項目三智能網聯汽車高精度定位與導航系統認知車輛導航系統Annualworksummary2導入智能網聯汽車的導航系統是在自有相關導航設備與高精度地圖、高精度定位的基礎上，充分利用高精度地圖提供的靜態、準靜態、動態道路信息為自動駕駛的實現提供相應輔助。目錄01教學目標02教學內容03課后練習教學目標0103能闡述導航系統的要求。01能描述導航系統的作用。02能說出車輛導航系統組成。01通過學習車輛導航系統，樹立創新意識，促進全面發展。02通過學習我國我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合，引導學生樹立大局意識、核心意識。知識目標素質目標04能說明我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合。教學內容02一、導航系統的作用

傳統導航系統的作用是對汽車進行實時導航定位,根據車輛位置選擇合適的駕駛路線,輔助駕駛人前往目的地。車輛導航系統涉及衛星技術、DR圖像采集、GIS或電子地圖技術、數據庫技術、顯示技術、接口技術和應用軟件技術等領域,是通信與信息技術、傳感器技術、車輛自動定位技術和計算機技術的綜合應用。該系統包括安裝在車輛上的導航定位器、慣性導航裝置、無線電導航裝置、衛星導航定位器、GPS/DR/GIS集成導航定位儀,以及電子地圖數據庫或GIS信息地圖。必要時,車輛可以與交通監控中心通信,并使用數據庫記錄車輛和行駛路線的歷史狀態信息，如圖3-3-1所示一、導航系統的作用

車輛導航系統內置衛星天線,用于接收由環繞地球的定位衛星中至少三顆發送的數據信息,結合存儲在車輛導航系統中的電子地圖,通過衛星信號確定的位置坐標與此相匹配,確定車輛在電子地圖中的準確位置,從而得到最佳的駕駛方向、前方道路以及各類興趣點(如加油站、餐廳、酒店等)信息,為駕駛入提供道路指引以及提供地圖中的各類信息。導航系統中的全局路徑規劃方法,根據起始點和目標點,通過拓撲化的地圖數據,尋找兩點間所有可能的連接通路(經路),通過對交通情況、駕駛人設置等,選擇最優路徑,提供給駕駛人正確的導航，如圖3-3-2所示。二、車輛導航系統組成

車輛導航系統包括安裝在車輛上的導航定位器、慣性導航裝置、無線電導航裝置、衛星導航定位器、GPS/DR/GIS集成導航定位儀等以及電子地圖數據庫或GIS信息地圖。必要時，車輛可以與交通監控中心通信，并使用數據庫記錄車輛和路線的歷史狀態信息。汽車導航系統內置衛星天線，用于接收由環繞地球的定位衛星中至少三顆發送的數據信息，結合存儲在汽車導航系統中的電子地圖，通過衛星信號確定的位置坐標與此相匹配，進行確定汽車在電子地圖中的準確位置，從而得到最佳的駕駛方向、前方道路以及各類興趣點信息。為駕駛人提供道路指引，以及地圖中各類信息的提供，如圖3-3-3所示。車輛導航系統三、導航系統的要求

智能網聯汽車的不斷發展,對導航系統也不斷提出更高的要求:1.定位系統定位系統根據智能網聯汽車具體的功能要求,需要提供車道級甚至厘米級的高精度定位。2.地圖信息地圖信息需要更加豐富、精確的道路環境信息,比如道路中交通元素的形狀、位置特征等,以實現輔助環境感知、車道級路徑規劃等功能。3.路徑規劃算法路徑規劃算法的要求更高。需要規劃出高精度、連續的軌跡。相比于傳統導航的全局路徑規劃算法,路徑5規劃算法需要增加車道級的路徑規劃、路口軌跡的連接以及輔助環境感知信息的提取等,同時還要考慮駕乘人員意圖、個性等因素,做出更加智能的決策。三、導航系統的要求

未來的智能網聯汽車導航系統,將能夠充分利用日益完善和持續發展的車載傳感器、智能交通設施、衛星定位系統以及云技術等,對由自車感知、無線通信等方式獲取的信息進行融合和分析,充分地理解環境、駕駛人意圖和車輛狀態,實現更加安全、智能、舒適的全局路徑規劃,并能有效協作自動駕駛系統理解和認識環境,輔助駕駛人或協同自動駕駛系統完成車輛預定的任務，如圖3-3-4所示。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合

智能網聯汽車的導航系統在高精度地圖、高精度定位的基礎上,充分利用高精度地圖提供的靜態、準靜態及動態道路信息,以及利用車載傳感器獲取的動態信息,通過更加智能、精確、豐富信息的路徑規劃算法,為自動駕駛的實現提供道路指引，如圖3-3-5所示。

通常采用的組合導航有：衛星導航與慣性導航的組合；衛星導航與無線電導航的組合；多種衛星導航系統之間的組合；衛星導航、慣性導航與地理信息系統的組合等。未來也必將會有新的導航手段和組合方式出現，推動組合導航技術不斷發展。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合1.GNSS和INS的組合導航定位系統可以利用北斗衛星定位系統加上地基增強系統對車輛的定位精度很高，一般可達厘米級。但是衛星定位系統也存在缺陷，一是衛星接收機若受到建筑物阻擋或在地下隨道中，就不能有效接收位置信息；二是衛星定位系統的位置更新頻率大約為10Hz（100ms刷新一次位置信息，對于126km/h的車速，行駛距離達3.5m），不能滿足車輛的實時定位要求，自主式自動駕駛要求數據刷新的時間間隔不能大于10ms（對于126km/h的車速，10ms行駛距離為0.35m）。慣性導航系統數據更新頻率高，可達1kHz，每1ms可刷新一次車輛位置信息（對于126km/h的車速，1ms行駛距離是3.5cm）。但是慣性導航系統也存在缺陷，慣性導航系統的行駛距離經過兩次積分產生，定位誤差隨時間的累積而增大，其定位精度只能在很短的時間內有效。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合1.GNSS和INS的組合導航定位系統利用慣性導航系統數據更新頻率高的優點，可以彌補衛星定位系統數據刷新頻率低的缺陷，滿足車輛的實時性定位要求；利用衛星定位系統定位精度高的優點，定期地（100ms）校準慣性導航系統的定位信息，可以消除慣性導航系統的累積定位誤差。GNSS與INS組合導航的優勢有：可發現并校準慣導系統誤差，提高導航精度；彌補衛星導航的信號缺損問題，提高導航能力；提高衛星導航載波相位的模糊度搜索速度，提高信號周跳的檢測能力，提高組合導航的可靠性；可以提高衛星導航接收機對衛星信號的捕獲能力，提高整體導航效率；增加觀測冗余度，提高異常誤差的監測能力，提高系統的容錯功能；提高導航系統的抗干擾能力，提高完好性。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統智能網聯汽車在實際應用中，一般采用多傳感器融合的定位，既做到優勢互補，也提高了穩定性，增強了定位精度。L4無人車運營商常用的定位方案中多使用多線束的激光雷達和高精度的GPS/IMU，這些高精密的傳感器能夠提供豐富的信息，但其成本十分高昂，并且也無法滿足車規級汽車的要求。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統⑴百度Apollo2.0的多傳感器融合定位自動駕駛數據將包括具有高分辨率圖像和像素級別標注的RGB視頻，具有場景級語義分割的密集三維點云、基于雙目立體視覺的視頻和全景圖像。數據集中提供的圖像為通過采集系統每米采集一幀的方式采集，分辨率為3384x2710。百度數據采集車是配備了高分辨率相機和Riegl采集系統的中型SUV。采集場景包括不同城市的不同交通狀況的道路行駛數據，平均每張圖中移動障礙物的數量從幾十到上百不等。（例如，單張圖像中多達162輛交通工具或80名行人）除了采集數據之外，百度還會用自己的視覺感知算法給每一幀畫面中的像素做相應的語義分割。當前支持的語義分割種類已經達到25項，包括車輛、行人、自行車、摩托車、道路、交通標識等等。這樣的分割有助于開發者可以在這個數據集中直接訓練以及驗證自己的自動駕駛算法。換言之這套數據集是可以讓開發者直接拿來就用的，而不用再做初始的數據解析。其高精度定位在智能網聯汽車上的應用。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統⑴百度Apollo2.0的多傳感器融合定位四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統⑵四維圖新的組合導航定位四維圖新的導航定位系統中，通過融合高精度衛星定位系統（HD-GNSS）、航位推算引擎定位（DREngine）、高精度地圖定位（MAPFusion）三種模塊，依托融合算法，發揮不同定位模塊在不同場景的優勢，使結果相互冗余，保證在各種環境下連續輸出高質量定位結果，如圖3-3-7所示。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統⑶高精度衛星定位高精度衛星定位結果是融合系統的基礎，依托四維圖新旗下的六分科技服務能力，通過載波相位差分技術RTK、地基增強網絡和數據解算平臺，可以每天連續24小時在全國范圍播發厘米級高精度差分定位結果。在常規、開闊、信號接收穩定的路段，高精度衛星定位結果將在融合定位結果中占據主導，如圖3-3-8所示。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統⑷航位推算引擎定位航位推算引擎定位可以使系統在峽谷、隧道、城市遮擋嚴重等場景下，依然可以保證高精度定位結果輸出的連續性，整合慣性導航IMU、車身里程計，結合車身CAN總線數據中的輪速、航向等信息，可有效降低車身位置的誤差發散，如圖3-3-9所示；視覺里程計則通過攝像頭獲取連續圖像，運用SLAM算法實現車身運動軌跡的跟蹤，進一步提升定位精度，如圖3-3-10所示。四、我國導航系統與高精地圖、高精度定位的融合2.GNSS、INS及高精度地圖的組合導航定位系統（5）高精度地圖定位高精度地圖定位通過數據中定位圖層的參考對象，與感知結果匹配并計算距離，從而精確推算出車輛當前位置。這不僅拓展了融合定位的可靠性、魯棒性，也可以在參考要素豐富的場景下，把精度誤差收斂到更小，如圖3-3-11所示。課后練習03一、填空題1.車輛導航系統包括安裝在車輛上的

、

、

、衛星導航定位器、GPS/DR/GIS集成導航定位儀等以及電子地圖數據庫或GIS信息地圖。2.通常采用的組合導航有：

；

；

等。3.可以利用北斗衛星定位系統加上

對車輛的定位精度很高，一般可達

。二、選擇題1.北斗衛星定位系統的位置更新頻率大約為（）。A.10HzB.20Hz

C.30HzD.40Hz2.四維圖新的導航定位系統中，通過融合（）三種模塊，依托融合算法，保證在各種環境下連續輸出高質量定位結果。A.高精度衛星定位系統（HD-G