◎周宇东

高速公路标准下的雷达无人驾驶研究

◎周宇东

对于技术高速发展的今天，无人驾驶作为一项被广泛研发的技术，即将大规模进入人们的生产生活。本文通过对高速路标准下无人驾驶的阐述，以及其配备的雷达传感进行研究，意在分析现阶段存在的问题，并提出若干问题的解决思路和方法，对技术的进一步研发提供参考性意见和建议。

高速路标准与行驶条件

高速路标准概述。无人驾驶车辆系统（Autonomous Vehicle system）是通过传感器探测反馈周边环境参数，经处理后不仅控制车辆的加速、减速、前进、后退等功能1，还能执行感知环境、路线规划、躲避障碍等高级功能，类似人类进行车辆的驾驶。

高速公路的无人驾驶，建立在具有良好路况和交通标识的路段。一方面，无人驾驶可以很好的解决人为操作的疲劳感、枯燥感等影响因素带来的危险失误；另一方面，无人驾驶在高速路段的实现有很好的可操作性。

安全行驶条件计算。根据相应的法律法规，系统的设计应满足安全距离，即100km/h时速保持100m的安全距离，其他速度与此成正比。在雨雪等不良天气下将距离提升到正常车距的1.5倍。以均匀加速度刹车计算，刹车距离在40到50m，机械结构制动系统和踏板反应时间为0.5秒，因此无人驾驶总反应时间必须在3秒内。

而根据制动过程的原理，如图1-1：

无人驾驶系统结构与功能

无人驾驶的评价标准。无人驾驶系统的智能水平依照它需要完成的功能决定，通常由以下这些指标来衡量。无人驾驶车辆的智能水平评价指标总结了一系列的无人驾驶功能，对此，基于高速路的环境，主要的评价因素为：遥控启动、遥控刹车、遥控停车、直道车道保持、限速、禁止逆行、车距保持、弯道车道保持、动态规划、GPS导航、交通标志识别、紧急制动。

对于无人驾驶系统的雷达模块，其直接影响的因素有：直、弯车道保持、车距保持、动态规划、紧急制动。

无人驾驶系统结构组成。无人驾驶系统的组成系统构架比较清晰，主要由环境感知部分和地理信息系统输入计算机进行决策，再反馈到行车系统，执行决策行为。

高速下无人驾驶的功能。基于现行的驾驶需求、评价标准以及无人驾驶系统结构。高速下无人驾驶需要完成的功能主要有以下几种：保持高速行驶，对于同向两车道，左侧车道最低100，右侧车道最低60。同向三车道，最左侧车道最低110，中间车道最低90，最右侧车道最低60（单位km/h）；智能跟随道路标示线，直行或转弯；保持车距，跟车行驶；合理超车，根据环境状况，规划路径，超车行驶；紧急制动，对于道路突发情况，保持平稳驾驶下降低速度，靠边停车或者直接急停避免事故。

雷达传感器的功能和选择

雷达传感器的种类。无人驾驶中使用到的雷达通常以工作方式分类，分为二维激光雷达和三维激光雷达。

三维激光雷达。三维激光雷达是通过多个单线激光组成，能够精确获得周围环境的三维信息，通过多组扫描线组合，每条扫描线有固定的俯仰角，一般通过旋转扫描来获取信息。

二维激光雷达。二维激光雷达通过多角度扫描检测每个光束测量的距离，辅助三维雷达检测无人驾驶车辆周围可能存在的障碍物以及分布情况，检测小区域可能存在的盲区。

传感器的配合选择。为完成无人驾驶功能的一些列复杂动作，雷达传感器之间是采取协同工作的方式，通过多个传感器共同实现环境感知。基本上传感器的配合需要满足车辆的地理定位、周围环境的扫描，以及辅助相机识别标识来完成无人驾驶的传感工作，如：Tartan Racing Team开发的无人驾驶汽车BOSS，采用了11中类型的激光雷达，包括6个SICK LMS单线激光雷达、1个Velodyne64线三维激光雷达、2个ISF172雷达、2个IBEO激光雷达以及两个辅助相机。

斯坦福大学和大众汽车联合开发的Junior，配备了5个激光雷达，一个GPS/ INS7。

长安大学设计的一款无人驾驶汽车，采用的是UXM-30LX-EW激光雷达、一个GPS以及两个相机。

高速路无人驾驶存在的问题

高速路下的突发问题。再高速路行驶中，可能发生的最严重问题在于路段出现非高速模式的行驶状况，即出现突发问题。突发问题一般分为两类，一类是需要改变行驶方式，如出现高速路段修路车辆靠单道行驶，或者前方车辆出现单道障碍的，需要变道行驶。二类是出现障碍必须紧急制动，急停或者靠边停车。

对于第一类行车模式，依旧需要保持高速行驶，因此采用模拟驾驶员决策方案可以比较好的解决问题。这种方式中，通过对驾驶员行为进行解构，分成基本动作原型作为状态机的状态集合，行为决策模块通过上层的状态机模拟场景条件，下层状态机对决策择优，通过AHP熵权发配置环境权重，再用

关联度TOPSIS对状态进行排序确定最优的行驶方案9。解决此类问题常用的方法还有遗传算法等多种算法方式，在这里就不多赘述。

对于第二类行车模式，一般存在于特别紧急的情况下，需要充分考虑到安全性和智能性。安全性方面，要考虑到车内外双面的安全度，在避免碰撞的同时，需要考虑乘客的可接受度，另外这样的行车模式可能不光存在于障碍物地形，还会因为车辆故障等原因导致这种行车模式，因此引出智能性的要求，对于车辆不光需要完成周边参数的控制，还要求对车体情况作出反应，规划出合理的停车方式并实现实时的测控和微调。

对于高速路的突发问题，应该“智能规划，迅速反应”，达到具有迅速应对多种意外情况的灵活度。

无人驾驶系统的问题。无人驾驶系统主要的问题在于传感器的死角、优先级的设计。

对于传感器可能出现死角的问题，因为高速路段的路况和行车状况环境比较单一，不需要考虑复杂的行程方式，在高速路标准下此类问题出现得很少。在高速路上传感器无法传达准确信息可能是恶劣的气候环境以及鸟类、昆虫或漂浮物遮挡传感器。对此可以采用自动执行最低速行驶的方案降低行车过程中的危险系数。

事件优先级的设定上，采取很多种事件优先级设计，并通过遗传算法对事件竞争获取最合理路径，除此之外在无人驾驶系统的控制软件中，可以集成错误恢复等级，避免因为固定优先级刻板地处理问题可能产生的麻烦。

对于无人驾驶系统的问题，应采取“顶层设计，多重保险”的方式，务必做到安全驾驶、平稳出行。

总的来说，高速公路标准下的无人驾驶在无人驾驶的领域中属于比较轻松的一种驾驶模式，在高速公路环境下的道路标识清晰，行车环境较其他环境并不复杂，主要是在速度控制和安全性设计上需要着重考虑。

本文通过对高速标准的分析，计算了影响行车制动时间的关键因素，概述了无人驾驶系统的结构、功能以及评价标准，针对常用的雷达传感器模块选择传感器搭配方式。提出高速路无人驾驶的主要问题，分析了基于突发状况下的行车模式处理方式以及无人驾驶自身可能存在的问题及解决方式，提供“顶层设计，多重保险，智能规划，迅速反应”的设计思路。相信在各研究单位的努力下，能将相关技术更多的应用的实际场合中，提高行车安全，达到智能出行。

（作者单位：中国人民解放军空军预警学院( 武汉 ) ）