《智能導(dǎo)航系統(tǒng)》課件

智能導(dǎo)航系統(tǒng)探索現(xiàn)代智能導(dǎo)航技術(shù)的前沿領(lǐng)域課程概述課程目標(biāo)掌握智能導(dǎo)航核心技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容覆蓋基礎(chǔ)理論到前沿應(yīng)用考核方式第一章：導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)導(dǎo)航的定義確定位置并指引到目的地導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷史從星象導(dǎo)航到智能電子導(dǎo)航導(dǎo)航系統(tǒng)的分類(lèi)按技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景分類(lèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的基本組成定位子系統(tǒng)確定使用者當(dāng)前位置路徑規(guī)劃子系統(tǒng)計(jì)算最優(yōu)行進(jìn)路線(xiàn)導(dǎo)航信息處理子系統(tǒng)處理地圖和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用戶(hù)界面信息展示與交互功能定位技術(shù)概述衛(wèi)星定位利用衛(wèi)星信號(hào)三角測(cè)量確定位置慣性導(dǎo)航基于加速度和角速度推算位置變化地圖匹配將傳感器數(shù)據(jù)與電子地圖對(duì)應(yīng)視覺(jué)定位通過(guò)圖像識(shí)別確定位置信息全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）24+GPS衛(wèi)星美國(guó)全球定位系統(tǒng)24+GLONASS俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)30+Galileo歐盟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)35+北斗中國(guó)自主研發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間段由24顆工作衛(wèi)星組成的星座地面控制段監(jiān)測(cè)站和控制中心網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)設(shè)備段接收和處理衛(wèi)星信號(hào)的終端GPS定位原理偽距測(cè)量測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間三角測(cè)量利用多顆衛(wèi)星確定空間位置時(shí)鐘誤差修正第四顆衛(wèi)星校準(zhǔn)接收機(jī)時(shí)鐘北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1北斗一號(hào)2000年，區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)2北斗二號(hào)2012年，亞太區(qū)域服務(wù)3北斗三號(hào)2020年，全球覆蓋能力慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）工作原理根據(jù)牛頓力學(xué)定律推算位置陀螺儀測(cè)量角速度變化加速度計(jì)測(cè)量線(xiàn)性加速度優(yōu)缺點(diǎn)自主性強(qiáng)但誤差累積組合導(dǎo)航技術(shù)卡爾曼濾波最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法多傳感器融合多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)GPS/INS組合結(jié)合全球定位和慣性導(dǎo)航第二章：智能導(dǎo)航系統(tǒng)概述智能導(dǎo)航的定義融合AI與大數(shù)據(jù)的主動(dòng)式導(dǎo)航系統(tǒng)智能導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)自適應(yīng)、預(yù)測(cè)性、個(gè)性化與傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)預(yù)測(cè)智能導(dǎo)航系統(tǒng)的核心技術(shù)人工智能模擬人類(lèi)決策能力機(jī)器學(xué)習(xí)自我優(yōu)化的算法系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析海量數(shù)據(jù)挖掘處理云計(jì)算分布式高效數(shù)據(jù)處理人工智能在導(dǎo)航中的應(yīng)用模式識(shí)別識(shí)別道路環(huán)境與交通標(biāo)志決策支持智能推薦最佳路徑選擇自適應(yīng)學(xué)習(xí)根據(jù)用戶(hù)習(xí)慣不斷優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)算法算法類(lèi)型特點(diǎn)導(dǎo)航應(yīng)用監(jiān)督學(xué)習(xí)基于標(biāo)記數(shù)據(jù)訓(xùn)練交通預(yù)測(cè)無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)系路徑聚類(lèi)強(qiáng)化學(xué)習(xí)試錯(cuò)與獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃深度學(xué)習(xí)在導(dǎo)航中的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模擬人腦信息處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理圖像識(shí)別路標(biāo)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)序交通數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)數(shù)據(jù)采集多源實(shí)時(shí)信息收集數(shù)據(jù)清洗去除異常值和冗余數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的模式數(shù)據(jù)可視化直觀(guān)呈現(xiàn)分析結(jié)果云計(jì)算在智能導(dǎo)航中的作用分布式計(jì)算跨設(shè)備協(xié)同數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理毫秒級(jí)響應(yīng)交通變化資源共享云端地圖和算力共享第三章：智能路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃的概念在約束條件下尋找最優(yōu)路線(xiàn)傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法基于確定性數(shù)學(xué)模型計(jì)算智能路徑規(guī)劃的優(yōu)勢(shì)考慮多維因素和動(dòng)態(tài)變化經(jīng)典路徑規(guī)劃算法Dijkstra算法單源最短路徑經(jīng)典算法適用于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)A*算法啟發(fā)式搜索算法結(jié)合估價(jià)函數(shù)提高效率蟻群算法模擬螞蟻覓食行為適合復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境智能路徑規(guī)劃算法現(xiàn)代智能算法能適應(yīng)復(fù)雜多變環(huán)境通過(guò)模擬生物進(jìn)化和群體行為找尋最優(yōu)解多目標(biāo)路徑規(guī)劃時(shí)間最短考慮道路擁堵情況距離最短減少里程數(shù)能耗最低考慮坡度和紅綠燈舒適度最高減少轉(zhuǎn)彎和道路顛簸動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃實(shí)時(shí)交通信息處理融合多源實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)事故、施工等異常情況處理自適應(yīng)路徑調(diào)整動(dòng)態(tài)重新規(guī)劃最優(yōu)路線(xiàn)協(xié)同路徑規(guī)劃車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)車(chē)輛互聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)V2X通信車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施信息交換群體智能整體最優(yōu)的交通調(diào)度第四章：智能交通系統(tǒng)（ITS）ITS與智能導(dǎo)航的關(guān)系相互支撐與協(xié)同發(fā)展ITS的組成感知、通信、處理、服務(wù)ITS的定義交通信息化和智能化管理交通信息采集技術(shù)固定式傳感器線(xiàn)圈、攝像頭、雷達(dá)移動(dòng)式傳感器浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)、巡檢設(shè)備眾包數(shù)據(jù)采集用戶(hù)匿名位置和速度數(shù)據(jù)交通信息處理與融合數(shù)據(jù)清洗去除噪聲和異常值數(shù)據(jù)融合算法多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理交通狀態(tài)估計(jì)建立完整交通流狀態(tài)圖交通預(yù)測(cè)技術(shù)實(shí)際流量預(yù)測(cè)流量智能交通管理信號(hào)控制優(yōu)化自適應(yīng)信號(hào)燈控制系統(tǒng)車(chē)流引導(dǎo)分散交通平衡路網(wǎng)負(fù)荷停車(chē)管理實(shí)時(shí)空位信息和智能引導(dǎo)車(chē)載智能終端硬件組成處理器存儲(chǔ)器顯示屏通信模塊軟件架構(gòu)操作系統(tǒng)導(dǎo)航引擎地圖引擎用戶(hù)應(yīng)用人機(jī)交互設(shè)計(jì)語(yǔ)音控制手勢(shì)識(shí)別AR顯示個(gè)性化界面第五章：自動(dòng)駕駛導(dǎo)航1L1：駕駛輔助單一系統(tǒng)輔助駕駛2L2：部分自動(dòng)化多系統(tǒng)協(xié)同輔助3L3：有條件自動(dòng)化特定情況自動(dòng)駕駛4L4：高度自動(dòng)化大部分情況自動(dòng)駕駛5L5：完全自動(dòng)化全場(chǎng)景無(wú)人駕駛環(huán)境感知技術(shù)多傳感器協(xié)同工作構(gòu)建全方位環(huán)境感知高精度地圖高精度地圖的特點(diǎn)厘米級(jí)精度，多層信息制作流程專(zhuān)用車(chē)采集，AI處理更新維護(hù)眾包采集，云端分發(fā)SLAM技術(shù)同步定位與地圖構(gòu)建邊定位邊建圖的技術(shù)視覺(jué)SLAM基于相機(jī)圖像的SLAM激光SLAM基于激光點(diǎn)云的SLAM決策與規(guī)劃行為決策車(chē)輛高層次行為選擇軌跡規(guī)劃生成平滑安全的行駛路徑運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行規(guī)劃軌跡的底層控制自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)集成功能安全冗余設(shè)計(jì)和失效保護(hù)軟件架構(gòu)模塊化與實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬件平臺(tái)高性能計(jì)算和傳感器第六章：室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)室內(nèi)導(dǎo)航的特點(diǎn)GPS信號(hào)弱，環(huán)境復(fù)雜室內(nèi)定位技術(shù)WiFi、藍(lán)牙、磁場(chǎng)等多種技術(shù)室內(nèi)地圖構(gòu)建三維建模與語(yǔ)義標(biāo)注WiFi定位原理利用WiFi信號(hào)特征確定位置信號(hào)強(qiáng)度指紋法比對(duì)信號(hào)特征與預(yù)先采集的數(shù)據(jù)庫(kù)三角測(cè)量法基于多個(gè)接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算位置藍(lán)牙定位iBeacon技術(shù)蘋(píng)果推出的低功耗藍(lán)牙定位標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)特性短距離，低功耗，便于部署應(yīng)用場(chǎng)景商場(chǎng)、博物館、會(huì)展中心視覺(jué)導(dǎo)航圖像識(shí)別識(shí)別環(huán)境特征和標(biāo)志特征點(diǎn)匹配將實(shí)時(shí)圖像與地圖對(duì)應(yīng)AR導(dǎo)航疊加導(dǎo)航信息于實(shí)景中磁場(chǎng)定位地磁場(chǎng)特性建筑結(jié)構(gòu)擾動(dòng)形成獨(dú)特模式磁場(chǎng)建模采集并建立室內(nèi)磁場(chǎng)指紋庫(kù)磁場(chǎng)匹配定位實(shí)時(shí)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)與指紋庫(kù)匹配慣性/PDR室內(nèi)導(dǎo)航步伐檢測(cè)識(shí)別行走步態(tài)模式航向估計(jì)確定行走方向變化位置推算根據(jù)步長(zhǎng)和方向計(jì)算位置室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航<5米定位精度室內(nèi)定位精確度<1秒切換時(shí)間室內(nèi)外場(chǎng)景識(shí)別與切換>95%可靠性多源數(shù)據(jù)融合可靠性第七章：導(dǎo)航軟件開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇移動(dòng)端、車(chē)載端、Web端開(kāi)發(fā)流程需求分析到持續(xù)集成常用開(kāi)發(fā)工具SDK、API和開(kāi)發(fā)框架地圖服務(wù)APIGoogleMapsAPI全球覆蓋，功能強(qiáng)大支持多平臺(tái)開(kāi)發(fā)百度地圖API中國(guó)地區(qū)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)豐富的本地化服務(wù)高德地圖API國(guó)內(nèi)交通數(shù)據(jù)豐富輕量級(jí)接口設(shè)計(jì)導(dǎo)航算法實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化提高計(jì)算效率和響應(yīng)速度核心算法實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃和定位算法編碼3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高效存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)地圖數(shù)據(jù)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)界面布局信息呈現(xiàn)的空間安排交互設(shè)計(jì)直觀(guān)易用的操作方式用戶(hù)體驗(yàn)優(yōu)化減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)導(dǎo)航軟件測(cè)試功能測(cè)試驗(yàn)證各項(xiàng)功能正確性性能測(cè)試評(píng)估響應(yīng)速度和資源占用用戶(hù)體驗(yàn)測(cè)試實(shí)際使用場(chǎng)景評(píng)估導(dǎo)航軟件發(fā)布與維護(hù)1版本控制嚴(yán)格的代碼和版本管理在線(xiàn)更新OTA技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)用戶(hù)反饋處理收集分析改進(jìn)建議第八章：導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用案例車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)融合ADAS的智能導(dǎo)航智能手機(jī)導(dǎo)航APP便攜、社交化導(dǎo)航體驗(yàn)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)三維空間自主飛行智能穿戴設(shè)備導(dǎo)航穿戴設(shè)備導(dǎo)航注重非視覺(jué)反饋和自然交互方式特殊環(huán)境導(dǎo)航地下導(dǎo)航礦井、地鐵、隧道基于UWB和慣性技術(shù)水下導(dǎo)航潛水器、水下機(jī)器人聲吶和壓力傳感器定位空中導(dǎo)航飛機(jī)、無(wú)人機(jī)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)的路徑規(guī)劃?rùn)C(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航室內(nèi)環(huán)境自主移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航工廠(chǎng)環(huán)境精確定位無(wú)人倉(cāng)儲(chǔ)導(dǎo)航高密度貨架間移動(dòng)智慧城市導(dǎo)航應(yīng)用智能公交系統(tǒng)實(shí)時(shí)到站預(yù)測(cè)和智能調(diào)度共享單車(chē)定位導(dǎo)航高精度車(chē)輛定位與調(diào)度城市應(yīng)急疏散導(dǎo)航災(zāi)害情況下的人群疏散引導(dǎo)第九章：導(dǎo)航系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)5G與導(dǎo)航高帶寬低延遲實(shí)時(shí)交互人工智能深度融合自學(xué)習(xí)持續(xù)優(yōu)化能力量子導(dǎo)航技術(shù)不依賴(lài)衛(wèi)星的絕對(duì)定位導(dǎo)航安全與隱私保護(hù)安全認(rèn)證機(jī)制多因素身份驗(yàn)證和授權(quán)位置隱私保護(hù)匿名化和數(shù)據(jù)脫敏技術(shù)信號(hào)欺騙與干擾反欺騙和抗干擾技術(shù)綠色導(dǎo)航能耗(kWh)碳排放(kg)