基于无人驾驶技术及云平台的无人物流运输研究

2022-03-03李雪松班定东

现代工业经济和信息化 2022年1期

李雪松，班定东，张亮，张森

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州 545007）

引言

传统大型设备制造产业需要大量的人力进行厂区内物料配送，并且在订单量较大时往往会出现每天二十小时以上的生产时间。企业不仅要支付高额的人工费用，夜间人工室外运输也会产生安全隐患。随着无人驾驶技术、云服务器技术、物联网技术等技术的发展，上述问题有了新的解决方向。本文将对已运行一年的无人物流车系统展开研究。

1 无人物流系统工作原理

1.1 无人物流系统架构

基于无人驾驶技术及云平台的无人物流系统基本由本地控制终端、云服务器、车载控制器三部分构成。本地控制终端可以是智能手机、平板电脑、pc 等可以实现连接互联网的设备；云服务器为服务端，主要功能是对无人物流车辆的运营管理、线路管理、实时监控管理、控制指令传递等重要信息的管理；车载控制器是指接收指令及与整车控制器通讯的设备。

本地控制终端作用是人机交互的接口，取代了车载人机交互功能，可实现选择线路、选择站点、规划线路、出发、停止、紧急制动等一系列控车动作。当使用人员发现车辆异常或需要临时更换物料时可以下发停止指令，根据应用程序上显示的位置找到车辆，进行相应调整，也可以暂停车辆后重新规划路线，回到使用人员位置，减少人员工作量[1]。

云服务器具备车辆、线路、站点等数据库，本地控制终端需通过网络登入应用程序或网页下发控制指令，云服务器收到指令通过相关通讯协议将指令下发至车载控制器上，再根据车载控制器返回的数据将车辆信息呈现在本地控制终端上。

车载控制器通过使用物联网卡具备4G 网络，通过4G 网络与云服务器通信，收到云服务器发送的指令后，通过与整车控制器通讯，实现车辆的启动、出发、刹车等功能。

1.2 各模块通讯协议

无人物流的应用场景需要获取车辆的实时状态信息如位置、电量、传感器状态等信息来判断下发什么指令。传统的基于TCP/IP 协议的HTTP 客户端是经过URL 向HTTP 服务器发送请求，待服务器收到请求后再返回给客户端相应信息，这种通讯方式需要客户端不断访问服务器，实时性很低，不满足无人物流的应用场景。

上述问题需要使用易实现、开放、可提供实时车辆数据的协议，MQTT 协议是一个很好的选择，MQTT 协议属于长连接，此无人调度系统在需要实时通讯的节点采用了MQTT 协议，在不需要实时通讯的节点采用HTTP 协议，可以实现占用更少的网络资源，降低成本提高效率。

2 无人物流车辆要求

2.1 无人物流车介绍

无人物流车为使用了无人驾驶技术的用来物料运输的车辆，无人物流车感知周围需要通过激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等设备。相较于人工驾驶，无人物流车可以360 度全方位感知，并且灵敏度、准确度和精准度会比人工更高，在黑夜或雨雾天能见度很低的场景下，可以通过光学仪器感知出超过人类观测的情景[2]。

2.2 无人驾驶级别

美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）、美国高速研究所（BASt）、国际自动机械工程师学会（SAE）对无人驾驶汽车都有各自的分级标准，但大体相同。其中国际自动机械工程师学会分级最详细，将无人驾驶汽车分为0～5 六个级别：非自动化、驾驶支持、部分自动化、有条件的自动驾驶、高度自动化、全自动化，具体见表1。

表1 SAE 无人驾驶汽车分级标准

针对无人物流场景，物流配送均为厂内固定路线，全程不需人工干预，无人物流车需要至少满足3级自动驾驶标准，在特定的路线可以由系统完成转向、加减速等所有动态驾驶任务。

3 无人物流车交互流程

无人物流车辆需在特定运行设计域内才能启用无人驾驶系统，具体的运行设计域范围为，天气：晴天、多云、阴天、小雨、小雪；运行温度：-15～40℃；通信要求：具备稳定4G 信号覆盖；光照：白天或者有照明的夜晚（光照度＞50 Lux）；道路要求：厂区园区等非公开道路，路面平整，坡度＜5%，行驶道路构建有高精度地图，道路宽度及转弯半径满足车辆要求；交通标志：线路上有明显的警示标志提醒其他车辆当先线路由无人驾驶物流车运行，在车辆停靠点区域内亦有标志提醒；无人驾驶最大运行车速为16 km/h；可拖斗挂载数量为3 个；挂载拖斗最大质量为750 kg。

无人物流车交互流程如下[3]：

1）无人物流车准备。完成天线、传感器等设备的校准；将车辆信息添加至云服务器，并设置好相关参数。

2）建立通讯连接。无人物流车上电启动，云平台可以与车载控制器进行信息交互。

3）用户登录。可通过本地终端查看车辆状态信息以及操控车控按钮。

4）规划路线。确保车辆已停靠在路网上，选择目的站点，规划路线，点击出发。

5）路线调整。点击暂停车辆，重新选择站点，规划路线，点击出发。