【課件】2-4 車聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊二車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)任務(wù)四車聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)導(dǎo)入車聯(lián)網(wǎng)主要設(shè)計三大業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括交通安全、交通效率和信息服務(wù)，這些應(yīng)用都離不開定位技術(shù)，隨著自動駕駛的發(fā)展，車輛高精度定位的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展需求隨之越來越高。作為智能網(wǎng)聯(lián)方向的學(xué)習(xí)者或從業(yè)人員，了解車聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)與定位信息，更能夠理解無人駕駛業(yè)務(wù)應(yīng)用原理，對車輛的高精度定位測試和穩(wěn)定性測試把握會更好。新授Newteaching1目錄一、道路級定位技術(shù)二、車道級定位技術(shù)一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

在車聯(lián)網(wǎng)中，由于車輛通常處于運(yùn)動狀態(tài)，大量車載服務(wù)應(yīng)用（例如加油站、餐廳信息查詢、車輛調(diào)度、特殊車輛行駛告警等）與位置信息密不可分，傳統(tǒng)的定位方法可能無法滿足車聯(lián)網(wǎng)對精度與時延的要求，因此無線定位技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

在討論具體定位精度要求之前，首先關(guān)注車輛及道路的基本尺寸；基于機(jī)動車車道及車輛的數(shù)據(jù)，如果想要精確地獲知車輛是行駛在哪一個車道之上，則至少需要米級別的定位精度，依據(jù)精度要求來對定位技術(shù)進(jìn)行劃分，包括道路級定位及車道級定位。一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）起始于1958年美國軍方的一個項目1964年投入使用。20世紀(jì)70年代美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。GPS主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通信等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗，耗資300億美元。到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星已布設(shè)完成。一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

GPS保證全球每個地方任何時刻至少能看見4顆衛(wèi)星，通過4個方程可以解出空間三維坐標(biāo)和時間4個變量。這24顆衛(wèi)星分布在6個軌道，每個軌道面有4顆衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)的接收機(jī)都是采用無源定位方式，即接收機(jī)不需要發(fā)送信號。

格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最早開發(fā)于蘇聯(lián)時期，后由俄羅斯繼續(xù)執(zhí)行該計劃。2007年開始運(yùn)營，當(dāng)時只開放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導(dǎo)航服務(wù)。到2009年，其服務(wù)范圍已經(jīng)拓展到全球。

該系統(tǒng)主要服務(wù)內(nèi)容包括確定陸地、海上及空中目標(biāo)的坐標(biāo)及運(yùn)動速度信息等。一、道路級定位技術(shù)（二）格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

格洛納斯導(dǎo)航系統(tǒng)采用頻分多址;即不同衛(wèi)星使用不同的頻率和相同的隨機(jī)碼，抗干擾能力強(qiáng)。一、道路級定位技術(shù)（二）格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

目前在軌運(yùn)行的衛(wèi)星已達(dá)30顆，是第二個完成全球組網(wǎng)、具有良好可用性和完備性的GNSS系統(tǒng)，配合其他系統(tǒng)進(jìn)行更快更準(zhǔn)確的衛(wèi)星定位。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BEIDOU)，簡稱北斗系統(tǒng)；是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第3個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。一、道路級定位技術(shù)（三）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段地而段和用戶段3部分組成，空間段由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置分別為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°140°160°，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120均勻分布。一、道路級定位技術(shù)（三）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GalileoSatelliteNavigationSystem)，是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該計劃于1999年2月由歐洲委員會公布由歐洲委員會和歐空局同負(fù)責(zé)。一、道路級定位技術(shù)（四）伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

系統(tǒng)由軌道高度為23616km的30顆衛(wèi)星組成，其中有27顆工作星、3顆備份衛(wèi)星軌道高度約24000km位于3個傾角為56的軌道平面內(nèi)。

截至2016年底，已經(jīng)發(fā)射了18顆工作衛(wèi)星，具備了早期操作能力2019年已具備完全操作能力。一、道路級定位技術(shù)（四）伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一、道路級定位技術(shù)（五）衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)

美國GPS、俄羅斯GLONASS中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和歐盟Galileo，是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認(rèn)定的供應(yīng)商。但單純依靠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)哪怕是目前定位精度最高的GPS系統(tǒng)，也無法滿足一些對定位精度要求更高的應(yīng)用需求。美國的WAAS(WideAreaAugmentationSystem)歐洲的EGNOS(EuropeanGeostationaryNavigationOverlayService)印度的GAGAN(GPSAidedGeoAugmentedNavigation)俄羅斯的SDC(SystemforDifferentialCorrectionsandMonitoring)日本的MSAS(Multi-functionalSatelliteAugmentationSystem)目前，全球已經(jīng)建立了多個衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)如：二、車道級定位技術(shù)

車道級定位主要基于車載傳感器進(jìn)行精準(zhǔn)定位，需要定位到當(dāng)前道路的車道數(shù)量、地面標(biāo)識標(biāo)線、出入口、特殊車道等這類具體應(yīng)用場景級別，對定位精度要求更高（1m以下定位精度），結(jié)合高精度地圖和高精度定位服務(wù)，共同實(shí)現(xiàn)高精度車道級導(dǎo)航。

在面向城市道路的行駛應(yīng)用中，衛(wèi)星定位系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于車輛導(dǎo)航中。單點(diǎn)GPS的定位誤差在數(shù)米之間，且容易受到城市密集道路、街邊復(fù)雜遮擋物的干擾。需要根據(jù)視覺傳感器或者路標(biāo)判斷車輛的移動，來決定是車道保持，還是變道或者是離開車道，從而進(jìn)行車道級別的位置更新，定位精度依賴于采集圖像質(zhì)量和視覺處理單元性能。

二、車道級定位技術(shù)（一）基于視覺傳感器的定位

雷達(dá)數(shù)據(jù)測距精度高、信息量大、靈敏迅速；但容易受到電子干擾、成本高，計算要求高，因此在車道級定位方面，雷達(dá)定位目前還不是一個切實(shí)可行的解決方案。

在未來研究方向，對異類多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，針對性提取相關(guān)特征，進(jìn)行多傳感器信息融合是發(fā)展高精度定位與導(dǎo)航的技術(shù)趨勢。

二、車道級定位技術(shù)（二）基于雷達(dá)的定位

IMU定位系統(tǒng)主要是指利用車上的慣性測量單元進(jìn)行定位，需要有一個已知的位置起點(diǎn)，比如進(jìn)入隧道之前測的最后一個時刻的位置。通過加速度計測到的加速度、陀螺儀測到的角速度等，就可以推斷出車輛下一時刻的位置，但是有累積誤差，適合短時間使用或配合其他定位技術(shù)聯(lián)合使用。

二、車道級定位技術(shù)（三）基于IMU的定位隨堂討論P(yáng)racticeontheclass2隨堂討論1