《智能网联汽车概论（活页式）》 课件 项目5 高精度定位与导航系统及其应用

1项目五

高精度定位与导航系统及其应用高精度地图包含的信息2知识目标：1.能通过走访或查阅资料的方法，了解高精度地图包含的信息，采集和生成过程。2.能通过走访或查阅资料的方法，了解高精度地图在智能网联汽车中的作用。能力目标：1.能总结并归纳调研报告，撰写智能网联汽车高精度地图的特点及应用的标准报告。2.能总结并归纳调研内容，辩清智能网联汽车高精度地图与普通地图的别。素质目标：1.树立安全意识；2.培养8S现场管理意识。教学目标3什么是高精度地图？

高精度地图是指高精度、精细化定义的电子地图。高精度地图是相对于现在已经普及的普通导航电子地图（如手机上的各种APP地图）来比较的，也就是比普通的导航电子地图精度更高、数据维度更多的电子地图。1.高精度地图的定义4什么是高精度地图？

“高精度”指两个方面：一方面是指高精度电子地图的绝对坐标精度更高。绝对坐标精度指地图上某个目标和真实的环境之间的精度。另一方面是指高精度地图所含有的道路交通信息元素更丰富和精细。高精度地图的信息包括：行车辅助信息和驾驶辅助信息。1.高精度地图的定义5高精度地图应用在哪些方面？高精度地图应用的方面（1）提供道路甚至车道的曲率值（2）提供了坡度

（3）限速信息精确到车道（4）辅助汽车超视距感知（5）快速识别道路环境（6）周边固定物体及车道标线（7）车道级动态路径规划

6高精度地图包含的信息有哪些？2.高精度地图包含的信息

高精度地图包含的道路交通信息很丰富，总的来说可分为基础信息层、道路信息层、周围环境信息层和其他信息层。

感谢大家的参与！78项目五

高精度定位与导航系统及其应用高精度地图采集和生成过程9知识目标：1.能通过走访或查阅资料的方法，了解高精度地图包含的信息，采集和生成过程。2.能通过走访或查阅资料的方法，了解高精度地图在智能网联汽车中的作用。能力目标：1.能总结并归纳调研报告，撰写智能网联汽车高精度地图的特点及应用的标准报告。2.能总结并归纳调研内容，辩清智能网联汽车高精度地图与普通地图的别。素质目标：1.树立安全意识；2.培养8S现场管理意识。教学目标10什么是高精度地图采集和生成过程？1.高精度地图的采集过程

地图的信息采集是靠地图采集车上的激光雷达、高清摄像头、惯性导航系统及GPS定位系统，可以把地图数据的相对误差控制在10cm以内甚至更精确。高精度地图的采集过程主要有：采集设备、实地采集、信息加工和后续更新。11什么是高精度地图采集和生成过程？1.高精度地图的采集过程

（1）采集设备

高精度地图的采集需要使用一系列高精度的设备和传感器，以确保采集到的数据准确、详细。主要的采集设备包括：激光雷达、高清相机、惯性测量单元（IMU）、全球导航卫星系统（GNSS）等。12什么是高精度地图采集和生成过程？1.高精度地图的采集过程

（2）实地采集

实地采集是制作高精度地图的第一步，主要通过采集车的现场采集来完成。采集的核心设备是激光雷达、高精度差分-惯导-卫星定位系统，它通过激光反射形成点云，完成对环境中各种物体的采集，并通过高精度定位系统记录行驶轨迹和环境中物体的高精度位置信息。13什么是高精度地图采集和生成过程？1.高精度地图的采集过程

（3）信息加工

信息加工的过程包括人工处理、深度学习的感知算法(图像识别)等。采集的设备越精密，采集的数据越完整，就可以降低算法所需的不确定性。收集到的数据越不完整，就需要更多的算法来补偿数据缺陷，也可能会产生更大的误差。14什么是高精度地图采集和生成过程？1.高精度地图的采集过程

（4）后续更新

高精度地图的后续更新是保持地图准确性和时效性的关键。因为道路的整改工作会经常发生，包括突发性路况。后续地图更新也可以采取众包方式或与政府实时交通处理部门合作来解决。15什么是高精度地图采集和生成过程？2.其他形式高精度地图的采集过程

（1）众包数据构建高精度地图

利用大量非专业用户或运营车辆（如物流车、客车、商务车等）在行驶过程中实时采集的数据，通过数据处理和分析，构建出高精度地图的方法。这种方法利用了广泛的用户群体和实时性强的数据，能够有效地补充和更新地图信息。16什么是高精度地图采集和生成过程？2.其他形式高精度地图的采集过程

（2）实时定位与地图构建（SLAM）

实时定位与地图构建(SLAM)是一种在机器人领域广泛使用的地图构建与定位技术。可以使用激光、视觉、红外等传感器，在机器人移动过程中获取传感器检测的环境特征，进一步识别行驶过程不同时刻环境特征中类似的部分，将检测到的环境信息进行拼接，对行驶过的环境进行基于当前传感器信息的完整描述，即高精度地图构建。17什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

高精度地图与传统地图相比，具有不同的采集原理和数据存储结构。传统地图依赖于拓扑结构和传统的数据库，将各种元素作为对象堆放在地图上，将道路存储为路径。高精度地图中，为了提高存储效率和机器可读性，地图在存储时分为矢量层和对象层。18什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

在高精度地图生产过程中，通过提取车辆上传感器采集的原始数据，获取高精度地图特征值，构成特征地图。在此基础上，进一步提取、处理和标注矢量图形，包括道路网络信息、道路属性信息，道路几何信息和道路上主要标志的抽象信息。19什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

（1）原始点云

原始点云是指通过激光雷达（Lidar）等传感器直接采集到的三维空间数据点集。这些点云数据包含了丰富的三维空间信息，如道路的形状、宽度、高度以及道路两侧的障碍物、树木、建筑物等。20什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

（2）分类点云

分类点云是指对原始点云数据进行分类处理后的结果。通过分类，可以将点云数据中的不同物体或区域区分开来，便于后续的处理和分析。分类后的点云数据会被划分为不同的类别，如道路、人行道、建筑物、树木、车辆等。这些分类信息对于后续的地图制作和自动驾驶决策具有重要意义。21什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

（3）单体白膜

单体白膜是指在分类点云的基础上，通过提取特定物体的三维模型边界并进行简化处理而得到的模型。它通常呈现为白色且没有纹理的模型，主要用于表达物体的形状和结构。单体白膜在高精度地图制作中主要用于表达道路元素（如车道线、交通标志、路障等）的形状和结构。它们可以作为地图中的基础图层，为自动驾驶车辆提供准确的道路信息。22什么是高精度地图采集和生成过程？3.高精度地图的生产过程

（4）精细模型

精细模型是指在单体白膜的基础上，进一步添加纹理、颜色等细节信息而得到的模型。精细模型能够更真实地反映道路环境的实际情况，为自动驾驶车辆提供更加丰富的环境感知信息。感谢大家的参与！2324项目五

高精度定位与导航系统及其应用全球四大卫星导航系统的分类、组成及工作原理25知识目标：1.能通过走访或查阅资料的方法，了解GPS卫星定位系统工作原理及运用。2.能通过走访或查阅资料的方法，了解北斗卫星定位系统的工作原理及运用。能力目标：1.能总结并归纳调研报告，撰写GPS和北斗卫星定位系统工作原理及实际运用标准报告。2.能总结并归纳调研内容，辩清GPS和北斗卫星定位系统工作原理及实际运用的区别。素质目标：1.树立安全意识；2.培养8S现场管理意识。教学目标26什么是全球卫星导航定位系统？

全球卫星导航定位系统

全球卫星导航定位系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是联合国卫星导航委员会认定的四大卫星定位系统供应商。27什么是全球四大卫星导航定位系统？1.美国的全球定位系统GPS

GPS是由美国国防部建设的基于卫星的无线电导航定位系统，它能连续为世界各地的陆海空用户提供精确地位置、速度和时间信息，最大优势是覆盖全球，全天候工作，可以为高动态、高精度平台服务，目前得到普遍应用。28什么是全球四大卫星导航定位系统？2.俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）

格洛纳斯（GLONASS），是俄语“全球卫星导航系统”的缩写，格洛纳斯GLONASS系统经历快速复苏后已成为全球第二大卫星导航系统，该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。29什么是全球四大卫星导航定位系统？3.中国北斗卫星导航定位系统BDS

是中国自行研制的全球卫星导航系统。在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。30什么是全球四大卫星导航定位系统？4.欧洲伽利略卫星导航系统GALILEO

Galileo（伽利略）系统是欧洲自己的全球卫星导航系统，是一个提供民用控制的高精度、有承诺的全球定位服务，并能与GPS和GLONASS全球卫星导航定位系统实现互操作的系统。31全球四大卫星导航定位系统的性能及参数比较有哪些？32全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？1.美国的全球定位系统GPS的组成

（1）地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。33全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？1.美国的全球定位系统GPS的组成

（2）空间部分由24颗卫星组成，21颗工作卫星；3颗备用卫星。34全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？1.美国的全球定位系统GPS的组成

（3）用户设备部分包括GPS信号接收机和卫星天线。35全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？2.中国北斗卫星导航定位系统BDS的组成（1）空间段由35颗卫星组成，其中地球静止轨道卫星5颗、中地轨道卫星27颗、倾斜同步轨道卫星3颗。36全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？2.中国北斗卫星导航BDS的组成

（2）地面段

由主控站、注入站和监测站组成。37全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？2.中国北斗卫星导航BDS的组成

（3）用户段包括北斗用户终端和与其他卫星导航系统兼容的终端。38全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？3.俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）的组成

（1）地面控制部分

由系统控制中心和分布在俄罗斯各地的指令跟踪站网组成。

（2）空间部分由24颗工作星和3颗备份星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里。

（3）用户设备部分

采用了大规模集成电路和数字处理技术，而且民用接受机可用GPS和GLONASS两种系统来工作。39全球四大卫星导航定位系统的组成有哪些？4.欧洲伽利略卫星导航GALILEO系统的组成（1）地面控制部分

包括两个控制中心（GCC）、上行链路站（GUS）、监测站（GSS）网络、全球通信网络等。

（2）空间部分由位于中高度轨道的30颗卫星构成，分别置于3个轨道面。

（3）用户设备部分

包括伽利略用户接收机及终端。40什么是全球四大卫星导航定位系统的工作原理？

全球四大卫星导航定位系统的工作原理是利用卫星作为参考点，即在卫星位置已知的前提下，用户接收卫星信号并计算到卫星的距离，在地面上进行三角交叉测量，从而计算接收器的位置。定位方法是测量未知点与已知位置卫星之间的瞬时距离，主要有虚拟测距观测和载波相位观测两种测量方法。由于载波相位观测的精度远高于虚拟距离观测，因此载波相位观测主要用于高精度测量。无论是虚拟距离观测还是载波相位观测，观测的都是卫星到接收器的距离。41什么是全球四大卫星导航定位系统的工作原理？计算过程依据三球交叉定位的原理，如图所示，只要同时观测三颗卫星，获得三个空间距离，并根据每颗卫星的广播星历计算出每颗卫星的空间位置，就可以将接收器所在位置计算出来。感谢大家的参与！4243项目五

高精度定位与导航系统及其应用激光雷达的定位及优缺点44知识目标：1.了解激光雷达的定位;2.理解激光雷达的优、缺点能力目标：1.能阐述激光雷达的定位过程;2.能分析激光雷达的优、缺点素质目标：1.树立安全意识；2.培养8S现场管理意识。教学目标45什么是激光雷达定位？基于地图信息匹配定位方法的优点在于无累积误差，不需要对道路进行改造，其缺点在于包含地图生成和地图匹配两个步骤，而地图生成需要提前采集制作，在室外场景中，绘制地图的数据量十分巨大，而且对地图匹配中的实时性带来很大挑战。通过激光雷达的地图信息进行匹配的方法也是一种绝对位置估计方法。该方法通过事先建立的地图信息，在自动（无人）驾驶过程中，不断将检测到的数据特征与地图信息进行对比匹配，从而得到车辆在地图中的绝对位置。46什么是激光雷达定位？GPS+IMU（惯性测量单元）为激光雷达的空间位置和脉冲发射姿态提供高精度定位，建立激光雷达点云的三维坐标系。惯性导航系统可用于定位，与其他传感器融合时，也需要统一到一个坐标系下。定位是最常用的，通过IMU、惯性导航系统和GPS等，得到一个预测的全局位置。当激光雷达实时扫描单次的点云数据后，结合单次的点云数据进行匹配，并进行特征提取。百度公司的Apollo系统使用了激光雷达、RTK（载波相位差分）技术与IMU融合的方案，多种传感器融合加上一个误差状态卡尔曼滤波器，使定位精度可以达到5~10cm，市区允许最高车速超过60km/h，而且性能非常可靠和稳定。47激光雷达的优缺点有哪些？1.激光雷达的优点

与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多优点,主要有：

（1）分辨率高

激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。48激光雷达的优缺点有哪些？1.激光雷达的优点

（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强

激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达