自動(dòng)駕駛與機(jī)器人實(shí)踐指南：基于DragonFly智能車的模塊化設(shè)計(jì)方法

1　基于模塊化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)可靠的自動(dòng)駕駛方案 001
1.1　簡介 001
1.2　成本昂貴的自動(dòng)駕駛技術(shù) 002
1.2.1　傳感器系統(tǒng) 002
1.2.2　高精度地圖的創(chuàng)建和維護(hù) 003
1.2.3　計(jì)算系統(tǒng) 003
1.3　實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可靠性 004
1.3.1　傳感器融合 004
1.3.2　模塊化設(shè)計(jì) 005
1.3.3　擴(kuò)展現(xiàn)有的數(shù)字地圖 005
1.4　模塊化設(shè)計(jì) 006
1.4.1　通信系統(tǒng) 007
1.4.2　底盤 007
1.4.3　用于被動(dòng)感知的毫米波雷達(dá)和聲吶 007
1.4.4　用于定位的GNSS 007
1.4.5　用于主動(dòng)感知和定位的計(jì)算機(jī)視覺 007
1.4.6　規(guī)劃與控制 008
1.4.7　建圖 008
1.5　內(nèi)容前瞻 008
1.6　書中使用的開源項(xiàng)目 009
參考文獻(xiàn) 011
2　車載通信系統(tǒng) 012
2.1　簡介 012
2.2　控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN） 013
2.3　FlexRay總線 015
2.3.1　FlexRay拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 016
2.3.2　FlexRay通信協(xié)議 016
2.4　CANopen 017
2.4.1　對象字典 018
2.4.2　配置文件族 018
2.4.3　數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理 019
2.4.4　通信模型 020
2.4.5　CANopen節(jié)點(diǎn)（CANopenNode） 020
參考文獻(xiàn) 022
3　智能機(jī)器人和自動(dòng)駕駛車輛的底盤技術(shù) 023
3.1　簡介 023
3.2　線控節(jié)流閥 024
3.3　線控制動(dòng)技術(shù) 025
3.4　線控轉(zhuǎn)向技術(shù) 025
3.5　Open Source Car Control項(xiàng)目 025
3.5.1　OSCC APIs 026
3.5.2　硬件機(jī)構(gòu) 026
3.5.3　固件 027
3.6　OpenCaret 028
3.6.1　OSCC 節(jié)流閥 028
3.6.2　OSCC制動(dòng) 028
3.6.3　OSCC轉(zhuǎn)向 029
3.7　以PerceptIn自動(dòng)駕駛汽車底盤為例的軟件適配層 030
參考文獻(xiàn) 033
4　聲吶和毫米波雷達(dá)的被動(dòng)感知 034
4.1　簡介 034
4.2　毫米波雷達(dá)的基本原理 035
4.2.1　距離測量 035
4.2.2　速度測量 036
4.2.3　角度測量 037
4.3　毫米波雷達(dá)部署 037
4.4　聲吶傳感器部署 040
參考文獻(xiàn) 044
5　通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位 045
5.1　簡介 045
5.2　GNSS技術(shù)概述 046
5.3　RTK-GNSS 047
5.4　RTK-GNSS云服務(wù)器安裝步驟 049
5.4.1　配置NtripCaster 049
5.4.2　開始運(yùn)行NtripCaster 051
5.5　在樹莓派上配置NtripServer和NtripClient 052
5.5.1　安裝樹莓派系統(tǒng) 052
5.5.2　在樹莓派上運(yùn)行RTKLIB-str2str 053
5.6　配置基站和GNSS移動(dòng)探測站 055
5.6.1　基站硬件配置 055
5.6.2　基站軟件配置 055
5.6.3　配置GNSS移動(dòng)探測站 059
5.7　FreeWave無線電基本配置 062
參考文獻(xiàn) 066
6　計(jì)算機(jī)視覺的定位與感知 067
6.1　簡介 067
6.2　搭建計(jì)算機(jī)視覺硬件 068
6.2.1　七層技術(shù) 068
6.2.2　硬件同步 070
6.2.3　計(jì)算 071
6.3　相機(jī)標(biāo)定 071
6.3.1　內(nèi)參 072
6.3.2　外參 072
6.3.3　Kalibr 072
6.4　計(jì)算機(jī)視覺定位 075
6.4.1　VSLAM概述 075
6.4.2　ORB-SLAM2 076
6.5　計(jì)算機(jī)視覺感知 077
6.5.1　雙目立體深度感知算法——ELAS 078
6.5.2　目標(biāo)實(shí)例分割算法—Mask R-CNN 078
6.6　DragonFly系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺模塊 079
6.6.1　DragonFly定位接口 080
6.6.2　DragonFly感知接口 081
6.6.3　DragonFly 系統(tǒng) 082
參考文獻(xiàn) 084
7　規(guī)劃和控制 086
7.1　簡介 086
7.2　路徑規(guī)劃 087
7.2.1　有向加權(quán)圖 087
7.2.2　迪杰斯特拉（Dijkstra）算法 088
7.2.3　A*算法 089
7.3　行為決策 089
7.3.1　馬爾可夫決策過程（MDP） 090
7.3.2　值迭代算法 090
7.3.3　部分可見馬爾可夫決策過程（POMDP） 091
7.3.4　求解POMDP 092
7.4　運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 092
7.4.1　快速擴(kuò)展隨機(jī)樹 093
7.4.2　RRT*算法 094
7.5　反饋控制 094
7.5.1　比例積分微分(PID)控制器 095
7.5.2　模型預(yù)測控制（MPC） 096
7.6　Apollo中的EM Planning 迭代系統(tǒng) 097
7.6.1　術(shù)語 097
7.6.2　EM Planning 迭代算法 098
7.7　PerceptIn規(guī)劃控制框架 101
參考文獻(xiàn) 104
8　建圖 105
8.1　簡介 105
8.2　數(shù)字地圖 106
8.2.1　OSM開源地圖 106
8.2.2　Java OpenStreetMap編輯器 108
8.2.3　Nominatim 109
8.3　高精地圖 111
8.3.1　高精地圖的特征 111
8.3.2　高精地圖的圖層 111
8.3.3　高精地圖的創(chuàng)建 112
8.4　PerceptIn公司的π-Map 115
8.4.1　拓?fù)鋱D 115
8.4.2　π-Map的創(chuàng)建 116
參考文獻(xiàn) 118
9　搭建DragonFly Pod 和DragonFly Bus 119
9.1　簡介 119
9.2　底盤硬件規(guī)格  120
9.3　傳感器配置 122
9.4　軟件架構(gòu)  124
9.5　系統(tǒng)機(jī)制 126
9.6　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  127
9.6.1　常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  128
9.6.2　底盤數(shù)據(jù) 129
9.6.3　定位數(shù)據(jù)  131
9.6.4　感知數(shù)據(jù)  133
9.6.5　規(guī)劃數(shù)據(jù)  135
9.7　用戶界面  139
參考文獻(xiàn) 140
10　搭建商業(yè)智能太空探索機(jī)器人 141
10.1　簡介 141
10.2　目的地——火星 142
10.3　火星探索機(jī)器人 143
10.3.1　定位 143
10.3.2　感知 144
10.3.3　路徑規(guī)劃 144
10.3.4　好奇號漫游車和火星2020探測器 145
10.4　挑戰(zhàn)：機(jī)載計(jì)算能力 147
參考文獻(xiàn) 150
11　自動(dòng)駕駛車輛的邊緣計(jì)算 151
11.1　簡介 151
11.2　基準(zhǔn)（Benchmarks） 152
11.3　計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu) 153
11.4　運(yùn)行時(shí)層（Runtime） 154
11.5　中間件 155
11.6　案例研究 156
參考文獻(xiàn) 158
12　Vehicle-to-Everything基礎(chǔ)設(shè)施的創(chuàng)新 160
12.1　簡介 160
12.2　V2X技術(shù)的發(fā)展歷史 160
12.3　協(xié)同自動(dòng)駕駛 163
12.4　挑戰(zhàn) 164
參考文獻(xiàn) 166
13　車輛邊緣安全 168
13.1　簡介 168
13.2　傳感器安全 168
13.3　操作系統(tǒng)安全 169
13.4　控制系統(tǒng)安全 170
13.5　V2X安全 170
13.6　邊緣計(jì)算的安全性 171
參考文獻(xiàn) 173