设计（论文）题目

基于Python的智能小车识别系统设计

选题的目的和意义：

1.选题的目的：

在大数据的时代，交通问题是我们生活中不可或缺的一部分。现在人们的不仅需要物质的满足，还需要精神上的满足，随着越来越多的人外出旅游，导致出行量不断的增大、使得交通的压力日益增加，现在，对自动化技术要求不断加深的环境下，对这一需求更为急切，为了解决这一问题，世界上许多国家都在积极进行智能小车的研究和开发设计，而智能小车对路况的识别也是非常重要的内容之一。

2.选题的意义：

智能小车也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动保持安全距离等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路行进。基于Python的智能小车识别系统设计主要是通过摄像头拍摄到前方的目标图像，然后使用计算机视觉识别技术对目标进行检测，并且在检测到前方有危险的时候，可以做出相应的预警调整来保护乘客的安全；选题的意义就在于在复杂的道路上，智能汽车可以通过各种传感器去感知汽车周围的环境以及自身的一个状态，与此同时还要对感知到的事情进行决策处理，实现汽车的主动安全和辅助驾驶，感知到前方有危险时，根据不同的距离给驾驶员提供不同的危险程度，并且做出正确的判断，让驾驶员在行驶途中做到安全驾驶。

国内外研究现状综述：

(1)国外研究现状

国外对于智能小车的研究起步是比较早的，在美国卡内基梅隆大学机器人研究所研制的NavLab-5智能车，能够完成传感器信息融合，图像理解和车体横向控制等功能。另外该大学还研制出一种类似于行星探测车“流浪号”智能车，该智能车有多种环境感知能力，能在非结构动态环境中实现对学习、自推理等功能，并且能够在沙漠中进行自主控制和几千公里以外人工遥控。

法国国防采购局地面武器管理处与新成立的一家联合公司GIE.SYRANO研制一种战场侦察用的机器人，这是一台小型无人驾驶车辆，该车通过无线电及光缆与控制台通信联络，操作人员可从控制台对车辆进行遥控，通过摄像头对图像进行采集，然后进行无线图像的传输，反馈到控制台，控制者通过显示出的图像信号进行操作，把控制信号通过无线方式传输出去，实现监视控制其执行任务。目前，世界上的许多国家都在积极的进行智能车的设计和研究开发，已应用于多个领域。

（2）国内研究现状

我国智能小车的研究起步是比较晚的，目前已取得了很大的进步，但是与发达国家相比还是有一定的差距。我国也有具有代表性的研究机构和一些研究成果，比如在国防科工委和国家863计划的资助下，由清华大学智能技术与系统国家重点实验室“移动导航车(THMR)课题组”研制的“THMR-V”的智能车。“THMR-V”"的智能车经过实验研究已经能够实现结构化环境下的车道线自动跟踪，准结构化环境下的道路跟踪，复杂环境下道路避障、道路停障，视觉临场感遥控驾驶等功能。

我国制造了视觉导航自主车CITAVT系列无人驾驶车，CITAVT-IV是国防科技大学自动化研究所研制的新一代地面无人驾驶车辆。2004年我国中国科学院沈阳自动化研究所研制出“灵蜥”系列反恐防暴机器人。无线遥控专用车辆的运行参数通过无线遥测装置传输给操作者。虽然国内外的研究已经是硕果累累，但智能车所能达到的智能化和自主化水平还比较低，还远未达到实用化程度，不少方面还需要改进和完善。

主要研究内容，拟解决的关键问题：

主要内容：

1.基于计算机处理系统的功能，主要完成来自摄像机所获取的道路图像信息的预处理、增强、分析、识别等工作。

2.基于图像识别的车距预警系统的功能需求和性能需求进行研究，在防碰撞预警系统中，利用传感器设备来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前后方障碍物等信息，而前后方车辆的识别、检测是防碰撞技术实现的前提，只有识别有效目标，才能进行后续的跟踪、安全测距以及防碰撞预警策略的分析。

3.针对具体的需求分析对车距预警系统进行设计，还需要根据不同的危险程度制定相应的预警策略，为了保证驾驶员的安全，需要设定一个安全距离。当发现小于这个距离的时候，车辆会对驾驶员发出警报声音。

4.对智能小车的反复测试，得出10组实验的结果，保证结果的有效性和真实性。

拟解决的关键问题：

1.如何实现车辆测距？

因为传统的单目测距方法存在一定的问题，通过卷积神经网络测距，并且处理图像数据，可以更有效地从数据中提取车距。

2. 如何使车辆发现障碍？

使车辆发现前放有障碍物目前常见的、有效的就是利用CCD摄像机拍摄图像，然后通过三维空间或者二维图像之间的相互转换得到测量与前方车辆或物体的距离，若距离低于安全距离属于障碍物，反之不是障碍物。

3.如何使车辆避免障碍？

以目标检测和测距结果作为数据基础，预警输出模块将目标的距离信息结合预警策略进行预警级别的判断，还要根据不同的危险程度制定相应的预警策略。

拟采用的研究方法和手段：

研究方法：

首先进行要进行视觉采集，用来判断前方障碍物，而本次研究主要CCD摄像机拍摄图像，然后通过三维空间或者二维图像之间的相互转换得到测量与前方车辆或物体的距离，卷积神经网络的模型训练需要较高的图形运算与处理能力，所以硬件方面需要使用配置较高的 GPU来实现；软件要用到Python和图形处理工具 Pycharm。本次研究也用到了控制变量法，通过控制某一变量，而改变其它无关变量，来验证本次实验的正确性和真实性。

具体步骤如下：

1.先确定系统的研究课题，再通过查找相关文献，搜索一些相关知识进行学习。

2.确定系统方案。针对前期的调研，确定整体系统方案和各个模块子系统方案。

3.前方目标车辆识别模块。

4.测量车距模块。

5.车辆预警及控制模块。在识别和测距的基础上能够在危险距离下给出预警，并对车辆进行有效的干预。

6.对系统进行调试和测试，保证车辆各功能正常运行，并且检验实验的合理性。

可行性分析：

1.技术可行性：本次主要使用了Python，Python作为最近几年以来使用最多的项目之一，可以实现对超大数据的存储和处理，也提出了用卷积神经网络测量距离，基于Python的智能小车识别系统的设计，这种技术就像是给汽车安装了眼睛，让汽车可以看到道路交通标志和周边的车辆行人，在遵守交通规则的基础上，避让周边的障碍物，实现自动驾驶。

2.经济可行性：从项目的启动到结束，开发周期很短，学生自主完成所有的工作量，所以开发本系统的资金数目很小。

3.社会可行性：随着社会的发展和计算机技术的进步，交通问题一直是我们生活中不可或缺的一部分，本次研究可较好地避免了更多事故的发生，极大地改善了人们的交通运行方式。

4.操作可行性

按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等，在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，会自动避开障碍物，这样可以避免了更多的事故发生。

主要参考文献：

[1]王莹.基于Python编程的智能小车路况驾驶研究[J].农业装备与车辆工程，2021,59（04）：101-105.

[2]叶惠仙，游金水.Python语言在大数据处理中的应用[J].网络安全技术与应用，2021,（05）：51-54.

[3]徐梓赫，廖锦.Python提取CCD获取图片信息并进行可视化分析研究[J].网络安全技术与应用，2021,（05）：45-47.

[4] 李强，汪洋，李伟博.基于pyhton语言的车辆距离的精确定位实现方法 [J].电视技术,2020,35(15):4-6.

[5] 贾楠.基于Python语言的汽车防撞预警系统[D].太原理工大学,2022.

[6] 高丽丽.基于Python的车辆距离过近的自动报警系统研究[D].河北工程大学,2022.

进度安排：

1.2023年01月01日--2023年03月19日，选题并做好开题报告。

2.2023年03月20日--2023年05月1日，完成初稿，中期报告。

3.2023年05月02日--2023年05月20日，完成第二稿。

4.2023年05月21日--2023年05月27日，查重，修改。

5.2023年05月28日--2023年06月3日，完成定稿，准备答辩。

指导教师意见（对选题的可行性、研究内容、研究方法、进度安排等作出评价，对是否同意开题作出决定）：

指导教师签字：                  年    月    日

教研室意见：

主任签字：                 年   月   日

院（系）意见：

负责人签字：                   年   月   日

备注：1.开题报告应在毕业设计（论文）正式开始后两周内完成。

2.本表提交学院(系、部)1份(电子档)、教研室1份(电子档)、指导教师1份(电子档)，学生自留1份（纸质签字版，须归档）。