无人系统驾控实践：基于Autoware自动驾驶平台

　　本书是一本从工程实践角度介绍无人系统驾控技术的书籍。本书以Autoware自动驾驶平台为核心，全面介绍了Autoware平台中各个模块的主要功能，详细讲述了利用Autoware平台实现无人系统驾控的操作过程。本书首先介绍了Autoware自动驾驶平台平台的基本架构与安装过程，然后介绍了常用传感器、感知模块、定位模块、路径规划模块和控制模块的操作过程，最后介绍无人车的激光循迹实践案例。本书旨在帮助读者快速熟悉Autoware自动驾驶平台的核心操作，掌握无人系统驾控的关键技术。

　　付明磊，男，1981年出生，博士，副教授，硕士生导师。目前就职于浙江工业大学信息工程学院信息处理与自动化研究所，同时参与人机协作技术浙江省国际科技合作基地的管理工作。2010年毕业于浙江工业大学控制理论与控制工程专业，获工学博士学位。2017年入选浙江省高等学校中青年学科带头人。主要从事移动机器人定位导航技术、人机协作技术、无人系统智能感知技术等领域的研究工作。发表论文80余篇，授权发明专利20余项（其中成果转化7项），获得2015年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）二等奖、2015年浙江省技术发明二等奖和2012年浙江省科学技术二等奖。主持和参加国家自然科学基金项目、浙江省重点研发计划项目、国家重点研发计划项目子课题等10余项。付明磊开展深度学习应用、人工智能导论等课程的教学与实践活动，指导本科生和研究生获得"挑战杯”、"研电赛”等学科竞赛国奖5次，获评2019年和2020年中国高校计算机大赛人工智能创意赛优秀指导教师、百度飞桨开发者技术专家（PPDE）等荣誉。

第1章 绪论 1
1.1 无人系统简介 1
1.2 无人车与自动驾驶 3
1.3 主流的自动驾驶平台 5
1.4 Autoware自动驾驶平台框架 7
参考文献 11
第2章 Autoware自动驾驶平台的安装 12
2.1 ROS的安装 12
2.2 Docker的安装 15
2.3 Autoware系统的安装与配置 16
2.3.1 安装protainer 16
2.3.2 导入镜像 18
2.3.3 创建容器 20
2.3.4 启动和编译Autoware 24
第3章 传感器的配置 27
3.1 相机简介 27
3.1.1 相机的工作原理 27
3.1.2 相机的优点与应用 31
3.1.3 在Autoware中使用单目相机 32
3.2 双目相机的配置 35
3.2.1 双目相机的原理 35
3.2.2 双目相机的应用背景 37
3.2.3 安装双目相机的SDK驱动包 39
3.2.4 ROS中使用相机 44
3.2.5 Autoware中使用双目相机 47
3.3 激光雷达的介绍 50
3.3.1 激光雷达的工作原理 51
3.3.2 激光雷达的优点与应用 51
3.3.3 激光雷达的性能度量 52
3.3.4 激光雷达的配置及使用 53
3.4 实验：单目相机和激光雷达的联合标定 59
3.4.1 单目相机内参标定 59
3.4.2 单目相机-激光雷达联合标定 62
3.5 毫米波雷达的配置 70
3.5.1 毫米波雷达的工作原理 70
3.5.2 毫米波雷达的安装及测试 72
3.5.3 毫米波雷达的适配 74
3.5.4 适配过程中相关数据的对应关系 76
3.5.5 毫米波雷达在Autoware系统下的调试 77
3.5.6 遇到问题总结 81
3.6 北云RTK定位板的配置 82
3.6.1 RTK定位板的工作原理 82
3.6.2 RTK定位板的连接方式 83
3.6.3 配置基准站与流动站 84
3.6.4 配置数据传输单元（DTU） 85
3.6.5 配置无线串口通 87
3.6.6 获取流动站的单点解 89
3.6.7 通过RTK技术得到固定解 89
3.6.8 A1板卡适配进Autoware 93
3.6.9 工控机增加USB设备的访问权限 94
3.6.10 Autoware中查看板卡输出的GNSS信息 96
参考文献 98
第4章 Autoware自动驾驶平台感知模块使用 99
4.1 Autoware运行Yolov3进行目标检测（vision_darknet_yolo3） 99
4.1.1 Yolov3简介 100
4.1.2 Autoware中的实验操作 102
4.2 Autoware运行欧几里得聚类进行障碍物检测 （lidar_edclidean_cluster_detect） 106
4.2.1 基于欧几里得聚类的障碍物检测原理 106
4.2.2 Autoware中的实验操作 108
4.3 Autoware运行cnn-seg进行语义分割目标检测 （lidar_cnn_baidu_detect） 110
4.3.1 cnn-seg简介 110
4.3.2 Autoware中的具体操作 111
4.4 Autoware运行PointPillars进行3D快速目标检测（lidar_point_pillars） 114
4.4.1 PointPillars 114
4.4.2 Autoware中的实验操作 115
4.5 Autoware运行range_vision_fusion进行感知结果融合（range_ vision_fusion） 118
4.5.1 感知结果融合算法介绍 119
4.5.2 Autoware中的实验操作 120
4.6 经验与总结 123
参考文献 126
第5章 Autoware自动驾驶平台定位模块使用 128
5.1 概述 129
5.2 具体配置 131
5.2.1 设备组装 131
5.2.2 天线杆臂配置 132
5.2.3 旋转参数配置 134
5.2.4 旋转参数校准 135
5.3 利用BY_Connect.exe上位机快速配置 136
5.4 Autoware下的适配操作 138
5.5 问题总结 142
第6章 Autoware自动驾驶平台路径规划模块使用 143
6.1 全局路径规划 144
6.2 局部路径规划 153
参考文献 170
第7章 Autoware自动驾驶平台跟踪控制模块使用 172
7.1 纯跟踪控制 173
7.2 模型预测控制 185
参考文献 200
第8章 Autoware实践案例：激光循迹 202
8.1 基于3D激光雷达的无人车自主循迹实验设计 202
8.2 数据准备 203
8.2.1 录制ROS包 203
8.2.2 制作点云地图 207
8.2.3 录制航迹点 212
8.3 启动设备 218
8.4 加载转换 218
8.5 自动循迹 221
附录 专业术语的中英文对照 227