智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)-項(xiàng)目八 智能網(wǎng)聯(lián)汽車導(dǎo)航定位技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車

導(dǎo)航定位技術(shù)PART8

近日，黃先生就被他的“伙伴”坑了一把，前兩天，黃先生買了一輛新車，當(dāng)時正好處于春節(jié)假期，黃先生就開著新車回老家，在行駛到Ｇ８０昆高速公路田東服務(wù)區(qū)時，他聽從導(dǎo)航的指示行車，結(jié)果發(fā)生了連撞５車的事故。

黃先生說，導(dǎo)航一直說到了到了，他就誤認(rèn)為前方是出口，隨即他就變道行駛，結(jié)果就撞向了前方同方向行駛的一輛小轎車，事故發(fā)生后，黃先生想踩制動，但他的車并沒有停下來，反而像“脫韁的野馬”一樣又撞向了服務(wù)區(qū)內(nèi)的４輛車。經(jīng)過調(diào)查，黃先生的新車前軸斷裂，車內(nèi)的氣囊爆裂，車身的右側(cè)發(fā)生嚴(yán)重變形，其他被撞的車均有不同程度的損傷，服務(wù)區(qū)內(nèi)的４輛車尾部受損比較嚴(yán)重。情景導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位技術(shù)1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用的定位技術(shù)

定位技術(shù)是讓智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知自身準(zhǔn)確位置的技術(shù)，定位是導(dǎo)航的基礎(chǔ)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車首先要解決自己“在哪”的問題，才有基礎(chǔ)去解決下一步該“去哪”的問題，智能網(wǎng)聯(lián)汽車常見的定位技術(shù)有:全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(ＧＮＳＳ)、雷達(dá)定位系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)和組合定位技術(shù)。理論知識2.常見衛(wèi)星定位系統(tǒng)

(１)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(ＧＰＳ)

(２)ＧＰＳ的定位原理

(３)ＧＰＳ的定位方法

3.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(ＢＤＳ)

(１)ＢＤＳ的組成如圖８-5所示為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成，包括空間段、地面段和用戶段。(２)ＢＤＳ的定位原理

ＢＤＳ的定位原理是雙星定位。如圖８-６所示。(３)ＢＤＳ的特點(diǎn)１)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其在低緯度地區(qū)性能優(yōu)勢更為明顯。２)提供多個頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務(wù)精度。３)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信功能，具備定位導(dǎo)航授時、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)精密單點(diǎn)定位、短報文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)１.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定義

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial

Navigation

System,

INS)是一種利用慣性傳感器測雖載體的角速度信息，并結(jié)合給定的初始條件實(shí)時推算速度、位置、姿態(tài)等參數(shù)的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。具體來說,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)屬于一種推算導(dǎo)航方式，即從一已知點(diǎn)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(diǎn)的位置，因而可連續(xù)測出運(yùn)動體的當(dāng)前位置。

(１)陀螺儀的定義:

陀螺儀(角速度傳感器)是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運(yùn)動檢測裝置，另外，利用其他原理制成的角運(yùn)動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。(２)加速度傳感器定義:加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器，通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成，傳感器在加速過程中，通過對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。2.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常由慣性測量裝置、計算機(jī)、控制顯示器等組成，慣性測量裝置包括加速度計和陀螺儀，又稱慣性導(dǎo)航組合計算機(jī)根據(jù)測得的加速度信號計算出車輛的速度和位置數(shù)據(jù)，控制顯示器顯示各種導(dǎo)航參數(shù)，實(shí)現(xiàn)功能。3.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理

如圖8-9所示為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理圖，其基本的工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系中的加速度和角加速度，將兩者對時間進(jìn)行一次積分，求得運(yùn)動載體的速度和角速度，然后在對運(yùn)動載體的速度和角速度進(jìn)行積分，得到運(yùn)動載體在慣性坐標(biāo)下的位置，最后將求得的位置信息轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)下，得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的速度、偏航角以及位置信息等。4.智能網(wǎng)聯(lián)汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的作用

１)在ＧＰＳ等衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號弱或信號丟失時，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)代替其進(jìn)行定位。２)配合激光雷達(dá)傳感器進(jìn)行智能網(wǎng)聯(lián)汽車的精確定位。5.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)

①它是不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，隱蔽性好，也不受外界電磁干擾的影響。④數(shù)據(jù)更新率高，短期精度和穩(wěn)定性好。③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)性好而且噪聲低。②可全天候在全球任何地點(diǎn)工作優(yōu)點(diǎn)①導(dǎo)航信息經(jīng)過積分產(chǎn)生，定位誤差隨時間而增大，長期精度差。③不能給出時間信息。缺點(diǎn)②每次使用之前需要較長的初始對準(zhǔn)時間。三、高精度地圖1.高精度地圖的定義

高精度地圖也稱為高分辨率地圖或高度自動駕駛地圖如圖8-10所示。高精度地圖與普通導(dǎo)航地圖不同，主要面向自動駕駛汽車，通過一套特有的定位導(dǎo)航體系，協(xié)助自動駕駛系統(tǒng)解決性能限制問題，拓展傳感器檢測范圍。高精地圖絕對位置精度接近１ｍ相對位置精度在厘米級別，能夠達(dá)到10-20CM準(zhǔn)確和全面地表征道路特征，并要求更高的實(shí)時性，是高精度地圖最顯著的特征，此外，高精地圖記錄駕駛行為的具體細(xì)節(jié)，包括典型駕駛行為、最佳加速點(diǎn)及制動點(diǎn)、路況復(fù)雜程度、以及對不同路段信號接收情況的標(biāo)注等。２.高精度地圖包含的信息及信息分類

高精度地圖之所以精度高，能面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的無人駕駛技術(shù)，根本原因是其包含了極其龐大的數(shù)據(jù)信息。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，僅僅一條道路的就需要采集超過１４億個數(shù)據(jù)點(diǎn)。在這些大量的數(shù)據(jù)中，高精地圖信息可分為三類，分別為道路信息、規(guī)則信息和實(shí)時信息，具體的信息見表8-1。３.高精度地圖的層級

高精度地圖可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩個層級?如圖8-13所示,其中靜態(tài)高精度地圖處于底層,是目前研發(fā)的重點(diǎn),它一般包含車道模型、道路部件(Object)、道路屬性三類矢量信息,且用于多傳感器定位的特(feature)圖層構(gòu)成。４.高精度地圖常見的數(shù)據(jù)組織方式

(１)地圖圖層A(２)定位圖層B(３)實(shí)時圖層C5.高精度地圖與普通地圖的區(qū)別

高精地圖是相對于普通地圖來說的，它提供了更高精度，內(nèi)容更為豐富的地圖信息，主要服務(wù)于自動駕駛。

6.智能網(wǎng)聯(lián)汽車無人駕駛與高精度地圖智能網(wǎng)聯(lián)汽車無人駕駛技術(shù)的主要分類，如圖8-21所示。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的無人駕駛技術(shù)主要分為:感知層、決策層和控制層高精度地圖對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車無人駕駛來說主要有三大功能：地圖匹配、輔助環(huán)境感知和路徑規(guī)劃。

7.高精度地圖的定位與導(dǎo)航

對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的無人駕駛來說，高精度地圖盡管有三大功能，但其最基礎(chǔ)的用途是用來對智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)行定位和導(dǎo)航，下面將分別介紹智能網(wǎng)聯(lián)汽車是如何利用高精度地圖實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航的。(１)高精度地圖的定位(２)高精度地圖的導(dǎo)航

8.高精度地圖的制作

目前高精度地圖的主流制作方案大多為專業(yè)集中制圖，未來最可能普遍采用的方案是專業(yè)集中制圖＋眾包更新，可以同時滿足精度和時效的要求，為專業(yè)集中制作高精度地圖的流程，如圖8-27所示，高精度地圖的制作流程主要包括四個步驟:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、元素識別和人工驗(yàn)證，人工驗(yàn)證后才編譯為最終的產(chǎn)品。9.高精度地圖的數(shù)據(jù)更新

高精度地圖落地的完整閉環(huán)包括制圖、用圖和更新三個緊耦合的過程，以保證數(shù)據(jù)的高頻流動和更新。如圖8-32所示。10.常用的高精度地圖

高精度地圖作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動駕駛不可或缺的資源，也隨著智能駕駛的發(fā)展備受關(guān)注，就國內(nèi)而言，高精度地圖的采集研制主要集中在百度、高德等公司以及清華大學(xué)和上海交通大學(xué)等高校，下面將簡要介紹各國主要的高精度地圖供應(yīng)商。(１)百度(２)高德(３)四維圖新(４)Ｈｅｒｅ學(xué)習(xí)小結(jié)１.ＧＰＳ的定位方法主要分為:偽距測量、載波相位測量、多普勒測量和衛(wèi)星射電干涉測量。２.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成，包括空間段、地面段和用戶段。３.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial

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System,INS)是一種利用慣性傳感器測雖載體的角速度信息,

并結(jié)合給定的初始條件實(shí)時推算速度、位置、姿態(tài)等參數(shù)的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。４.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常由慣性測量裝置、計算機(jī)、控制顯示器等組成。５.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系中的加速度和角加速度，將兩者對時間進(jìn)行一次積分，求得運(yùn)動載體的速度和角速度，然后在對運(yùn)動載體的速度和角速度進(jìn)行積分，得到運(yùn)動載體在慣性坐標(biāo)下的位置。學(xué)習(xí)小結(jié)６.高精地圖信息可分為三類，分別為道路信息、規(guī)則信息和實(shí)時信息７.高精度地圖可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩個層級:靜態(tài)高精度地圖處于底層，一般包含車道模型、道路部件(Object)、道路屬性三類矢量信息，動態(tài)高精度地圖則建立于靜態(tài)高精度地圖的基礎(chǔ)之上，它主要包括實(shí)時動態(tài)信息，既有其他交通參與者的信息(如道路擁堵情況、施工情況、是否有交