摘 要

近年来，随着国家对公共交通设施投入的不断加大，我国的公路建设发展迅速，而道路标志线则是公路安全的重要组成部分，道路标志线的划线工作也日益繁重。传统的道路标志线划线工作主要依靠人工测量绘制，精度不高、效率低下。因此，道路标志线划线装置的机械化、自动化、智能化就显得尤为迫切。

本论文设计了一款道路标志线自动划线车，该车能够自动快速测量、自动行驶、转向并划线，相比于传统的以人工为主的划线方式，能够有效提高工作效率。本论文根据我国标准道路的施工要求，设计了小车的机械结构。本车采用激光雷达采集道路信息，并设计了一款能够高精度、快速、稳定的提取道路边缘轮廓信息的算法。

同时，本论文还开发了一款基于无线终端的远程人机交互软件，能够实时显示激光雷达采集的道路信息，并能够手动控制划线车的行驶。

实验表明，道路标志线自动划线车能够自动检测道路信息，自动行驶、自动划线。同时，设计的人机交互软件能够显示激光雷达采集到的图像信息，并能够实现人对划线车的手动控制。

关键字：自动行驶；激光雷达；图像处理；人机交互

Abstract

In recent years, with the continuous increase of state investment in public transport facilities, China's highway construction and development rapidly, and road signs line is an important part of highway safety, road signs line marking work is increasingly heavy.Traditional road marking line marking work mainly depends on the manual measurement, the accuracy is not high, the efficiency is low.Therefore, the mechanization, automation and intelligence of the marking line of the road sign line appears especially urgent.

This paper designs a road marking line automatic marking car, the car can automatic measurement, automatic driving, steering and crossed compared to traditional artificial marking, can effectively improve the work efficiency.In this paper, according to the construction requirements of our standard road, the design of the mechanical structure of the car.The vehicle uses the laser radar to collect road information, and designed a high precision, fast and stable algorithm to extract the edge contour information of the road.

At the same time, this paper also developed a wireless terminal based on the remote human-computer interaction software, real-time display of the road information, and can manually control the road.

The experiment shows that the road marking line can automatically detect the road information, automatic driving, automatic marking. At the same time, the design of human-computer interaction software can display the image information collected by the laser radar, and can realize the manual control of the line.

Keywords: Automatic driving;Laser radar; image processing; human computer interaction

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 道路标志线划线车的研究现状 1

1.3 道路检测的研究现状 2

1.4 本课题的主要研究内容 2

第2章 道路标志线自动划线车的硬件设计 3

2.1 小车的机械结构设计 3

2.2 激光雷达的选择 4

2.2.1 激光雷达简介 4

2.2.2 A1M1型二维激光雷达 5

2.3 嵌入式硬件系统的选择 6

2.3.1 Raspberry Pi简介 6

2.3.2 Raspberry Pi操作系统的选择 7

2.3.3 开发语言的选择 8

2.4 电机驱动模块的选择 8

2.5 无线网卡的选择 10

第3章 道路边缘检测算法 11

3.1 激光雷达工作原理 11

3.2 边界起始段的提取 12

3.3 边界点提取 13

3.4 边界拟合 15

第4章 人机交互软件的开发 17

4.1 安卓简介 17

4.1.1 安卓的体系结构 17

4.2 安卓客户端主程序模块设计 18

4.2.1 安卓界面设计 18

4.2.2 网络传输模块的设计 18

第5章 实验和结果 20

5.1 道路标志线自动划线车实物 20

5.2 算法仿真结果 21

5.3 人机交互软件 23

第6章 总结和展望 24

6.1 论文工作总结 24

6.2 研究工作展望 24

参考文献 25

附 录 26

致 谢 32

第1章 绪论

研究的目的及意义

道路标志线划线车是一种用于在平整路面上画出各种不同约束、警示或指引等规则限制标志的的路面施工机械,近些年,我国公路建设速度明显加快,公路车道的划线工作就显得十分繁重,传统的人工进行手动测量和绘制费时费力，工作繁琐，显然已经跟不上发展的节奏。道路划线车相对于传统的人工绘制标志线的方式，显得高效、便捷，能够极大的节约人力、物力，缩短施工工期，减少工程投入。因此，具有极大的市场前景。

而为了提高道路标志线绘制的精确度，划线车的自动化、智能化就显得尤为迫切，而实现划线车自动化、智能化的的关键是需要对道路路面进行检测和提取。道路边缘检测和提取的目的是为了保障车辆始终能够行驶在可通行区域，并能朝着一定的目标安全行驶。道路边缘的检测和提取需要使用传感器对道路信息进行检测。由于摄像头具有提取信息量大，色彩多样、视觉信息多样等特点而得到广泛的是用，但与此同时，它也容易受到外界环境的干扰，阴天、雨天、路上的水渍、阴影等因素都容易对摄像头采集信息造成干扰。近年来，随着激光雷达的发展，激光雷达被越来越多的应用在道路边缘检测和提取中，激光雷达采集的图像信息不受外界天气的干扰，无论是天气状况良好还是刮风下雨，对激光雷达采集的图像都无法造成干扰，并且采集的图像信息精度高、速度快。