智能网联汽车概论 课件 项目4、5 高精度定位技术和V2X车联网、智能网联汽车先进驾驶辅助系统

智能网联汽车概论项目四高精度定位技术和V2X车联网高精度定位技术认知任务一任务二任务三V2X和通信技术认知高精度定位技术V2X车联网实训高精度定位技术认知1学习目标1.了解高精度定位技术及其作用。2.了解常见的定位方法。3.了解GPS导航系统的组成和工作原理。4.了解高精度地图的制作和应用。高精度定位技术任务描述在进行道路测试过程中，某辆智能网联汽车未按导航提示线路行驶。测试人员在检查后发现，ＧＰＳ导航定位不准，需对智能网联汽车ＧＰＳ导航重新标定。高精度定位技术获取信息一、高精度定位技术概述二、常见的定位方法三、高精度地图的制作和应用高精度定位技术1.定位系统的作用和要求一、高精度定位技术概述定位系统用来提供车辆的位置和姿态等信息。智能网联汽车在自动驾驶过程中，车辆要时刻了解自己的位置及外部环境信息，精准判断车辆和外界环境的相对状况，从而做出准确的判断和决策。高精度定位技术无自动化车辆在导航过程中驾驶员结合导航引导信息综合选择行驶路线，导航定位系统定位精度低（道路级定位)、频率比较低。智能网联汽车的定位信息是车辆决策控制的重要输入信息，既要求全局的规划，又需要局部和车辆实时的高精度位置，导航定位系统定位精度高（车道级定位)，频率也高。高精度定位技术1.定位系统的作用和要求智能网联汽车对定位系统的基本要求如下：高精度定位技术（1）高精度：达到厘米级。（2）高可用性：智能网联汽车测试已经从封闭的场景转移到更开放的场景，这要求我们定位系统能处理更多更复杂的情况。（3）高可靠性：定位的输出是感知、规划与控制的输入，如果定位系统出现偏差将会导致很严重的后果。（4）自主完好性检测：任何定位导航系统都无法提供完全准确的检测信息，如果出现问题应及时警告用户采取措施避免发生交通事故，因此，定位系统要保证较低的虚警率与漏警率。1.定位系统的作用和要求高精度定位在自动驾驶中起决定作用，是实现无人驾驶或者远程驾驶的基本前提，因此对定位性能的要求也非常严苛，其中L4/L5级自动驾驶对于定位的需求如表4-1-1所示。高精度定位技术项目指标理想值位置精度误差均值<10cm位置鲁棒性最大误差<30cm姿态精度误差均值<0.5°姿态鲁棒性最大误差<2.0°场景覆盖场景全天候表4-1-1L4/L5级自动驾驶汽车定位系统指标要求1.定位系统的作用和要求2.高精度定位系统的组成高精度定位系统主要包括终端层、网络层、平台层和应用层，如图4-1-1所示。高精度定位技术图4-1-1车辆高精度定位系统网络架构图终端层实现多源数据融合（卫星、传感器及蜂窝网数据）算法，保障不同应用场景、不同业务的定位需求；网络层包括5G基站、RTK基站和路侧单元（RoadSideUnit,RSU），为定位终端实现数据可靠传输；平台层提供一体化车辆定位平台功能，包括差分解算能力、地图数据库、高清动态地图、定位引擎，并实现定位能力开放；应用层基于高精度定位系统能够为应用层提供车道级导航、线路规划、自动驾驶等应用。高精度定位技术2.高精度定位系统的组成二、常见的定位方法根据场景以及定位性能的需求不同，车辆定位方案是多种多样的。常用的定位技术有全球导航卫星（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）技术、惯性导航（InertialNavigationSystem,INS）技术、航迹推算（Dead-Reckoning，DR）技术、路标定位技术、高精度地图匹配定位技术、无线电（如蜂窝网、局域网等）定位技术、视觉定位技术、同时定位与地图创建（SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM）技术等。由于任何一种单独定位技术都有无法克服的弱点，智能网联汽车通常需要组合定位技术来实现精准定位。组合定位技术融合了两种或两种以上的不同类型的定位传感器信息，实现优势互补，以获得更高的定位性能。高精度定位技术1.全球导航卫星技术全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）是一种基于卫星基础设施的，具有全球覆盖范围的无线电定位技术，如图4-1-2所示。高精度定位技术图4-1-2GNNS系统运行示意图二、常见的定位方法（1）全球导航卫星系统分类当前，投入运作的GNSS主要包括美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（GALILEO）和我国的北斗系统（BDS）。高精度定位技术1.全球导航卫星技术（1）全球定位系统GPSGPS（GlobalPositioningSystem）是由美国国防部研制的全球首个定位导航服务系统，1990~1999年为系统建成并进入完全运作能力阶段，1993年实现24颗在轨卫星满星运行。其中，24颗导航卫星平均分布在6个轨道面上，保证在地球的任何地方可同时见到4~12颗卫星，使地球上任何地点、任何时刻均可实现三维定位、测速和测时，使用世界大地坐标系（WGS-84）。高精度定位技术1.全球导航卫星技术1）GPS定位特点①全球范围内连续覆盖：由于GPS卫星的数目比较多，其空间分布和运行周期经精心设计，可使地球上任何地点在任何时候都能观测到至少4颗卫星，从而来保证全球范围的全天候连续三维定位。②实现实时定位：GPS定位系统可以实时确定运动载体的三维坐标和速度矢量，从而可以实时地监视和修正载体的运动方向，避开各种不利环境，选择最佳航线。③定位精度高：利用GPS系统可以得到动态目标的高精度的坐标、速度和时间信息，在较大空间尺度上对静态目标可以获得比较高的定位精度，随着技术水平的提高，定位精度技术，还会有更进一步的提高。④静态定位观测效率高：根据精度要求不同，GPS静态观测时间从数分到数十天不等，从数据采集到数据处理基本上都是自动完成。⑤应用广泛：GPS以其全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点成功应用于测绘领域、资源勘探、环境保护、农林牧渔、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、地球动力学等多门学科。高精度定位技术1.全球导航卫星技术GPS系统主要由三大部分组成：卫星星座（空间部分）、地面监测系统（地面部分）和GPS接收机（用户设备部分），如图4-1-3所示。高精度定位技术图4-1-3GPS系统组成2）GPS系统组成1.全球导航卫星技术GPS是利用卫星基本三角定位原理来测量距离，如图4-1-4所示。三个卫星组成一个三角形，通过计算三个卫星位置几何数据，并融合同步计算结果，计算出当前接收器的卫星坐标位置。通常，GPS接收器会使用第四颗卫星的位置对前三颗卫星的位置测量进行确认，以达到更好的效果。高精度定位技术图4-1-4三角定位原理图3）GPS定位原理1.全球导航卫星技术（2）北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统BDS(BeiDouNavigationSatelliteSystem)是由我国自主研发、独立运行的全球卫星定位与通信系统，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，采用我国独立建设使用的CCCS2000坐标系。北斗系统是我国完全自主建设，掌握核心技术并且独立运行的全球卫星导航系统。自2009年启动北斗三号全球系统建设，2017年11月5日实现全球组网卫星的首次发射，2020年北斗三号最后一颗全球组网卫星运抵西昌卫星发射中心西昌航天发射场发射，北斗全球星座组网完成。在我国，汽车定位终端模式分为两种：北斗车载终端，依靠北斗星导航系统进行定位跟踪；GPS车载终端，依据车载GPS定位系统进行跟踪定位。高精度定位技术1.全球导航卫星技术2.惯性导航系统惯性导航系统（InertialNavigationSystem，INS），简称惯导，是一种不依赖于外部信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统。惯性导航系统基于陀螺仪和加速度传感器的信号组合进行自主式导航，图4-1-5为惯导外观图，陀螺仪测量物体三轴的角速率，用于计算载体姿态；加速度计测量物体三轴的线加速度，可用于计算载体速度和位置。高精度定位技术图4-1-5惯导外观图2.惯性导航系统惯性导航系统至少包括计算机及含有加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台（或模块）。目前的高级驾驶辅助系统（ADAS）包括加速度计、陀螺仪、压力传感器和磁力仪等类型的惯性传感器的运用。其中加速度计用来测量运动体的加速度大小和方向，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移；陀螺仪用来测量运动体围绕各个轴向的旋转角速率值，通过四元数角度解算形成导航坐标系，使加速度计的测量值投影在该坐标系中，并可给出航向和姿态角；磁力仪用来测量磁场强度和方向，定位运动体的方向，通过地磁向量得到的误差表征量，可反馈到陀螺仪的姿态解算输出中，校准陀螺仪的漂移。高精度定位技术惯性导航系统的工作原理框图如4-1-6所示。一般情况下惯性导航系统会结合GPS使用，并融合经纬度信息，以提供更精确的位置信息。。高精度定位技术图4-1-6惯性导航系统原理框图2.惯性导航系统高精度定位技术（1）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小。（2）数据更新率高、短期精度和稳定性好。（3）可全天候地工作于空中、地面乃至水下。（4）隐蔽性好，且不受外界电磁干扰的影响。但是，由于其导航信息经过积分而产生，定位误差随着时间增大而增大，长期精度差，容易产生温漂和零漂等问题。惯性导航系统具有以下优点：2.惯性导航系统差分GNNS是一个比较精确的定位系统，但是其具有更新频率过低的局限性，同时易受环境影响（如建筑物遮挡），因此在特定环境下不足以提供足够实时的位置更新。与此相比，INS的更新频率快，并补偿了GNNS短时间信号缺失（如遮挡）的情况，但是存在累积误差缺陷。因此通过整合GNNS与INS的定位方法，可以为智能网联汽车提供既准确又足够实时的位置更新。高精度定位技术2.惯性导航系统3.高精度定位在智能网联汽车上的应用案例智能网联汽车在实际应用中，一般采用多传感器融合的定位，做到优势互补，提高稳定性，增强定位精度。L4无人车运营商常用的定位方案多使用多线束的激光雷达和高精度GPS/MU，以满足车辆智能驾驶需求。高精度定位技术Apollo6.0的多传感器融合定位模块的框架如图4-1-7所示。定位模块依赖的硬件以及数据，包括IMU、车端天线、基站、激光雷达、以及定位地图；基站和车端天线构成ＧＮＳＳ定位，输出位置及速度信息，激光雷达和定位地图构成点云定位，输出位置及转向角信息；通过惯性导航解算和扩展卡尔曼滤波进行融合定位，融合定位的结果会反过来用于ＧＮＳＳ定位和点云定位的预测；最后车辆融合定位的输出是一个６-自由度的位姿，以及协方差矩阵，用于量化定位结果的不确定性。高精度定位技术图4-1-7Apollo6.0的多传感器融合定位模块的框架3.高精度定位在智能网联汽车上的应用案例1.高精度地图的概念一、高精地图的制作和应用高精度地图是指绝对精度和相对精度均在亚米级的高分辨率、高丰度要素的电子地图，也称为三维高精度地图，简称HDMap或HADMap，一般指静态的高精度路网信息。动态高精度地图是指包含了道路网上的动态变化信息要素的高精度地图，比如路口红绿灯状态、道路动态通行指标、路网变化情况等，简称LiveHDMap。高精度地图是将客观现实世界中的空间特征以一定的数学法则（即模式化）,符号化、抽象化，将空间特征表示为形象符号模型或者称为图形数学模型，如图4-1-8所示。高精度定位技术图4-1-8高精度地图高精度定位技术高精度地图与普通电子地图相比有很大的不同，见表4-1-2。1.高精度地图的概念

普通电子地图高精度地图精度一般电子地图精度在在10米左右，商用GPS精度为5米。高精度地图的精度在厘米级别（Google、Here等高精度地图精度在10～20厘米级别）。数据维度传统电子地图数据只记录道路级别的数据。高精度地图不仅增加了车道属性相关数据，还能够明确区分车道线类型、路边地标等细节。作用及功能传统地图起的是辅助驾驶的导航功能，本质上与传统经验化的纸质地图是类似的。高精度地图通过“高精度+高动态+多维度”数据，为自动驾驶提供自变量和目标函数的功能。高精地图相比传统地图有更高的重要性。使用对象普通的导航电子地图是供驾驶员使用的地图数据。高精度地图是面向机器的供自动驾驶汽车使用的地图数据。传统电子地图主要依靠卫星图片产生，然后由GPS定位，这种方法可以达到米级精度。高精地图需要达到厘米级精度，仅靠卫星与GPS是不够的。为了确保数据生产的安全性和准确性，高精度地图有严格规范的生产流程。高精度定位技术2.高精度地图采集与生成过程(1)根据用户应用的需要对地图产品进行规划，制定生产规划；(2)数据信息采集部门开始收集数据信息和后处理；(3)对收集的数据进行处理编辑绘制地图；(4)对数据进行转换编译，生成矢量母库，完成生产环节，进入发布环节。图4-1-9为高精度地图制作过程流程图。高精度定位技术图4-1-9高精度地图制作过程流程图2.高精度地图采集与生成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。高精度定位技术2.高精度地图采集与生成过程高精度地图模型包括道路模型、车道模型、对象模型，如图4-1-10所示。(１)道路模型。为了实现和提高路径规划功能，需要将现实世界的道路结构进行抽象，形成以顶点与边组成的拓扑图形结构。道路模型除了图形属性，还包括车道数量、道路等级、功能属性等。(２)车道模型。车道模型记录了车道的行驶参考线及车道的边线(标线)及停止线等，车道模型还记录了车道与道路拓扑的关系。(３)对象模型。对象模型是用于记录道路和车道行车空间范围边界区域内要素的，模型属性包括对象的位置、形状及属性值。对象模型中的数据通常用于辅助环境感知，并辅助高精度定位。高精度定位技术3.高精度地图模型图4-1-10高精度地图模型高精度地图拥有精确的车辆位置信息和道路元素信息，帮助各种传感器更好地完成对环境的感知，为智能网联汽车提供更完备丰富的周边环境信息和更精确的定位。同时，也可视为智能网联汽车先验知识积累形成的长期记忆，帮助汽车预知路面复杂信息，如坡度、曲率和航向等，更好的规避潜在的风险，是智能网联汽车落地的关键驱动力。智能网联汽车的自动化、智能化等级越高，对高精度地图的依赖性越强。高精度定位技术4.高精度地图在智能网联汽车中的应用（1）辅助高精度定位高精度地图中包含了丰富的对象数据，车辆通过传感器对道路周边进行感知，识别并提取出道路周边的对象并与地图中要素对象进行匹配，再通过GPS粗定位信息进行融合可以实现车辆位置信息的精准定位。

高精度定位技术4.高精度地图在智能网联汽车中的应用（2）辅助环境感知与视觉、雷达等传统环境感知传感器相比，在静态物体检测方面，高精度地图不受环境、障碍物等的干扰，当道路环境被其他物体遮挡或者超出了传感器感知范围时，高精度地图能够辅助车辆对行进方向环境完成超视距感知。此外，智能网联汽车感知重构周围三维场景时，可以利用高精度地图作为先验知识减少数据处理时的搜索范围。智能网联汽车可以根据当前位置在高精度地图中快速检索出周边的车道标线、地面箭头、文字以及路边护栏、路牙、标识标牌等信息，同时通过各类传感器的实际探测比对，最终得到准确的固定环境感知。高精度定位技术4.高精度地图在智能网联汽车中的应用（3）辅助动态路径规划车辆在拥有高精度定位功能前提下，在无外部环境干扰的情况下可以根据高精地图的车道参考线规划出一条静态路径，指引车辆前进到达目的地。但由于现实中道路环境存在各种干扰情况，包括其他车辆、行人等，因此车辆需要更复杂的传感器进行感知决策，以决定行进中是否需要换道，进而触发重新进行路径规划。高精度地图提供车道中心线，以及车道中心线连通关系，智能网联汽车可以在这个数据基础上结合当前位置及前进方向进行有限范围（如10km范围内）准实时的车道级路径规划，规划结果用于辅助决策单元生成控制指令。以上过程在车辆行驶过程中反复被触发调用，其中需要依赖的核心数据就是高精度地图的车道级几何和拓扑关系。高精度定位技术4.高精度地图在智能网联汽车中的应用（4）与V2X协同合作在Ｖ２Ｘ(ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＥｖｅｒｙｔｈｉｎｇ)环境中，Ｖ２Ｘ系统与高精度地图分工合作，通过路侧基础设施(信号灯、标识牌等路侧单元)与车辆进行通信，车辆能够直接获取道路基础环境信息及其变化情况，并能够利用Ｖ２Ｘ辅助ＧＮＳＳ/ＩＭＵ融合定位。高精度地图用于车道规划和匹配静态基坐标，如路肩和隔离带等，高精度地图云中心可以通过与基础设施中的路侧边缘计算节点进行通信ꎬ实现静态地图更新并通过Ｖ２Ｘ分发至车辆。高精度定位技术4.高精度地图在智能网联汽车中的应用V2X和通信技术认知2学习目标1.了解V2X车联网技术及其作用。2.了解近距离通信技术及主要应用场景。3.了解中短距离通信技术及主要应用场景。4.了解远距离通信技术及主要应用场景。V2X和通信技术任务描述在进行道路测试过程中，某辆智能网联汽车无法正确识别红绿灯信号，测试人员在检查后发现ꎬ该车车载单元(ＯｎＢｏａｒｄＵｎｉｔ，ＯＢＵ)与路侧红绿灯通信模块(ＲｏａｄＳｉｄｅＵｎｉｔ，ＲＳＵ)无法连接，需对智能网联汽车和红绿灯通信进行重新匹配。V2X和通信技术获取信息一、车联网V2X二、通信技术V2X和通信技术一、车联网V2X车联网（InternetofVehicles）概念引申自物联网（InternetofThings），是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的体系架构及其通信协议和数据交互标准，实现V2X（V代表汽车，X代表车、路、行人及互联网等）无线通信和信息交换的大系统网络。车联网是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。V2X系统(vehicletoeverything)是车辆与外界进行的各种互联，即车对外界的信息交换，如图4-2-1所示。由于Ｖ２Ｘ系统搭载最先进的车载传感器、执行器和控制器等，不仅是当前唯一一种不受天气影响的汽车传感技术，还使用了现代通信与网络技术，可以实现更高程度的车联体系。V2X和通信技术图4-2-1V2X系统一、车联网V2XV2X系统分为四个部分：V2N、V2V、V2I和V2P。（1）V2N(VehicletoNetwork)是车辆通过移动网络或Ｗｉ-Ｆｉ连接到互联网，获取实时交通信息、天气预报等，并支持远程诊断和软件更新。（2）V2V(VehicletoVehicle)是车辆之间的信息交流，共享速度、位置、行驶方向等信息，以避免碰撞和协调行驶路线。（3）V2P(VehicletoPedestrian)是车辆与行人或骑行者之间的通信，通过行人携带的设备发送位置和运动数据，以避免碰撞。（4）V2I(VehicleToInfrastructure)是是指车辆与交通基础设施(如红绿灯、交通摄像头、路侧单元等)之间的通信，获取交通灯状态、速度限制等信息，优化行驶路线和速度，缓解拥堵，提高道路通行能力。V2X和通信技术一、车联网V2XV2N(VehicletoNetwork)即车辆或驾驶人与互联网之间的信息交换，如图4-2-2所示。V2N的信息交换包括：(1)车辆自身的行驶信息和传感器数据与互联网分析的大数据结果进行信息内容的交换。(2)车辆终端系统与互联网上的资源进行信息内容的交换。(3)车辆自身的故障系统与互联网远程求助系统进行信息内容的交换。V2X和通信技术1.V2N图4-2-2V2N车辆与互联网之间信息交换一、车联网V2XV2V(VehicletoVehicle)即车辆与车辆之间的信息交换，如图4-2-3所示。V2V技术使用的是专用短程通信(DSRC)，覆盖范围最高达300m，不受限于固定式基站，为移动中的车辆提供直接的端到端的无线通信。V2V的信息交换包括：(1)当前本体车辆的行驶速度与附近范围内车辆的行驶速度进行信息内容的交换。(2)当前本体车辆的行驶方向与附近范围内车辆的行驶方向进行信息内容的交换。(3)当前本体车辆紧急状况与附近范围内车辆的行驶状况进行信息内容的交换。V2X和通信技术2.V2V图4-2-3V2V车辆与车辆之间信息交换一、车联网V2XV2P(VehicletoPedestrian)即车辆与外界行人之间的信息交换，如图4-2-4所示。V2P的信息交换包括：(1)车辆自身的行驶速度与行人当前位置进行信息内容的交换。(2)车辆自身的行驶方向与行人当前位置进行信息内容的交换。V2X和通信技术3.V2P图4-2-4V2P车辆与外界行人之间信息交换一、车联网V2XV2I(VehicleToInfrastructure)即车辆与基础设施之间的信息交换，基础设施I包含了交通信号灯、公交站、电线杆、大楼、立交桥、隧道、路障等交通设施设备，如图4-2-5所示。V2I的信息交换包括：（1）实时交通信息发布，帮助驾驶员了解当前道路状况并选择最佳路线。（2）交通信号控制优化，通过智能交通信号控制减少拥堵。（3）停车管理，通过智能停车场设施提供实时车位信息，帮助驾驶员快速找到停车位。V2X和通信技术4.V2I图4-2-5V2I车辆与基础设施之间的信息交换二、通信技术车联网通过新一代信息通信技术（图4-2-6），实现车与云平台、车与车、车与路、车与人、车内等全方位网络连接，主要实现了“三网融合”，即将车内网、车际网和车载移动互联网进行融合。车内网是指通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络；车际网是指基于特定无线局域网络的动态网络；车载移动互联网是指车载单元通过4G/5G等通信技术与互联网进行无线连接，三网融合是车联网的发展趋势。V2X和通信技术4-2-6信息通信技术二、通信技术(1)车与网络、云平台间的通信是指车辆通过卫星无线通信或移动蜂窝等无线通信技术实现与车联网服务平台的信息传输，接收平台下达的控制指令，实时共享车辆数据。(2)车与车间的通信是指车辆与车辆之间中短距离车车通信技术实现信息交流与信息共享，包括车辆位置、行驶速度等车辆状态信息，可用于判断道路车流状况。(3)车与路间的通信是指借助地面道路固定通信设施实现车辆与道路间的信息交流，用于监测道路路面状况，引导车辆选择最佳行驶路径。(4)车与人间的通信是指用户可以通过Wi-Fi、蓝牙、蜂窝等无线通信手段与车辆进行信息沟通，使用户能通过对应的移动终端设备监测并控制车辆。(5)车内设备间的通信是指车辆内部各设备间通过车用CAN技术进行信息数据传输，用于对设备状态的实时检测与运行控制，建立数字化的车内控制系统。根据车联网主要应用场景及通信距离，将其分为近距离通信技术、中短距离通信技术、长距离通信技术以及车用CAN技术。V2X和通信技术1.近距离通信技术V2X和通信技术（1）RFID技术RFID技术，也称为射频识别技术（RadioFrequencyIdentification），通过无线射频方式结合数据访问技术，进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式通过电磁波实现对电子标签进行读写，以实现识别目标和数据交换的目的。①RFID概述1.近距离通信技术V2X和通信技术RFID技术由读写器、电子标签等部分组成，如图4-2-7所示。在RFID系统工作时，由阅读器在一个大小取决于发射功率的区域内发送射频能量形成电磁场，覆盖区域内的电子标签被触发，发送存储在其中的数据给阅读器，或根据阅读器的指令修改存储在其中的数据。②工作原理图4-2-7RFID技术的组成RFID技术依据其标签的供电方式分类无源RFID有源RFID半有源RFIDV2X和通信技术1.近距离通信技术1.近距离通信技术V2X和通信技术2014年，捷豹路虎开始使用RFID标签进行整车的生产和管理。通过追踪读取标签信息，获取生产线的实时生产数据，精确计算零部件的消耗，实现生产线方式的转变。如图4-2-8所示。图4-2-8捷豹路虎使用RFID标签进行整车的生产和管理1.近距离通信技术V2X和通信技术（2）NFC技术NFC技术也称为近场通信（NearFieldCommunication），是一种高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在10cm内）交换数据、图片和视频信息。该技术最早由Philips公司发起，Nokia公司和Sony公司等厂家主推。NFC技术由免接触式RFID演变而来,并向下兼容RFID,工作在13.56MHz频率，点对点的通信建立时间少于0.1s，传输速度分别有106kbit/s、212kbit/s和424kbit/s三种类型。①NFC概述1.近距离通信技术V2X和通信技术在被动模式下，NFC通信的发起设备提供射频场，以一种固定的传输速度将数据发送到目标设备，如图4-2-9所示。NFC通信的目标设备不必产生射频场，而使用负载调制技术以相同的速度将数据传回发起设备。因此，发起设备可以在该模式下以相同的连接和初始化过程检测目标设备，并与之建立联系。图4-2-9NFC被动通信模式②工作原理1.近距离通信技术V2X和通信技术在主动模式下，任一设备向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场，以便进行通信，获得快速的连接设置，如图4-2-10所示。NFC技术是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合在一块芯片。图4-2-10NFC主动通信模式1.近距离通信技术V2X和通信技术NFC技术与RFID技术工作原理类似，通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，两者之间也存在很大的区别，主要表现在：a.RFID技术提供传输范围为米级，NFC技术提供传输范围更小，具有距离近、带宽高和能耗低等特点。b.NFC技术与现有非接触智能卡技术兼容，已得到越来越多主要厂商的支持，成为正式标准。c.NFC技术是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速、自动的通信。d.RFID技术更多地被应用在生产、物流、跟踪和资产管理等领域，而NFC技术主要用于门禁、公交、手机支付等领域。1.近距离通信技术V2X和通信技术NFC技术实现时，设备必须靠得很近，提供了天然的使用安全性，也可以通过加密和解密系统提高设备之间的通信安全性。NFC技术可以提高汽车使用的易用性和功能性，可以将智能手机作为汽车的智能钥匙用于解锁打开车门和关闭车门。2019年12月，华为钱包与比亚迪DiLink联合发布基于NFC的智能“手机车钥匙”，将搭载比亚迪宋Pro车型，实现解锁和上锁等一系列动作，为用户提供更便捷智能的数字车生活，如图4-2-11所示。2020年3月，小米手机也与比亚迪DiLink联合发布了手机NFC车钥匙功能，还可以读取车辆的状态数据。③NFC在车联网中的应用图4-2-11华为钱包与比亚迪DiLink携手提供汽车智慧出行解决方案1.近距离通信技术V2X和通信技术（3）Wi-Fi技术Wi-Fi技术，由澳大利亚的研究机构CSIRO在20世纪90年代发明，并于1996年在美国成功申请专利。该技术是一种创建于IEEE802.11标准的无线局域网技术，实质上是Wi-Fi联盟制造商的商业认证，已经应用于笔记本、手机和汽车等广大领域中。具有覆盖范围广、传输速率快、安装和建设成本低的优势。同时，由于无线电信号遇到障碍物会发生不同程度的折射、反射和衍射，导致信号强度随着相对接入点距离的增加而减弱，而且容易受同频率电波的干扰和雷电天气的影响，造成网络信号的不稳定和速率下降。①Wi-Fi技术概论Wi-Fi技术通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段。2.4G频段具有室内环境中抗衰减能力强的优点，但是由于干扰多，不能保障足够的稳定性。5G频段具有抗干扰能力强，能提供更大的带宽，吞吐率高以及可扩展性强的优点，但容易受到各种障碍物的衰减作用，只适合室内小范围覆盖和室外网桥。1.近距离通信技术V2X和通信技术Wi-Fi技术的组成元件包括站点STA、接入点AP、基本服务集BSS、服务集识别码SSID、分布式系统DS、扩展服务集ESS、门桥（Portal）。Wi-Fi网络组成元件之间的关系如图4-2-12所示。图4-2-12WIFI网络的组成元件之间的关系②Wi-Fi技术的工作原理1.近距离通信技术V2X和通信技术站点（Station，STA）是指具有WIFI通信功能的，而且连接到无线网络中的终端设备，如手机、平板电脑、笔记本计算机等。接入点AP（AccessPoint），也称为基站，是我们常说的WIFI热点，相当于一个转发器，将互联网上的数据转发给接入设备。基本服务集BSS（BasicServiceSet）是网络最基本的服务单元，可以由一个接入点和若干个网站组成，也可以由若干个网站组成。服务集识别码（ServiceSetIDentifier，SSID）是指WIFI账号，通过接入点广播。分布式系统DS（DistributionSystem），也有称为传输系统，通过基站将多个基本服务集连接起来。当帧传送至分布式系统时，随即被送至正确的基站，而后由基站转送至目的站点STA。扩展服务集ESS（ExtentedServiceSet），由一个或者多个基本服务集通过分布式系统串连在一起构成，可扩展无线网络的覆盖范围。门桥（Portal）的作用就相当于网桥，用于将无线局域网和有线局域网或者其它网络联系起来。1.近距离通信技术V2X和通信技术Wi-Fi技术应用于智能网联汽车，可快速搭建移动热点，在不依赖于移动蜂窝网络的状态下实现网络连接，体验无线上网。驾驶员可以使用手机等移动设备远程查看车辆的位置、轮胎气压、油量与行驶里程等信息，以及查看车辆的性能与检测报告。同时，可以让驾驶员与乘客把移动设备中的内容同步传输到车辆的信息娱乐系统以及后座的显示屏上，实现手机与车机的同步互联、双屏互动操作。阿里巴巴集团投资的斑马智行车载互联网系统可与手机良好的互动，如图4-2-13所示。③Wi-Fi技术在车联网中的应用图4-2-13斑马智行车载互联网系统1.近距离通信技术V2X和通信技术（4）蓝牙技术蓝牙技术也称为Bluetooth、是一种支持设备短距离通信，一般10m内的无线电技术，能在包括移动电话、笔记本电脑、无线耳机、智能汽车以及相关外设等设备不必借助电缆就能组成一个巨大的无线通信网络进行近距离通信的技术。目前蓝牙技术最新的版本是蓝牙5.4和蓝牙6.0。蓝牙5.4是2023年发布的，在低功耗模式下具备更快更远的传输能力，传输速率速度上限为2Mbit/s，有效传输距离室外理论最远240米，与以前的版本相比增强安全性和低功耗通信效率。蓝牙6.0是2024年发布的，是首个基于全新底层协议架构的版本，目标是为下一代万物互联（IoT2.0）提供基础支持。蓝牙6.0的信道探测技术结合相位测距和往返时间测量，将定位精度提升至厘米级。①蓝牙技术概述1.近距离通信技术V2X和通信技术蓝牙是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4~2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。蓝牙技术是世界著名的5家大公司一爱立信(Ericsson)、诺基亚(Nokia)、东芝(Toshiba)、国际商用机器公司(IBM)和英特尔(Intel)，于1998年5月联合宣布的一种无线通信新技术。蓝牙设备是蓝牙技术应用的主要载体，常见蓝牙设备比如电脑、手机等。蓝牙产品容纳蓝牙模块，支持蓝牙无线电连接与软件应用。蓝牙设备连接首先进行配对创建网络环境，一台设备作为主设备，所有其他设备作为从设备。配对搜索称为短程临时网络模式，也称微微网。微微网在蓝牙设备加入和离开无线电短程传感时动态、自动建立。蓝牙技术具备射频特性，采用了TDMA结构与网络多层次结构，在技术上应用了跳频技术、无线技术等，具有传输效率高、安全性高等优势。

②工作原理1.近距离通信技术V2X和通信技术蓝牙技术系统由底层硬件模块、中间协议层和高层应用三大部分构成。a.底层硬件模块由基带、跳频和链路控制单元组成，基带用于完成蓝牙数据和跳频的传输；无线调频层是通讨2.4GHzISM频段的微波实现数据流传输和过滤；链路控制单元用于实现链路建立、连接和拆除的安全控制。b.中间协议层主要包括服务发现协议、逻辑链路控制和适应协议、电话通信协议和串口仿真协议四个部分。c.高层应用位于协议层最上部的框架部分，主要有文件传输、网络、局域网访问，通过相应的应用程序在一定的应用模式实现无线通信。

③系统组成1.近距离通信技术V2X和通信技术蓝牙技术的应用主要有车载蓝牙电话、车载蓝牙音响、车载蓝牙后视镜、汽车虚拟钥匙、获取车辆信息（胎压、续驶、位置等）、穿戴设备监测人体状态（血压、脉搏、酒精监测等）并与车辆信息交互等。a.车载蓝牙电话。专为行车安全和舒适性而设计，主要功能包括：自动辨识移动电话，不需要电缆或电话托架便可与手机联机；驾驶人不需要触碰手机便可控制手机，用语音指令控制接听或拨打电话；驾驶人可以通过车上的音响或蓝牙无线耳麦进行通话。④蓝牙车联网中的应用1.近距离通信技术V2X和通信技术b.车载蓝牙音响。它是一种基于稳定的、高度通用的蓝牙技术为基础的无线有源音箱，内设锂电池，可以随时充电，使用方便快捷。c.车载蓝牙后视镜。车载蓝牙后视镜可通过蓝牙技术与手机相连，手机来电话时，后视镜显示来电信息，还可集成免提通话功能。如图4-2-14所示。图4-2-14车载蓝牙后视镜2.中短距离通信技术V2X和通信技术（1）DSRC技术DSRC（DedicatedShortRangeCommunication）技术即专用短程通信技术，是由IEEE802.11p底层通信协议与IEEE1609系列标准所构成的技术，具有低延时性，以提供车用环境中短距离通信服务。DSRC技术可以实现小范围内图像、语音和数据的实时、准确和可靠地双向传输，将车辆和道路有机连接，专门用于道路环境的车辆与车辆、车辆与基础设施、基础设施与基础设施间通信距离有限的无线通信方式，是智能网联汽车系统最重要的通信方式之一。①DSRC技术概述2.中短距离通信技术V2X和通信技术与Wi-Fi、蓝牙等其他通信技术采用的共享开放2.4GHz频带不同，DSRC技术使用的是1999年美国联邦通信委员会(FCC)分配给汽车通信使用的5.9GHz频带的一段75MGHz的带宽，被分为7个频道，目标的通信范围可达1km，如图4-2-15所示。车辆在CH172以10~20次/s的频率，交互DSRC基础安全信息。CH184用于紧急信息发布，其优先级更高。每一条基础安全信息都包含两部分信息，第一部分信息是强制性信息，包括位置、速度、方向、角度、加速度、制动系统状态和车辆尺寸；第二部分是可选信息，例如防抱死制动系统状态、历史路径、传感器数据和转向盘状态等。②DSRC的工作原理图4-2-15DSRC技术频道的划分2.中短距离通信技术V2X和通信技术DSRC技术主要由车载单元（OnBoardUnit，OBU）、路旁部署的路侧单元（Road-SideUnit，RSU）两个部分组成。通过两者之间的无线通信实现路网与车辆之间的双向信息交流，将车辆与道路有机地连接在一起。如图4-2-16所示。图4-2-16DSRC系统的组成示意图2.中短距离通信技术V2X和通信技术a.DSRC技术的优点DSRC具有易于部署、低成本和原生的自组织网络支持等优点。而且，针对V2X通信的终端高速移动和数据传输的高可靠、低延时等需求进行了优化，适合应用在V2X场景，尤其是一些和安全相关的交通场景。③DSRC技术优缺点2.中短距离通信技术V2X和通信技术车辆接入互联网的路侧设备覆盖问题。车辆接入互联网需要在路侧大量布置能够接入互联网的终端设备。车辆的高速移动以及复杂的网络拓扑结构，降低了DSRC高可靠和低征时的性能。在高密度场景下，车辆之间的信道接入竞争会变得非常强烈,，导致DSRC通信延迟增加和传输速率下降。由于DSRC路侧设施投入大，商业盈利模式尚未明确。b.DSRC技术的缺点2.中短距离通信技术V2X和通信技术④DSRC在车联网中的应用应用领域具体场景汽车辅助驾驶碰撞风险预警、错误驾驶方式预警、信号违规预警、慢速车辆指示、摩托车接近指示、车辆远程服务、行人监测、协作式自动车队、车辆事故、道路工程警告、交通条件警告、气象状态预警、基础设施状态异常警告…交通运输安全紧急救援请求及响应、紧急事件通告、紧急车辆调度与优先通行、运输车辆及驾驶员的安全监控、超载超限管理.交通弱势群体保护…交通管理交通法规告知、交通执法、信号优先、交通灯最佳速度引导、停车场管理…导航及交通信息路线实时引导、施工区、停车场、交通事件信息、流量监控、建议行程、兴趣点通知…电子收费以电子化的交易方式向用户收取相关费用…运输管理特种运输监测、车队管理、场站区管理、运政稽查…其他车辆软件/数据配置和更新、车辆和RUS的数据校准、协作感知信息更新和发送…表4-2-1DSRC技术的应用场景2.中短距离通信技术V2X和通信技术以车路通信的ETC不停车收费系统如图4-2-17所示。车辆经过ETC通道，通过OBU和RSU的通信，不需要收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费过程。DSRC技术还应用于电子地图下载、交通调度等领域。④DSRC在车联网中的应用图4-2-17ETC不停车收费系统示意图2.中短距离通信技术V2X和通信技术（2）LTE-V技术LTE-V技术是大唐电信基于TD-LTE技术而推出的具有中国自主知识产权的车载中短距离通信技术，支持在车辆与车辆（V2V）、车辆与基础设施（V2I）、车辆与行人（V2P）之间快速组网，构建数据共享交互桥梁，如图4-2-18所示。①LTE-V概述图4-2-18LTE-V技术2.中短距离通信技术认知V2X和通信技术LTE-V技术包括集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）两种，如图4-2-19所示。其中，LTE-V-Cell集中式也称为蜂窝式，需要基站作为控制中心，实现大带宽、大覆盖通信，定义为车辆与路侧通信单元以及基站设备的通信方式；LTE-V-Direct分布式也称为直通式，无须基站作为支撑，可直接实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠通信，定义为车辆之间的通信方式。②分类及工作模式图4-2-19LTE-V技术分类2.中短距离通信技术认知V2X和通信技术③LTE-V技术的特点优点：LTE-V技术能利用现有的移动蜂窝网络，部署简单，只需要在现在的LTE-V基站中增加一些设备，不需要额外建设基站；覆盖范围广，可实现无缝覆盖；传输更可靠；未来可支持更高级的车路协同业务需求；网络运营模式灵活，盈利模式多样化。缺点：当前的技术成熟度较低，应用于车辆智能驾驶的V2X场景还需进一步测试验证；蜂窝基础设施延时可能会导致车辆存在安全隐患。2.中短距离通信技术认知V2X和通信技术LTE-V技术，可应用于交叉路口的会车避让，紧急车辆优先通行，前方车辆的紧急刹车告警以及多车的编队自动驾驶。如图4-2-20所示。图4-2-20LTE-V技术应用（4）LTE-V技术在车联网中的应用3.远距离通信技术V2X和通信技术（1）卫星通讯技术卫星通信技术（SatelliteCommunicationTechnology）是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，以达到在两个或多个地球站之间进行通信的目的。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球通信的一种必不可少的重要手段。①卫星通信技术概述3.远距离通信技术V2X和通信技术卫星通信系统是由通信卫星和经该卫星连通的地面端两部分组成。运行在赤道上空35860km高度上的静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体。此类卫星的运转方向与地球自转方向一致，而且运转周期正好等于地球的自转周期，始终保持与地球的同步运行状态。其波束最大覆盖面可以达到地球表面总面积的1/3以上，仅需等间隔放置的三颗通信卫星即可实现全球范围的通信。地面端，是通讯卫星与地面公众网的接口，可用于出入卫星系统形成数据通信链路，供用户使用。②卫星通信技术的组成及特点3.远距离通信技术V2X和通信技术卫星通信技术具有以下六个方面的特点：a.覆盖区域大，通信距离远。由于卫星距离地面距离远，所以覆盖地球得区域大，是远距离越洋电话和电视广播的主要手段。b.具有多址联接功能。卫星所覆盖区域内的所有地球站都能利用同一卫星进行相互间的通信。c.频段宽，容量大。采用微波频段，每个卫星上可设置多个转发器，通信容量很大。d.机动灵活。地球站的建立不受地理条件的限制，可建在边远地区、汽车上。e.通信质量好，可靠性高。电波主要在自由空间传播，噪声小，通信质量好。f.通信的成本与距离无关。卫星通信的地球站至卫星转发器之间不需要线路投资，其成本与距离无关。3.远距离通信技术V2X和通信技术在智能交通系统中，卫星通信技术主要应用于全球卫星定位系统GPS导航、车辆定位、车辆跟踪及交通管理，向驾驶人提供出行线路的规划和导航、信息查询以及紧急援助等。如图4-2-21所示。③卫星通信在车联网中的应用图4-2-21智能交通系统中的卫星通信技术3.远距离通信技术V2X和通信技术（2）5G移动通讯技术5G移动通信技术即第五代移动通信技术（5thgenerationmobilenetworks），简称为5G技术，是最新一代蜂窝移动通信技术。5G技术是对包括3G、4G技术在内的现有通信技术的技术更新，是4G网络的延伸。网络延迟低于1ms，数据传输速率可达10Gbit/s，比4GLTE网络快100倍。①5G移动通讯技术概述3.远距离通信技术V2X和通信技术5G网络中，接入网由集中单元CU（CentralizedUnit）、分布单元DU（DistributeUnit）、有源天线单元AAU（ActiveAntennaUnit）三个部分组成。与4G网络的对比，如图4-2-22所示。（2）组成及特点图4-2-225G与4G网络的组成对比图3.远距离通信技术V2X和通信技术a.CU是由4G网络基站中负责信号调制BBU的非实时部分分割构成，负责处理非实时协议和服务。b.AAU是由4G网络基站中负责信号调制BBU的部分物理层处理功能与负责射频处理RRU及无源天线合并构成。c.DU是由4G网络基站中负责信号调制BBU的剩余功能重新定义构成，负责处理物理层协议和实时服务。5G通信技术正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展，具有具有高数据速率、超低延迟、节省能源、降低成本、系统容量高和允许大规模设备连接的特点。3.远距离通信技术V2X和通信技术5G通信技术在车联网中的应用主要围绕车辆编队、远程驾驶、高级驾驶等应用场景，如图4-2-23所示。5G通信技术具有低时延特点，交通运行过程中路权分配等信息具有高并发性和高时效性，需要在极端时间内对数据采集、汇总、处理和反馈。5G网络将提供1ms低时延网络，可以提高制动距离约0.2-0.5米，更适合自动驾驶场景应用。③5G通信技术在车联网中的应用图4-2-235G通信技术应用场景3.远距离通信技术V2X和通信技术基于移动5G通信和网联自动驾驶技术，5G智能网联无人驾驶车已经实现在景区开放道路上自动驾驶，包括循迹自动驾驶、行人识别和动态避障、区域动态限速、交通信号灯通行、超视距、车辆动态调度等场景，同时还具有远程驾驶功能，如图4-2-24所示，可根据场景需求，完成自动或远程驾驶实时接管，以及网联后台的监控与管理的功能场景。图4-2-245G远程驾驶3.远距离通信技术V2X和通信技术在平台端，采用“云-边缘-终端”三层架构，设计车路协同智能无人驾驶分级决策平台，通过人、车、路、云端等的信息交互实现了边缘计算服务能力、高精度定位服务能力、五维时空服务能力，为自动驾驶汽车智能决策、协同控制提供信息服务，进而实现不同等级智能驾驶及智慧交通，5G车联网运行场景如图4-2-25所示。图4-2-255G车联网运行场景高精定位技术V2X车联网实训3学习目标1.能正确标定组合导航。2.能正确查验智能网联汽车的GPS信号质量状况。3.能正确查验智能网联小车的定位信息质量状况。4.能正确掌握高精地图制作方法。5.能在工作结束后按照7S管理规定整理、恢复作业场地，养成敬业的职业品质。6.以自查、互查，现场案例引导学员讨论，培养学员合作、创新的职业能力。高精定位技术V2X车联网实训实训任务任务一：智能网联汽车组合导航标定任务二：智能网联汽车高清地图制作高精定位技术V2X车联网实训任务一：智能网联汽车组合导航标定【实训器材】智能网联汽车、笔记本电脑、卷尺等。【作业准备】1.清洁操作工位2.使用安全防护用具3.智能网联汽车外观检查【操作步骤】1.将导航定位、定向天线分别放置于同一高度，确认线束连接牢靠，确认拥有网络流量SIM卡已经放入惯导系统中。如图4-3-1所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-1惯导位置图任务一：智能网联汽车组合导航标定2.惯导模块通电后，笔记本电脑连接惯导模块发射的WIFI热点，热点名称末尾数字与惯导模块外壳上编号末尾数字相同，默认密码为12345678。如图4-3-2所示。3.连接热点后利用浏览器登录192.168.200.1网址，输入用户名admin，密码password登录惯导系统管理页面。如图4-3-3所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-3惯导系统管理登录界面图4-3-2惯导WIFI任务一：智能网联汽车组合导航标定4.登录惯导系统管理页面后，点击导航栏“网络设置”一栏，观察SIM卡运营商和拨号状态是否正常已连接。如图4-3-4所示。5.点击进入I/O设置一栏，观察RTK-GPS工作状态是否正常，正确设置应为ip：60.205.8.49，端口8002，获取源列表后选择RTCM32_GGB，并输入正确的千寻账号和密码，确认后连接，状态为已连接即正常。在串口C位置处可以设置串口输出的波特率，正确值为230400。如图4-3-5所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-5I/O设置图4-3-4网络设置任务一：智能网联汽车组合导航标定6.惯导配置。用卷尺测量并记录定位天线与后轮中心直接的相对位置、定位天线与惯导模块原点直接的相对位置、轮距等数据。点击进入惯导设置，如实填写车辆参数设置中的页面参数，从上到下依次对车辆参数设置进行修改，修改完成后点击保存配置完成。如图4-3-6所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-6惯导配置任务二：智能网联汽车高清地图制作【实训器材】智能网联汽车、笔记本电脑等。【作业准备】检查智能网联汽车、笔记本电脑。【操作步骤】1.根据任务一，检查智能网联汽车主天线、副天线、组合导航的安装连接情况。2.将智能网联汽车行驶至空旷区域（周围无遮挡）。3.点击进入IO设置一栏，检查RTK-GPS工作状态是否正常，状态为已连接（绿色）即正常，串口C波特率为230400。如图4-3-7所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-7IO设置对话框任务二：智能网联小车GPS导航标定4.检查RTK信号是否正常（颜色为绿色且数值为6），检查电子地图是否正常显示。如图4-3-8所示。5.在左侧侧边栏中，单击打开IVSystemManage，弹出3个界面。如图4-3-9所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-9IVSystemManage界面图4-3-8RTK信号及电子地图任务二：智能网联小车GPS导航标定6.在IVSystemManager界面下，找到tool菜单，打开map_collectfromveh按键，该工具集成了采集、编辑采集数据、生成OpenDrive地图。如图4-3-10所示。7.地图采集。点击新道路按键，设置地图名称，点OK开始录制。如图4-3-11所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-11地图录制与编辑界面图4-3-10tool界面任务二：智能网联小车GPS导航标定8.地图转换与生成。在地图录制与编辑界面为当前界面时，将鼠标移到左上角，弹出菜单栏，点击tool下的“convert”。如图4-3-13所示。点击后弹出文件转换后保存路径，将其保存于桌面上，同时将其改名为“map.xodr”，并将其复制到/home/nvidia/map/路径下，即完成地图录制操作与转换。如图4-3-14所示。高精定位技术V2X车联网实训图4-3-14完成的地图录制操作与转换图4-3-13地图转换

谢谢观看！Thanksforwatching智能网联汽车概论项目五智能网联汽车先进驾驶辅助系统先进驾驶辅助系统整体认知任务一任务二任务五改善视野类ADAS认知预警类ADAS认知任务三任务四任务六自主控制类ADAS认知其他类型ADAS认知先进驾驶辅助系统实训

先进驾驶辅助系统整体认知1学习目标1.了解先进驾驶辅助系统的概念。2.了解先进驾驶辅助系统的主要类型。先进驾驶辅助系统整体认知任务描述一名消费者到4S店购车，想了解一下汽车上有哪些驾驶辅助系统，导购人员应该如何对驾驶辅助系统进行分类介绍。先进驾驶辅助系统整体认知获取信息一、先进驾驶辅助系统的概念二、先进驾驶辅助系统的类型先进驾驶辅助系统整体认知一、先进驾驶辅助系统的概念先进驾驶辅助系统整体认知先进驾驶辅助系统（AdvancedDriverAssistanceSystems，简称ADAS），又称为高级驾驶辅助系统，是指利用安装在车辆上的传感器、通信、决策及执行等装置，监测驾驶人、车辆及其行驶环境并通过影像、灯光、声音、触觉提示/警告或控制等方式辅助驾驶人执行驾驶任务或主动避免/减轻碰撞危害的各类系统的总称。在ADAS中，通常融合多个传感器信息实时感知周边环境，为车辆计算系统提供精准的路况数据、障碍物和道路标线等相关信息。软件系统根据传感器的输入实时构建汽车周围环境的空间模型或计算行驶的危险级别。接着，将输出提供给驾驶人或指定系统应如何预警或主动干预车辆控制。如图5-1-1所示，为ADAS在汽车上的应用以及不同类型传感器在ADAS中的应用范围。图5-1-1ADAS系统在车辆上的应用示意图先进驾驶辅助系统整体认知二、先进驾驶辅助系统的类型按照功能不同，ADAS可分为改善视野类ADAS、预警类ADAS、自主控制类ADAS及其他类型ADAS，见图5-1-2。图5-1-2先进驾驶辅助系统的类型（一）改善视野类ADAS改善视野类ADAS是指通过环境感知传感器、V2X通信技术等扩大驾驶人视野范围，从而提高驾驶人视野较差环境下行车安全的驾驶辅助系统，包括夜视辅助系统、全息影像监测系统和自适应照明系统等。自适应前照明系统通过感知道路状况、行驶信息等，调节不同照明模式，使近光灯光轴在水平方向上与转向盘转角联动进行左右转动，在垂直方向上与车高联动进行上下摆动的灯光随动系统。先进驾驶辅助系统整体认知先进驾驶辅助系统的类型（二）预警类ADAS预警类ADAS是指自动监测车辆可能发生的危险并提醒驾驶人，从而防止发生危险或减轻事故伤害的驾驶辅助系统，包括：车道偏离预警系统、前向碰撞预警系统和盲区监测系统等。如图图5-1-3所示，车道偏离预警系统通过安装在内视镜附近的摄像头检测前方车道线，并计算出本车与车道线的实时距离，从而判断车辆是否偏离车道。当发现车辆在无换道意图即将偏离本车车道时，通过报警或振动等方式提醒驾驶人。图5-1-3车道偏离预警系统先进驾驶辅助系统整体认知先进驾驶辅助系统的类型（三）自主控制类ADAS自主控制类ADAS是指自动监测车辆可能发生的危险并提醒，必要时系统会主动介入车，通过控制车辆的横、纵向运动防止发生危险或减轻事故伤害的驾驶辅助系统，包括：车道保持辅助系统、自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统和换道辅助系统等。如图5-1-4所示，自动紧急制动系统利用车载传感器（如雷达、摄像头等）探测本车前方的车辆、行人及其他障碍物，并检测本车运动状态及其与前方障碍物之间的相对距离、相对速度等信息，实时判断是否存在碰撞危险。如存在碰撞危险时，首先发出预警信息提醒驾驶人进行制动操作以回避碰撞，若驾驶人未能及时对警告信息做出响应，系统将在紧急情况下通过自动制动来减轻碰撞的程度。图5-1-4自动紧急制动系统先进驾驶辅助系统的类型先进驾驶辅助系统整体认知（四）其他类型ADAS以上三类ADAS系统主要是以车外环境感知为基础，以提高行车安全性为目的的驾驶辅助系统。除了上述三类ADAS外，智能网联汽车还有其他类型的ADAS，比如：用于监视驾驶人精神状态的疲劳检测系统、分神驾驶检测系统等。如图5-1-5所示，沃尔沃驾驶员状态监测系统通过摄像头、红外照明确定驾驶员目光的方向、双眼的闭合程度以及头部的位置和角度。系统根据这些数据分析驾驶员的状态，一旦驾驶人出现注意力不集中或疲劳驾驶的情况，安全辅助系统会立即启动。图5-1-5驾驶状态监测系统

改善视野类ADAS认知2学习目标1.了解汽车自适应前照明系统的作用及工作原理2.了解夜视辅助系统的组成及工作原理3.了解汽车平视显示系统的作用及工作原理4.了解全景泊车系统组成及工作原理改善视野类ADAS认知改善视野类ADAS认知任务描述一辆智能网联汽车的全景泊车系统出现故障，车辆显示屏幕不能完全显示车辆360°影像，需对系统进行检查。改善视野类ADAS认知获取信息一、改善视野类ADAS概述二、改善视野类ADAS的组成及工作原理改善视野类ADAS认知一、改善视野类ADAS概述在行车过程中，驾驶人依靠视觉获取环境信息的比例高达90%以上，因此视觉是驾驶人获取环境信息的最主要来源。但由于驾驶盲区、光线和天气等的影响，驾驶人往往会由于视野不佳导致交通事故的发生。视野改善类ADAS通过雷达、摄像头等环境感知传感器获取行车环境信息，并将这些信息通过图像和语音等方式传递给驾驶人，用以扩大驾驶人的视野范围，从而提高驾驶人视野较差环境下的环境感知能力。表5-2-1所示为目前应用较多的改善视野类ADAS，包括汽车自适应前照明系统、汽车夜视辅助系统、汽车平视显示系统和全景泊车系统等。改善视野类ADAS认知改善视野类ADAS概述系统名称图示功能介绍汽车自适应前照明系统自动调节前照明系统的工作模式汽车夜视辅助系统晚上使用热成像呈现行人或动物汽车平视显示系统

将汽车驾驶辅助信息、导航信息、ADAS信息等投影在前方，方便阅读全景泊车系统

四周360°全景提示表5-2-1改善视野类ADAS改善视野类ADAS认知二、改善视野类ADAS的组成及工作原理（一）汽车自适应前照明系统（AdaptiveFrontLightingSystem，AFS）1.汽车自适应前照明系统的作用通过车速传感器、转向盘角度传感器、车高传感器等感知车辆行驶状态信息，自动调节前照明系统的工作模式，可实现城市道路照明、高速公路公路照明、转弯道路照明及阴雨天气照明等不同照明模式的调节，保障车辆不同条件下的照明效果。阴雨天气的照明：阴雨天气，地面的积水会将行驶车辆打在地面上的光线，反射至对面会车司机的眼睛中，使其目眩，进而可能造成交通事故。AFS有效的解决方法是：前灯发出的特殊光型，减弱地面可能对会车产生眩光的区域的光强。转弯道路的照明：传统前灯的光线因为和车辆行驶方向保持着一致，所以不可避免的存在照明的暗区。一旦在弯道上存在障碍物，极易因为司机对其准备不足，引发交通事故。AFS解决的方法是：车辆在进入弯道时，产生旋转的光型，给弯道以足够的照明高速公路的照明：车辆在高速公路上行驶，因为具有极高的车速，所以需要前照灯比乡村道路照得更远，照得更宽。而传统的前灯却存在着高速公路上照明不足的问题。AFS采用了更为宽广的光型解决这一问题。城市道路的照明：城市中道路复杂、狭窄。传统前照灯近光因为光型比较狭长，所以不能满足城市道路照明的要求。AFS在考虑到车辆市区行驶速度受到限制的情况下，可以产生比较宽阔的光型，有效地避免了与岔路中突然出现的行人、车辆可能发生的交通事故。改善视野类ADAS认知改善视野类ADAS的组成及工作原理2.汽车AFS的工作原理AFS是一个由传感器组、传输通路、处理器和执行机构组成的系统。由于需要对多种车辆行驶状态做出综合判断，客观上决定了AFS是一个多输入多输出复杂的系统。要实现不同的功能，AFS必须要从不同的传感器取得不同的车辆行驶信息。比如，为了实现弯道旋转照明的功能，除了要从车速传感器获取车速、方向盘角度传感器获取方向盘转角、车身高度传感器获得车身倾斜角度以外，还必须通过一些特殊的传感器，获取车辆实际转向角度的信息；为了实现阴雨天照明的功能，就要从湿度传感器获得是否阴雨的信息。在通常的情况下，因为AFS所需获得部分信息也被其他的控制系统采用，即AFS实际上要和其他的系统共用一些传感器，所以，必须通过总线这一传输通路以后，才能实现这些传感器信息的共享。AFS接受到的信息，除了车速，车身转角和车身倾斜角等等少数信息是可以定量的以外，其他传感器发回的信息大多只能到定性的程度。诸如，地面平不平，雨下得大不大等等车身之外的环境信息，都是不能精确量化的。这就使得AFS的中央处理器能够进行模糊的判断。并且很多信息之间是相互关联的。比如，在阴雨天气，路面积水的情况下，车辆的转角和晴天相比有极大的差异……AFS的中央处理器不仅要做模糊的判断，而且还要随着这种环境的改变不断的修整系统参数，这使得AFS最终成为一个自适应的模糊系统。AFS的执行机构是由一系列的马达和光学机构组成的。一般有投射式前照灯，对前灯垂直角度进行调整的调高马达，对前灯水平角度进行调整的旋转马达，对基本光型进行调整的可移动光栅，此外还有一些附加灯如角灯等等。改善视野类ADAS认知改善视野类ADAS的组成及工作原理（二）夜视辅助系统夜视辅助（NightViewAssist，NVS）系统主要采用雷达、红外传感器等，通过激光、毫米波、热成像等对光照要求不高的探测方法，实现夜间行驶环境的感知，用于识别行人、车辆等障碍物信息。1.夜视辅助系统的组成以主动夜视系统为例，见图5-2-1。该系统主要由前端红外发射单元、红外成像单元和图像显示单元组成。前端红外发射单元由前端红外驱动控制电路单元和前端LED,透镜组合单元组成。红外成像单元由图像传感器和透镜单元组成。图像显示单元由显示驱动控制电路单元和数字显示屏组成。5-2-1夜视辅助系统的组成改善视野类ADAS的组成及工作原理改善视野类ADAS认知图2-1-11视觉传感器在智能网联汽车上的安装及应用2.夜视辅助系统的工作原理主动夜视系统主要由红外发射装置发射一定强度的红外波束，利用图像传感器感应从目标物体上反射回来的红外波束，并把图像显示在车载显示屏上。被动夜视系统利用自然界绝大多数物体的温度都大于绝对温度的