項(xiàng)目三智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度定位與導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)知車輛導(dǎo)航系統(tǒng)Annualworksummary2導(dǎo)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)是在自有相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備與高精度地圖、高精度定位的基礎(chǔ)上，充分利用高精度地圖提供的靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)道路信息為自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)提供相應(yīng)輔助。目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容03課后練習(xí)教學(xué)目標(biāo)0103能闡述導(dǎo)航系統(tǒng)的要求。01能描述導(dǎo)航系統(tǒng)的作用。02能說出車輛導(dǎo)航系統(tǒng)組成。01通過學(xué)習(xí)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，樹立創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)全面發(fā)展。02通過學(xué)習(xí)我國我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合，引導(dǎo)學(xué)生樹立大局意識(shí)、核心意識(shí)。知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)04能說明我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合。教學(xué)內(nèi)容02一、導(dǎo)航系統(tǒng)的作用

傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)的作用是對(duì)汽車進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位,根據(jù)車輛位置選擇合適的駕駛路線,輔助駕駛?cè)饲巴康牡亍＼囕v導(dǎo)航系統(tǒng)涉及衛(wèi)星技術(shù)、DR圖像采集、GIS或電子地圖技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、顯示技術(shù)、接口技術(shù)和應(yīng)用軟件技術(shù)等領(lǐng)域,是通信與信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、車輛自動(dòng)定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。該系統(tǒng)包括安裝在車輛上的導(dǎo)航定位器、慣性導(dǎo)航裝置、無線電導(dǎo)航裝置、衛(wèi)星導(dǎo)航定位器、GPS/DR/GIS集成導(dǎo)航定位儀,以及電子地圖數(shù)據(jù)庫或GIS信息地圖。必要時(shí),車輛可以與交通監(jiān)控中心通信,并使用數(shù)據(jù)庫記錄車輛和行駛路線的歷史狀態(tài)信息，如圖3-3-1所示一、導(dǎo)航系統(tǒng)的作用

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)置衛(wèi)星天線,用于接收由環(huán)繞地球的定位衛(wèi)星中至少三顆發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,結(jié)合存儲(chǔ)在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖,通過衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與此相匹配,確定車輛在電子地圖中的準(zhǔn)確位置,從而得到最佳的駕駛方向、前方道路以及各類興趣點(diǎn)(如加油站、餐廳、酒店等)信息,為駕駛?cè)胩峁┑缆分敢约疤峁┑貓D中的各類信息。導(dǎo)航系統(tǒng)中的全局路徑規(guī)劃方法,根據(jù)起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn),通過拓?fù)浠牡貓D數(shù)據(jù),尋找兩點(diǎn)間所有可能的連接通路(經(jīng)路),通過對(duì)交通情況、駕駛?cè)嗽O(shè)置等,選擇最優(yōu)路徑,提供給駕駛?cè)苏_的導(dǎo)航，如圖3-3-2所示。二、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)組成

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)包括安裝在車輛上的導(dǎo)航定位器、慣性導(dǎo)航裝置、無線電導(dǎo)航裝置、衛(wèi)星導(dǎo)航定位器、GPS/DR/GIS集成導(dǎo)航定位儀等以及電子地圖數(shù)據(jù)庫或GIS信息地圖。必要時(shí)，車輛可以與交通監(jiān)控中心通信，并使用數(shù)據(jù)庫記錄車輛和路線的歷史狀態(tài)信息。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)置衛(wèi)星天線，用于接收由環(huán)繞地球的定位衛(wèi)星中至少三顆發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合存儲(chǔ)在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖，通過衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置，從而得到最佳的駕駛方向、前方道路以及各類興趣點(diǎn)信息。為駕駛?cè)颂峁┑缆分敢?，以及地圖中各類信息的提供，如圖3-3-3所示。車輛導(dǎo)航系統(tǒng)三、導(dǎo)航系統(tǒng)的要求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的不斷發(fā)展,對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)也不斷提出更高的要求:1.定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車具體的功能要求,需要提供車道級(jí)甚至厘米級(jí)的高精度定位。2.地圖信息地圖信息需要更加豐富、精確的道路環(huán)境信息,比如道路中交通元素的形狀、位置特征等,以實(shí)現(xiàn)輔助環(huán)境感知、車道級(jí)路徑規(guī)劃等功能。3.路徑規(guī)劃算法路徑規(guī)劃算法的要求更高。需要規(guī)劃出高精度、連續(xù)的軌跡。相比于傳統(tǒng)導(dǎo)航的全局路徑規(guī)劃算法,路徑5規(guī)劃算法需要增加車道級(jí)的路徑規(guī)劃、路口軌跡的連接以及輔助環(huán)境感知信息的提取等,同時(shí)還要考慮駕乘人員意圖、個(gè)性等因素,做出更加智能的決策。三、導(dǎo)航系統(tǒng)的要求

未來的智能網(wǎng)聯(lián)汽車導(dǎo)航系統(tǒng),將能夠充分利用日益完善和持續(xù)發(fā)展的車載傳感器、智能交通設(shè)施、衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及云技術(shù)等,對(duì)由自車感知、無線通信等方式獲取的信息進(jìn)行融合和分析,充分地理解環(huán)境、駕駛?cè)艘鈭D和車輛狀態(tài),實(shí)現(xiàn)更加安全、智能、舒適的全局路徑規(guī)劃,并能有效協(xié)作自動(dòng)駕駛系統(tǒng)理解和認(rèn)識(shí)環(huán)境,輔助駕駛?cè)嘶騾f(xié)同自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成車輛預(yù)定的任務(wù)，如圖3-3-4所示。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)在高精度地圖、高精度定位的基礎(chǔ)上,充分利用高精度地圖提供的靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)道路信息,以及利用車載傳感器獲取的動(dòng)態(tài)信息,通過更加智能、精確、豐富信息的路徑規(guī)劃算法,為自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)提供道路指引，如圖3-3-5所示。

通常采用的組合導(dǎo)航有：衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合；衛(wèi)星導(dǎo)航與無線電導(dǎo)航的組合；多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間的組合；衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航與地理信息系統(tǒng)的組合等。未來也必將會(huì)有新的導(dǎo)航手段和組合方式出現(xiàn)，推動(dòng)組合導(dǎo)航技術(shù)不斷發(fā)展。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合1.GNSS和INS的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)可以利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)加上地基增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)車輛的定位精度很高，一般可達(dá)厘米級(jí)。但是衛(wèi)星定位系統(tǒng)也存在缺陷，一是衛(wèi)星接收機(jī)若受到建筑物阻擋或在地下隨道中，就不能有效接收位置信息；二是衛(wèi)星定位系統(tǒng)的位置更新頻率大約為10Hz（100ms刷新一次位置信息，對(duì)于126km/h的車速，行駛距離達(dá)3.5m），不能滿足車輛的實(shí)時(shí)定位要求，自主式自動(dòng)駕駛要求數(shù)據(jù)刷新的時(shí)間間隔不能大于10ms（對(duì)于126km/h的車速，10ms行駛距離為0.35m）。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新頻率高，可達(dá)1kHz，每1ms可刷新一次車輛位置信息（對(duì)于126km/h的車速，1ms行駛距離是3.5cm）。但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)也存在缺陷，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的行駛距離經(jīng)過兩次積分產(chǎn)生，定位誤差隨時(shí)間的累積而增大，其定位精度只能在很短的時(shí)間內(nèi)有效。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合1.GNSS和INS的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新頻率高的優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)衛(wèi)星定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)刷新頻率低的缺陷，滿足車輛的實(shí)時(shí)性定位要求；利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，定期地（100ms）校準(zhǔn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定位信息，可以消除慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的累積定位誤差。GNSS與INS組合導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)有：可發(fā)現(xiàn)并校準(zhǔn)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，提高導(dǎo)航精度；彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)缺損問題，提高導(dǎo)航能力；提高衛(wèi)星導(dǎo)航載波相位的模糊度搜索速度，提高信號(hào)周跳的檢測(cè)能力，提高組合導(dǎo)航的可靠性；可以提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲能力，提高整體導(dǎo)航效率；增加觀測(cè)冗余度，提高異常誤差的監(jiān)測(cè)能力，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)功能；提高導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，提高完好性。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用多傳感器融合的定位，既做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也提高了穩(wěn)定性，增強(qiáng)了定位精度。L4無人車運(yùn)營商常用的定位方案中多使用多線束的激光雷達(dá)和高精度的GPS/IMU，這些高精密的傳感器能夠提供豐富的信息，但其成本十分高昂，并且也無法滿足車規(guī)級(jí)汽車的要求。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)⑴百度Apollo2.0的多傳感器融合定位自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)將包括具有高分辨率圖像和像素級(jí)別標(biāo)注的RGB視頻，具有場(chǎng)景級(jí)語義分割的密集三維點(diǎn)云、基于雙目立體視覺的視頻和全景圖像。數(shù)據(jù)集中提供的圖像為通過采集系統(tǒng)每米采集一幀的方式采集，分辨率為3384x2710。百度數(shù)據(jù)采集車是配備了高分辨率相機(jī)和Riegl采集系統(tǒng)的中型SUV。采集場(chǎng)景包括不同城市的不同交通狀況的道路行駛數(shù)據(jù)，平均每張圖中移動(dòng)障礙物的數(shù)量從幾十到上百不等。（例如，單張圖像中多達(dá)162輛交通工具或80名行人）除了采集數(shù)據(jù)之外，百度還會(huì)用自己的視覺感知算法給每一幀畫面中的像素做相應(yīng)的語義分割。當(dāng)前支持的語義分割種類已經(jīng)達(dá)到25項(xiàng)，包括車輛、行人、自行車、摩托車、道路、交通標(biāo)識(shí)等等。這樣的分割有助于開發(fā)者可以在這個(gè)數(shù)據(jù)集中直接訓(xùn)練以及驗(yàn)證自己的自動(dòng)駕駛算法。換言之這套數(shù)據(jù)集是可以讓開發(fā)者直接拿來就用的，而不用再做初始的數(shù)據(jù)解析。其高精度定位在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)⑴百度Apollo2.0的多傳感器融合定位四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)⑵四維圖新的組合導(dǎo)航定位四維圖新的導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，通過融合高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)（HD-GNSS）、航位推算引擎定位（DREngine）、高精度地圖定位（MAPFusion）三種模塊，依托融合算法，發(fā)揮不同定位模塊在不同場(chǎng)景的優(yōu)勢(shì)，使結(jié)果相互冗余，保證在各種環(huán)境下連續(xù)輸出高質(zhì)量定位結(jié)果，如圖3-3-7所示。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)⑶高精度衛(wèi)星定位高精度衛(wèi)星定位結(jié)果是融合系統(tǒng)的基礎(chǔ)，依托四維圖新旗下的六分科技服務(wù)能力，通過載波相位差分技術(shù)RTK、地基增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)解算平臺(tái)，可以每天連續(xù)24小時(shí)在全國范圍播發(fā)厘米級(jí)高精度差分定位結(jié)果。在常規(guī)、開闊、信號(hào)接收穩(wěn)定的路段，高精度衛(wèi)星定位結(jié)果將在融合定位結(jié)果中占據(jù)主導(dǎo)，如圖3-3-8所示。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)⑷航位推算引擎定位航位推算引擎定位可以使系統(tǒng)在峽谷、隧道、城市遮擋嚴(yán)重等場(chǎng)景下，依然可以保證高精度定位結(jié)果輸出的連續(xù)性，整合慣性導(dǎo)航IMU、車身里程計(jì)，結(jié)合車身CAN總線數(shù)據(jù)中的輪速、航向等信息，可有效降低車身位置的誤差發(fā)散，如圖3-3-9所示；視覺里程計(jì)則通過攝像頭獲取連續(xù)圖像，運(yùn)用SLAM算法實(shí)現(xiàn)車身運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤，進(jìn)一步提升定位精度，如圖3-3-10所示。四、我國導(dǎo)航系統(tǒng)與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)（5）高精度地圖定位高精度地圖定位通過數(shù)據(jù)中定位圖層的參考對(duì)象，與感知結(jié)果匹配并計(jì)算距離，從而精確推算出車輛當(dāng)前位置。這不僅拓展了融合定位的可靠性、魯棒性，也可以在參考要素豐富的場(chǎng)景下，把精度誤差收斂到更小，如圖3-3-11所示。課后練習(xí)03一、填空題1.車輛導(dǎo)航系統(tǒng)包括安裝在車輛上的

、

、

、衛(wèi)星導(dǎo)航定位器、GPS/DR/GIS集成導(dǎo)航定位儀等以及電子地圖數(shù)據(jù)庫或GIS信息地圖。2.通常采用的組合導(dǎo)航有：

；

；

等。3.可以利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)加上

對(duì)車輛的定位精度很高，一般可達(dá)

。二、選擇題1.北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的位置更新頻率大約為（）。A.10HzB.20Hz

C.30HzD.40Hz2.四維圖新的導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，通過融合（）三種模塊，依托融合算法，保證在各種環(huán)境下連續(xù)輸出高質(zhì)量定位結(jié)果。A.高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)（HD-G