详情

原文传递新建道路自动划线技术研究

论文题名：	新建道路自动划线技术研究
关键词：	高速公路;自动划线;路径规划;A*算法;环境建模;栅格法
摘要：	伴随着国家对交通行业发展的高度关注，中国高速公路建设项目日益增多，建设施工过程也日益繁琐，同时相关成本也愈来愈高昂。与其同样重要的是路面标线的划线与施工，也存在着更大的施工压力，但是由于目前中国路面划线设施的智能化水平还相对较低，因此施工质量也主要决定于技术人员的实践工作经验。所以，提升道路划线机的自动化、智能化程度刻不容缓。本文主要针对新建道路在对新标线划线时，道路自动划线机行走路径问题上的规划研究。　　本文采用的是A算法作为研究划线机路径规划的基础算法，首先是环境建模，利用相关建模方法来建立搜索算法可以识别的道路的环境模型，为后面的算法循迹提供工作环境，本文对几种常用建模方法进行了具体的研究分析，且考虑到A算法本身是基于网格遍历的搜索算法，而且划线机的实际工作环境不需要考虑避障问题，综合分析后，本文采用了栅格法对新建道路环境进行建模，并对栅格的粒度大小和划线机在栅格上的运动方向进行定义。　　然后，在建好的模型的基础上利用A算法进行循迹，由于A算法仅适用于两点间的最优路径求解，不能满足划线机实际工作中的要求，因此本文提出对A算法进行改进，在全局OPEN列表下建立多个子OPEN列表分别存储各标线节点，进行嵌套循环调用实现多点间的最优路径求解，本文将路径长度作为多点路径规划的基准，根据远程终端给与的划线指令（边缘线，车道线，斑马线等），道路自动划线机首先通过栅格法环境建模，然后通过接收到的标线信息，利用改进后的算法进行循迹，并在matlab中对改进后的A算法进行了仿真研究。　　由于环境建模和路径循迹算法比较复杂而且计算量大，消耗的时间长，不能满足划线机在划线时的实时性的要求，结合FPGA并行处理的特点，提出了将A算法移植至FPGA上实现，为进一步实现划线机快速实时的路径规划奠定了基础，对A算法的FPGA实现的整体结构进行了设计，并借助Verilog语言分别对每个功能模块进行了具体的代码设计，并在QuartusⅡ13.1软件上编写测试文件和调用ModelSim仿真软件对A*算法实现的各个Verilog程序进行逻辑时序仿真，验证各Verilog程序的逻辑时序功能是否正确，完成算法的硬件设计。　　最后，把完善后的算法运用到ROS智能移动系统上，对算法可行性进行了具体的实践证明，同时提供了道路划线试验系统，和对一些常用的新标线进行了划线试验，实验结果显示，道路划线机可以根据给定节点进行循迹，从而实现对新标线的划线试验，为后来道路划线机自主划线打下了基础。
作者：	郭金贵
专业：	机械电子工程
导师：	来跃深
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2022