項目六任務(wù)5：認識高精地圖與自定位技術(shù)（課件）

認識高精地圖與自定位技術(shù)智能汽車傳感器應(yīng)用技術(shù)思考討論題（2分鐘）一、課程導(dǎo)入作為組合導(dǎo)航的核心組成部分，高精地圖相對其它普通地圖，在道路導(dǎo)航地圖的數(shù)據(jù)及信息都具有巨大的優(yōu)勢。那大家知道高精地圖和普通地圖有哪些區(qū)別嗎？高精地圖課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)二、高精地圖的定義高精地圖可以理解為高精度、高動態(tài)及多維度地圖。高精地圖的數(shù)據(jù)元素課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)三、高精地圖的形態(tài)高精地圖的形態(tài)分為矢量地圖和特征地圖。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)四、高精地圖圖層劃分4.1車道級路網(wǎng)圖層

——導(dǎo)航規(guī)劃主要是對路網(wǎng)精確的三維表征（可達到厘米級精度）進行描述，并存儲為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，主要可分為道路數(shù)據(jù)和車道周邊的固定對象信息。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)四、高精地圖圖層劃分4.2定位圖層

——車輛定位該層所包含的元素，與傳感器的種類和自動駕駛車輛的應(yīng)用場景相關(guān)。自動駕駛汽車定位解決方案基于視覺特征匹配定位方案基于激光雷達點云特征匹配定位解決方案基于視覺特征和激光雷達點云特征數(shù)據(jù)融合的定位方案課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)四、高精地圖圖層劃分4.3動態(tài)圖層——感知和考慮當前道路及交通狀況的路線規(guī)劃現(xiàn)階段對于高精度地圖動態(tài)圖層需要哪些信息要素也還沒有定論，仍處于探討研究的階段。但動態(tài)圖層包含的內(nèi)容大致可分為兩個方面：實時路況和交通事件。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)五、高精地圖與智能駕駛高精地圖為智能駕駛車輛實現(xiàn)高速自動巡航、智能切換車道、通過十字路口智能避障（車、行人、自行車、其他）等功能。使智能駕駛環(huán)境與高精地圖內(nèi)容相互融合。智能駕駛環(huán)境與高精地圖內(nèi)容相互融合課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)六、高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別5.1地圖內(nèi)容傳統(tǒng)地圖豐富程度很大。不僅有基本的道路信息，還具備地圖中的各種信息點的信息，比如建筑物尺寸、數(shù)量、建筑物的用途（醫(yī)院或商場）等。數(shù)據(jù)復(fù)雜且數(shù)據(jù)量大。但是駕駛員使用傳統(tǒng)地圖，它只能憑借固有的視覺和思維能力，識別行人、紅綠燈、交通標志。傳統(tǒng)地圖內(nèi)容課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)六、高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別5.1地圖內(nèi)容高精地圖包括駕駛輔助信息和交通語義信息，例如道路網(wǎng)的精確三維表征、交叉路口的布局、道路路標位置、交通燈不同顏色的含義、指示道路的速度限制、左轉(zhuǎn)車道開始的位置等。高精地圖內(nèi)容課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)六、高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別5.2信息描述傳統(tǒng)地圖僅含有通知駕駛員前方上坡、前方轉(zhuǎn)彎、通知前方有紅綠燈等簡單的定性描述；而高精地圖含有坡度數(shù)據(jù)、彎道曲率半徑、紅綠燈的經(jīng)緯度、高度信息等定量描述。傳統(tǒng)地圖的定性描述高精地圖的定量描述課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)六、高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別另外，在要素和屬性、所屬系統(tǒng)、用途等都有很大區(qū)別。傳統(tǒng)地圖與高精地圖的區(qū)別課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的構(gòu)建流程課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.1采集通過攝像頭、IMU、GNSS、激光雷達和毫米波雷達等傳感器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)（路況）信息。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.2分析將深度學(xué)習(xí)與SLAM技術(shù)結(jié)合，加入圖像語義分割、語義地圖構(gòu)建等語義信息。分析過程用深度學(xué)習(xí)方法替換傳統(tǒng)SLAM中的一個或多個模塊在傳統(tǒng)SLAM中加入語義信息端到端SLAM，智能體需要自主學(xué)習(xí)相關(guān)信息，最終輸出行為信息，并根據(jù)行為信息的反饋獲得信息課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.3建圖通過視覺SLAM技術(shù)，建立3D高精地圖。1.通過語義分割+點云重建+參數(shù)化來創(chuàng)建矢量地圖；2.通過語義分割檢測+語義重建來創(chuàng)建矢量地圖。視覺SLAM建圖課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.4融合將建圖片段融合優(yōu)化，提升地圖完整和準確性。高精地圖融合過程課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.5定位通過車體定位與建圖結(jié)果匹配，完成車輛高精度定位。車體自定位主要依賴于GPS、底盤輪速計以及其它傳感器的方式實現(xiàn)。實現(xiàn)過程如下：1.利用GPS定位系統(tǒng)確定自動駕駛車輛當前處在哪條道路上。2.根據(jù)攝像頭建圖的語義信息，檢測的車道線（虛、實線）及道路邊緣（路沿或護欄），并與高精地圖提供的車道線及道路邊緣做比對，進一步修正無人車的橫向定位。3.根據(jù)建圖的路面標志、交通標志牌、紅綠燈等環(huán)境語義信息，與高精地圖提供的要素做匹配，確定無人車當前的位置信息及周邊環(huán)境。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)七、高精地圖的構(gòu)建流程7.6生成將建圖與定位的數(shù)據(jù)結(jié)果加密后傳送到云端數(shù)據(jù)庫，解碼后與全局地圖匹配融合。最終完成局部地圖與全局地圖的更新和再加工，實現(xiàn)自動駕駛精確定位和導(dǎo)航的需求。高精地圖的生成課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)八、高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用8.1環(huán)境感知輔助（1）擴大自動駕駛車輛的感知范圍高精地圖可以延伸傳感器的感知范圍，具有超視距感知的能力，并且可以彌補車載傳感器在特殊情況條件下的感知缺陷。特殊情況如下：①激光雷達在惡劣天氣下效果較差，比如大霧，大雨或面對大范圍的塵土；②高分辨率攝像頭，在視場角窄的情況下，可以檢測到很遠的距離，但面對暴雨/大雪等惡劣天氣，很難檢測到正確的車道線、障礙物、馬路牙子等信息；③前方道路交通標志模糊，攝像頭無法讀取信息；④前方大車遮擋，攝像頭無法探測前方紅綠燈的情況。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)八、高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用8.1環(huán)境感知輔助（2）提供先驗信息高精地圖可幫助車輛提前預(yù)知前方的道路、交通、基礎(chǔ)設(shè)施等信息，幫助車載傳感器縮小檢測范圍，車載傳感器可專注于檢測感興趣區(qū)域（ROI）。既提高了車載傳感器的檢測精度和速度，同時又節(jié)約了其計算資源。（3）提供冗余數(shù)據(jù)①當某些傳感器數(shù)據(jù)缺失時，可以利用高精地圖數(shù)據(jù)進行推算；②當同一個數(shù)據(jù)有多個車載傳感器數(shù)據(jù)來源時，高精度地圖可以用于相互校驗，校驗其他傳感器的可信度，提高整個系統(tǒng)的準確度。課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)八、高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用8.2路徑規(guī)劃與決策高精地圖提供先驗信息給自動駕駛系統(tǒng)以便其做出合理的行為規(guī)劃決策；例如：前方具有低速限制、人行橫道或道路施工區(qū)域，高精地圖能讓車輛提前預(yù)知，并預(yù)先減速。低速限制人行橫道道路施工課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)八、高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用8.3高精度定位輔助高精地圖對路網(wǎng)有精確的三維表征，并存儲為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都有地理編碼，自動駕駛系統(tǒng)通過車載GPS/IMU、Lidar或攝像頭獲得的環(huán)境信息與高精地圖上的信息做對比分析，便可得到車輛在地圖上的精確位置。高精定位輔助課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的概述自定位技術(shù)能幫助智能駕駛系統(tǒng)更好地使用高精地圖提供的信息；為智能駕駛的路徑提供規(guī)劃，更好地提供準確的車輛位置和信息；輔助感知系統(tǒng)，提供準確的檢測和跟蹤結(jié)果。對于智能駕駛汽車來說，對精度、魯棒性和駕駛場景都有很高的要求。特性指標理想值精度誤差均值＜10cm魯棒性最大誤差＜30cm場景覆蓋場景全天候課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（1）GPSGPS全球定位系統(tǒng)，是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS在智能駕駛環(huán)境中信號較差的地方影響測量精度。影響GPS測量的誤差因素如下：影響因素課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（2）北斗北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?？梢栽谌蚍秶鷥?nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。2022年前后我國將建成北斗全球系統(tǒng)向全球提供服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展歷程課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（2）北斗目前北斗技術(shù)尚未完全成熟，還處于試用階段，不能完全適用于智能駕駛當中。各國的定位技術(shù)分類對比如下：創(chuàng)建國家定位系統(tǒng)定位精度美國GPS10m中國北斗<10m俄羅斯格洛納斯10~15m歐盟主導(dǎo)伽利略1m課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（3）FLPFLP融合定位技術(shù)，融合了目前市面上的所有定位方式，包括GPS、基站定位、Wifi定位、藍牙定位以及傳感器定位。FLP融合定位技術(shù)最開始應(yīng)用在手機定位技術(shù)上，它具有以下特點：課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（4）VSLAM技術(shù)VSLAM視覺即時定位與地圖創(chuàng)建，它是指運動物體根據(jù)傳感器的信息，一邊計算自身位置，一邊構(gòu)建環(huán)境地圖的過程。VSLAM技術(shù)圖課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（4）VSLAM技術(shù)VSLAM流程VSLAM技術(shù)優(yōu)勢課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)九、自定位技術(shù)9.1自定位技術(shù)的類型（5）車載多傳感器融合定位方案：GPS

+IMU+MMGPS/IMU/MM多傳感器融合方案是使用GPS、IMU、里程計等傳感器，結(jié)合高德地圖的地圖優(yōu)勢，提出了一種結(jié)合地圖匹配的多傳感器融合算法。它是為了解決用戶反饋的以下三大痛點問題：課程導(dǎo)入高精地圖的構(gòu)建流程高精地圖的定義高精地圖的形態(tài)高精地圖與智能駕駛高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別高精地圖在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用自定位技術(shù)高精地圖圖層劃分總結(jié)十、總結(jié)1、高精地圖可以理解為高精度、高動態(tài)及多維度地圖。2、高精地圖的形態(tài)分為矢量地圖和特征地圖。3、高精地圖是給機器閱讀的，是L3-L5級智能駕駛的重要基礎(chǔ)設(shè)施。4、高精地圖的圖層按自動駕駛中所起的作用大致可以分為三層：車道級路網(wǎng)圖層、定位圖層和動態(tài)圖層。5、高精地圖為智能駕駛實現(xiàn)高速公路自動巡航、通過高速路之間的連接車道、切換車道、通過十字路口及避障（車、人、自行車、其它）等功能。6、高精地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別在精度、地圖內(nèi)容、信息描述等。7