项目六智能网联汽车高精度定位技术课件

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1、智能网联汽车技术基础智能网联汽车技术基础项目六项目六 智能网联汽车高精度定位技术智能网联汽车高精度定位技术CONTENTS 目目 录录高精度定位技术整体认知高精度定位技术整体认知任务一任务一任务二任务二任务三任务三高精度定位关键技术认知高精度定位关键技术认知高精度地图制作及应用认知高精度地图制作及应用认知高精度定位技术整体认知高精度定位技术整体认知1学习目标n 1.掌握定位系统的作用n 2.熟悉高精度定位系统的组成n 3.了解智能网联汽车对定位系统的基本要求n 4.了解智能网联汽车常见的定位方法智能网联汽车高精度定位技术理论知识一、定位系统的作用和要求二、高精度定位系统的组成三、常见的定位方法

2、智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知一、定位系统的作用和要求定位系统用来提供车辆的位置、姿态等信息。对于智能网联汽车而言，定位的重要性不言而喻，它可以帮助车辆了解自己相对于外界环境的精准位置，从而做出正确的决策，同时辅助感知系统，得到更加准确的检测和跟踪结果。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知无自动化车辆和智能网联汽车的导航定位系统存在很大的不同。前者定位精度低（道路级定位）、频率比较低，结合地图，人可自己完成导航引路的应用需求，更倾向宏观的范畴；后者精度高（车道级定位），频率高，既要求全局的规划，又需要局部和车辆实时的高精度位置，以作为智能网联汽车决策控制的

3、重要输入信息。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知智能网联汽车对定位系统的基本要求如下：智能网联汽车高精度定位技术（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：由于系统的可靠性只能做到非常接近100%，但是难以达到真正的100%，这要求系统在无法提供准确输出的时候，能及时的警告用户采取措施避免发生事故，因此，要求定位系统保证较低的虚警率与漏警率。1、高精度定位技术整体认知高精

4、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6-1-1所示。智能网联汽车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度姿态鲁棒性最大误差2.0度场景覆盖场景全天候表6-1-1 L4/L5级自动驾驶汽车定位系统指标要求1、高精度定位技术整体认知表6-1-2为车企对于高精度定位需求调查表。由表可以看出，随着智能网联汽车等级的提高，汽车行业对于高精度定位的需求将会越来越迫切，高精度定位服务在汽车行业的应用具有非常广阔的前景。智能网联汽车高精度定位技

5、术表6-1-2 车企对高精度定位需求举例车企车企一车企二车企三车企四车企五车企六车企七自动驾驶何时需要高精度地图L3级及以上L4级及以上L3级及以上L3级及以上L3级+至L4级L3级及以上L3级及以上自动驾驶预计产业化运用时间2020年2020年2021年2021年以后/2020年6月前2020年辅助驾驶定位精度要求1m偏转后1.5m内50cm50cm1m左右1m1m左右自动驾驶定位精度要求10cm10cm20cm20cm20cm10cm10cm1、高精度定位技术整体认知二、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6-1-1所示。智能网联汽车高精度定位技术

6、图6-1-1车辆高精度定位系统网络架构图1、高精度定位技术整体认知其中，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（Road Side Unit,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。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知（1）终端层为满足车辆在不同环境下的高精度定位需求，需要在终端采用多源数据融合的定位方

7、案，包括基于差分数据的GNSS定位数据、惯性导航系统数据、传感器数据、高精度地图数据以及蜂窝网数据等。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知（2）网络层系统网络层主要实现信号测量和信息传输，包括5G基站、RTK基站和RSU的部署。5G作为更新一代的通信技术，可以保证较高的数据传输速率，满足高精度地图实时传输的需求。5G基站也可完成与终端的信号测量，上报平台，在平台侧完成基于5G信号的定位计算，为车辆高精度定位提供辅助。基于5G边缘计算，可实现高精度地图信息的实时更新，提升高精度地图的实时性和准确性。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知地基增强站主要完成RTK测量，

8、地基增强站可以与运营商基站共建，大大降低网络部署以及运维成本。同时可通过5G网络实现RTK基站测量数据的传输，可实现参考站快速灵活部署。RSU一方面可实现RTK信息播发，避免传统的RTK定位中终端初始位置的上报，同时RSU可提供局部道路车道级地图、实时动态交通信息广播。智能网联汽车高精度定位技术1、近距离通信技术认知（3）平台层智能网联汽车高精度定位技术平台层可实现功能模块化，主要包括：高精度地图交通动态信息数据管理差分解算数据计算1、高精度定位技术整体认知1）高精度地图静态高精度地图信息，如车道线、车道中心线、车道属性变化等，此外还包含道路的曲率、坡度、航向、横坡等参数，能让车辆准确的转向、

9、制动和爬坡等，还包含交通标志牌、路面标志等道路部件，标注出特殊的点如 GNSS消失的区域、道路施工状态等。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知2）交通动态信息例如道路拥堵情况、施工情况、交通事故、交通管制和天气情况等动态交通信息。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知3）差分解算平台通过RTK基站不断接收卫星数据，对电离层误差、对流层误差、轨道误差以及多路径效应等误差在内的各种主要系统误差源进行了优化分析，建立整网的电离层延迟、对流层延迟等误差模型，并将优化后的空间误差发送给移动车辆。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知4）数据管理例如全国行政区划

10、数据、矢量地图数据、基础交通数据、海量动态应急救援车辆位置数据、导航数据、实时交通数据、POI（Point of Interest）数据等，这里的数据是经过数据生产工艺，进行整合编译后的运行数据。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知5）数据计算包括路径规划、地图静态数据计算、动态实时数据计算、大数据分析、数据管理等功能。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知（4）应用层在应用层，为用户提供地图浏览、规划路线显示、数据监控和管理等功能，以及基于位置的其他车联网业务，例如辅助驾驶、自动驾驶等。智能网联汽车高精度定位技术1、高精度定位技术整体认知三、常见的定位方法根据场

11、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（Global Navigation Satellite System，GNSS）技术、惯性导航（Inertial Navigation System,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（Simultaneous Localization and Mapping,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

12、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。智能网联汽车高精度定位技术学习小结1.定位系统用来提供车辆的位置、姿态等信息。2.智能网联汽车对定位系统的基本要求如下：高精度、高可用性、高可靠性和自主完好性检测。3.高精度定位系统主要由终端层、网络层、平台层和应用层等组成。4.常见的定位技术包括：全球导航卫星技术、惯性导航技术、航迹推算技术、路标定位技术、高精度地图匹配定位技术、无线电定位技术、视觉定位技术、同时定位与地图创建技术等。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。智能网联汽车高精度定位技术高

13、精度定位关键技术认知高精度定位关键技术认知2学习目标n 1.了解全球卫星导航系统的分类、组成和定位原理n 2.了解惯性导航系统的组成和基本定位原理n 3.了解SLAM技术的分类和基本定位原理n 4.了解蜂窝网定位的基本原理n 5.了解高精度定位技术在智能网联汽车上的应用智能网联汽车高精度定位技术理论知识一、全球导航卫星系统二、惯性导航系统三、SLAM自主导航系统四、蜂窝网定位五、高精度定位在智能网联汽车上的应用案例智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知一、全球导航卫星系统全 球 导 航 卫 星 系 统（Global Navigation Satellite System,GNSS

14、）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6-2-1所示。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-1 GNNS 系统运行示意图2、高精度定位关键技术认知（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）。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知GPSGPS（Global Positioning System）是由美国国防部研制的全球首个定位导航服务系统，19901999年为系统建成并进入完全运作能力阶段，1993年实现24

15、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412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）。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知GLONASSGLONASS的空间星座由27颗工作星和3颗备用星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120，使用前苏联地心坐标系（PZ-90）。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知GALILEOGALILEO是欧盟于2002年批准建设的卫星定位系统，计划由分布在3个轨道平面上的30颗中等高度轨道卫星构成

16、，每个轨道平面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用，轨道平面倾角56，轨道高度为24126km，其民用精度较高，使用世界大地坐标系（WGS-84）。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知BDSBDS（BeiDou Navigation Satellite System）是由我国自主研发、独立运行的全球卫星定位与通讯系统，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CGCS2000坐标系。表6-2-1为四大卫星导航系统的性能对比数据。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知智能网联汽车高精度定位技术GPSGLONASSGALILEOBD

17、S国家美国俄罗斯欧盟中国组网卫星数/个24-30303024-30轨道平面数3363轨道高度/km26560255102322221150轨道倾角5564.85655运行周期11H58M11H15M13H12H55M测地坐标系WGS-84PZ-90WGS-84CGCS2000使用频率/GHz1.2281.5751.5971.6171.2401.2601.1641.3001.5591.5921.2071.2691.5611.590表6-2-1 已部署或者在建的GNSS系统情况和技术数据2、高精度定位关键技术认知（2）全球导航卫星系统组成以GPS为例，介绍GNNS的系统组成。如图6-2-2，全球导

18、航卫星系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-2 GPS系统组成2、高精度定位关键技术认知1）空间星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道平面上有4颗卫星，卫星轨道平面相对于地球赤道面的轨道倾角为55，各轨道平面的升交点的赤经相差60，1个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30。这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星。而最少只需要其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔，所能连接到的卫星数越多，解码出来的位置就

19、越精确。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知2）地面监控部分主要由1个主控站、5个监测站和3个注入站组成。主控站负责从各个监控站收集卫星数据，计算出卫星的星历和时钟修正参数等，并通过注入站注入卫星；并向卫星发布指令，控制卫星，当卫星出现故障时，调度备用卫星。监测站在主控站的直接控制下，自动对卫星进行持续不断的跟踪测量，并将自动采集的伪距观测量气象数据和时间标准等进行处理，然后存储并传送到主控站。注入站则负责将主控站计算的卫星星历、钟差信息、导航电文、控制指令发动给卫星。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知3）用户设备主要是GPS接收器、卫星天线及相关设备，主要作

20、用是从GPS卫星接收信号并利用传来的信息计算用户地理位置的纬度、经度、高度、速度和时间等信息。车载、船载GPS导航仪，内置GPS功能的移动设备，GPS测绘设备等都属于GPS用户设备。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知（3）全球导航卫星系统定位原理GNNS定位系统是利用卫星基本三角定位原理、接收装置以测量无线电信号的传输时间来测量距离。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知如图6-2-3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，从而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个卫星的位置测量进

21、行确认，以达到更好的效果。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-3 三角定位原理图2、高精度定位关键技术认知假设我们测量到第一颗卫星的距离为18000km，就可以把当前可能位置范围限定在离第一颗卫星18000km的地球表面。接下来，假设我们测量到第二颗卫星的距离为20000km，那么我们可以进一步把当前位置范围限定在距离第一颗卫星18000km和距离第二颗卫星20000km的交叉区域。然后我们再对第三颗卫星进行测量，通过三颗卫星的距离交汇点定位出当前的位置。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知根据上文介绍，只要得到卫星几何平面的参数及无线电传播时间，就能计算得到智能网联汽车的位置

22、。但在实际工程应用中，卫星信号的传播还受大气电离层的、云层、树木、高楼、城市、峡谷等遮挡、反射折射，以及多路径干扰，这些都会影响到GPS信号传播，从而影响到测距信息的准确度。为了降低天气、云层对GPS信号的影响，出现了其他GPS技术，如差分GPS（Differential GPS,DGPS）。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知如图6-2-4所示，DGPS技术通过在一个精确的已知位置（基准站）上安装GPS监测接收机，计算得到基准站与GPS卫星的距离，然后再根据误差修正结果提高定位精度。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-4 差分GPS工作示意图2、高精度定位关键技术认知差分GP

23、S分为两大类，即位置差分和距离差分。距离差分又分为两类，即伪距差分和载波相位差分。目前，很多智能网联汽车公司如百度、小马等，都采用了实时动态载波相位差分技术RTK（Real-Time Kinematic）技术。RTK技术是实时处理两个基站载波相位观测量的差分方法，即将基准站采集的载波相位发送给用户接收机，通过求差解算坐标。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知RTK可使定位精度达到厘米级，这也是很多智能网联汽车公司采用RTK技术定位的原因。但 RTK也存在的一定的问题：基站铺设成本较高；非常依赖卫星数量，比如在一些桥洞和高楼大厦的环境下，可视的卫星数量会急剧下降；容易受到电磁环境

24、干扰。在受到遮挡时，信号丢失，没有办法做定位。因此目前采用RTK定位技术实现大规模量产商用的可行性不高。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知二、惯性导航系统惯性导航系统（Inertial Navigation System，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6-2-5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。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-5 惯导外观图2、高精度定位关键技术认知惯性导航系统

25、的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，测量载体在惯性参考系的加速度和角加速度信息，再将这些测量值对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息，其工作原理框图如图6-2-6所示。一般情况下惯导会结合GPS使用，并融合经纬度信息以提供更精确的位置信息。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-6 惯性导航系统原理框图2、高精度定位关键技术认知智能网联汽车高精度定位技术（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

26、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、高精度定位关键技术认知差分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。智能网联汽车高精度定位技术2、

27、高精度定位关键技术认知三、SLAM自主导航系统同时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping，简称SLAM)，通常是指在机器人或者其他载体上，通过对各种传感器数据进行采集和计算，生成对其自身位置姿态的定位和场景地图信息的系统。SLAM起源于机器人领域，其问题可以描述为：机器人在未知环境中开始启动，并尝试从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据自身位姿估计和地图匹配进行自身定位，然后在自身定位的基础上实现运动中拓展地图，最终实现全局机器人的自主定位和导航。智能网联汽车高精度定位技术（1）SLAM系统介绍2、高精度定位关键技术认知SLAM示意图如图6

28、-2-7所示，黑色边界即激光雷达探测到的障碍物边界，表示此路不通，白色区域时可行驶的自由区域，放射性状的线条表示此处有窗户或门，激光雷达部分点散射了出去。通过扫描整个环境，可以形成一幅2D的激光雷达视觉地图。通过与环境的匹配对比，机器人或车辆判断自身目前在地图中所处的位置。黄色线条是规划和行驶的路线。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-7 SLAM示意图2、高精度定位关键技术认知（2）SLAM分类一般来讲，SLAM系统通常都包含多种传感器和多种功能模块。而按照核心的功能模块来区分，目前常见的智能网联汽车SLAM系统一般具有两种形式：基于激光雷达的SLAM(激光SLAM)和基于视觉的SLAM(V

29、isual SLAM或VSLAM)。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知激光SLAM系统通过对不同时刻两片点云的匹配与比对，计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变，也就完成了对机器人自身的定位。激光雷达距离测量比较准确，误差模型简单，在强光直射以外的环境中运行稳定，点云的处理也比较容易。同时，点云信息本身包含直接的几何关系，使机器人的路径规划和导航变得直观。激光SLAM理论研究也相对成熟，落地产品更丰富。以谷歌汽车为例，车辆携带有GPS，通过GPS对位置进行判断，并以激光雷达SLAM点云图像与高精度地图进行坐标配准，匹配后确认自身位姿。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关

30、键技术认知视觉SLAM可以从环境中获取海量的、富于冗余的纹理信息，拥有超强的场景辨识能力。图6-2-8 为视觉SLAM导航与避障应用案例。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-8 视觉SLAM导航与避障应用案例2、高精度定位关键技术认知视觉SLAM的优点是它所利用的丰富纹理信息。这在重定位、场景分类上无可比拟的巨大优势。例如两块尺寸相同内容却不同的广告牌，基于点云的激光SLAM算法无法区别他们，而视觉则可以轻易分辨。同时，视觉信息可以较为容易的被用来跟踪和预测场景中的动态目标，如行人、车辆等，对于在复杂动态场景中的应用这是至关重要的。此外，视觉的投影模型理论上可以让无限远处的物体都进入视觉画面中

31、，在合理的配置下(如长基线的双目相机)可以进行很大范围场景的定位与地图构建。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知视觉SLAM根据所用的摄像头个数又分为单目、双目SLAM。单目SLAM成本低，但由于无法测量深度、尺度等问题，导致精度不高。双目SLAM经过系统的标定后，可以通过计算得到深度信息。因此，从鲁棒性和可靠性来说，双目要比单目SLAM要好一些。一般来说，视觉SLAM都结合IMU等传感器使用，以更大程度地提高见图精度和姿态估计精度。SLAM在自动驾驶、服务型机器人、无人机、AR/VR等领域有着广泛的应用，可以说凡是拥有一定行动能力的智能体都拥有某种形式的SLAM系统。在诸如无

32、人清扫车、园区无人摆渡车、园区无人快递车等低速智能网联汽车应用场景中得到广泛应用。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知四、蜂窝网定位基于蜂窝网定位的基本逻辑架构如图6-2-9所示。一般来说，定位基本过程由定位客户端发起定位请求给定位服务器，定位服务器通过配置无线接入网络节点进行定位目标的测量，或者通过其他手段从定位目标处获得位置相关信息，最终计算得出位置信息并和坐标匹配。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知需要指出的是，定位客户端和定位目标可以合设，即定位目标本身可以发起针对自己的定位请求，也可以是外部发起针对某个定位目标的请求；最终定位目标位置的计算可以由定位

33、目标自身完成，也可以由定位服务器计算得出。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-9 基于蜂窝网定位的基本逻辑架构2、高精度定位关键技术认知基于4G的蜂窝定位，受信号带宽、同步以及网络部署的影响，定位精度一般在几十米左右，而随着5G的到来，大带宽、多天线以及高精度同步技术等的支撑，可以使得5G的定位精度大幅提高，目前在仿真/测试场景下，室内定位可达23m精度，可在室内及隧道环境下弥补卫星定位的不足。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知五、高精度定位在智能网联汽车上的应用案例根据前文的介绍可以看出，不同定位方式各有优劣，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，既做到优势

34、互补，也提高了稳定性，增强了定位精度。L4无人车运营商常用的定位方案中多使用多线束的激光雷达和高精度的GPS/IMU，虽然这些高精密的传感器能够提供丰富的信息，但成本十分高昂，并且也无法满足车规的要求。禾多科技研发了面向量产的多传感器融合定位技术，采用了全车规级的低成本传感器，如GNSS、相机、低成本车规级IMU、轮速计等，以满足量产的需求。接下来，以百度Apollo2.0 为例，介绍高精度定位在智能网联汽车上的应用。智能网联汽车高精度定位技术2、高精度定位关键技术认知Apollo2.0的多传感器融合定位模块的框架如图6-2-10所示：左边列出了定位模块依赖的硬件以及数据，包括IMU、车端天线

35、、基站、激光雷达、以及定位地图；中间是GNSS定位以及激光点云定位模块，GNSS定位输出位置及速度信息，点云定位输出位置及航向角信息；右边是融合框架，融合框架包括两部分：惯性导航解算、Kalman滤波；融合定位的结果会反过来用于GNSS定位和点云定位的预测；融合定位的输出是一个6自由度的位置和姿态，以及协方差矩阵。智能网联汽车高精度定位技术图6-2-10 Apollo2.0的多传感器融合定位模块的框架学习小结1.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）和中国的北斗系统（BDS）.2.GNSS主要由空间星座部分、

36、地面监控部分和用户设备部分组成。利用卫星基本三角定位原理来测量距离，3.惯性导航系统是一种基于陀螺仪和加速度传感器的信号组合进行自主式导航技术。一般情况下惯导会结合GPS使用，并融合经纬度信息以提供更精确的位置信息。4.SLAM是指在机器人或者其他载体上，通过对各种传感器数据进行采集和计算，生成对其自身位置姿态的定位和场景地图信息的系统。SLAM系统一般具有两种形式：激光SLAM和视觉SLAM。5.基于蜂窝网定位的基本过程是：由定位客户端发起定位请求给定位服务器，定位服务器通过配置无线接入网络节点进行定位目标的测量，或者通过其他手段从定位目标处获得位置相关信息，最终计算得出位置信息并和坐标匹配

37、。6.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系统，既做到优势互补，也提高了稳定性，增强了定位精度。智能网联汽车高精度定位技术高精度地图制作及应用认知高精度地图制作及应用认知3学习目标n 1.掌握高精度地图的概念n 2.熟悉高精度地图的制作流程n 3.了解高精度地图在智能网联汽车中的应用智能网联汽车高精度定位技术理论知识一、高精度地图的概念二、高精度地图采集与生成过程三、高精度地图在智能网联汽车中的应用智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知一、高精度地图的概念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HD

38、Map或HAD Map，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Live HD Map。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知智能网联汽车高精度定位技术（1）使用主体不同：普通电子地图的使用者是人，而高精地图的使用者是车载计算机系统。（2）用途不同：普通电子地图是用来为人提供导航、搜索、可视化服务，高精度地图则是直接为车提供高精度定位、辅助自动驾驶感知、决策和规划。（3）所属系统不同：普通电子地图属于带显示屏幕的车载信息系统，而高精度地图属于车载安全系统，没有人机交互界

39、面，也不需要人员的介入。（4）所包含的要素不同：普通电子地图仅仅包含道路中心线、信息点、区域边界、部分交通标识等道路位置和形态信息，高精度地图中则包含完整的道路信息包括所有车道线、道路部件、道路属性以及道路链接设施等丰富全面的信息。（5）定位精度不同：普通电子地图一般精度在10m左右，因此其导航水平为道路级，高精度地图的精度则需要达到20cm，其导航水平为车道级。（6）现势性需求不同：由于驾驶人可以良好应对，因此普通电子地图现势性需求相对较低；而计算机难以良好应付，因此高精度地图现势性需求高。同时，高精度地图还需要有比传统地图更高的实时性，由于道路路网经常会发生变化，如道路整修、标识线磨损或重

40、漆、交通标识改变等。这些改变都要及时反映在高精度地图上，以确保智能网联汽车的行车安全。高精度地图与普通电子地图相比有很大的不同，见表6-3-1。3、高精度地图制作及应用认知智能网联汽车高精度定位技术表6-3-1普通电子地图与高精度地图的差别项目普通电子地图高精度地图示意图 使用主体人车载计算机系统用途导航、搜索、目视高精度定位、辅助自动驾驶感知、决策和规划所属系统车载信息系统车载安全系统包含要素道路位置、形态详细的车道模型定位精度10米左右，道路级20cm，车道级项目普通电子地图高精度地图3、高精度地图制作及应用认知二、高精度地图采集与生成过程传统电子地图主要依靠卫星图片产生，然后由GPS定位

41、，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：智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知首先，根据用户应用的需要对地图产品进行规划，制定生产规划；然后，数据信息采集部门开始收集数据信息和后处理；接着，对收集的数据进行处理编辑绘制地图；最后，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6-3-1为高精度地图制作过程流程图。智能网联汽车高精度定位技术图6-3-1高精度地图制作过程流程图3、高精度地图制作及应用认知（1）外业采集外业采集是制作高精度地图的第一步，目前主

42、流的高精度地图数据采集主要通过采集车采集和众包设备采集两种渠道，同时也收集大量的用户反馈信息、互联网信息、卫星影像等信息用于数据生产的情报。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知图6-3-2为百度公司的一辆高精度地图采集车。该采集车搭载了激光雷达、摄像头、差分卫星定位系统和惯性导航系统等核心设备，可以精确识别交通标志、地面标志、车道线、桥梁、灯柱和护栏等。专业采集车采集的数据包括高精度轨迹、图像、激光点云数据。其中，轨迹包括了精度、纬度、海拔、航向、倾角、俯仰角及速度信息。智能网联汽车高精度定位技术图6-3-2高精度地图采集车3、高精度地图制作及应用认知在数据采集过程中，高精度

43、地图采集车会以6080 km/h的速度在道路上平稳行驶，同时采集员需要实时监控副驾驶位置的采集系统和设备的工作状态，并且根据天气和环境状况选择不同的摄像头参数。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知由于专业采集设备较昂贵，每辆采集车需要的设备成本甚至多达数百万元，出于成本考虑，专业的采集设备不能无限制的扩张。面对日益增长的市场需求及全区域覆盖的要求，以Mobileye为代表的众包设备采集模式成为高精度地图数据采集的另一个采集途径。众包设备采集是指地图公司与整车厂合作，借助不同品牌大量级的车辆上摄像头获取到的数据，作为地图的数据来源，能够保证数据的更新率；随着车载传感设备的普及，

44、地图制作的效率也会逐渐提升。这种收集方式可以改善“由整到零”的专业采集车采集方式所带来的高成本、速度慢的缺点。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知比如，Mobileye与上汽集团、四维图新 合 作 推 出 的 REM（Road Experience Management）计划，是通过车辆摄像头以众包的方式上传道路数据，制作高精度地图。同样，车辆可以通过摄像头捕捉到的道路标识以及地图数据，实现高精度定位。图6-3-3为众包采集的道路场景示意图。智能网联汽车高精度定位技术图6-3-3 众包采集的道路场景3、高精度地图制作及应用认知（2）自动化处理采集的数据成果进入内业处理流程，数

45、据处理利用人工智能技术自动提取和拟合，减少人工操作，加快了数据生产并节省了人力成本。在自动融合和识别环节，将采集到的每秒10帧左右的图像数据信息自动融合，简单来讲就是将图像、点云、GPS等数据叠加到一起。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知然后进行车道线、信号灯、人行横道、交通标识牌、路杆等道路元素的分类与提取（如图6-3-4所示），另外，在采集过程中同一条道路上双向采集之后采集到的重复数据也会在这个环节自动进行整合，删除重复内容。这一步，相当于是视频剪辑中的粗剪，只不过是自动完成的。智能网联汽车高精度定位技术图6-3-4高精度地图的自动化处理3、高精度地图制作及应用认知由于

46、自动化处理阶段无法达到100%精准，所以还需要利用人工智能技术和专业人员对数据进一步处理，该过程主要包括地图矢量化、编辑、检查核对、确认生效等工作。这一步，相当于视频制作中的精剪、输出成片阶段。图6-3-5为高精度地图的矢量化过程示意图。智能网联汽车高精度定位技术图6-3-5 高精度地图矢量化示意图（3）交互编辑3、高精度地图制作及应用认知（4）分发平台完成对数据的交互编辑后，要对数据进行转换编译，生成矢量母库，通过自动化测试后，完成高精度地图的生产环节，最后，通过不同平台进行地图的发布。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知三、高精度地图在智能网联汽车中的应用高精度地图拥有精

47、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。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知（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

48、定位。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知（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。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及

49、应用认知（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

50、扑关系。智能网联汽车高精度定位技术3、高精度地图制作及应用认知（4）与V2X协同合作在V2X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RSU）与车辆进行通讯，车辆能够直接获取道路基础环境信息及其变化情况，并能够利用基础设施进行高精度定位。高精度地图用于车道规划和对于能发射信号的基础设施的感知，如路肩，隔离带等。高精度地图云中心可以通过与基础设施中的道路边缘计算网格进行通讯，实现信息的收集与分发。智能网联汽车高精度定位技术学习小结1.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HD Map或HAD Map。

51、2.与传统电子地图相比，高精度地图在使用主体、用途、所属系统、包含要素、定位精度、现势性需求等方面均存在很大的不同。3.高精度地图的制作过程主要包括：外业采集、自动化处理、交互编辑及分发平台等流程。4.高精度地图在智能网联汽车中的应用主要包括：辅助高精度定位、辅助环境感知、辅助动态路径规划及与V2X协同合作等方面。智能网联汽车高精度定位技术习 题一、不定项选择题1.智能网联汽车对定位系统的基本要求包括（）。A.高精度 B.高可用性 C.高可靠性 D.自主完好性检测。2.GNNS的地面监控部分主要由（）组成。A.RTK基站 B.主控站 C.监测站 D.注入站3.高精度地图在智能网联汽车中的应用主

52、要包括（）。A.辅助高精度定位 B.辅助环境感知 C.辅助动态路径规划 D.V2X协同合作智能网联汽车高精度定位技术习 题二、填空题1.智能网联汽车定位系统用来提供车辆的 、等信息。2.高精度定位系统主要包括 、和 。3.GNSS主要由 部分、部分和 部分组成。4.INS是一种基于 和 的信号组合进行自主式导航技术。5.SLAM系统一般具有两种形式：SLAM和 SLAM。6.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。7.高精度地图数据采集主要通过 采集和 采集两种渠道。智能网联汽车高精度定位技术习 题三、思考题1.简述高精度地图与传统电子地图的差异。2.简述惯性导航系统的基本工作原理。3.简述SLAM的作用和分类。4.简述高精度地图采集与生成过程。智能网联汽车高精度定位技术 谢 谢 观 看！Thanks for watchingThanks for watching