智能网联汽车环境感知技术-项目八 智能网联汽车导航定位技术

智能网联汽车环境感知技术智能网联汽车

导航定位技术PART8

近日，黄先生就被他的“伙伴”坑了一把，前两天，黄先生买了一辆新车，当时正好处于春节假期，黄先生就开着新车回老家，在行驶到Ｇ８０昆高速公路田东服务区时，他听从导航的指示行车，结果发生了连撞５车的事故。

黄先生说，导航一直说到了到了，他就误认为前方是出口，随即他就变道行驶，结果就撞向了前方同方向行驶的一辆小轿车，事故发生后，黄先生想踩制动，但他的车并没有停下来，反而像“脱缰的野马”一样又撞向了服务区内的４辆车。经过调查，黄先生的新车前轴断裂，车内的气囊爆裂，车身的右侧发生严重变形，其他被撞的车均有不同程度的损伤，服务区内的４辆车尾部受损比较严重。情景导入学习目标一、智能网联汽车定位技术1.智能网联汽车常用的定位技术

定位技术是让智能网联汽车感知自身准确位置的技术，定位是导航的基础，智能网联汽车首先要解决自己“在哪”的问题，才有基础去解决下一步该“去哪”的问题，智能网联汽车常见的定位技术有:全球导航卫星系统(ＧＮＳＳ)、雷达定位系统、视觉定位系统和组合定位技术。理论知识2.常见卫星定位系统

(１)全球卫星定位系统(ＧＰＳ)

(２)ＧＰＳ的定位原理

(３)ＧＰＳ的定位方法

3.北斗卫星导航系统(ＢＤＳ)

(１)ＢＤＳ的组成如图８-5所示为北斗卫星导航系统的组成，包括空间段、地面段和用户段。(２)ＢＤＳ的定位原理

ＢＤＳ的定位原理是双星定位。如图８-６所示。(３)ＢＤＳ的特点１)空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比，高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显。２)提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。３)创新融合了导航与通信功能，具备定位导航授时、星基增强、地基增强精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。二、智能网联汽车惯性导航系统１.惯性导航系统的定义

惯性导航系统(Inertial

Navigation

System,

INS)是一种利用惯性传感器测虽载体的角速度信息，并结合给定的初始条件实时推算速度、位置、姿态等参数的自主式导航系统。具体来说,惯性导航系统属于一种推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。

(１)陀螺仪的定义:

陀螺仪(角速度传感器)是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，另外，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。(２)加速度传感器定义:加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。2.惯性导航系统的组成

惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成，惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合计算机根据测得的加速度信号计算出车辆的速度和位置数据，控制显示器显示各种导航参数，实现功能。3.惯性导航系统的工作原理

如图8-9所示为惯性导航系统的工作原理图，其基本的工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系中的加速度和角加速度，将两者对时间进行一次积分，求得运动载体的速度和角速度，然后在对运动载体的速度和角速度进行积分，得到运动载体在惯性坐标下的位置，最后将求得的位置信息转换到导航坐标下，得到在导航坐标系下的速度、偏航角以及位置信息等。4.智能网联汽车惯性导航系统的作用

１)在ＧＰＳ等卫星定位系统信号弱或信号丢失时，惯性导航系统代替其进行定位。２)配合激光雷达传感器进行智能网联汽车的精确定位。5.惯性导航系统的特点

①它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统，隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响。④数据更新率高，短期精度和稳定性好。③能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低。②可全天候在全球任何地点工作优点①导航信息经过积分产生，定位误差随时间而增大，长期精度差。③不能给出时间信息。缺点②每次使用之前需要较长的初始对准时间。三、高精度地图1.高精度地图的定义

高精度地图也称为高分辨率地图或高度自动驾驶地图如图8-10所示。高精度地图与普通导航地图不同，主要面向自动驾驶汽车，通过一套特有的定位导航体系，协助自动驾驶系统解决性能限制问题，拓展传感器检测范围。高精地图绝对位置精度接近１ｍ相对位置精度在厘米级别，能够达到10-20CM准确和全面地表征道路特征，并要求更高的实时性，是高精度地图最显著的特征，此外，高精地图记录驾驶行为的具体细节，包括典型驾驶行为、最佳加速点及制动点、路况复杂程度、以及对不同路段信号接收情况的标注等。２.高精度地图包含的信息及信息分类

高精度地图之所以精度高，能面向智能网联汽车的无人驾驶技术，根本原因是其包含了极其庞大的数据信息。据相关统计，仅仅一条道路的就需要采集超过１４亿个数据点。在这些大量的数据中，高精地图信息可分为三类，分别为道路信息、规则信息和实时信息，具体的信息见表8-1。３.高精度地图的层级

高精度地图可以分为静态和动态两个层级ꎬ如图8-13所示,其中静态高精度地图处于底层,是目前研发的重点,它一般包含车道模型、道路部件(Object)、道路属性三类矢量信息,且用于多传感器定位的特(feature)图层构成。４.高精度地图常见的数据组织方式

(１)地图图层A(２)定位图层B(３)实时图层C5.高精度地图与普通地图的区别

高精地图是相对于普通地图来说的，它提供了更高精度，内容更为丰富的地图信息，主要服务于自动驾驶。

6.智能网联汽车无人驾驶与高精度地图智能网联汽车无人驾驶技术的主要分类，如图8-21所示。智能网联汽车的无人驾驶技术主要分为:感知层、决策层和控制层高精度地图对于智能网联汽车无人驾驶来说主要有三大功能：地图匹配、辅助环境感知和路径规划。

7.高精度地图的定位与导航

对于智能网联汽车的无人驾驶来说，高精度地图尽管有三大功能，但其最基础的用途是用来对智能网联汽车进行定位和导航，下面将分别介绍智能网联汽车是如何利用高精度地图实现定位和导航的。(１)高精度地图的定位(２)高精度地图的导航

8.高精度地图的制作

目前高精度地图的主流制作方案大多为专业集中制图，未来最可能普遍采用的方案是专业集中制图＋众包更新，可以同时满足精度和时效的要求，为专业集中制作高精度地图的流程，如图8-27所示，高精度地图的制作流程主要包括四个步骤:数据采集、数据处理、元素识别和人工验证，人工验证后才编译为最终的产品。9.高精度地图的数据更新

高精度地图落地的完整闭环包括制图、用图和更新三个紧耦合的过程，以保证数据的高频流动和更新。如图8-32所示。10.常用的高精度地图

高精度地图作为智能网联汽车自动驾驶不可或缺的资源，也随着智能驾驶的发展备受关注，就国内而言，高精度地图的采集研制主要集中在百度、高德等公司以及清华大学和上海交通大学等高校，下面将简要介绍各国主要的高精度地图供应商。(１)百度(２)高德(３)四维图新(４)Ｈｅｒｅ学习小结１.ＧＰＳ的定位方法主要分为:伪距测量、载波相位测量、多普勒测量和卫星射电干涉测量。２.北斗卫星导航系统的组成，包括空间段、地面段和用户段。３.惯性导航系统(Inertial

Navigation

System,INS)是一种利用惯性传感器测虽载体的角速度信息,

并结合给定的初始条件实时推算速度、位置、姿态等参数的自主式导航系统。４.惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。５.惯性导航系统的工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系中的加速度和角加速度，将两者对时间进行一次积分，求得运动载体的速度和角速度，然后在对运动载体的速度和角速度进行积分，得到运动载体在惯性坐标下的位置。学习小结６.高精地图信息可分为三类，分别为道路信息、规则信息和实时信息７.高精度地图可以分为静态和动态两个层级:静态高精度地图处于底层，一般包含车道模型、道路部件(Object)、道路属性三类矢量信息，动态高精度地图则建立于静态高精度地图的基础之上，它主要包括实时动态信息，既有其他交通参与者的信息(如道路拥堵情况、施工情况、是否有交