地面无人平台技术发展与应用探讨

范晶晶

摘 要：无人驾驶技术的蓬勃发展，使得地面无人平台在军用和民用领域得到广泛的应用。本文针对地面无人平台的潜在应用场景，对无人系统的整体方案进行介绍，并讨论无人平台落地应用所涉及的环境感知、高精定位与高精地图、决策规划、车辆控制、人机交互、系统安全、网联通信关键技术。最后，结合在“跨越险阻2018——陆上无人系统挑战赛”中的技术实践经验，对无人平台推广应用存在的挑战进行探讨和展望。

关键词：地面无人平台;系统方案;关键技术

1 前言

随着信息通信技术的发展，智能无人系统与传统地面运载工具相结合的智能地面无人平台得到越来越广泛的应用[1-3]。军用方面，可用于武装作战、后勤补给、班组伴随、边防巡逻，用于班组伴随的1吨级无人平台，和执行战地侦察任务的小型无人平台。民用方面，可用于消防救灾、社区巡逻、交通巡检、电力巡检、危化品巡检、工业生产、排爆防暴等。

2 无人平台系统方案

面向自主伴随和/或特定区域自主驾驶适用场景和功能需求，我方进行无人平台系统方案的设计和各项关键模块功能的开发，并已形成完整解决方案。基于该方案，参加了“跨越险阻2018——陆上无人系统挑战赛”，同时向客户交付的200kg级、500kg级小型无人平台，也在地方公安巡逻执法场景中应用落地。

2.1 整体方案

该整体方案包含线控平台、硬件平台、软件平台、模块化交付方案、系统级交付方案，并可根据需求进行定制和裁剪。具体如下：

（1）线控平台：包括轮式车辆平台和履带式车辆平台，涵盖100kg级至1吨级，均具备CAN通信控制接口，采用车规级控制器，保证实时性和安全性。

（2）硬件平台：包括车载计算单元、雷达（激光、毫米波、超声波）、相机（自然光、红外光）、GPS/北斗导航设备、IMU惯性测量单元、拉线传感器和HMI人机交互终端。其中，拉线传感器为自主开发，具备距离、方位测量能力，可适用于班组伴随场景中的牵引控制。

（3）软件平台：包括SLAM同步定位与建图、行人识别、可通行区域识别、行为决策与路径规划、路径跟踪等模块。其中，SLAM同步定位与建图可在野外未知环境中，在跟随引导员行走过程完成一次性建图，保证回程过程中的高精度定位;行人识别可在草地、砂石路、泥泞路、坡道等野外环境中，稳定识别前方引导员，实现车辆对行人的稳定跟踪。上述功能在“跨越险阻2018——陆上无人系统挑战赛”实际使用，表现优异。

（4）模块交付：包括定位与建图模块、行人识别模块、可通行区域识别模块、决策与规划模块、路径跟踪模块。采用模块化设计的优点在于，采用统一固化的接口，可根据不同系统需求，完成独立的拼图式开发并快速集成。

（5）系统交付：包括自主跟随系统、自主跟随+一键返航系统、指定线路自主驾驶系统、指定区域自主驾驶系统。可作为完整的无人系统模块，参与更高层级系统的整合与应用，例如车队、车群等应用场景。

2.2 硬件架构

以“跨越险阻2018——陆上无人系统挑战赛”的无人平台为例，基于比赛任务需求和无人系统各个功能要求，无人上装的各项配置及总布置示意图如图1。其中，定位采用高精度组合导航，传感方案主要采用多线激光雷达、前视相机、环视相机，计算平台采用工控机。

2.3 软件架构

无人系统的软件架构如下，包括定位、感知、HMI、决策、规划、车控等模块，各模块的主要任务如下：

（1）感知模块：引导员识别、静态/动态障碍物识别、图像识别、可通行区域识别等。

（2）定位模块：SLAM同步定位与建图、历史轨迹生成、参考轨迹生成等。

（3）决策模块：任务规划，如自主跟随、前突侦察、一键返航等;行为规划，如连续跟随行驶、靠边停车、中心转向等。

（4）规划模块：全局路径规划、局部路径规划、动作序列规划、脱困路径规划等。

（5）人机交互模块：接收开关/按钮输入信号;车辆状态、图像信息接收与显示等。

（6）車辆控制模块：车辆启动、停止、速度闭环、转向控制、制动、挡位控制等。

3 未来展望

面向大规模推广应用，地面无人平台仍面临诸多问题。技术方面，复杂场景感知，特别是恶劣天气、恶劣环境的感知和目标识别，制约无人平台的实际使用效果;未知环境中的建图和定位问题，也尚待完善;同时，车辆的高精度控制，特别是高速、大曲率工况下的精确控制，也尚有提升空间;无人系统的故障安全技术尚不完善等。另一方面，结合实际使用需求，无人平台也面临传感器成本高昂、使用条件苛刻、续航里程较短、需要与上装作业系统融合等问题。面向未来，团队将以“车辆+上装+智能+网联”为方向，逐项克服关键技术难题的同时，以场景落地需求为牵引，逐步实现无人平台的落地应用。

参考文献：

[1]余雪玮，赵熙俊，苏波.地面无人平台体系架构研究综述[J].车辆与动力技术，2019（1）：8-15.

[2]王金梅，庞晓宾.地面无人作战平台武器系统技术分析及展望[J]. 兵工学报，2010（s2）：163-166.

[3]李宁，郭江华，蓝伟.基于多线激光雷达的非结构化道路感知技术研究[J].车辆与动力技术，2017（3）：8-14.