《智能網聯(lián)汽車概論（活頁式）》 課件 項目5 高精度定位與導航系統(tǒng)及其應用

1項目五

高精度定位與導航系統(tǒng)及其應用高精度地圖包含的信息2知識目標：1.能通過走訪或查閱資料的方法，了解高精度地圖包含的信息，采集和生成過程。2.能通過走訪或查閱資料的方法，了解高精度地圖在智能網聯(lián)汽車中的作用。能力目標：1.能總結并歸納調研報告，撰寫智能網聯(lián)汽車高精度地圖的特點及應用的標準報告。2.能總結并歸納調研內容，辯清智能網聯(lián)汽車高精度地圖與普通地圖的別。素質目標：1.樹立安全意識；2.培養(yǎng)8S現(xiàn)場管理意識。教學目標3什么是高精度地圖？

高精度地圖是指高精度、精細化定義的電子地圖。高精度地圖是相對于現(xiàn)在已經普及的普通導航電子地圖（如手機上的各種APP地圖）來比較的，也就是比普通的導航電子地圖精度更高、數(shù)據維度更多的電子地圖。1.高精度地圖的定義4什么是高精度地圖？

“高精度”指兩個方面：一方面是指高精度電子地圖的絕對坐標精度更高。絕對坐標精度指地圖上某個目標和真實的環(huán)境之間的精度。另一方面是指高精度地圖所含有的道路交通信息元素更豐富和精細。高精度地圖的信息包括：行車輔助信息和駕駛輔助信息。1.高精度地圖的定義5高精度地圖應用在哪些方面？高精度地圖應用的方面（1）提供道路甚至車道的曲率值（2）提供了坡度

（3）限速信息精確到車道（4）輔助汽車超視距感知（5）快速識別道路環(huán)境（6）周邊固定物體及車道標線（7）車道級動態(tài)路徑規(guī)劃

6高精度地圖包含的信息有哪些？2.高精度地圖包含的信息

高精度地圖包含的道路交通信息很豐富，總的來說可分為基礎信息層、道路信息層、周圍環(huán)境信息層和其他信息層。

感謝大家的參與！78項目五

高精度定位與導航系統(tǒng)及其應用高精度地圖采集和生成過程9知識目標：1.能通過走訪或查閱資料的方法，了解高精度地圖包含的信息，采集和生成過程。2.能通過走訪或查閱資料的方法，了解高精度地圖在智能網聯(lián)汽車中的作用。能力目標：1.能總結并歸納調研報告，撰寫智能網聯(lián)汽車高精度地圖的特點及應用的標準報告。2.能總結并歸納調研內容，辯清智能網聯(lián)汽車高精度地圖與普通地圖的別。素質目標：1.樹立安全意識；2.培養(yǎng)8S現(xiàn)場管理意識。教學目標10什么是高精度地圖采集和生成過程？1.高精度地圖的采集過程

地圖的信息采集是靠地圖采集車上的激光雷達、高清攝像頭、慣性導航系統(tǒng)及GPS定位系統(tǒng)，可以把地圖數(shù)據的相對誤差控制在10cm以內甚至更精確。高精度地圖的采集過程主要有：采集設備、實地采集、信息加工和后續(xù)更新。11什么是高精度地圖采集和生成過程？1.高精度地圖的采集過程

（1）采集設備

高精度地圖的采集需要使用一系列高精度的設備和傳感器，以確保采集到的數(shù)據準確、詳細。主要的采集設備包括：激光雷達、高清相機、慣性測量單元（IMU）、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等。12什么是高精度地圖采集和生成過程？1.高精度地圖的采集過程

（2）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。采集的核心設備是激光雷達、高精度差分-慣導-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。13什么是高精度地圖采集和生成過程？1.高精度地圖的采集過程

（3）信息加工

信息加工的過程包括人工處理、深度學習的感知算法(圖像識別)等。采集的設備越精密，采集的數(shù)據越完整，就可以降低算法所需的不確定性。收集到的數(shù)據越不完整，就需要更多的算法來補償數(shù)據缺陷，也可能會產生更大的誤差。14什么是高精度地圖采集和生成過程？1.高精度地圖的采集過程

（4）后續(xù)更新

高精度地圖的后續(xù)更新是保持地圖準確性和時效性的關鍵。因為道路的整改工作會經常發(fā)生，包括突發(fā)性路況。后續(xù)地圖更新也可以采取眾包方式或與政府實時交通處理部門合作來解決。15什么是高精度地圖采集和生成過程？2.其他形式高精度地圖的采集過程

（1）眾包數(shù)據構建高精度地圖

利用大量非專業(yè)用戶或運營車輛（如物流車、客車、商務車等）在行駛過程中實時采集的數(shù)據，通過數(shù)據處理和分析，構建出高精度地圖的方法。這種方法利用了廣泛的用戶群體和實時性強的數(shù)據，能夠有效地補充和更新地圖信息。16什么是高精度地圖采集和生成過程？2.其他形式高精度地圖的采集過程

（2）實時定位與地圖構建（SLAM）

實時定位與地圖構建(SLAM)是一種在機器人領域廣泛使用的地圖構建與定位技術?？梢允褂眉す?、視覺、紅外等傳感器，在機器人移動過程中獲取傳感器檢測的環(huán)境特征，進一步識別行駛過程不同時刻環(huán)境特征中類似的部分，將檢測到的環(huán)境信息進行拼接，對行駛過的環(huán)境進行基于當前傳感器信息的完整描述，即高精度地圖構建。17什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

高精度地圖與傳統(tǒng)地圖相比，具有不同的采集原理和數(shù)據存儲結構。傳統(tǒng)地圖依賴于拓撲結構和傳統(tǒng)的數(shù)據庫，將各種元素作為對象堆放在地圖上，將道路存儲為路徑。高精度地圖中，為了提高存儲效率和機器可讀性，地圖在存儲時分為矢量層和對象層。18什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

在高精度地圖生產過程中，通過提取車輛上傳感器采集的原始數(shù)據，獲取高精度地圖特征值，構成特征地圖。在此基礎上，進一步提取、處理和標注矢量圖形，包括道路網絡信息、道路屬性信息，道路幾何信息和道路上主要標志的抽象信息。19什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

（1）原始點云

原始點云是指通過激光雷達（Lidar）等傳感器直接采集到的三維空間數(shù)據點集。這些點云數(shù)據包含了豐富的三維空間信息，如道路的形狀、寬度、高度以及道路兩側的障礙物、樹木、建筑物等。20什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

（2）分類點云

分類點云是指對原始點云數(shù)據進行分類處理后的結果。通過分類，可以將點云數(shù)據中的不同物體或區(qū)域區(qū)分開來，便于后續(xù)的處理和分析。分類后的點云數(shù)據會被劃分為不同的類別，如道路、人行道、建筑物、樹木、車輛等。這些分類信息對于后續(xù)的地圖制作和自動駕駛決策具有重要意義。21什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

（3）單體白膜

單體白膜是指在分類點云的基礎上，通過提取特定物體的三維模型邊界并進行簡化處理而得到的模型。它通常呈現(xiàn)為白色且沒有紋理的模型，主要用于表達物體的形狀和結構。單體白膜在高精度地圖制作中主要用于表達道路元素（如車道線、交通標志、路障等）的形狀和結構。它們可以作為地圖中的基礎圖層，為自動駕駛車輛提供準確的道路信息。22什么是高精度地圖采集和生成過程？3.高精度地圖的生產過程

（4）精細模型

精細模型是指在單體白膜的基礎上，進一步添加紋理、顏色等細節(jié)信息而得到的模型。精細模型能夠更真實地反映道路環(huán)境的實際情況，為自動駕駛車輛提供更加豐富的環(huán)境感知信息。感謝大家的參與！2324項目五

高精度定位與導航系統(tǒng)及其應用全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)的分類、組成及工作原理25知識目標：1.能通過走訪或查閱資料的方法，了解GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理及運用。2.能通過走訪或查閱資料的方法，了解北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理及運用。能力目標：1.能總結并歸納調研報告，撰寫GPS和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理及實際運用標準報告。2.能總結并歸納調研內容，辯清GPS和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理及實際運用的區(qū)別。素質目標：1.樹立安全意識；2.培養(yǎng)8S現(xiàn)場管理意識。教學目標26什么是全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)？

全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)

全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會認定的四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)供應商。27什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)？1.美國的全球定位系統(tǒng)GPS

GPS是由美國國防部建設的基于衛(wèi)星的無線電導航定位系統(tǒng)，它能連續(xù)為世界各地的陸?？沼脩籼峁┚_地位置、速度和時間信息，最大優(yōu)勢是覆蓋全球，全天候工作，可以為高動態(tài)、高精度平臺服務，目前得到普遍應用。28什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)？2.俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）

格洛納斯（GLONASS），是俄語“全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)”的縮寫，格洛納斯GLONASS系統(tǒng)經歷快速復蘇后已成為全球第二大衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要服務內容包括確定陸地、海上及空中目標的坐標及運動速度信息等。29什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)？3.中國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)BDS

是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力，已經初步具備區(qū)域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。30什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)？4.歐洲伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)GALILEO

Galileo（伽利略）系統(tǒng)是歐洲自己的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是一個提供民用控制的高精度、有承諾的全球定位服務，并能與GPS和GLONASS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)實現(xiàn)互操作的系統(tǒng)。31全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的性能及參數(shù)比較有哪些？32全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？1.美國的全球定位系統(tǒng)GPS的組成

（1）地面控制部分由一個主控站,5個全球監(jiān)測站和3個地面控制站組成。33全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？1.美國的全球定位系統(tǒng)GPS的組成

（2）空間部分由24顆衛(wèi)星組成，21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星。34全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？1.美國的全球定位系統(tǒng)GPS的組成

（3）用戶設備部分包括GPS信號接收機和衛(wèi)星天線。35全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？2.中國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)BDS的組成（1）空間段由35顆衛(wèi)星組成，其中地球靜止軌道衛(wèi)星5顆、中地軌道衛(wèi)星27顆、傾斜同步軌道衛(wèi)星3顆。36全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？2.中國北斗衛(wèi)星導航BDS的組成

（2）地面段

由主控站、注入站和監(jiān)測站組成。37全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？2.中國北斗衛(wèi)星導航BDS的組成

（3）用戶段包括北斗用戶終端和與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容的終端。38全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？3.俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）的組成

（1）地面控制部分

由系統(tǒng)控制中心和分布在俄羅斯各地的指令跟蹤站網組成。

（2）空間部分由24顆工作星和3顆備份星組成，均勻地分布在3個近圓形的軌道面上，每個軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里。

（3）用戶設備部分

采用了大規(guī)模集成電路和數(shù)字處理技術，而且民用接受機可用GPS和GLONASS兩種系統(tǒng)來工作。39全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組成有哪些？4.歐洲伽利略衛(wèi)星導航GALILEO系統(tǒng)的組成（1）地面控制部分

包括兩個控制中心（GCC）、上行鏈路站（GUS）、監(jiān)測站（GSS）網絡、全球通信網絡等。

（2）空間部分由位于中高度軌道的30顆衛(wèi)星構成，分別置于3個軌道面。

（3）用戶設備部分

包括伽利略用戶接收機及終端。40什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的工作原理？

全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的工作原理是利用衛(wèi)星作為參考點，即在衛(wèi)星位置已知的前提下，用戶接收衛(wèi)星信號并計算到衛(wèi)星的距離，在地面上進行三角交叉測量，從而計算接收器的位置。定位方法是測量未知點與已知位置衛(wèi)星之間的瞬時距離，主要有虛擬測距觀測和載波相位觀測兩種測量方法。由于載波相位觀測的精度遠高于虛擬距離觀測，因此載波相位觀測主要用于高精度測量。無論是虛擬距離觀測還是載波相位觀測，觀測的都是衛(wèi)星到接收器的距離。41什么是全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的工作原理？計算過程依據三球交叉定位的原理，如圖所示，只要同時觀測三顆衛(wèi)星，獲得三個空間距離，并根據每顆衛(wèi)星的廣播星歷計算出每顆衛(wèi)星的空間位置，就可以將接收器所在位置計算出來。感謝大家的參與！4243項目五

高精度定位與導航系統(tǒng)及其應用激光雷達的定位及優(yōu)缺點44知識目標：1.了解激光雷達的定位;2.理解激光雷達的優(yōu)、缺點能力目標：1.能闡述激光雷達的定位過程;2.能分析激光雷達的優(yōu)、缺點素質目標：1.樹立安全意識；2.培養(yǎng)8S現(xiàn)場管理意識。教學目標45什么是激光雷達定位？基于地圖信息匹配定位方法的優(yōu)點在于無累積誤差，不需要對道路進行改造，其缺點在于包含地圖生成和地圖匹配兩個步驟，而地圖生成需要提前采集制作，在室外場景中，繪制地圖的數(shù)據量十分巨大，而且對地圖匹配中的實時性帶來很大挑戰(zhàn)。通過激光雷達的地圖信息進行匹配的方法也是一種絕對位置估計方法。該方法通過事先建立的地圖信息，在自動（無人）駕駛過程中，不斷將檢測到的數(shù)據特征與地圖信息進行對比匹配，從而得到車輛在地圖中的絕對位置。46什么是激光雷達定位？GPS+IMU（慣性測量單元）為激光雷達的空間位置和脈沖發(fā)射姿態(tài)提供高精度定位，建立激光雷達點云的三維坐標系。慣性導航系統(tǒng)可用于定位，與其他傳感器融合時，也需要統(tǒng)一到一個坐標系下。定位是最常用的，通過IMU、慣性導航系統(tǒng)和GPS等，得到一個預測的全局位置。當激光雷達實時掃描單次的點云數(shù)據后，結合單次的點云數(shù)據進行匹配，并進行特征提取。百度公司的Apollo系統(tǒng)使用了激光雷達、RTK（載波相位差分）技術與IMU融合的方案，多種傳感器融合加上一個誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器，使定位精度可以達到5~10cm，市區(qū)允許最高車速超過60km/h，而且性能非常可靠和穩(wěn)定。47激光雷達的優(yōu)缺點有哪些？1.激光雷達的優(yōu)點

與普通微波雷達相比,激光雷達由于使用的是激光束,工作頻率較微波高了許多,因此帶來了很多優(yōu)點,主要有：

（1）分辨率高

激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(這是微波雷達無論如何也辦不到的),并可同時跟蹤多個目標；距離分辨率可達0.lm；速度分辨率能達到10m/s以內。距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術來獲得目標的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達的最顯著的優(yōu)點,其多數(shù)應用都是基于此。48激光雷達的優(yōu)缺點有哪些？1.激光雷達的優(yōu)點

（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強

激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達