智能網(wǎng)聯(lián)汽車 課件 項目1-3 認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車；智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)；智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度定位與導(dǎo)航系統(tǒng)

任務(wù)一認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車前言智能網(wǎng)聯(lián)汽車以萬物互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等為技術(shù)基礎(chǔ)，在發(fā)展戰(zhàn)略中，各國紛紛選擇汽車產(chǎn)業(yè)作為制造業(yè)整體升級的突破口，依托汽車產(chǎn)業(yè)加快推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型。這一戰(zhàn)略指向帶動全球汽車技術(shù)進(jìn)人了加速進(jìn)步和融合發(fā)展的新時期，并呈現(xiàn)出電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化四大發(fā)展趨勢。這四大趨勢既有各自的獨特內(nèi)涵，又有緊密的相互聯(lián)系。認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車Annualworksummary1目錄01課堂導(dǎo)入02教學(xué)目標(biāo)03教學(xué)內(nèi)容04課后練習(xí)課堂導(dǎo)入01課堂導(dǎo)入：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)1.你認(rèn)為的無人駕駛是什么樣的？2.無人駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)之間有什么關(guān)系？觀看下方視頻并進(jìn)行討論和思考，回答右側(cè)的問題？教學(xué)目標(biāo)0203能闡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級01能說出智能網(wǎng)聯(lián)汽車概念02能描述智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分層04能說明智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展前景01激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和時代精神，增強(qiáng)國家的核心競爭力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。02引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注全球議題，增強(qiáng)國家競爭實力；樹立創(chuàng)新意識，促進(jìn)全面發(fā)展。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容03一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概念01智能網(wǎng)聯(lián)汽車概念

智能網(wǎng)聯(lián)汽車（簡稱ICV）是指搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與X（車、路、人、云等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能”行駛，并最終可實現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分層智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有兩個層面：智能化網(wǎng)聯(lián)化智能化層面，汽車配備了多種傳感器（攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)），實現(xiàn)對周圍環(huán)境的自主感知，通過一系列傳感器信息識別和決策操作，汽車按照預(yù)定控制算法的速度與預(yù)設(shè)定交通路線規(guī)劃的尋徑軌跡行駛。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分層

網(wǎng)聯(lián)化層面，車輛采用新一代移動通信技術(shù)（LTE-V、5G等），實現(xiàn)車輛位置信息、車速信息、外部信息等車輛信息之間的交互，并由控制器進(jìn)行計算，通過決策模塊計算后控制車輛按照預(yù)先設(shè)定的指令行駛，進(jìn)一步增強(qiáng)車輛的智能化程度和自動駕駛能力。三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級01我國汽車汽車工程學(xué)會對自動駕駛的分級我國劃分的這6個等級和美國SAE中的L0～L5級是基本對應(yīng)的，但也有差異，主要體現(xiàn)在L2級。我國的2級部分自動駕駛的控制是駕駛?cè)伺c系統(tǒng)；SAE中的L2級部分自動化的駕駛操作是系統(tǒng)，因此SAE中的L2級要比我國的2級要求高。我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級自動駕駛汽車業(yè)內(nèi)普遍接受的是SAE（美國汽車工程師學(xué)會）在J3016-2014文件提出的自動駕駛分級定義，按照自動化程度分為六個等級，其中L0為沒有任何智助系統(tǒng)的級別。在L3級后，機(jī)器開始接管并主導(dǎo)車輛的感知和控制；當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)整體處于L2~L3段。02美國汽車汽車工程師學(xué)會對自動駕駛的分級美國關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)分級三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級2020年左右實現(xiàn)高速公路上的L3自動駕駛、L2自動駕駛和特定區(qū)域的L4自動駕駛。到2025年，將實現(xiàn)高速公路上的L4自動駕駛。02日本自動駕駛汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級

歐盟于2012年頒布法規(guī)，要求所有商用車在2013年11月之前安裝AEB緊急自動剎車系統(tǒng)。自2014年起，在歐盟市場銷售的所有新車都必須配備AEB，沒有該系統(tǒng)的車輛不符合E-NCAP五星級安全認(rèn)證。02歐盟自動駕駛汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展前景

根據(jù)全球知名經(jīng)濟(jì)咨詢機(jī)構(gòu)IHS環(huán)球透視（以下簡稱IHS）汽車部門預(yù)測，全球智能駕駛汽車銷量將由2025年的23萬輛，發(fā)展到2035年將超過1000萬輛；到2022年全球聯(lián)網(wǎng)汽車的市場保有量將達(dá)3.5億臺，市場占比達(dá)到24%，具有聯(lián)網(wǎng)功能的新車銷量將達(dá)到9800萬臺，市場占比達(dá)94%。四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展前景2020年2月，國家發(fā)改委正式發(fā)布關(guān)于印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》的通知，提出戰(zhàn)略愿景，到2025年，中國標(biāo)準(zhǔn)智能汽車的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本形成。實現(xiàn)有條件自動駕駛的智能汽車達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)，實現(xiàn)高度自動駕駛的智能汽車在特定環(huán)境下市場化應(yīng)用。課后練習(xí)04一、填空題1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車（簡稱ICV）是指搭載先進(jìn)的

、

、

等裝置。2.我國把智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能化劃分為5個等級，1級為

，2級為

，3級為

，4級為

，5級為

。3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有兩個層面：一是

，二是

。二、選擇題1.不屬于自動駕駛汽車的是（）。A.L0級B.L1級C.L2級D.L3級

2.屬于無人駕駛汽車的是（）。A.L1級

B.L2級C.L3級D.L4級3.下列屬于車載激光雷達(dá)特點的是（

）。A.攝像頭B.激光雷達(dá)C.毫米波雷達(dá)D.5G二、簡答題1.我國對自動駕駛的分級。2.美國對自動駕駛的分級。謝謝項目一認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)與技術(shù)Annualworksummary2前言智能網(wǎng)聯(lián)汽車是搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)V2X智能信息交換共享，具備復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，可實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代人來操作的新一代汽車。同時智能網(wǎng)聯(lián)汽車是以車輛為主體和主要節(jié)點，融合現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使車輛與外部節(jié)點實現(xiàn)信息共享和協(xié)同控制。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能說明我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。01能說出智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)。02能闡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)。01激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和時代精神，增強(qiáng)國家的核心競爭力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。02激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，服務(wù)社會。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車運用了多款技術(shù)，主要包括車輛關(guān)鍵技術(shù)、信息交互關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)支撐關(guān)鍵技術(shù)等，如圖1-2-1所示智能網(wǎng)聯(lián)汽車的系統(tǒng)構(gòu)成一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)01環(huán)境感知

環(huán)境感知層的主要功能是通過車載環(huán)境感知技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、4G/5G及V2X無線通信技術(shù)等，實現(xiàn)對車輛自身屬性和車輛外在屬性（如道路、車輛和行人等）靜、動態(tài)信息的提取和收集，并向智能決策層輸送信息。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)02智能決策

智能決策層的主要功能是接收環(huán)境感知層的信息并進(jìn)行融合，對道路、車輛、行人、交通標(biāo)志和交通信號等進(jìn)行識別，決策分析和判斷車輛駕駛模式和將要執(zhí)行的操作，并向控制和執(zhí)行層輸送指令。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車結(jié)構(gòu)03控制執(zhí)行

智能決策層的主要功能是接收環(huán)境感知層的信息并進(jìn)行融合，對道路、車輛、行人、交通標(biāo)志和交通信號等進(jìn)行識別，決策分析和判斷車輛駕駛模式和將要執(zhí)行的操作，并向控制和執(zhí)行層輸送指令。

從功能角度上講，智能網(wǎng)聯(lián)汽車與一般汽車相比，主要增加了環(huán)境感知與定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、車載自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)等。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)01環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知包括車輛本身狀態(tài)感知、道路感知、行人感知、交通信號感知、交通標(biāo)識感知、交通狀況感知、周圍車輛感知等，如圖1-2-2所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)02無線通信技術(shù)

長距離無線通信技術(shù)用于提供即時的互聯(lián)網(wǎng)接入，主要采用4G/5G技術(shù)，特別是5G技術(shù)，有望成為車載長距離無線通信專用技術(shù)。短距離通信技術(shù)有專用短程通信技術(shù)（DSRC）、藍(lán)牙、Wi-Fi等，其中DSRC重要性高且亟須發(fā)展，它可以實現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)對高速運動下移動目標(biāo)的識別和雙向通信，如圖1-2-3所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)03智能互聯(lián)技術(shù)

當(dāng)兩個車輛距離較遠(yuǎn)或被障礙物遮擋，直接通信無法完成時，兩者之間的通信可以通過路側(cè)單元進(jìn)行信息傳遞，構(gòu)成一個無中心、完全自組織的車載自組織網(wǎng)絡(luò)。智能互聯(lián)技術(shù)示意圖如圖1-2-4所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)04車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

目前汽車上廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)有CAN、LIN和MOST總線等，它們的特點是傳輸速率小，帶寬窄。以太網(wǎng)最有可能進(jìn)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境下工作。同時以太網(wǎng)還可以順應(yīng)未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，即開放性兼容性原則，從而可以很容易地將現(xiàn)有的應(yīng)用嵌入到新的系統(tǒng)中。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)05先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)

先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)示意圖如圖1-2-5所示高級駕駛輔助系統(tǒng)試驗防范解析二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)06信息融合技術(shù)

信息融合技術(shù)是指在定準(zhǔn)則下利用計算機(jī)技術(shù)對多源信息分析和綜合以實現(xiàn)不同應(yīng)用的分類任務(wù)面進(jìn)行的處理過程。該技術(shù)主要用于對多源信息進(jìn)行采集、傳輸、分析和綜合，將不同數(shù)據(jù)源在時間和空間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，產(chǎn)生出完整、準(zhǔn)確、及時、有效的綜合信息。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)07信息安全與隱私保護(hù)技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車接人網(wǎng)絡(luò)的同時，也帶來了信息安全的問題。在應(yīng)用中，每輛車及其車主的信息都將隨時隨地地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中被感知，這種暴露在網(wǎng)絡(luò)中的信息很容易被竊取，干擾甚至修改等，從而直接影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的安全，因此在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，必須重視信息安全與隱私保護(hù)技術(shù)的研究。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)08人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)，尤其是語音控制、手勢識別和觸摸屏技術(shù)，在全球未來汽車市場上將被大量采用。全球領(lǐng)先的汽車制造商都在研究人機(jī)交互技術(shù)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車人機(jī)界面的設(shè)計，其最終目的在于提供好的用戶體驗，增強(qiáng)用戶的駕駛樂趣或駕駛過程中的操作體驗，如圖1-2-6所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)09高精度地圖與定位技術(shù)

高精度地圖技術(shù)將大量的行車輔助信息存儲為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些信息可以分為兩類。第一類是道路數(shù)據(jù)，第二類是車道周邊的固定對象信息。高精度地圖具有高鮮度、高精度和高豐富度的特點。高豐富度與機(jī)器的更多邏輯規(guī)則相結(jié)合，進(jìn)一步提升了自動駕駛的安全性，如圖1-2-7所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)10異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是一項較為關(guān)鍵的技術(shù)，所謂異構(gòu)是指兩個或以上的無線通信系統(tǒng)采用了不同的接入技術(shù)，或者是采用相同的無線接入技術(shù)但屬于不同的無線運營商，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2-8所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)11交通大數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)

交通大數(shù)據(jù)具有種類繁多、異質(zhì)性、時空尺度跨越大、動態(tài)多變、高度隨機(jī)性、局部性和生命周期較短等特征，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展離不開大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持。交通所涉及的大數(shù)據(jù)技術(shù)總結(jié)起來大致包括如下內(nèi)容。交通大數(shù)據(jù)平臺示意圖如圖1-2-9所示。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要技術(shù)12交通云計算關(guān)鍵技術(shù)

交通云計算平臺應(yīng)該是一個整合的、先進(jìn)的、安全的、自動化的、易擴(kuò)展的、服務(wù)于交通行業(yè)的開放性平臺。智慧交通云平臺示意圖如圖1-2-10所示。三、我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展

中國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，國防科技大學(xué)在1992年成功研制出中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。2015年12月，百度公司宣布，百度無人駕駛汽車在國內(nèi)首次實現(xiàn)城市、環(huán)路及高速道路混合路況下的全自動駕駛，測試時最高速度達(dá)到100km/h。百度無人駕駛汽車的技術(shù)核心是“百度汽車大腦”，包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制四大模塊。其中，百度自主采集和制作的高精度地圖記錄完整的三維道路信息，能在厘米級精度實現(xiàn)車輛定位。智能網(wǎng)聯(lián)汽車——無人駕駛技術(shù)三、我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展

百度自主采集和制作的高精度地圖記錄完整的三維道路信息，能在厘米級精度實現(xiàn)車輛定位。同時，百度無人駕駛汽車依托國際領(lǐng)先的交通場景物體識別技術(shù)和環(huán)境感知技術(shù)，實現(xiàn)高精度車輛探測識別、跟蹤、距離和速度估計、路面分割、車道線檢測，為自動駕駛的智能決策提供依據(jù)。三、我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展

百度的無人駕駛解決方案是以人工智能、高精度地圖為核心，依托傳感器、激光雷達(dá)等硬件設(shè)備構(gòu)筑的最高級別無人駕駛系統(tǒng)。百度大腦基于計算機(jī)和人工智能，模擬人腦思維的模式，擁有200億個參數(shù)，通過模擬人腦的無數(shù)神經(jīng)元的工作原理進(jìn)行再造、存儲及“思考”。目前國內(nèi)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車、無人駕駛汽車的技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)差別不大。課后練習(xí)03一、填空題1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車運用了多款技術(shù)，主要包括

、

、

等。2.環(huán)境感知包括

、

、

、

、交通標(biāo)識感知、交通狀況感知、周圍車輛感知等。3.短距離通信技術(shù)有

、

、

等。二、選擇題1.網(wǎng)聯(lián)式環(huán)境感知系統(tǒng)主要包括（）。A．?dāng)z像頭B．LTE-VC．毫米波雷達(dá)D．5G2.車載式環(huán)境感知系統(tǒng)主要包括（）。A．?dāng)z像頭B．激光雷達(dá)C．毫米波雷達(dá)D．5G3.交通大數(shù)據(jù)具有（）等特征。A.種類繁多B.異質(zhì)性C.時空尺度跨越大D.動態(tài)多變二、簡答題1.智能互聯(lián)技術(shù)2.無線通信技術(shù)3.高精度地圖與定位技術(shù)謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言要實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)和自動駕駛功能，必須要使汽車具有環(huán)境感知功能，通過充分了解和認(rèn)識環(huán)境信息，才能夠使汽車控制系統(tǒng)作出最佳規(guī)劃，讓汽車得到最理想的駕駛體念。認(rèn)知環(huán)境感知技術(shù)Annualworksummary1目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、環(huán)境感知系統(tǒng)概念智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)相當(dāng)于人的感覺器官和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用車載視覺傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)以及V2X通信技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等獲取智能網(wǎng)聯(lián)汽車周圍環(huán)境信息（車、人、道路和環(huán)境），并將以上信息經(jīng)過車載ECU處理后傳輸給車載控制單元，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全行駛提供及時、準(zhǔn)確和可靠的決策依據(jù)。一、環(huán)境感知系統(tǒng)概念行車路徑是指車輛可行駛的道路區(qū)域，道路可分為結(jié)構(gòu)化道路和非結(jié)構(gòu)化道路。如圖2-1-1所示，結(jié)構(gòu)化道路一般是指高速公路、城市干道等結(jié)構(gòu)化較好的公路，這類道路具有清晰的道路標(biāo)志線，道路的背景環(huán)境比較單一，道路的幾何持征也比較明顯，針對它的路徑識別主要包括:行車線、行車路邊緣、道路隔離物。非結(jié)構(gòu)化道路一般是指城市非主干道、鄉(xiāng)村街道等結(jié)構(gòu)化程度較低的道路，這類道路沒有車道線和清晰的道路邊界，再加上受陰影和水跡等的影響，道路區(qū)域和非道路區(qū)域難以區(qū)分，針對它的路徑識別主要包括:路面環(huán)境狀況的識別和可行駛路徑的確認(rèn)。01行車路徑環(huán)境感知系統(tǒng)一、環(huán)境感知系統(tǒng)概念周邊物體主要包括車兩、行人、地面上可能影響車兩通過性、安全性的其他各種移動或靜止物體、各種交通標(biāo)志、交通信號燈等。如圖2-1-2所示，特斯拉ModelS行車時，通過中間攝像頭的感知，實現(xiàn)了對前方環(huán)境中的車輛、交通標(biāo)識、行人及行車路徑的識別。02周邊物體03駕駛狀態(tài)駕駛狀態(tài)包括駕駛?cè)俗陨頎顟B(tài)、車輛自身行駛狀態(tài)的識別04駕駛狀態(tài)駕駕駛環(huán)境檢測主要包括路面狀況、道路交通擁堵情況、天氣狀況的識別。二、環(huán)境感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)環(huán)境感知系統(tǒng)包括信息采集單元、信息處理單元及信息傳輸單元三大模塊，信息采集單元負(fù)責(zé)收集汽車的車外及車內(nèi)信息，并將相關(guān)信息傳輸給信息處理單元，經(jīng)信息處理單元分析處理后由信息處理單元輸出。其組成原理如圖2-1-所示。二、環(huán)境感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息采集單元包括視覺傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、車載自組網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)航定位裝置等;01信息采集單元02信息處理單元信息處理單元包括道路識別、車輛識別、行人識別、交通標(biāo)志識別、交通信號燈識別等03信息傳輸單元信息傳輸單元包括顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和車載自組網(wǎng)絡(luò)等。三、常用環(huán)境感知傳感器單純一類環(huán)境感知傳感器都有其局限性，通過單一傳感器的感知難以提供智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛環(huán)境的整體而全面的認(rèn)知。因此為克服單一環(huán)境感知傳感器的數(shù)據(jù)可靠性較低、有效探測范圍較小等局限性，為了保證環(huán)境感知傳感器在任何時刻都能為車輛運行提供完全可信的環(huán)境信息，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中使用多環(huán)境感知傳感器融合技術(shù)進(jìn)行環(huán)境感知。利用多環(huán)境感知傳感器信息融合技術(shù)對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合和平衡，根據(jù)各個環(huán)境感知傳感器信息在時間、空間的冗余或互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯處理，擴(kuò)大系統(tǒng)的時空覆蓋范圍，增加信息維度，避免單個傳感器的工作盲區(qū)，從而得到所需要的環(huán)境信息。智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知傳感器主要包括視覺傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和紅外線傳感器等。各環(huán)境感知傳感器的性能特點見表2-1-1。三、常用環(huán)境感知傳感器視覺傳感器紅外線傳感器超聲波雷達(dá)毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)優(yōu)點成本適中，可分辨出障礙物的距離和大小，并區(qū)分障礙物類型成本低，夜間不受影響結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，體積小巧不受天氣情況和夜間的影響，可以探測到遠(yuǎn)距離(100m以上)的物體測距精度高，方向性強(qiáng)，響應(yīng)時間快，不受地面雜波干擾缺點與人眼一樣，會受到視野范圍的影響會受天氣條件限制，只能探測到近距離的物體會受到天氣和溫度變化的影響，最大測量距離一般只有幾米成本較高;行人的反射波較弱、難以探測，需與視覺傳感器互補(bǔ)使用成本很高，不能全天候工作，遇濃霧、雨、雪等極端天氣無法工作探測距離強(qiáng)一般弱強(qiáng)強(qiáng)夜間工作弱強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)氣候影響大大小小在煙霧環(huán)境弱弱一般強(qiáng)弱雨雪環(huán)境一般弱強(qiáng)強(qiáng)一般溫度穩(wěn)定強(qiáng)一般弱強(qiáng)強(qiáng)車速測量弱弱一般強(qiáng)弱謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言視覺傳感器成本低廉，獲取的環(huán)境信息直觀，在車載領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如目前常見的倒車影像和360°全景環(huán)視系統(tǒng)，都使用了魚眼攝像頭作為視覺傳感器。同時，隨著各類圖像處理方法的發(fā)展，以及圖像處理芯片成本的持續(xù)降低，使用視覺傳感器實時獲取環(huán)境信息成為一種可行的車載應(yīng)用方案。因此，視覺傳感器成為目前智視覺傳感器能網(wǎng)聯(lián)汽車廣泛使用的傳感器。目前具備圖像識別能力的視覺傳感器主要是攝像頭。認(rèn)知視覺傳感器Annualworksummary2目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、視覺傳感器概念視覺傳感器又稱為成像裝置或攝像裝置，是智能車輛路徑識別模塊中攝像頭的重要組成部分，可以檢測可見光、紫外線、X射線及近紅外光等，實現(xiàn)視覺功能的信息采集、轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展，提供可視化、真實、多級、多內(nèi)容的視覺圖像信息。圖像傳感器控制芯片。視覺傳感器是人工智能的一個分支，通過使用光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理工具等來模擬人的視覺能力捕捉和處理場景的三維信息，理解并通過指揮特定的裝置執(zhí)行決策。視覺傳感器涉及多種技術(shù)，包括圖像外理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明，光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)等，其外觀如圖2-2-1所示。二、視覺傳感器類型視覺傳感器按安裝位置分有前視、后視和環(huán)視;按鏡頭類型分有長焦、魚眼;按傳感器的原理分有單目視覺傳感器、雙目視覺傳感器、三目視覺傳感器和紅外夜視視覺傳感器等多種類型。圖像處理算法在處理遠(yuǎn)紅外夜視圖像時中可以發(fā)揮作用。認(rèn)知視覺傳感器二、視覺傳感器類型單目視覺傳感器只包含一個攝像機(jī)和一個鏡頭，如圖2-2-2所示。因大多圖像算法的研究都是基于單目視覺傳感器開發(fā)的，因此相對于其池類別的車載視覺傳感器，單目視覺傳感器的算法成熟度更高。但是單目視覺有兩個先天的缺陷，一是它的視野完全取決于鏡頭。焦距短的鏡頭，視野廣，但缺失遠(yuǎn)處的信息，反之亦然。二是單目測距的精度較低。攝像機(jī)的成像圖是透視圖，即越遠(yuǎn)的物體成像越小。近處的物體，需要用幾百甚至上千個像素點描述;而處于遠(yuǎn)處的同一物體，可能只需要幾個像素點即可描還出來。這種特性會導(dǎo)致越遠(yuǎn)的地方，一個像素點代表的距離越大。單目視覺物體越遠(yuǎn)，測距的精度越低。01單目視覺傳感器二、視覺傳感器類型雙目視覺傳感器，由于單目測距存在缺陷，雙目視覺應(yīng)運而生，如圖2-2-3所示，雙目視覺傳感器包含兩個攝像機(jī)和兩個鏡頭。相近的兩個攝像機(jī)拍攝物體時，會得到同一物體在相機(jī)成像平面的像素偏移量。有了像素偏移量、相機(jī)焦距和兩個車載視覺傳感器的實際距離這些信息，根據(jù)數(shù)學(xué)換算即可得到物體的距離。將雙且測距源理應(yīng)用在圖像上每一個像素點時，即可得到圖像的深度信息。深度信息的加入，不僅便干障礙物的分類，也能提高高精度地圖的定位精度。與單目視覺相比，雙目視覺的特點如下:一是成本比單目系統(tǒng)要高，但尚處干可接受范圍內(nèi)。并且與激光雷達(dá)等方案相比成本較低:二是沒有識別率的限制，因為從原理上無須先進(jìn)行識別再進(jìn)行測算，而是對所有障礙物直接進(jìn)行測量:三是精度比單目高，直接利用視差計算距離。雙目系統(tǒng)的一個難點在于計算量非常大，對計算單元的性能要求非常高。02雙目視覺傳感器二、視覺傳感器類型02雙目視覺傳感器二、視覺傳感器類型三目視覺傳感器由于單目視覺傳感器和雙目視覺傳感器都存在某些缺陷，因此，很多智能網(wǎng)聯(lián)汽車采用了三目視覺傳感器方案。三目視覺傳感器是三個不同焦距單目視覺傳感器的組合。如圖2-2-4所示為三目視覺傳感器，分別為28°視場、52°視場、150°視場。其中28°視場用干檢測前車道線、交通燈，52°視場負(fù)責(zé)道路狀況監(jiān)測，150°視場用于臨測平行車道道路狀況以及行人和非機(jī)動車的行駛狀況。03三目視覺傳感器二、視覺傳感器類型與前面三種視覺傳感器所用的鏡頭都是非魚眼的不同，環(huán)視視覺傳感器的鏡頭是魚眼鏡頭，而且安裝位置是朝向地面的?！?60°全景顯示”功能，所用到的就是環(huán)視攝像機(jī)。安裝干車輛前方、車輛左右后視鏡下和車輛后方的四個魚眼鏡頭采集圖像，采集到的圖像，為獲取足夠大的視野，魚眼攝像機(jī)的代價是圖像畸變嚴(yán)重。通過標(biāo)定值進(jìn)行圖像的投影變換，可將圖像還原成俯視圖的樣子。然后對四個方向的圖像進(jìn)行拼接，再在四幅圖像的中間放上一張車的俯視圖，即可實現(xiàn)從車頂往下看的效果，如圖2-2-5所示。環(huán)視視覺傳感器的感知范圍并不大，主要用于車身5~10m內(nèi)的障礙物檢測、自主泊車時的庫位線識別等。04環(huán)視視覺傳感器二、視覺傳感器類型04環(huán)視視覺傳感器二、視覺傳感器類型夜間可見光成像的信噪比較低，從而導(dǎo)致視覺傳感器夜間成像效果不佳，而紅外夜視系統(tǒng)可以彌補(bǔ)光照不足條件下視覺傳感器的缺點。紅外夜視系統(tǒng)可分為主動夜視和被動夜視兩種類型。主動夜視系統(tǒng):是利用近紅外光作為光源照明目標(biāo)，如紅外LED、紅外燈和近紅外激光器等，用低照度攝像機(jī)或微光攝像機(jī)接收目標(biāo)反射的紅外光，轉(zhuǎn)換成視頻信號在監(jiān)視器熒光屏上同步顯示圖像，如圖2-2-6所示。05紅外夜視視覺傳感二、視覺傳感器類型被動夜視系統(tǒng):有兩種類型，一類是利用月光、星回光、夜天光等一切很微弱的自然光線。加以放大增強(qiáng)達(dá)到可視的目的，這類夜視儀也稱為微光夜視儀，如圖2-2-7所示。另一類是利用遠(yuǎn)紅外敏感的探測器探測目標(biāo)本身的熱輻射，這類夜視儀也稱為熱像儀。05紅外夜視視覺傳感二、視覺傳感器類型紅外夜視系統(tǒng)基干紅外熱成像原理，通過能夠透過紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)，將視場內(nèi)景物的紅外輻射聚焦到紅外探測器上，紅外探測器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像。如圖2-2-8所示。05紅外夜視視覺傳感三、視覺傳感器系統(tǒng)組成視覺傳感器系統(tǒng)包括光源、相機(jī)、鏡頭、圖像處理單元、監(jiān)視器、通信/輸入輸出單元等，如圖2-2-9所示。其核心則是圖像處理單元，也就是把字入的大量數(shù)字化信息與模板庫信息進(jìn)行比較處理，并快速得出結(jié)論，其運算速度和準(zhǔn)確率是關(guān)鍵指標(biāo)。這主要是通過高效合理的算法和處理能力強(qiáng)大的芯片來實現(xiàn)的。三、視覺傳感器系統(tǒng)組成視覺傳感器的感知核心是電荷耦合元件(CCD)，是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植人的微小光敏物質(zhì)稱為像素(Pixel)。一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把光信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)外部采樣放大及模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號。CCD作為一種新型的光電轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖食采集、掃描儀以及工業(yè)測量等領(lǐng)域。CCD圖像傳感器可分為兩類:一類用于獲取線陣圖像，稱為線陣CCD，如圖2-2-10所示;另一類用于獲取表面圖像，稱為面陣CCD，如圖2-2-11所示。三、視覺傳感器系統(tǒng)組成對于線陣CCD，它可以直接接收一維光學(xué)信息，但是不能直接將二維圖像轉(zhuǎn)換成一維電信號輸出，為獲得整個二維圖像的輸出，必須采用線掃描方法來實現(xiàn)。面陣CCD的感光單元以二維矩陣排列，可以直接檢測二維平面圖像涂在CCD表面的硅半導(dǎo)體光敏器件捕獲光子并產(chǎn)生光生電子，這些電子首先聚集在CCD下的絕緣層中，然后由控制電路串行輸出到模擬電路，再通過成像電路(如DSP)進(jìn)行傳輸形成一個圖像。視覺傳感器的鏡頭和CCD將獲取到的光信號轉(zhuǎn)換為可以由計算機(jī)處理的圖像編碼后，內(nèi)部的光敏元件電路和控制元件對圖像編碼進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)換成控制單元可處理的數(shù)字信號，進(jìn)一步使用各類圖像處理算法從圖像中提取并跟蹤相關(guān)特征，即可實現(xiàn)對車輛周圍路況的識別，為決策系統(tǒng)做出前方碰撞警告、車道偏移報警和行人檢測等提供有效的環(huán)境感知信息。四、視覺傳感器工作原理視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中解決的問題可以分為物體的識別與跟蹤、車輛本身的定位兩類。1.物體的識別與跟蹤通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以識別在行駛途!遇到的物體，比如行人、車輛、交通信號、交通標(biāo)志、車道線、道路邊界和自由行駛空間等。一般來說，視覺傳感器識別的過程主要包括圖像輸入、預(yù)處理(如平滑濾波、二值化、灰度轉(zhuǎn)化等)、特征提取(如形狀特征、陰影特征等)、特征分類、模板匹配和完全識別等。2.車輛本身的定位智能網(wǎng)聯(lián)汽車基于視覺技術(shù)用于車輛本身的定位時，主要采用視覺SLAM技術(shù)（SLAM即實時定位與地圖構(gòu)建），根據(jù)提前建好的地圖和實時的感知結(jié)果做匹配，獲取智能網(wǎng)聯(lián)汽車的當(dāng)前位置。視覺SLAM系統(tǒng)可分為傳感器數(shù)據(jù)、視覺里程計、后端、建圖和回環(huán)檢測五個模塊。視覺SLAM定位流程如圖2-5-9所示，輸入傳感器數(shù)據(jù)后，前臺線程根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤求解，實時恢復(fù)每個時刻的位姿，后臺線程進(jìn)行局部或全局優(yōu)化，減少誤差累積，并進(jìn)行場景回路檢測，最后輸出設(shè)備實時位姿。四、視覺傳感器工作原理3.單目和雙目視覺傳感器的原理和特點單目視覺傳感器的工作原理是先識別后測距，首先通過圖像匹配對圖像進(jìn)行識別，然后根據(jù)圖像的大小和高度進(jìn)一步估計障礙物和車輛移動時間。雙目視覺傳感器的工作原理是先對物體與本車距離進(jìn)行測量，然后再對物體進(jìn)行識別。在距離測量階段，先利用視差直接測量物體與汽車之間的距離，原理與人眼相似。當(dāng)兩只眼睛注視同一物體時，會有視差，分別閉上左右眼看物體時，會發(fā)現(xiàn)感覺位移，這種位移大小可以用來測量目標(biāo)物體的距離。五、多個視覺傳感器的組合應(yīng)用視覺傳感器可以提供的感知能力主要有車道線識別、障礙物識別、交通標(biāo)志識別、道路標(biāo)志識別、交通信號燈識別、可行駛區(qū)域識別、周圍車輛感知、交通狀況感知、道路狀況感知、車輛本身狀態(tài)感知等。視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的具體應(yīng)用如表2-5-1所示。ADAS攝像頭位置具體功能車道偏離預(yù)警系統(tǒng)前視當(dāng)前視攝像頭檢測到車輛日將偏離車道線時發(fā)出警報盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)側(cè)視利用側(cè)視攝像頭將后視鏡盲區(qū)的影像顯示在后視鏡或駕駛艙內(nèi)自動泊車輔助系統(tǒng)后視利用后視攝像頭將車尾影像顯示在駕駛艙內(nèi)全景泊車系統(tǒng)前視、側(cè)視、后視利用圖像拼接技術(shù)將攝像頭采集的影像組成周邊全景圖駕駛?cè)似跈z測系統(tǒng)內(nèi)置利用內(nèi)置攝像頭檢測駕駛?cè)耸欠衿?、閉照等行人碰撞預(yù)警系統(tǒng)前視當(dāng)前視攝像頭檢測到車輛與前方行人可能發(fā)生碰撞時發(fā)出警報車道保持輔助系統(tǒng)前視當(dāng)前視攝像頭檢測到車輛即將偏離車道線時通知控制中心發(fā)出指示，糾正行駛方向交通標(biāo)識識別系統(tǒng)前視、側(cè)視利用前視、側(cè)視攝像頭識別前方和兩側(cè)的交通標(biāo)識前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)前視當(dāng)前視攝像頭檢測到與前車距離小于安全距離時發(fā)出警報謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言超聲波雷達(dá)是汽車最常用的一種傳感器，可以通過接收到反射后的超聲波探知周圍的障礙物情況，消除了駕駛員停車泊車、倒車和起動車輛時前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊缺陷，提高了行車安全性。認(rèn)知超聲波雷達(dá)Annualworksummary3目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、超聲波雷達(dá)概念超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波（機(jī)械波)，它的方向性好，反射能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能。超聲波雷達(dá)是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，可以通過接收到反射后的超聲波探知周圍的障礙物情況，它可以消除駕駛員停車泊車、倒車和起動車輛時前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊缺陷，提高行車安全性。如圖2-3-1所示，圖中為四個后向超聲波雷達(dá)。超聲波雷達(dá)二、超聲波雷達(dá)類型車載超聲波雷達(dá)主要分為UPA和APA兩大類。1.UPA超聲波雷達(dá)UPA是一種短程超聲波，主要安裝在車身的前部與后部，檢測范圍為25cm～2.5m，由于檢測距離小，多普勒效應(yīng)和溫度干擾小，檢測更準(zhǔn)確。2.APA超聲波雷達(dá)APA是一種遠(yuǎn)程超聲波傳感器，主要用于車身側(cè)面，檢測范圍為35cm～5m，可覆蓋一個停車位。方向性強(qiáng)，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。當(dāng)然，檢測距離越遠(yuǎn)，檢測誤差越大。三、超聲波雷達(dá)組成超聲波雷達(dá)主要由發(fā)射傳感器、接收傳感器、控制部分與電源等組成，如圖2-3-2所示。發(fā)射傳感器由波發(fā)送器與陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動，將其轉(zhuǎn)化為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)送的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。三、超聲波雷達(dá)組成超聲波傳感器中最常用壓電式超聲發(fā)生器，利用壓電晶體的共振來工作。它利用壓電晶體的共振來工作。超聲波傳感器（或超聲探頭）內(nèi)部有兩個圧電晶片和一個共振板，當(dāng)對壓電晶片兩極施加電壓脈沖.且脈沖信號的頻率與壓電晶片的振蕩頻率相等，壓電晶片將產(chǎn)生共振并驅(qū)動諧振器板振動，壓電超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲波；如果兩個電極之間沒有施加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，壓電晶片振動，機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成電信號.此時壓電超聲發(fā)生器就成為超聲波接收器。四、超聲波雷達(dá)工作原理超聲波雷達(dá)利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，并根據(jù)超聲波產(chǎn)生到反射接收的時差計算出與障礙物的距離，如圖2-3-3所示。四、超聲波雷達(dá)工作原理超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，發(fā)射點與障礙物表面之間的距離s可以根據(jù)計時器記錄的時間t進(jìn)行計算，計算公式為：s=(t×340)/2，其工作如圖2-3-4所示。常用探頭的工作頻率有40kHz、48kHz和58kHz三種，頻率越高靈敏度越高但水平與垂直方向的探測角度就越小。目前應(yīng)用比較廣泛的是40kHz的超聲波探頭。五、超聲波雷達(dá)的主要性能指標(biāo)1.工作頻率。工作頻率是指壓電晶片的共振頻率,當(dāng)兩端交流電壓頻率等于晶片的諧振頻率時，雷達(dá)波的傳輸能量輸出最大，靈敏度也最高。2.工作溫度。超聲波雷達(dá)的工作溫度取決于應(yīng)用的條件，診斷型超聲波雷達(dá)功率小，工作溫度相對較低，能長期工作而不發(fā)生故障。有些應(yīng)用會產(chǎn)生大量的熱量，3.靈敏度。超聲波雷達(dá)的靈敏度與晶圓的制造有關(guān),機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。超聲波雷達(dá)在實際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮多普勒效應(yīng)、溫度影響、噪聲干擾、線性驅(qū)動干擾、機(jī)械特性等。但是，一般來說，返回數(shù)據(jù)的誤差非常小，一般最大誤差不超過±5cm。在正常情況下，基本障礙物與同一障礙物之間的距離不會波動。一般來說，超聲波雷達(dá)的最大探測距離約為2.5m～5m，最小探測距離約為25cm～35cm，超聲波雷達(dá)波會產(chǎn)生余震，如果余震期間探測距離過短，會導(dǎo)致盲點從而無法確定與障礙物的距離。六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測距的方法簡單，成本低，但是它在速度很高情況下測量距離有一定的局限性，

1.超聲波雷達(dá)應(yīng)用局限性：⑴高速及遠(yuǎn)距離測量時誤差較大當(dāng)汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實時變化，誤差較大。另外，超聲波散射角大，在測量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時，其回波信號會比較弱，影響測量精度。⑵溫度敏感溫度在0℃時，超聲波的傳播速度為332m/s；溫度在30℃時，超聲波的傳播速度為350m/s。相同相對位置的障礙物，在不同溫度的情況下，測量的距離不同。因此，對傳感器精度要求極高的智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，要么選擇將超聲波雷達(dá)的測距進(jìn)行保守計算；或者將溫度信息引入智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)中，提升測量精度。⑶無法精確描述障礙物位置六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上主要用于低速、短程的距離測量，比如停車泊車、倒車和起動車輛時。⑴倒車輔助系統(tǒng)超聲波雷達(dá)早期多用于倒車輔助系統(tǒng)，由于汽車后方為各類后視鏡的盲區(qū)，即使駕駛?cè)讼蚝笥^察，也很難觀察到車輛后方底部的情況.因此在倒車輔助系統(tǒng)中,超聲波雷達(dá)首先得到了廣泛應(yīng)用。視覺傳感器在汽車中得到了普及應(yīng)用，但其算法復(fù)雜、成本高。而超聲波雷達(dá)安裝簡單、成本低廉，適用短距離目標(biāo)探測，超聲波雷達(dá)與視覺傳感器可以通過融合的方式用于倒車輔助系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供有效的目標(biāo)檢測利視覺輔助，如圖2-3-5所示。超聲波雷達(dá)與視覺設(shè)備的融合一方面可以提供攝像頭范圍內(nèi)的物體識別與提示，另一方面也可以為視覺識別算法在整幅圖像中提供預(yù)選的計算區(qū)域從而有助于対算法進(jìn)行優(yōu)化，降低計算時間，六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景2.超聲波雷達(dá)應(yīng)用場景六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景⑵自動泊車系統(tǒng)超聲波半自動泊車系統(tǒng)通常使用6-12個超聲波很達(dá),車后部的4個短距超聲波協(xié)達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時車輛與障礙物之間的距離，側(cè)方的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。在泊車過程中，通過超聲波協(xié)達(dá)傳感器返回探測距離與時間的關(guān)系，作出自動泊車策略,并將其轉(zhuǎn)換成電信號；所述的車輛策略控制系統(tǒng)接受電信號后,依據(jù)指令作出汽車的行駛?cè)缃嵌?、方向及動力支援方面的操控，?dāng)檢測的長度超過車輛泊入所需的最短長度時，則認(rèn)為當(dāng)前空間有車位，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車輛與車位間的相對位置關(guān)系，同時檢測行駛路徑上的障礙物，自動操作轉(zhuǎn)向盤和制動器，實現(xiàn)自動泊車，如圖2-3-6所示。謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言亳米波雷達(dá)檢測具有全天候工作的能力，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域主要用于目標(biāo)識別和跟蹤。毫米波位于微波和遠(yuǎn)紅外波重疊的波長范囲內(nèi)，根據(jù)波傳播理論，頻率越髙波長越短，分辨率越高，穿透能力越強(qiáng)，但傳播過程中損耗越大，傳輸距離越短。因此與微波相比，毫米波具有分辨充髙、方向性好、抗干擾能能好強(qiáng)的特點，與紅外線相比，毫米波具有大氣衰減小、對煙霧的穿透性好和受天氣影響小等特點。認(rèn)知毫米波雷達(dá)Annualworksummary4目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、毫米波雷達(dá)概念毫米波雷達(dá)是通過發(fā)射和接收無線電波來測量車輛與車輛之間的距離、角度和相對速度的裝置。毫米波雷達(dá)是工作在毫米波波段的探測雷達(dá)。通常毫米波是指頻率在30~300GHz(波長為1~10mm)的電磁波。毫米波雷達(dá)向周圍發(fā)射電磁波，通過測定和分析反射波以計算障礙物的距離、方向和大小。毫米波雷達(dá)外觀圖如圖2-4-1所示。毫米波雷達(dá)二、毫米波雷達(dá)類型毫米波是指長度為1～10毫米的電磁波，毫米波的頻帶頻率高于射頻，低于可見光和紅外線，相應(yīng)的頻率范圍為30～300GHz。目前應(yīng)用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz。不同頻段的毫米波雷達(dá)有著不同的性能，其分類如圖2-4-2所示。二、毫米波雷達(dá)類型1.根據(jù)毫米波雷達(dá)頻率⑴24GHZ毫米波雷達(dá)24GHz頻段上的雷達(dá)的檢測距離有限，主要用于5-70米的中、短程檢測。在自動駕駛系統(tǒng)中常用于感知車輛近處的障礙物，為換道決策提供感知信息，在ADAS中可用于盲點檢測、變道輔助等。⑵77GHZ毫米波雷達(dá)77GHz主要用于100-250米的中、遠(yuǎn)程檢測，性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險杠上，正對汽車的行駛方向。長距離雷達(dá)能夠用于實現(xiàn)緊急制動、自適應(yīng)巡航等ADAS功能，同時也能滿足自動駕駛領(lǐng)域?qū)φ系K物距離、速度和角度的測量需求。二、毫米波雷達(dá)類型1.根據(jù)毫米波雷達(dá)頻率⑶79GHZ毫米波雷達(dá)79GHZ毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能與77GHZ毫米波雷達(dá)一樣，也是用于長距離的測量，頻率更高的毫米波雷達(dá)，其波長越短短，意味著分辨率越高;而分辨率越高，意味著在距離、速度和角度上的測量精度更高。GHz的毫米波雷達(dá)必然是未來的發(fā)展趨勢。二、毫米波雷達(dá)類型2.根據(jù)毫米波雷達(dá)的有效射程車載毫米波雷達(dá)可分為長距離雷達(dá)（LRR）、中距離雷達(dá)（MRR）和短距離雷達(dá)（SRR）。以ACC自適應(yīng)巡航為例，車速大于25km/h時，ACC自適應(yīng)巡航才會起作用，而當(dāng)車速降低到25km/h以下時，就需要進(jìn)行人工控制。當(dāng)將所用雷達(dá)升級到77GHz毫米波雷達(dá)后，與24GHz雷達(dá)系統(tǒng)相比，識別率提高了3倍速度和實測值，距離精度提高3～5倍，對前車距離的監(jiān)測更為準(zhǔn)確、快速。三、毫米波雷達(dá)組成毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括：單片微波集成電路（MMIC）芯片、天線印制電路板、收發(fā)模塊、信號處理模塊等，如圖2-4-3所示。其中，天線板上從上至下分別是10根發(fā)射天線TX1，然后是2根發(fā)射天線TX2，最后是4根接收天線RX1至RX4。因為近處的視角（FOV）比較大，大概有90度，所以需要更多天線，而遠(yuǎn)處的視角小，大概只有20度，所以只有兩根天線。毫米波雷達(dá)各組成部分的作用如圖2-4-4所示。三、毫米波雷達(dá)組成1.天線天線是汽車臺米波雷達(dá)有效運行的關(guān)鍵設(shè)計之一，天線以高頻印刷電路板的方式設(shè)計、集成在基板。印刷電路板是毫米波雷達(dá)的硬件核心。其中，收發(fā)芯片通常使用一種特殊的半導(dǎo)體，如硅鍺雙極晶體管（SIGE）、CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）等。硅鍺基芯片不能實現(xiàn)更高的集成度，因此，雷達(dá)系統(tǒng)通常需要多個芯片和外圍設(shè)備?；赟IGE技術(shù)的77GHz毫米波雷達(dá)系統(tǒng)可以滿足汽車的應(yīng)用需求，但它占用了大量的板空間，而且價格昂貴，使用成本較高。與硅鍺雙極晶體管相比，CMOS可以在低電壓下工作，降低了功耗，雖然CMOS在低頻區(qū)存在較大的噪聲問題,但在77-79GHz車載亳米波雷達(dá)的應(yīng)用中，這類問題并不突出。基于CMOS技術(shù)實現(xiàn)毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵部件，大大降低了整個雷達(dá)系統(tǒng)的成本，目前在亳米波宙達(dá)領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用。它使得毫米波雷達(dá)的成本降低，也使得毫米波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域得到了大規(guī)模應(yīng)用。三、毫米波雷達(dá)組成2.收發(fā)模塊射頻收發(fā)器前端是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件，前端主要包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前端、微帶結(jié)構(gòu)的前端和前端的單片集成。典型的射頻前端主要包括天線、線性VCO、放大器和平衡混頻器部分，前端混頻輸出的中頻信號通過中頻放大送至下一級的數(shù)據(jù)處理部分。3.信號數(shù)據(jù)處理模塊信號數(shù)據(jù)處理部分的基本目標(biāo)是消除不必要的信號（如雜波）和干擾信號，處理經(jīng)中頻放大的混頻信號，從信號頻譜中提取目標(biāo)距離、速度等信息。四、毫米波雷達(dá)工作原理車載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，應(yīng)用比較廣泛的是調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)（FMCW）。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)既可以測距又可以測速，而且在近距離測量方面有很大優(yōu)勢。FMCW雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行障礙物的探測，它通過發(fā)射源（天線）向目標(biāo)發(fā)射毫米波信號，在掃頻周期內(nèi)通過調(diào)頻發(fā)射頻率變化的連續(xù)波（常見的調(diào)頻方式有三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制或者噪聲調(diào)頻等），遇到障礙物體后，發(fā)射的電磁波被反射，產(chǎn)生與發(fā)射信號有一定頻率差的回波，并分析發(fā)射信號頻率和反射信號頻率之間的差值，精確測量出目標(biāo)相對于雷達(dá)的距離、運動速度和方位角等信息，其原理如圖2-4-5所示。四、毫米波雷達(dá)工作原理1.測距原理雷達(dá)調(diào)頻器通過天線發(fā)射毫米波信號，發(fā)射信號遇到目標(biāo)后，經(jīng)目標(biāo)的反射會產(chǎn)生回波信號，發(fā)射信號與回波信號相比形狀相同，時間上存在差值。以雷達(dá)發(fā)射三角波信號為例，發(fā)射信號與返回的回波信號對比如圖2-4-6所示。四、毫米波雷達(dá)工作原理1.測距原理發(fā)射信號與反射信號間的頻率差值直接取決于和目標(biāo)之間的距離。距離越大，則發(fā)射信號接收的往返時間越長，并且發(fā)射頻率與接收頻率間的差值越大，如圖2-4-7所示。四、毫米波雷達(dá)工作原理2.測速原理當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)信號發(fā)射源之間存在相對運動時，發(fā)射信號與回波信號之間除存在時間差外，頻率上還會產(chǎn)生多普勒位移。例如，當(dāng)前方車輛快速行駛時，車距加大，由于多普勒效應(yīng)，反射信號（ΔfD）的頻率將變小。這將導(dǎo)致上坡(Δf1)和下坡(Δf2)時的頻率產(chǎn)生差值。如圖2-4-8所示。四、毫米波雷達(dá)工作原理3.測量方位角原理關(guān)于被監(jiān)測目標(biāo)的方位角測量問題，毫米雷達(dá)的探測原理如圖2-4-9所示，通過毫米波雷達(dá)的發(fā)射天線TX發(fā)射出毫米波后，遇到被監(jiān)測物體反射回來，通過毫米波雷達(dá)并列的接收天線RX1、RX2，通過收到同一監(jiān)測目標(biāo)反射回來的毫米波的相位差，就可以計算出被監(jiān)測目標(biāo)的方位角。五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景毫米波雷達(dá)具有探測性能穩(wěn)定、作用距離較長、識別精度高、環(huán)境適用性好等特點。但毫米波雷達(dá)分辨力不高，對行人探測反射波較弱，無法精確識別行人、交通標(biāo)示符號和信號燈，需與視覺傳感器互補(bǔ)使用。為了滿足不同探測距離的需要，車內(nèi)安裝了大量的短程、中程和遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)。不同的毫米波雷達(dá)在車輛的前部、車身側(cè)面和后部起著不同的作用。在圖2-4-10示意圖中，兩個后向雷達(dá)分別安裝在車輛的左側(cè)和右側(cè)尾部，綠色區(qū)域為后向雷達(dá)探測范圍（0.1m-80m）；一個前向雷達(dá)安裝在前保險杠中間位置，橙色為前向雷達(dá)探測范圍（1-200m）。為了滿足不同探測距離的需要，車內(nèi)安裝了大量的短程、中程和遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)。不同的毫米波雷達(dá)在車輛的前部、車身側(cè)面和后部起著不同的作用。毫米波雷達(dá)可實現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制、前向防撞報警、盲點檢測、輔助停車、輔助變道、自主巡航控制等先進(jìn)的巡航控制功能。五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景1.自適應(yīng)巡航（ACC）自適應(yīng)巡航是一種駕駛輔助功能，它可以按照設(shè)定的車速或距離跟隨前面的車輛，或者根據(jù)前面的車速主動控制車輛的行駛速度，最終使車輛與前面的車輛保持安全距離。其優(yōu)點是可以有效地解放駕駛員的腳，提高駕駛舒適性。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的毫米波雷達(dá)傳感器連續(xù)掃描車輛前方環(huán)境（如圖2-4-11所示）五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景1.自適應(yīng)巡航（ACC）汽車的輪速傳感器或其他車速傳感器采集車速信號。當(dāng)檢測到前車，且根據(jù)自車車速、兩車相對速度等判斷距前車距離過小時，ACC系統(tǒng)可與防抱死制動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，適當(dāng)制動并降低發(fā)動機(jī)輸出功率，使本車與前車始終保持安全距離，如圖2-4-12所示五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景2.自動緊急制動（AEB）自動緊急制動是汽車的主動安全輔助裝置（如圖2-4-13所示），該系統(tǒng)使用毫米波雷達(dá)測量本車與前車或障礙物的距離，然后將測量的距離與報警距離和安全距離進(jìn)行比較，當(dāng)小于報警距離時系統(tǒng)會報警提示；當(dāng)小于安全距離時，即使駕駛?cè)藳]有來得及踩下制動踏板，AEB系統(tǒng)也會開始制動車輛，從而確保安全駕駛。AEB往往也被認(rèn)為包含了前方防撞預(yù)警功能（FCW），如圖2-4-14所示。據(jù)統(tǒng)計表明，絕大多數(shù)交通事故是由于與駛?cè)俗⒁饬Σ患性斐傻?，AEB可以有效減少因注意力不集中導(dǎo)致的追尾事故以及追尾造成的損失。五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景3.換道輔助系統(tǒng)換道輔助系統(tǒng)，如圖2-4-15所示.換道輔助系統(tǒng)通過毫米波雷達(dá)、攝像頭等傳感器檢測車輛與相鄰側(cè)的車道側(cè)后方，獲地車輛側(cè)向和后方物體的運動信息，根據(jù)當(dāng)前車柄的狀態(tài)，結(jié)合環(huán)境感知情況，通過聲音、燈光等方式提醒駕駛員，讓駕駛員把握換道的最佳時機(jī)，防止換道引起的交通事故。五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景3.換道輔助系統(tǒng)換道輔助系統(tǒng)包括三個功能：盲點監(jiān)測（BSD）、換道輔助（LCA）和后碰撞預(yù)警（RCW），這三個功能的相互協(xié)作可有效防止變道、轉(zhuǎn)彎時追尾等交通事故的發(fā)生，大為提高了車輛換道過程中的安全性能。其中，BSD根據(jù)其對運動物體相對位置和車輛相對速度的判斷，在車輛有盲區(qū)時，及時提醒駕駛員注意車道變換的風(fēng)險，如圖所示，LCA檢測到目標(biāo)車輛在相鄰區(qū)域以相對較高的速度接近車輛，當(dāng)兩車之間的距離小于一定范圍時，通過聲音、燈光等方式提醒駕駛員，RCW檢測同一車道后而相互靠近的移動物體，當(dāng)有碰撞危險時，它會迅速通過聲音，燈光等發(fā)出提醒，以減少碰撞發(fā)生的概率。五、毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景3.換道輔助系統(tǒng)各類毫米波雷達(dá)在輔助駕駛中的應(yīng)用及安裝位置如表所示。毫米波雷達(dá)類型近距離雷達(dá)中距離雷達(dá)遠(yuǎn)距離雷達(dá)探測距離/m<60100左右>200工作頻段/GHz247777功能自適應(yīng)巡航系統(tǒng)

前方前方自動緊急制動系統(tǒng)

前方前方前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)

前方前方自動泊車輔助系統(tǒng)側(cè)方側(cè)方

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)前方、后方側(cè)方

變道輔助系統(tǒng)后方后方

后方碰撞預(yù)警系統(tǒng)后方后方

行人監(jiān)測系統(tǒng)前方前方

駐車開門輔助系統(tǒng)側(cè)方

謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言激光雷達(dá)（LiDAR）是集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU慣性測量裝置三大技術(shù)為一體的系統(tǒng)。與普通微波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)由于使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多，因此具有其他雷達(dá)沒的優(yōu)點，如：分辨率高、隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng)、低空探測性能好、體積小、質(zhì)量輕等。認(rèn)知激光雷達(dá)Annualworksummary5目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、激光雷達(dá)概念激光雷達(dá)（LiDAR），是一種光學(xué)遙感傳感器，它通過向目標(biāo)物體發(fā)射激光，然后根據(jù)接收-反射的時間間隔確定目標(biāo)物體的實際距離，根據(jù)距離及激光發(fā)射的角度，通過幾何變化推導(dǎo)出物體的位置信息。激光雷達(dá)能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質(zhì)。激光雷達(dá)采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離信息的點，被稱為點云。如圖2-5-1所示，為激光雷達(dá)工作過程中的點云圖。一、激光雷達(dá)概念與傳統(tǒng)雷達(dá)使用無線電波相比，LiDAR使用激光射線，其射線波長一般在600~1000nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)雷達(dá)所使用的波長。因此，LiDAR在測量物體距離和表面形狀可達(dá)到更高的精準(zhǔn)度，一般精準(zhǔn)度可以達(dá)到厘米級。由于激光的傳播受外界環(huán)境影響較小，LiDAR能夠檢測的距離一般可達(dá)100m以上。激光雷達(dá)二、激光雷達(dá)類型1.按掃描方式分類：車載激光雷達(dá)根據(jù)其掃描方式的不同，可分為機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。⑴機(jī)械激光雷達(dá)機(jī)械激光雷達(dá)外表上最大的特點就是有機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖2-5-2所示。二、激光雷達(dá)類型1.按掃描方式分類⑴機(jī)械激光雷達(dá)智能網(wǎng)聯(lián)測試車車頂上較復(fù)雜的圓柱形裝置，即為機(jī)械式激光雷達(dá)，如圖2-5-3所示。機(jī)械激光雷達(dá)調(diào)試、裝配工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本居高不下，并且機(jī)械部件壽命不長（約1000-3000小時），難以滿足苛刻的車規(guī)級要求（至少1萬小時以上）。另外，機(jī)械式激光雷達(dá)由于光學(xué)結(jié)構(gòu)固定，適配不同車輛往往需要精密調(diào)節(jié)其位置和角度。因此，激光雷達(dá)量產(chǎn)商都在著手開發(fā)性能更好、體積更小、集成化程度更高，并且成本更低的激光雷達(dá)。二、激光雷達(dá)類型1.按掃描方式分類⑵固態(tài)激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)由于不存在旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，如圖2-5-4所示，所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實現(xiàn)的，并且裝配調(diào)試可以實現(xiàn)自動化，能夠量產(chǎn)，成本大幅降低，設(shè)備的耐用性也有效地提高了，固態(tài)激光雷達(dá)是必然的技術(shù)發(fā)展路線。但是，固態(tài)激光雷達(dá)在不良天氣條件下檢測性能較差，不能實現(xiàn)全天候工作。且機(jī)械激光雷達(dá)能進(jìn)行3600范圍的掃描，固態(tài)式激光雷達(dá)一般為1200范圍的向前掃描。根據(jù)技術(shù)路線不同，固態(tài)激光雷達(dá)又分為光學(xué)相控陣OPA（OpticalPhasedArray）激光雷達(dá)、微機(jī)電系統(tǒng)MEMS（Micro-ElectroMechanicalSystems）激光雷達(dá)和3DFlash激光雷達(dá)。

二、激光雷達(dá)類型1.光學(xué)相控陣固態(tài)激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)采用相控陣原理實現(xiàn)，完全消除了機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整發(fā)射陣中各發(fā)射單元的相位差來改變激光的出射角。光學(xué)相控陣通常由其相位的電子束掃描控制，因此也被稱為電子掃描技術(shù)。光學(xué)相控陣激光雷達(dá)的核心技術(shù)包括光學(xué)相控陣、光學(xué)集成電路和遠(yuǎn)場輻射模式，它是一種沒有機(jī)械固件的純固態(tài)激光雷達(dá)，如圖2-5-5所示。（2）Flash固態(tài)激光雷達(dá)Flash激光雷達(dá)是一種發(fā)射面陣光的非掃描雷達(dá)，是一種聚焦于二維或三維圖像的激光雷達(dá)，如Flash激光雷達(dá)6所示。雖然穩(wěn)定性和成本都很好，但主要問題是探測距離很近?；谌S閃光技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)在技術(shù)可靠性方面存在問題。二、激光雷達(dá)類型1.光學(xué)相控陣固態(tài)激光雷達(dá)（3）MEMS固態(tài)激光雷達(dá)MEMS固態(tài)激光雷達(dá)是指將所有機(jī)械部件集成到一個芯片中，通過半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)的MEMS。它消除了機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從根本上降低了激光雷達(dá)的成本，如圖2-5-7所示。二、激光雷達(dá)類型2.按雷達(dá)線數(shù)分類：根據(jù)線數(shù)的多少，激光雷達(dá)分為單線激光雷達(dá)與多線激光雷達(dá)。⑴單線激光雷達(dá)單線激光雷達(dá)掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線，其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無法區(qū)別有關(guān)目標(biāo)物體的3D信息，如圖2-5-8所示。由于單線激光雷達(dá)比多線激光雷達(dá)在角頻率和靈敏度更快，所以，在測試周圍障礙物的距離和精度上都更加精確。但是，單線雷達(dá)只能平面式掃描，不能測量物體高度，有一定局限性。目前，主要應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人身上，如掃地機(jī)器人。在智能車上，單線激光雷達(dá)主要用于規(guī)避障礙物、地形測繪等領(lǐng)域。二、激光雷達(dá)類型2.按雷達(dá)線數(shù)分類：⑵多線激光雷達(dá)多線激光雷達(dá)掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線，主要應(yīng)用于障礙物的雷達(dá)成像，相比單線激光雷達(dá)在維度提升和場景還原上有了質(zhì)的改變，可以識別物體的高度信息，目前市場上多線產(chǎn)品包括4線、8線、16線、32線、64線等。如圖2-5-9所示，為多線激光雷達(dá)掃描的不同類型障礙物的點云圖，包括汽車、人、墻、樹木等。二、激光雷達(dá)類型3.按功能方式分類激光雷達(dá)按照功能用途，可以分為激光測距雷達(dá)、激光測速雷達(dá)、激光成像雷達(dá)、大氣探測雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)等；按照按激光發(fā)射波形分類可分為連續(xù)型激光雷達(dá)和脈沖型激光雷達(dá)；按載荷平臺分類可分為機(jī)載激光雷達(dá)，車載激光雷達(dá)等；按探測方式分類可分為直接探測激光雷達(dá)和相干探測激光雷達(dá)。三、激光雷達(dá)組成激光雷達(dá)由發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、主控及處理電路板、探測器接收電路模塊、激光器及驅(qū)動模塊組成，如圖2-5-10所示。一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。LIDAR系統(tǒng)包括激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準(zhǔn)確地計算出每一個地面光斑的坐標(biāo)X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個點。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2-4m不等。四、激光雷達(dá)工作原理激光雷達(dá)由發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、主控及處理電路板、探測器接收電路模塊、激光激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)非常相近，以激光作為信號源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，打到地面的車輛、行人、樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，一部分光波會反射到激光雷達(dá)的接收器上，根據(jù)激光測距原理計算，就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點的距離，脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物，就可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。激光雷達(dá)最基本的工作原理與無線電雷達(dá)沒有區(qū)別，即由雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標(biāo)的距離。至于目標(biāo)的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測量兩個或多個距離，并計算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測型雷達(dá)的基本工作原理，其工作原理如圖2-5-11所示。激光雷達(dá)接收系統(tǒng)采用了各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外線和可見光多元探測器。激光雷達(dá)使用兩種工作模式：脈沖和連續(xù)波。根據(jù)探測原理，探測方法可分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等。四、激光雷達(dá)工作原理四、激光雷達(dá)工作原理實時激光雷達(dá)一般分為16線、32線、64線、96線、128線，雷達(dá)測距的精度非常重要，以96線激光雷達(dá)為例，它具有10角分辨率，如果行人在50米以外，只有一條激光脈沖線。顯然不能區(qū)分行人的輪廓。它也可以在白天利用攝像頭進(jìn)行分辨。但如果是在夜間，激光雷達(dá)難以單獨識別，毫米波雷達(dá)只能識別障礙物，對熱敏信息無法識別，如圖2-5-12所示。四、激光雷達(dá)工作原理精確測量目標(biāo)位置（距離和角度）、運動狀態(tài)（速度、振動和姿態(tài)）以及目標(biāo)的形狀檢測、識別分辨和跟蹤。高頻激光器可以在一秒鐘內(nèi)獲得106～107個數(shù)量級的位置點云信息，并根據(jù)這些信息進(jìn)行三維建模，如圖2-5-12所示。四、激光雷達(dá)工作原理除了獲得位置信息外，它還可以通過激光信號的反射率初步區(qū)分不同的材料。目標(biāo)的徑向速度可以通過反射光的多普勒頻移來確定，激光雷達(dá)發(fā)射的激光照亮物體，被物體散射并返回激光接收器接收。激光測量模塊根據(jù)發(fā)射前后的激光信息處理三維坐標(biāo)、距離、方位角、反射強(qiáng)光等數(shù)據(jù)，其中，由于不同物體的反射率不同，激光雷達(dá)可以根據(jù)回波的反射光強(qiáng)（0～255級）來區(qū)分物體的不同區(qū)域，其精度可達(dá)毫米級。現(xiàn)今市場上主流的車載激光雷達(dá)主要是基于三種原理測距，三角測距法、飛行時間（Timeofflight，TOF）法和調(diào)幅連續(xù)波（AmplitudeModulatedContinuousWave，AMCW）測距法。接下來，以飛行時間（TOF）法為例介紹激光雷達(dá)的測距原理。四、激光雷達(dá)工作原理如圖2-5-13所示，TOF法就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間，通過光速計算目標(biāo)與雷達(dá)的相對距離。激光光束可以準(zhǔn)確測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離，這些輪廓信息組成點云圖并繪制出3D環(huán)境地圖，如圖2-5-14所示。四、激光雷達(dá)工作原理從原理上來說，TOF雷達(dá)可以測量的距離更遠(yuǎn)。實際上，在一些要求測量距離較遠(yuǎn)的場合，比如智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用，幾乎都是TOF雷達(dá)。TOF激光雷達(dá)采用脈沖激光采樣，并且還能嚴(yán)格控制視場以減少環(huán)境光的影響，這些都是長距離測量的前提條件。另外，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，采樣率（每秒能夠完成的點云測量次數(shù)）決定了每一幀圖像的點云數(shù)目以及點云的角分辨率。角分辨率越高，點云數(shù)量越多，則圖像對周圍環(huán)境的描繪就越細(xì)致。三種測距方案各具優(yōu)缺點，將車載激光雷達(dá)需具備的5個核心能力作為選型的維度對上述三種測距方法進(jìn)行了總結(jié)對比，見表2-5-1。測距方案探測距離探測精度抗強(qiáng)光能力光功率成本三角法最近近距離精度高遠(yuǎn)距離精度低不具備低低TOF最遠(yuǎn)高強(qiáng)適中適中AMCW適中適中適中高適中五、激光雷達(dá)應(yīng)用前景1.定位導(dǎo)航在運動定位中，位置傳感器提供了智能車的大致的定位信息，在此基礎(chǔ)上，激光雷達(dá)從環(huán)境中感知的信息用來在小范圍內(nèi)和已知地圖匹配，實現(xiàn)對位置傳感器定位的校正。激光雷達(dá)在定位中的最主要的作用就是對位置傳感器定位的校正。2.障礙檢測及運動目標(biāo)跟蹤根據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的特點，利用點和線段特征來描述環(huán)境；提取出當(dāng)前時刻的點或線段特征，與已知地圖進(jìn)行匹配，從而得到車輛的位姿估計。這種方法需要建立環(huán)境的地圖，并在已知地圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行定位，解決對環(huán)境地圖的描述和地圖自動生成問題、環(huán)境地圖的匹配問題、以及定位的精度問題。在無人駕駛系統(tǒng)中，實現(xiàn)障礙物的檢測常用的傳感器有雙目立體相機(jī)、激光雷達(dá)等。五、激光雷達(dá)應(yīng)用前景2.障礙檢測及運動目標(biāo)跟蹤。相比于雙目立體相機(jī)，激光雷達(dá)在深度信息的準(zhǔn)確性以及檢測范圍上要更為出色，如圖2-5-15所示。五、激光雷達(dá)應(yīng)用前景3.在車輛檢測與智能交通信號控制中的應(yīng)用在重要交通路口的信號控制系統(tǒng)中，通過地面三維激光掃描儀對道路一定距離進(jìn)行連續(xù)掃描，可以獲得道路上的實時、動態(tài)的車流量點云數(shù)據(jù)，可以得到高精度的車流DEM數(shù)據(jù)，利用這些車流DEM數(shù)據(jù)可以獲取道路車輛到達(dá)信息。彌補(bǔ)視頻檢測和監(jiān)控的不足，使智能交通信號控制系統(tǒng)能夠獲取實時的交通模型和車流實時信息反饋，并檢測車輛排隊長度，預(yù)測短暫未來交通流趨勢，從而實時調(diào)整周期、綠信比和相位差以適應(yīng)不同的交通流，減少擁堵，降低延誤，提高道路通行能力，如圖2-5-16所示。謝謝項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言各類傳感器因其測量原理，在環(huán)境感知方面都有各自明顯的優(yōu)缺點。毫米波雷達(dá)具有耐候性，可以全天工作，但分辨率不夠高，無法區(qū)分人與物；攝像頭具有較高的分辨率，可以感知顏色，但受強(qiáng)光影響較大。激光雷達(dá)可以提供具有三維信息的特性，對環(huán)境的可重構(gòu)性很強(qiáng)，但受天氣影響較大。毫米波雷達(dá)可以彌補(bǔ)激光雷達(dá)、視覺傳感器在環(huán)境適應(yīng)性上的不足。視覺傳感器或者激光雷達(dá)可以彌補(bǔ)毫米波雷達(dá)在目標(biāo)分類上的不足等。認(rèn)知環(huán)境感知技術(shù)融合Annualworksummary6目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、多傳感器融合概念獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)。每種傳感器都各具特色（如下一頁圖中所示），但單一傳感器不能采集目標(biāo)的所有信息，如工作在可見光譜范圍內(nèi)的攝像頭CMOS芯片在濃霧、下雨、刺眼陽光和光照不足的情況下會遇到麻煩，而激光雷達(dá)缺少目前成像傳感器所具有的高分辨率，我們可以在每種傳感器中找到諸如此類的優(yōu)缺點?？梢姡詣玉{駛汽車要安全運作，必須保證多傳感器協(xié)同工作和信息冗余。因此，多種傳感器往往需要協(xié)同工作，優(yōu)勢互補(bǔ)，共同組成自動駕駛的環(huán)境感知解決方案。一、多傳感器融合概念類型優(yōu)點缺點探測范圍功能激光雷達(dá)精度高、探測范圍較廣，可以構(gòu)建車輛周邊環(huán)境3D模型。容易受到雨、雪、霧等惡劣天氣影響，技術(shù)不夠成熟，成本較高。200米內(nèi)障礙物探測識別車道線識別輔助定位地圖構(gòu)建攝像頭可對物體幾何特征、色彩及文字等信息進(jìn)行識。可通過算法實現(xiàn)對障礙物距離的探測技，術(shù)成熟成本低廉。受光照變化影響大，容易受到惡劣環(huán)境干擾最遠(yuǎn)探測范圍可超過500米障礙物探測識別車道線識別輔助定位道路信息讀取地圖構(gòu)建毫米波雷達(dá)對煙霧、灰塵的穿透能力較強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，對相對速度、距離的測量準(zhǔn)確度非常高測量范圍相對Lidar更窄，難以辨別物體大小和形狀200米以內(nèi)(中遠(yuǎn))障礙物探測超聲波雷達(dá)技術(shù)成熟、成本低，受天氣干擾小，抗干擾能力強(qiáng)測量精度差、測量范圍小、距離近3米以內(nèi)(近距)障礙物探測GNSS/IMU通過對衛(wèi)星三角定位和慣性導(dǎo)航進(jìn)行結(jié)合實現(xiàn)對車輛進(jìn)行定位容易受到，城市建筑、隧道等障礙物的干擾使得測量精度大打折扣廣域高精度定位保持在10米以內(nèi)車輛導(dǎo)航、定位二、多傳感器融合基本原理多傳感器融合技術(shù)是通過各種車載傳感器對環(huán)境信息進(jìn)行感知，并將信息傳送至信息融合中心，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的存儲信息進(jìn)行綜合分析，實現(xiàn)對周圍環(huán)境和正在發(fā)生的事件做出精準(zhǔn)評估。環(huán)境感知是通過攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、陀螺儀、加速度計等傳感器，感知周圍環(huán)境信息和車輛狀態(tài)信息。環(huán)境信息主要包括道路信息、周邊車輛與行人信息。道路信息，包括道路的寬度、坡度、交通標(biāo)志燈；周邊車輛信息包括車輛大小，行駛的速度、加速度、方向等；周邊行人信息包括行人的數(shù)量、位置及行走方向等，如圖2-6-1所示。二、多傳感器融合基本原理智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知數(shù)據(jù)庫主要作用是對汽車上安裝的各種傳感器采集的外部場景數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并呈現(xiàn)無人駕駛車輛的實際情況。以KITTI數(shù)據(jù)集為例，該數(shù)據(jù)集是視覺圖像與三維雷達(dá)數(shù)據(jù)的融合，利用KITTI數(shù)據(jù)集可以實現(xiàn)在車輛真實應(yīng)用環(huán)境下立體圖像、光流、視覺距離測量、三維目標(biāo)檢測、三維跟蹤等計算機(jī)視覺技術(shù)的性能評測。該數(shù)據(jù)集包含從城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村和高速公路等場景采集的真實圖像數(shù)據(jù)，整個數(shù)據(jù)集由389對立體圖像和光流圖、在測評里程內(nèi)的視覺測距序列和超過200k的三維標(biāo)記對象圖像組成。完整的數(shù)據(jù)集應(yīng)包括立體數(shù)據(jù)、光流數(shù)據(jù)、視覺里程計數(shù)據(jù)、目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)、道路解析數(shù)據(jù)等，如圖2-6-2所示。