《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)（第2版）》項目4

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)（第2版）主講教師：導(dǎo)航定位技術(shù)項目4項目導(dǎo)讀智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航定位技術(shù)是指通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、高精度地圖等，獲取智能網(wǎng)聯(lián)汽車的位置和航向信息。要實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自動駕駛功能，離不開車輛的高精度定位和導(dǎo)航。本項目主要介紹GPS、BDS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點、組成和定位原理，以及高精度地圖的基礎(chǔ)知識和制作流程等。達(dá)成目標(biāo)

知識目標(biāo)1．掌握全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點、組成和定位原理。2．掌握高精度地圖的基礎(chǔ)知識、制作流程。

技能目標(biāo)1．能構(gòu)建高精度定位系統(tǒng)和高精度地圖的知識體系。2．能正確檢查智能網(wǎng)聯(lián)汽車車載導(dǎo)航系統(tǒng)的功能。

素質(zhì)目標(biāo)1．養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作、認(rèn)真負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)。2．弘揚(yáng)精益求精、追求卓越的工匠精神。項目導(dǎo)航認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)認(rèn)識高精度地圖任務(wù)4.2任務(wù)4.1

認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)任務(wù)4.1任務(wù)引入2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年，也是“十四五”規(guī)劃開局之年?！笆奈濉睍r期是建設(shè)交通強(qiáng)國開局和起步的重要階段，中國移動作為通信運(yùn)營商中交通強(qiáng)國唯一試點單位，正開足馬力，全力開展5G智能交通信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2020年，中國移動發(fā)布了全球最大的5G+北斗高精度定位系統(tǒng)，并啟動了國家5G新基建車路協(xié)同項目。中國移動上海產(chǎn)業(yè)研究院依托高精度定位系統(tǒng)，致力于打造國內(nèi)領(lǐng)先的通導(dǎo)融合、天地一體時空基礎(chǔ)設(shè)施，打造多場景應(yīng)用，推進(jìn)高精度定位與千行百業(yè)深度融合。任務(wù)引入任務(wù)內(nèi)容認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)學(xué)習(xí)程度識記理解應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)GPS●

BDS●慣性導(dǎo)航系統(tǒng)●實訓(xùn)任務(wù)認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)●自我勉勵本任務(wù)要求同學(xué)掌握GPS、BDS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等的特點、組成、定位原理，知識與技能要求如下表所示。任務(wù)工單——認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)任務(wù)描述收集高精度定位系統(tǒng)相關(guān)資料，對資料內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，并根據(jù)所學(xué)知識對車載GPS進(jìn)行安裝與檢查。學(xué)生領(lǐng)取任務(wù)工單，并進(jìn)行分組（詳見教材）相關(guān)知識智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航定位示意圖通過高精度定位系統(tǒng)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠準(zhǔn)確感知自身在全局環(huán)境中的位置，并能夠與環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來，準(zhǔn)確感知汽車所要行駛的方向和路徑等信息。常用的高精度定位系統(tǒng)有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。相關(guān)知識其中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維位置、速度和時間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。目前，智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)有下面兩種。GPSBDS相關(guān)知識4.1.1GPSGPS是美國國防部建設(shè)的基于衛(wèi)星的高精度無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。美國從20世紀(jì)70年代初開始研制GPS，歷時20余年，耗資200多億美元，于1994年全面建成運(yùn)行。GPS以其全天候、高精度、自動化、高效益等特點成功應(yīng)用于測繪、資源勘探、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)林牧漁、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、地球動力學(xué)等領(lǐng)域。相關(guān)知識4.1.1GPS全球全天候定位，定位精度高測站之間無須通視(1)(2)GPS覆蓋范圍廣，可滿足位于全球任何地方或近地空間的用戶對全天候連續(xù)、精確地確定三維位置、速度和時間的需要。GPS不要求測站之間相互通視，只要求測站上空開闊，可節(jié)省大量造標(biāo)費(fèi)用。此外，測站的點位置無特殊要求，使得選點工作靈活，可有效地降低測量成本。優(yōu)點1．GPS的特點相關(guān)知識4.1.1GPS1．GPS的特點缺點（1）GPS的更新頻率低，通常只有10Hz，當(dāng)車輛在快速行駛時，GPS不能實時提供準(zhǔn)確的位置信息。（2）GPS開放的民用精度通常為10m左右，不能滿足4級和5級駕駛自動化對定位的要求。（3）受建筑物、樹木遮擋后，GPS定位精度嚴(yán)重降低，甚至無法提供定位信息。相關(guān)知識4.1.1GPS2．GPS的組成GPS主要組成空間部分、地面監(jiān)控部分用戶設(shè)備部分相關(guān)知識4.1.1GPSGPS衛(wèi)星分布GPS的空間部分由分布在6個地球橢圓軌道平面上的24顆衛(wèi)星組成，其中包括21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星。如圖所示，軌道傾角為55°，每個軌道面上都有4顆衛(wèi)星，它們在距離地球20200km的高空進(jìn)行監(jiān)測。這些衛(wèi)星每12h環(huán)繞地球一圈，在地球上的任何地方、任何時間都可以觀測到4顆以上的衛(wèi)星。每個工作衛(wèi)星都發(fā)出導(dǎo)航定位信號，用戶可利用這些信號來進(jìn)行工作。1）空間部分相關(guān)知識4.1.1GPS監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，傳送到主控站。主控站擁有許多以計算機(jī)為主體的設(shè)備，這些設(shè)備用于數(shù)據(jù)收集、計算、傳輸和診斷等，并編制導(dǎo)航定位指令發(fā)送到注入站，用于調(diào)整衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)，糾正衛(wèi)星軌道偏差，進(jìn)行衛(wèi)星軌道和時鐘校正參數(shù)計算。注入站將主控站送來的控制指令通過S波段發(fā)送至飛過其上空的衛(wèi)星。2）地面監(jiān)控部分1個主控站5個監(jiān)測站3個注入站相關(guān)知識4.1.1GPSGPS接收機(jī)的功能主要是接收、追蹤、放大衛(wèi)星發(fā)射的信號，獲取定位的觀測值，提取導(dǎo)航電文中的廣播星歷及衛(wèi)星時鐘修正參數(shù)等。GPS數(shù)據(jù)處理軟件的功能主要是對GPS接收機(jī)獲取的衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并對處理結(jié)果進(jìn)行平差計算、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和分析綜合處理，得到用戶的三維位置、速度、時間等信息。3）用戶設(shè)備部分GPS接收機(jī)GPS數(shù)據(jù)處理軟件相應(yīng)的用戶設(shè)備（如計算機(jī)）相關(guān)知識4.1.1GPS3．GPS的定位原理掃一掃觀看“GPS”GPS衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號，用戶設(shè)備接收這些信息后，經(jīng)過計算可求出GPS接收機(jī)的三維位置、三維方向、運(yùn)動速度和時間信息。GPS采用三角定位原理，以GPS接收機(jī)測量無線電信號的傳輸時間來測量距離。GPS由每顆衛(wèi)星的所在位置，測量GPS接收機(jī)到每顆衛(wèi)星的距離，便可以算出GPS接收機(jī)所在位置的三維空間坐標(biāo)值。只要利用GPS接收機(jī)接收三顆衛(wèi)星的信號，就可以確定用戶設(shè)備所在的位置相關(guān)知識4.1.1GPS（1）首先測量GPS接收機(jī)到第一顆衛(wèi)星的距離l1，把當(dāng)前可能的位置范圍限定在距離第一顆衛(wèi)星l1的地球表面。（2）然后測量GPS接收機(jī)到第二顆衛(wèi)星的距離l2，進(jìn)一步把當(dāng)前位置范圍限定在距離第一顆衛(wèi)星l1和距離第二顆衛(wèi)星l2的交叉區(qū)域內(nèi)。（3）最后測量GPS接收機(jī)到第三顆衛(wèi)星的距離l3，確定距離第一顆衛(wèi)星l1、距離第二顆衛(wèi)星l2、距離第三顆衛(wèi)星l3的三個區(qū)域的交匯點，通過交匯點定位出當(dāng)前的位置。三角定位的具體工作原理如下相關(guān)知識4.1.1GPS四顆衛(wèi)星定位的原理在實際應(yīng)用中，GPS接收機(jī)一般利用四顆及以上衛(wèi)星接收信號，來定位用戶設(shè)備所在的位置和高度。相關(guān)知識4.1.1GPS4．車載GPS的功能車載GPS通過接收衛(wèi)星信號，能夠準(zhǔn)確定位車輛所在的位置，誤差保持在10m以內(nèi)。1）車輛定位功能利用車載GPS和電子地圖可以實時顯示跟蹤目標(biāo)（車輛）的實際位置，并可進(jìn)行放大、縮小、還原或換圖等操作；電子地圖可以隨跟蹤目標(biāo)移動，使跟蹤目標(biāo)始終保持在顯示屏幕上，還可實現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。利用該功能可對重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤。2）車輛跟蹤功能相關(guān)知識4.1.1GPS4．車載GPS的功能車載GPS可提供自動線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計等輔助功能。自動線路規(guī)劃是由駕駛員確定起點和目的地，由計算機(jī)軟件按要求自動設(shè)計最佳行駛線路。人工線路設(shè)計是由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計起點和途經(jīng)點等，自動建立線路庫。線路規(guī)劃、設(shè)計完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計的線路，并同時顯示汽車運(yùn)行路徑和運(yùn)行方法，以實現(xiàn)導(dǎo)航功能。3）提供出行線路和導(dǎo)航功能相關(guān)知識4.1.1GPS4．車載GPS的功能車載GPS可以為用戶提供主要物標(biāo)，如旅游景點、賓館、醫(yī)院、商場等數(shù)據(jù)庫，用戶能夠在電子地圖上查看這些物標(biāo)的位置。同時，監(jiān)控中心可以利用監(jiān)控臺對區(qū)域內(nèi)任意目標(biāo)的位置進(jìn)行查詢。4）信息查詢功能指揮中心可以監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的車輛，對被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時與被監(jiān)控車輛通話，實行管理。5）話務(wù)指揮功能通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖可顯示求助信息和報警目標(biāo)，并規(guī)劃出最優(yōu)援助方案。6）緊急援助功能相關(guān)知識4.1.1GPS5．差分全球定位系統(tǒng)DGPS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備移動站為了提高GPS的定位精度，可以采用差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）進(jìn)行車輛的定位。DGPS在GPS的基礎(chǔ)上，利用差分定位技術(shù)，使用戶能夠從GPS系統(tǒng)中獲得更高的精度。相關(guān)知識4.1.1GPS位置差分偽距差分載波相位差分DGPS是把一臺GPS接收機(jī)放在已精確測定的位置點，作為基準(zhǔn)站。該基準(zhǔn)站將通過衛(wèi)星信號測量或計算所得的信息與存儲的信息進(jìn)行比對，得出定位差值，進(jìn)而得到位置的校正量?；鶞?zhǔn)站將測算到的校正量發(fā)送給范圍內(nèi)的移動站（即用戶設(shè)備），從而大大提高移動站的定位精準(zhǔn)度。根據(jù)校正參量的不同，差分定位技術(shù)可分為三種。DGPS相關(guān)知識4.1.1GPS01位置差分一種簡單的差分定位技術(shù)，適用于所有GPS接收機(jī)。安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測四顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA（選擇可用性）影響、大氣影響、多徑效應(yīng)和其他誤差，計算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差?；鶞?zhǔn)站將計算出的坐標(biāo)與已知坐標(biāo)進(jìn)行比對，得出計算所得坐標(biāo)的校正量?；鶞?zhǔn)站將校正量實時發(fā)送至范圍內(nèi)的全部移動站，移動站通過該校正量對自身計算所得坐標(biāo)進(jìn)行校正，可以得到更為精準(zhǔn)的定位信息。相關(guān)知識4.1.1GPS02偽距差分用途較廣的一種差分定位技術(shù)，幾乎所有的商用DGPS均采用這種技術(shù)。偽距差分利用基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷計算出基準(zhǔn)站與衛(wèi)星之間的計算距離，并將計算距離與觀測距離之差作為校正量，發(fā)送給移動站，移動站利用此校正量來校正測量的偽距。最后用戶利用校正后的偽距來計算自身的位置，消除公共誤差，提高定位精度。相關(guān)知識4.1.1GPS03載波相位差分載波相位差分又稱RTK（realtimekinematic，實時動態(tài)）技術(shù)其原理與偽距差分的原理基本相同由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實時將基準(zhǔn)站載波觀測量及基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給移動站。移動站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，組成相位差分觀測值并進(jìn)行實時處理，能實時給出厘米級的定位結(jié)果。相關(guān)知識4.1.1GPS實現(xiàn)載波相位差分的方法有修正法和差分法兩種。前者的原理與偽距差分的原理相同，基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給移動站，以修正其載波相位，然后解算坐標(biāo)；后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給移動站，移動站進(jìn)行求差并解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。小貼士相關(guān)知識4.1.2BDSBDS是中國自行研制開發(fā)的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，其定位原理與GPS的定位原理相同，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為全球用戶提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。隨著BDS建設(shè)和服務(wù)能力的發(fā)展，其相關(guān)產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預(yù)報、地理信息測繪、森林防火、時統(tǒng)通信、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急搜救等領(lǐng)域，為全球經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展注入了新的活力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)知識4.1.2BDS視野拓展BDS的標(biāo)志由正圓形、寫意的太極陰陽魚、北斗星群、司南、網(wǎng)格化地球和中英文文字等要素組成。圓形構(gòu)型象征中國傳統(tǒng)文化中的“圓滿”，深藍(lán)色的太空和淺藍(lán)色的地球代表航天事業(yè)。太極陰陽魚蘊(yùn)含了中國傳統(tǒng)文化。北斗星群是自遠(yuǎn)古時起人們用來辨識方位的重要依據(jù)，司南是中國古代發(fā)明的世界上最早的導(dǎo)航裝置，兩者結(jié)合既彰顯了中國古代科學(xué)技術(shù)成就，又象征著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星地一體，為人們提供定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)的行業(yè)特點，同時還寓意著中國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的名字——北斗。網(wǎng)格化地球和中英文文字代表了BDS開放兼容、服務(wù)全球的特性。相關(guān)知識4.1.2BDS123BDS采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，其高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力更強(qiáng)，尤其在低緯度地區(qū)其性能優(yōu)勢更明顯。能提供多個頻點的導(dǎo)航信號，能夠通過組合使用多頻信號等方式提高服務(wù)精度。創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信功能，具備多種服務(wù)功能。1．BDS的特點相關(guān)知識4.1.2BDS2．BDS的組成BDS由三部分組成:空間段地面段用戶段BDS（處理圖片中的文字）相關(guān)知識4.1.2BDS2．BDS的組成北斗衛(wèi)星分布（1）空間段由若干地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星和中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星組成。（2）地面段包括主控站、時間同步/注入站、監(jiān)測站等若干個地面站，以及星間鏈路運(yùn)行管理設(shè)施。（3）用戶段包括北斗兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。相關(guān)知識4.1.2BDS3．BDS的服務(wù)功能掃一掃觀看“BDS”定位、導(dǎo)航、授時

定位是導(dǎo)航的基礎(chǔ)，導(dǎo)航是定位的應(yīng)用。定位是“告訴你在哪”，導(dǎo)航是“告訴你如何從現(xiàn)在所處的位置去你想去的地方”。授時是給出準(zhǔn)確的時間，BDS授時的精度為20～100ns。短報文通信短報文通信功能是指衛(wèi)星定位終端和北斗衛(wèi)星或北斗地面服務(wù)站之間能夠直接通過衛(wèi)星信號進(jìn)行雙向信息傳遞。BDS具備導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳兩大功能，可提供以下6種服務(wù)相關(guān)知識4.1.2BDS3．BDS的服務(wù)功能國際搜救BDS的6顆MEO衛(wèi)星上安裝有搜救載荷，可以與其他全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)一起，為全球用戶提供搜救服務(wù)。這項服務(wù)是按國際衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)，與其他國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng)聯(lián)合開展的一項免費(fèi)公益性服務(wù)，主要用于水上、陸地、空中遇險目標(biāo)的定位和救援。星基增強(qiáng)北斗星基增強(qiáng)系統(tǒng)也稱廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)，它通過GEO衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號轉(zhuǎn)發(fā)器，可以向用戶播發(fā)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，實現(xiàn)對原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的改進(jìn)。相關(guān)知識4.1.2BDS3．BDS的服務(wù)功能地基增強(qiáng)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是一套可以使北斗定位精度達(dá)到厘米級的系統(tǒng)，它具備為用戶提供廣域?qū)崟r米級、分米級、厘米級和后處理毫米級定位精度的能力。精密單點定位精密單點定位是利用單臺雙頻GNSS接收機(jī)，基于載波相位觀測值、國際GNSS服務(wù)組織IGS提供的衛(wèi)星軌道和時鐘差，進(jìn)行單點定位的技術(shù)。相關(guān)知識4.1.2BDS視野拓展中國BDS的“前世今生”（1）燈塔計劃，點亮北斗希望之燈。早在20世紀(jì)60年代，“兩彈一星”先驅(qū)們便開始在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域艱辛探索。這項具有開創(chuàng)意義的重大工程稱為“燈塔計劃”。但不幸的是，因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因，這座“燈塔”還未被點亮，就被取消了發(fā)射任務(wù)。雖然計劃中的“燈塔一號”沒有走向它的太空泊位，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，為我國積累了寶貴的工程經(jīng)驗。（2）雙星定位，孕育北斗的搖籃。繼“燈塔計劃”后，1983年，以陳芳允院士為代表的專家學(xué)者立足國情，提出“雙星定位”理論，即利用兩顆同步定點衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位?！ㄔ斠娊滩模┫嚓P(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）是一種利用慣性傳感器測量運(yùn)動載體的角速度信息，并結(jié)合給定的初始條件實時推算運(yùn)動載體的位置、速度、姿態(tài)角等參數(shù)的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)屬于推算導(dǎo)航方式，即從已知點的位置根據(jù)連續(xù)測得的運(yùn)動載體航向角和速度推算出其下一點的位置，因而可連續(xù)跟蹤運(yùn)動載體的實時位置。相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)1．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(2)(4)（1）(3)可全天候在全球任何地點工作。數(shù)據(jù)更新率高，短期精度和穩(wěn)定性好。不依賴外部信息，也不向外部輻射能量，隱蔽性好，不受外界電磁干擾。能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好、噪聲低。優(yōu)點相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)1．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(2)(4)（1）(3)每次使用前需要較長的初始對準(zhǔn)時間。不能給出時間信息。定位誤差隨時間的延長而增大，長期精度差。設(shè)備價格較昂貴。缺點相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)2．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常由陀螺儀、加速度計、計算機(jī)、顯示器等組成，如圖所示。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的陀螺儀用來形成一個導(dǎo)航坐標(biāo)系，使加速度計的測量軸穩(wěn)定在該坐標(biāo)系中，并給出航向和姿態(tài)角；加速度計用來測量運(yùn)動載體的加速度，經(jīng)過對時間的一次積分可得到運(yùn)動載體的速度，再經(jīng)過對時間的一次積分即可得到運(yùn)動載體的行駛距離。相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要采用加速度計和陀螺儀來測量運(yùn)動載體的參數(shù)。加速度計和陀螺儀結(jié)合就是慣性測量單元（IMU）。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以看成是IMU與軟件的結(jié)合，IMU通過內(nèi)置的微處理器，能夠以高頻率輸出實時的高精度位置、速度、航向和姿態(tài)角等信息。相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量運(yùn)動載體在慣性參考系中的加速度和角加速度，經(jīng)積分運(yùn)算求得運(yùn)動載體的速度、位置和角速度信息，然后將這些信息變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、位置、姿態(tài)角等信息。相關(guān)知識4.1.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)4．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)在車輛行駛過程中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)還可為車載傳感器提供車輛的空間位置和姿態(tài)，以修正傳感器對環(huán)境的檢測，建立更加準(zhǔn)確的環(huán)境感知。建立環(huán)境感知慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可輔助激光雷達(dá)、視覺傳感器等車載環(huán)境感知系統(tǒng)，獲取車輛與環(huán)境的高精度位置關(guān)系。獲取高精度位置目前，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用屬于起步階段。在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的研究中，價格低廉、體積小、高精度、高性能的慣性傳感器，將是未來一段時間的研究方向。任務(wù)實訓(xùn)——安裝并檢查車載GPS1．實訓(xùn)目標(biāo)（1）能夠正確安裝車載GPS定位器終端。（2）能夠按照要求檢查車載GPS的功能。2．實訓(xùn)器材實訓(xùn)車輛、安裝工具套裝、撬板、扭矩扳手、絕緣手套、車內(nèi)防護(hù)設(shè)備、功能檢查工具套裝。3．實訓(xùn)步驟實訓(xùn)步驟詳見教材。任務(wù)實訓(xùn)——安裝并檢查車載GPS根據(jù)分工填寫“任務(wù)工單——認(rèn)識高精度定位系統(tǒng)”（詳見教材）各小組成員根據(jù)自身表現(xiàn)情況配合指導(dǎo)教師完成“考核評價表”項目名稱評價內(nèi)容分值評價分?jǐn)?shù)自評互評師評職業(yè)素養(yǎng)考核項目無遲到、無早退、無曠課8分儀容儀表符合規(guī)范要求8分具備良好的安全意識與責(zé)任意識10分具備良好的團(tuán)隊合作與交流能力8分具備較強(qiáng)的紀(jì)律執(zhí)行能力8分保持良好的作業(yè)現(xiàn)場衛(wèi)生8分專業(yè)能力考核項目積極參加教學(xué)活動，按時完成任務(wù)工單16分操作規(guī)范，符合作業(yè)規(guī)程16分操作熟練，工作效率高18分合計100分總評自評（20%）+互評（20%）+師評（60%）=

綜合等級：

指導(dǎo)教師（簽名）：

考核評價表課堂小結(jié)（1）GPS（2）BDS（3）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)識高精度地圖任務(wù)4.2任務(wù)引入隨著國家對智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)的推進(jìn)，作為其關(guān)鍵保障技術(shù)的高精度地圖在近幾年已經(jīng)成為測繪等多個領(lǐng)域的研究重點。2016年特斯拉發(fā)生多次“自動駕駛”模式下的撞車事件，使人們重新認(rèn)識到了高精度地圖對于保障駕駛安全的重要意義。目前人們普遍認(rèn)為，實現(xiàn)3級及以上的駕駛自動化必須引入高精度地圖。高精度地圖不僅在駕駛自動化領(lǐng)域得到應(yīng)用，未來還有可能作為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，在智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等多方面發(fā)揮作用。任務(wù)引入任務(wù)內(nèi)容認(rèn)識高精度地圖學(xué)習(xí)程度識記理解應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)高精度地圖的基礎(chǔ)知識●

高精度地圖的制作流程●實訓(xùn)任務(wù)認(rèn)識高精度地圖●自我勉勵本任務(wù)要求學(xué)生掌握高精度地圖的基礎(chǔ)知識和制作，知識與技能要求如下表所示。任務(wù)工單——認(rèn)識高精度地圖任務(wù)描述收集高精度地圖的相關(guān)資料，對資料內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，分析高精度地圖的行業(yè)概況和發(fā)展趨勢，將分析結(jié)果制作成PPT，提交給指導(dǎo)教師。學(xué)生領(lǐng)取任務(wù)工單，并進(jìn)行分組（詳見教材）相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識高精度地圖是指相較于普通導(dǎo)航電子地圖而言，精度更高、數(shù)據(jù)維度更多的電子地圖。精度更高體現(xiàn)在精度達(dá)到厘米級別，數(shù)據(jù)維度更多體現(xiàn)在其除包括道路信息之外，還包括與交通相關(guān)的周圍靜態(tài)信息。什么是高精度地圖相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識

高精度地圖將大量的行車輔助信息存儲為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些信息可以分為道路數(shù)據(jù)和車道周邊的固定對象兩類，如圖所示。01道路數(shù)據(jù)包括車道線的位置、類型、寬度、坡度、曲率等車道信息。02車道周邊的固定對象包括交通標(biāo)志、交通信號燈等信息，車道限高、下水道口、障礙物及其他道路細(xì)節(jié)，高架物體、防護(hù)欄、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等基礎(chǔ)設(shè)施信息。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識精度使用對象數(shù)據(jù)維度數(shù)據(jù)的實時性作用與功能2．高精度地圖與普通導(dǎo)航電子地圖的區(qū)別高精度地圖與普通導(dǎo)航電子地圖的不同之處具體體現(xiàn)在以下五個方面。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識1）精度普通導(dǎo)航電子地圖的精度為米級。例如，商用GPS的精度為5m。高精度地圖的精度為厘米級，目前高精度地圖的精度一般為10～20cm。2）數(shù)據(jù)維度普通導(dǎo)航電子地圖只記錄道路級別數(shù)據(jù)，如道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)程度、方向等。高精度地圖不僅增加了車道屬性相關(guān)數(shù)據(jù)，還包括高架物體、防護(hù)欄、樹、道路邊緣類型及路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。此外，高精度地圖能夠明確區(qū)分車道線類型和路邊地標(biāo)等細(xì)節(jié)。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識3）作用與功能普通導(dǎo)航電子地圖主要用于行駛導(dǎo)航和地理信息查詢。高精度地圖通過“高精度+高動態(tài)+多維度”的數(shù)據(jù)，具有為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供自變量和目標(biāo)函數(shù)的功能。4）使用對象普通導(dǎo)航電子地圖的使用者是駕駛員，有顯示。高精度地圖的使用者是自動駕駛系統(tǒng)，無顯示。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識5）數(shù)據(jù)的實時性高精度地圖對數(shù)據(jù)的實時性要求更高。根據(jù)更新頻率的不同，局部動態(tài)地圖數(shù)據(jù)可分為4類：永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率約為1個月）、半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率為1h）、半動態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率為1min）、動態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率為1s）。普通導(dǎo)航電子地圖可能只需要永久靜態(tài)數(shù)據(jù)和半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)；而高精度地圖為了應(yīng)對各類突發(fā)狀況，保證自動駕駛的安全，需要更多的半動態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，這將大大提升其對數(shù)據(jù)實時性的要求。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識視野拓展高精度地圖不僅高在其厘米級的量化程度，更高在其空間抽象層次。作為自動駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，高精度地圖專注于自動駕駛場景的應(yīng)用，讓自動駕駛系統(tǒng)人性化地理解不斷變化的現(xiàn)實環(huán)境，通過云端實時更新多圖層高精度地圖數(shù)據(jù)，為自動駕駛安全落地保駕護(hù)航。高精度地圖實現(xiàn)了車與車、車與路、車與人之間的動態(tài)信息實時交互，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)人、車、路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率。在學(xué)習(xí)和工作中，我們也需要發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，以實現(xiàn)共同進(jìn)步。相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識3．高精度地圖的作用

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用領(lǐng)域，高精度地圖在多個方面都發(fā)揮著重要作用。高精度定位輔助環(huán)境感知規(guī)劃與決策相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識高精度定位高精度定位是高精度地圖有效應(yīng)用的重要方向，也是自動駕駛系統(tǒng)自主導(dǎo)航、自動駕駛的重要前提。高精度地圖可以提供道路中特征物（如標(biāo)志牌、龍門架等）的形狀、尺寸、高精度位置等語義信息。車載傳感器在檢測到相應(yīng)特征物時，就可根據(jù)檢測到的特征物信息去匹配上述語義信息，由車輛與特征物間的相對位置推算出當(dāng)前車輛的高精度絕對位置信息。01相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識輔助環(huán)境感知高精度地圖可對車載傳感器無法探測的部分進(jìn)行補(bǔ)充，也可進(jìn)行實時狀況的監(jiān)測及外部信息的反饋，以輔助車輛對環(huán)境進(jìn)行感知。這一點對自動駕駛非常重要。例如，當(dāng)受惡劣天氣影響時，可以使用高精度地圖來獲取當(dāng)前位置精準(zhǔn)的交通狀況。02相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識規(guī)劃與決策可以將高精度地圖看作一種超視距傳感器，它主要用于全局路徑規(guī)劃，并對局部路徑規(guī)劃做出有效輔助。對于提前規(guī)劃好的最優(yōu)路徑，由于實時更新的交通信息，最優(yōu)路徑也會隨時發(fā)生變化。此時高精度地圖在云計算機(jī)的輔助下，能有效提供最新的路況，幫助自動駕駛系統(tǒng)重新規(guī)劃最優(yōu)路徑。03相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程掃一掃觀看“高精度地圖的制作流程”實地采集加工后續(xù)更新相關(guān)知識4.2.1高精度地圖的基礎(chǔ)知識

1．實地采集實地采集是制作高精度地圖的第一步，主要通過采集車的現(xiàn)場采集來完成。采集車的核心設(shè)備是激光雷達(dá)、高精度差分-慣性導(dǎo)航-衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它通過激光反射形成點云，完成對環(huán)境中各種物體的采集，并通過高精度定位系統(tǒng)記錄行駛軌跡和環(huán)境中物體的高精度位置信息。相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程行業(yè)資訊高德地圖數(shù)據(jù)采集車有ADAS高精度地圖采集車和HAD高精度地圖采集車兩類。（1）ADAS高精度地圖的精度大約為50cm，其采集車車頂安裝有6個CCD攝像頭。其中，5個攝像頭以圓形環(huán)繞，另1個攝像頭設(shè)置在頂部，每個攝像頭的像素是500萬。車內(nèi)副駕駛的位置有用于采集數(shù)據(jù)的顯示屏，機(jī)箱則在后備廂位置，用于儲存和處理數(shù)據(jù)。（2）HAD高精度地圖的精度大約為10cm，其采集車頂部裝配了2個激光雷達(dá)（位于后方）和4個攝像頭（兩前兩后），可滿足數(shù)據(jù)采集所需要的精度。相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程采集設(shè)備越精密，采集的數(shù)據(jù)越完整，就可以更多地降低算法的不確定性。如果收集到的數(shù)據(jù)不完整，就需要更復(fù)雜的算法來補(bǔ)償數(shù)據(jù)缺陷，這容易產(chǎn)生更大的誤差。因此，實地采集所用到的設(shè)備包含多種傳感器，從而保證采集數(shù)據(jù)的精確性，提高采集數(shù)據(jù)的利用率。服務(wù)采集設(shè)備攝像頭IMUGPS激光雷達(dá)等多種傳感器相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程01攝像頭02IMU攝像頭可以捕捉周圍環(huán)境的靜態(tài)信息，并對其中關(guān)鍵交通標(biāo)志和路面周圍關(guān)鍵信息進(jìn)行提取，從而完成對地圖的初步繪制。攝像頭主要通過圖像識別和處理的原理進(jìn)行工作，是高精度地圖信息采集的關(guān)鍵設(shè)備。IMU一般使用6軸運(yùn)動處理組件，包含3軸加速度計和3軸陀螺儀。加速度計是力傳感器，用來檢查上下前后左右各個面都作用了多少力（包括重力），然后計算每個面上的加速度；陀螺儀是角速度檢測儀，用來檢測每個方向上的加速度。相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程04激光雷達(dá)03GPSGPS的任務(wù)是確定4顆衛(wèi)星或更多衛(wèi)星的位置，并計算出它與每顆衛(wèi)星之間的距離，然后利用這些信息通過三維空間的三角定位原理推算出自己的位置。激光雷達(dá)先向目標(biāo)物發(fā)射一束激光，然后根據(jù)接收和反射的時間間隔來確定目標(biāo)物體的實際距離，再根據(jù)距離及激光發(fā)射的角度，通過簡單的幾何變換推導(dǎo)出物體的位置信息。相關(guān)知識4.2.2高精度地圖的制作流程

2．加工加工是指對采集到的數(shù)據(jù)