以确认正前方有障碍物，送给单片机，单片机通过输入内部的算法，驱动控制轮子的电机工作，从而完成躲避障碍物动作。4.2无人车4.2.4技术体验2：无人车自主避碍体验步骤：步骤1：完成板卡焊接，小车组装，安装电池。步骤2：给小车上电，检查电源指示灯是否正常指示，确保焊接组装正确。步骤3：安装USB转串口驱动，驱动完成后，将串口接入电脑端，电脑可以正确识别串口。步骤4：串口烧写接口连接。步骤5：烧写程序。选择芯片类型、烧写接口，加载程序代码，完成烧写。4.2无人车4.2.4技术体验2：无人车自主避碍具体操作：编号视频内容1色环电阻的识别（视频1）2主板的焊接（视频2-3）3底板的焊接（视频4）4电池盒的焊接（视频5）5循迹模块的焊接（视频6）6小车的组装（视频7-9）7CH340驱动的安装（视频10）8程序调试测试（视频11）4.2无人车4.2.5知识拓展：雷达的三维空间建图1.三维自动目标识别过程：4.2无人车4.2.5知识拓展：雷达的三维空间建图2.激光雷达三维成像技术：将激光雷达原始数据转化为三维有向数据激光雷达三维点云目标提取激光雷达三维点云目标表面重建1234.2无人车4.2.5知识拓展：雷达的三维空间建图3.激光雷达的优越性：1.能自己发射光源，受外界环境干扰小，能够全体时使用；2.不受光照阴影及物体光滑与否及纹理的困扰，距离图像更可靠稳定；3.感知距离可根据光源功率匹配调节；4.测距精度及距离分辨率高；5.能够穿透稀疏物质，如植被、伪装、烟雾等；6.可实现三维目标的三维可视化。4.3无人机重点1、了解四翼无人机组成2、熟悉Scratch编程难点

Scratch编程目标1、了解四翼无人机组成2、熟悉Scratch编程

4.3无人机4.3.1案例分析1.四旋翼无人机的组成：4.3无人机4.3.2相关知识2.四旋翼无人机的组成：IMU惯性测量单元气压计电子罗盘GPS定位地面站感知飞机姿态的变化测量当前位置的大气压输出横滚角、俯仰角和航向角确定飞机位置、任务位置等位置信息指挥、联络及数据后台等4.3无人机4.3.3技术体验1：无人机航拍摄影通过Tello无人机，体验无人机航拍摄影步骤1：软件安装。步骤2：连接无人机。步骤3：操作无人机飞行。步骤4：多种飞行模式体验。4.3无人机4.3.4知识拓展：关于Scratch进行TELLO无人机编程1.Scratch编程优点：1.入门简单，无关原有编程基础，适合初次学习编程语言时使用；2.内容丰富，提供角色绘制功能；3.通过使用Scratch,让学生在动画、游戏设计过程中逐渐形成逻辑分析、独立思考创新的思维方式，学会提出问题解决问题；4.更加直观，更容易看到自己的劳动成果。4.3无人机4.3.4知识拓展：关于Scratch进行TELLO无人机编程2.Scratch编程入门举例：步骤1：点击“File->Save”新建一个文件并保存为“cat_move”。步骤2：添加背景，如图4-30所示，点击“Newbackdrop”添加背景，选取“deaert”沙漠作为场景。步骤3：点击图形化区域，并使用图形化进行编程。1.当点击“”按钮；2.两秒内说“Watchmedance!”;3.循环十次执行以下内容：1）向右移动100步；2）按照0.25拍的节奏打鼓；3）向左移动100步；4）按照0.25拍的节奏打鼓；4.当空格键按下时，改变猫咪的颜色，并弹出“Changecolor!”文本。4.4无人船重点1、无人船的相关知识2、无人船导航和避障难点超声波避障的实现目标1、无人船的相关知识2、了解无人船如何实现导航和避障

4.4无人船4.4.1案例分析1.无人船整体系统架构图：4.4无人船4.4.2相关知识2.关键技术：1.航线自动生成与路径规划技术。

静态的航线自动生成与路径规划主要分为两大类：1）电子海图分析规划；2）基于轨迹分析的航线自动生成与路径规划。

2.通信技术。

主要涉及的通信技术：无线电通信、光学通信、水声通信。3.自主决策与避障技术。

主要作用：降低无人船对远程操控人员的以来。4.水面物标探测与目标识别技术。4.4无人船4.4.3技术体验1：无人船GPS导航3.利用GPS工具箱，体验GPS输出数据参数。步骤1：下载“GPS”工具箱APP，APP的图标为““。步骤2：搜索经度、纬度、海拔、实时卫星数量及位置信息。步骤3：体验指南针功能。步骤4：完成路线追踪功能。步骤5：测量地图上两点距离。4.4无人船4.4.4技术体验2：无人船自主避碍超声波传感器软件流程图：4.4无人船4.4.4技术体验2：无人船自主避碍步骤1：电池盒组装，焊接好电池盒插头。步骤2：检查上电是否正常，红色灯是否正常亮起。步骤3-4：设置检测距离并测试。4.4无人船4.4.5知识拓展：声呐技术在无人船中的应用1.声呐技术1.主动声呐声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波并测定目标参数。4.4无人船4.4.5知识拓展：声呐技术在无人船中的应用1.声呐技术2.被动声呐声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射信号，以测定目标的方位。课程思政无人驾驶的机遇与挑战材料三：美国当地时间2018年3月18日晚，优步自动驾驶测试车在亚利桑那州坦佩市郊区，与一名横穿马路的中年妇女相撞，事故导致该女子不幸身亡。这是人类历史上第一起自动驾驶汽车致人死亡的事件。材料一：我国发布的《节能与新能源汽车技术路线图》指出，到2020年，驾驶辅助/部分自动驾驶车辆市场占有率将达到50%，到2015年，高度自动驾驶车辆市场占有率将达到15%，到2030年，完全自动驾驶车辆市场占有率接近10%。材料二：各大自动驾驶技术研发企业与传统汽车制造厂商均在努力加速实现自动驾驶汽车的商业化进程。百度计划2020年实现自动驾驶汽车的全面量产；宝马计划2021年推出完全自动驾驶汽车；福特计划在2021年推出自动驾驶汽车。课程思政无人驾驶的机遇与挑战。1.基于以上材料讨论Q1:无人驾驶技术在目前形式下是否需要发展Q2:请用一个词或一句话来描