智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論 教案全套 第1-9章-智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)綜述-智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)與應(yīng)用平臺(tái)簡(jiǎn)介

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》課程授課教案模板課題智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)綜述授課對(duì)象專業(yè)：智能網(wǎng)聯(lián)年級(jí)：班級(jí)：授課方式講授法、討論法、舉例課時(shí)5授課地點(diǎn)教室教材《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》教材、PPT、教學(xué)視頻、教案教具多媒體教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）理解智能網(wǎng)聯(lián)汽車的含義；（2）熟悉SAE對(duì)自動(dòng)駕駛等級(jí)的劃分；（3）熟悉我國(guó)對(duì)汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的等級(jí)劃分；（4）了解我國(guó)工信部制定的自動(dòng)駕駛測(cè)試的相關(guān)規(guī)定；（5）熟悉智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)；（6）了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車可實(shí)現(xiàn)的功能；（7）了解國(guó)內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀。教學(xué)重點(diǎn)（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義；（2）SAE對(duì)自動(dòng)駕駛等級(jí)的劃分；（3）我國(guó)對(duì)汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的等級(jí)劃分；（4）智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。教學(xué)難點(diǎn)（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。教學(xué)過(guò)程及時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容方法及手段組織教學(xué)10分鐘自我介紹、課程介紹、考核方案、課前考勤、了解學(xué)生情況。課堂導(dǎo)入5分鐘本學(xué)期開(kāi)設(shè)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論》這門課程，首先給大家進(jìn)行一下入門教育，學(xué)習(xí)這門課程的目的、要求及學(xué)習(xí)目標(biāo)是什么?課堂討論理論課第一部分25分鐘1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車定義？出自《國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與X（人、車、路、云端等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能”行駛，并最終可實(shí)現(xiàn)替代人來(lái)操作的新一代汽車。2.車聯(lián)網(wǎng)的定義是？依托信息通信技術(shù)，通過(guò)車內(nèi)、車與車、車與路、車與人、車與服務(wù)平臺(tái)的全方位連接和數(shù)據(jù)交互，提供綜合信息服務(wù)，形成汽車、電子、信息通信、道路交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)。3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車在智能化與網(wǎng)聯(lián)化層面分別定義了哪些內(nèi)容？（1）在智能化層面配備多種傳感器（攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)），實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的自主感知。通過(guò)一系列傳感器信息識(shí)別和決策操作，汽車按照一定控制算法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的駕駛?cè)蝿?wù)。（2）在網(wǎng)聯(lián)化層面采用新一代移動(dòng)通信技術(shù)（LTE-V、5G等），實(shí)現(xiàn)車輛位置信息、車速信息、外部信息等車輛信息之間的交互。3.汽車駕駛自動(dòng)化都有哪些分級(jí)？SAE定義我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T40429-20214.我國(guó)在網(wǎng)聯(lián)化方面等級(jí)是如何劃分的？網(wǎng)聯(lián)化等級(jí)等級(jí)名稱等級(jí)定義控制典型信息傳輸需求1網(wǎng)聯(lián)輔助信息交互基于車-路、車-后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航等輔助信息的獲取以及車輛行駛與駕駛員操作等數(shù)據(jù)的上傳。人地圖、交通流量、交通標(biāo)志、油耗、里程等信息。傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性要求較低。2網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知基于車-車、車-路、車-人、車-后臺(tái)通信，實(shí)時(shí)獲取車輛周邊交通環(huán)境信息，與車載傳感器的感知信息融合，作為車輛自動(dòng)駕駛決策與控制系統(tǒng)的輸入。人與系統(tǒng)周邊車輛/行人/非機(jī)動(dòng)車位置、信號(hào)燈相位、道路預(yù)警等信息。傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高。3網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策與控制基于車-車、車-路、車-人、車-后臺(tái)通信，實(shí)時(shí)并可靠獲取車輛周邊交通環(huán)境信息及車輛決策信息，車-車、車-路等各交通參與者之間信息進(jìn)行交互融合，形成車-車、車-路等各交通參與者之間的協(xié)同決策與控制。人與系統(tǒng)車-車、車-路間的協(xié)同控制信息。傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性要求最高。課堂講授課堂討論舉例證明課堂回顧5分鐘1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車定義？2.我國(guó)在網(wǎng)聯(lián)化方面等級(jí)是如何劃分的？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)汽車駕駛自動(dòng)化都有哪些分級(jí)？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘上節(jié)課，我們介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義及相關(guān)知識(shí)，大家想一下智能網(wǎng)聯(lián)汽車有哪些系統(tǒng)組成呢？課堂提問(wèn)理論課第二部分30分鐘1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)概念關(guān)系？2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車組成有哪些？環(huán)境感知層：環(huán)境感知傳感器、信息通信技術(shù)智能決策層：車載電腦控制執(zhí)行層：汽車底盤（線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向、線控驅(qū)動(dòng)）、車身電器控制、智能座艙系統(tǒng)3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車的新功能有哪些？3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車的新技術(shù)有哪些？（1）環(huán)境感知技術(shù)1）視覺(jué)圖像識(shí)別技術(shù)2）雷達(dá)周邊檢測(cè)技術(shù)：激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)3）車輛網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)4）多源信息融合技術(shù)5）傳感器冗余設(shè)計(jì)技術(shù)（2）智能決策技術(shù)1）風(fēng)險(xiǎn)建模技術(shù)2）全局路徑規(guī)劃技術(shù)3）局部路徑規(guī)劃技術(shù)4）駕駛模式分析技術(shù)（3）控制執(zhí)行技術(shù)1）驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)/轉(zhuǎn)向控制技術(shù)2）基于驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)/轉(zhuǎn)向/懸架的集成底盤控制3）多車隊(duì)列協(xié)同控制4）人機(jī)交互技術(shù)（4）2X通信技術(shù)1）車輛專用通信系統(tǒng)2）車與車信息共享與協(xié)同控制通信保障機(jī)制3）移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4）多模通信融合技術(shù)（5）云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)技術(shù)1）云平臺(tái)架構(gòu)和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)2）云操作系統(tǒng)3）數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)及檢索系統(tǒng)4）大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析5）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（6）信息安全技術(shù)1）汽車信息安全建模技術(shù)2）通信加密機(jī)制3）證書(shū)管理4）秘鑰管理5）汽車信息安全測(cè)試方法6）信息安全漏洞應(yīng)急機(jī)制（7）高精度地圖和高精度定位技術(shù)1）高精度地圖數(shù)據(jù)模型和采集方式標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)2）交換格式和物理存儲(chǔ)技術(shù)3）基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)和差分增強(qiáng)的高精度定位技術(shù)4）多元輔助定位技術(shù)（8）標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車整體標(biāo)準(zhǔn)體系2）涵蓋汽車、交通、通信等各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（9）實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)課堂講授課堂討論課堂提問(wèn)課堂回顧5分鐘1.汽車智能化，網(wǎng)聯(lián)化衍生出的新功能有哪些？2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車都有哪些新技術(shù)？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能決策層的主要功能？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘自動(dòng)駕駛技術(shù)，是什么時(shí)候開(kāi)出現(xiàn)的？它的發(fā)展歷程是什么？同學(xué)們都接觸過(guò)哪些與自動(dòng)駕駛相關(guān)的作品？課堂討論理論課第三部分30分鐘1.世界自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展歷程？2018年，谷歌公司的子公司W(wǎng)aymo推出了第一款可以在城市道路上實(shí)現(xiàn)完全自主行駛的汽車，不需要人類駕駛員進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)。這款汽車采用了激光雷達(dá)、攝像頭、雷達(dá)等多種傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位和環(huán)境感知?，F(xiàn)如今，老牌汽車廠商奔馳、寶馬、豐田等也都推出了高級(jí)別輔助駕駛系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛汽車迎來(lái)了從試驗(yàn)到量產(chǎn)的重大變革。2.中國(guó)自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀(jì)90年代初由北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)和浙江大學(xué)聯(lián)合研制的ATB-1，之后研究ATB-2，與第一代相比，速度增加了3-4倍。2003年，國(guó)防科技大學(xué)與一汽合作的紅旗CA7460實(shí)現(xiàn)了高速公路自動(dòng)駕駛示范，最高時(shí)速170Km/小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)超車。2011年7月，國(guó)防科技大學(xué)自主研發(fā)的紅旗HQ3無(wú)人駕駛汽車首次完成了長(zhǎng)沙至武漢286Km的高速全程無(wú)人駕駛試驗(yàn)，2015年12月，百度和寶馬的無(wú)人駕駛汽車在G7“五環(huán)高速-奧林匹克森林公園”路線上來(lái)回行駛，吸引了無(wú)數(shù)眼球。長(zhǎng)安汽車在2020年3月10日實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)L3級(jí)自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車體驗(yàn)活動(dòng)，測(cè)試路段全程23公里，長(zhǎng)安L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)傳感器配置包括5個(gè)毫米波雷達(dá)、6個(gè)攝像頭、12個(gè)超聲波雷達(dá)，此外配合ADAS地圖，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航、自動(dòng)變換車道、安全過(guò)彎等功能。2021年4月6日威馬汽車推出了全球首款無(wú)人駕駛的量產(chǎn)車型威馬W6，它在某些特定場(chǎng)景上可以達(dá)到相當(dāng)于L4級(jí)別的自動(dòng)駕駛，并且具有一鍵召喚的黑科技功能。威馬汽車還承諾，在無(wú)人駕駛時(shí)如果發(fā)生事故，責(zé)任歸車企?，F(xiàn)如今如小鵬、蔚來(lái)、華為等造車新勢(shì)力不斷突出高級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。3.我國(guó)自動(dòng)駕駛戰(zhàn)略發(fā)展要求目前，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)也已將智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要方向，加快產(chǎn)業(yè)布局?？鐕?guó)汽車企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些L2級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的批量生產(chǎn)。一些高端品牌率先推出L3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車，以谷歌為代表的新技術(shù)力量也在積極進(jìn)行全自動(dòng)駕駛技術(shù)L4級(jí)、L5級(jí)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。（1）測(cè)試道路建設(shè)北京市于2017年12月發(fā)布《北京市自動(dòng)駕駛車輛道路測(cè)試管理實(shí)施細(xì)則（試行）》及相關(guān)文件，確定33條、共計(jì)105公里開(kāi)放測(cè)試道路，已發(fā)放首批試驗(yàn)用臨時(shí)號(hào)牌。如圖1-7所示，上海市2018年3月發(fā)布《上海市智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理辦法（試行）》，劃定第一階段5.6公里開(kāi)放測(cè)試道路，并發(fā)放第一批測(cè)試號(hào)牌。重慶、保定也相繼發(fā)布了相應(yīng)的道路測(cè)試實(shí)施細(xì)則。（2）2018年4月，我國(guó)工業(yè)和信息化部頒發(fā)了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理規(guī)范》（3）2023年7月18日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)印發(fā)《國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）（2023版）》。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.世界上最早的無(wú)人駕駛汽車是哪一年，在哪個(gè)國(guó)家開(kāi)始的？2.我國(guó)最早對(duì)無(wú)人駕駛汽車的研發(fā)在哪一年？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)現(xiàn)在我國(guó)的自動(dòng)駕駛汽車，達(dá)到了哪個(gè)級(jí)別？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘國(guó)外自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展處于一個(gè)什么樣的狀態(tài)？課堂討論理論課第四部分30分鐘1.國(guó)外自動(dòng)駕駛發(fā)展現(xiàn)狀（1）美國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展美國(guó)對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展在政策上做了工作與支持？2013年，美國(guó)公路交通安全管理局發(fā)布了《關(guān)于自動(dòng)駕駛儀車輛控制政策的初步意見(jiàn)》2016年9月，美國(guó)交通部發(fā)布了《聯(lián)邦自動(dòng)駕駛汽車政策》。2017年9月，發(fā)布了《自動(dòng)駕駛法案》2018年10月，發(fā)布的《未來(lái)交通準(zhǔn)備：自動(dòng)駕駛3.0》（2）德國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展歐盟于2012年頒布法規(guī)，要求所有商用車在2013年11月之前安裝AEB緊急自動(dòng)剎車系統(tǒng)。自2014年起，在歐盟市場(chǎng)銷售的所有新車都必須配備AEB，沒(méi)有該系統(tǒng)的車輛不符合E-NCAP五星級(jí)安全認(rèn)證。德國(guó)加入《維也納道路交通公約》2017年頒布《道路交通法修訂案》，世界第一部自動(dòng)駕駛法（3）英國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展英國(guó)政府設(shè)立了2億英鎊的特別基金促進(jìn)英國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和部署。2017年2月，英國(guó)政府頒布了《汽車技術(shù)與航空法》2017年8月，英國(guó)交通部和國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)中心發(fā)布了《聯(lián)網(wǎng)和自主車輛網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵原則》。（4）法國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展2014年，法國(guó)就公布了自動(dòng)駕駛汽車的路線圖。2016年8月，法國(guó)通過(guò)了一項(xiàng)法令，允許對(duì)自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行道路試驗(yàn)，但對(duì)試驗(yàn)路段和試驗(yàn)等級(jí)有明確要求。（5）日本自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展在2017年的官民ITS構(gòu)想及線路圖中，明確了自動(dòng)駕駛技術(shù)的推廣計(jì)劃：2020年實(shí)現(xiàn)高速公路上的L3自動(dòng)駕駛、L2自動(dòng)駕駛和特定區(qū)域的L4自動(dòng)駕駛。到2025年，將實(shí)現(xiàn)高速公路上的L4自動(dòng)駕駛。2018年3月，提出了《自動(dòng)駕駛相關(guān)制度整備大綱》。2018年9月，發(fā)布《自動(dòng)駕駛汽車安全技術(shù)指南》。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.美國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展都頒布了哪些政策？2.世界上第一部自動(dòng)駕駛法案是那部法案？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)日本對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展有哪些政策？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘我國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展處于一個(gè)什么樣的狀態(tài)？課堂討論理論課第五部分30分鐘2.國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀（1）2015年將智能網(wǎng)聯(lián)汽車列為未來(lái)十年國(guó)家智能制造發(fā)展的重要領(lǐng)域。（2）2016年發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》（3）2017年，發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（4）2018年1月，國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略（征求意見(jiàn)稿）》《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》重要內(nèi)容（5）2018年，我國(guó)建立了20個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試示范區(qū)。20個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試示范區(qū)（6）2018年4月，工信部、公安部、交通部聯(lián)合發(fā)布了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理規(guī)范（試行）》，批準(zhǔn)了全國(guó)20個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試示范區(qū)。（7）我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的推進(jìn)可分為四個(gè)階段，是哪四個(gè)階段？1）自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）輔助駕駛操作系統(tǒng)有兩種類型：預(yù)警系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。①預(yù)警系統(tǒng)正面碰撞預(yù)警系統(tǒng)（FCW）車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）盲區(qū)預(yù)警系統(tǒng)（BSW）駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)（DFM）全景觀測(cè)系統(tǒng)（MVC）胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）等；②控制系統(tǒng)車道保持系統(tǒng)（LKA）自動(dòng)停車輔助系統(tǒng)（PLA）自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB）自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）等。2）網(wǎng)聯(lián)駕駛輔助依靠信息和通信技術(shù)來(lái)感知車輛周圍環(huán)境并預(yù)測(cè)周圍車輛未來(lái)運(yùn)動(dòng)來(lái)幫助駕駛員駕駛的系統(tǒng)。典型技術(shù)：LTE-V5G系統(tǒng)3）人機(jī)共駕人機(jī)共駕是指駕駛員與智能系統(tǒng)同時(shí)共享對(duì)車輛的控制，并與人機(jī)結(jié)合完成駕駛?cè)蝿?wù)。包括三個(gè)層次：感知層決策層控制層4）高度自動(dòng)化/無(wú)人駕駛駕駛員不需要參與車輛操作，車輛將在所有條件下自動(dòng)完成自動(dòng)駕駛。L4高自動(dòng)駕駛階段：遇到無(wú)法控制的駕駛條件時(shí)，車輛提示駕駛員接管。L5無(wú)人駕駛階段：車輛沒(méi)有駕駛員，需要處理所有駕駛條件并確保安全。3.中國(guó)汽車技術(shù)發(fā)展方向？中國(guó)汽車技術(shù)發(fā)展方向：電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化課堂講授課堂討論課堂提問(wèn)課堂展示課程回顧5分鐘1.《智能網(wǎng)聯(lián)汽車管理規(guī)范（試行）》中批準(zhǔn)的自動(dòng)駕駛示范區(qū)有哪些？2.自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）輔助操作系統(tǒng)都有哪些類型？都包含哪些具體應(yīng)用？課堂提問(wèn)、課堂討論作業(yè)1.我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的推進(jìn)可分為四個(gè)階段，是哪四個(gè)階段？下次上課檢查課后反思

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》課程授課教案模板課題視覺(jué)傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用授課對(duì)象專業(yè)：智能網(wǎng)聯(lián)年級(jí)：班級(jí)：授課方式講授法、討論法、舉例課時(shí)8授課地點(diǎn)教室教材《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》教材、PPT、習(xí)題、教學(xué)視頻教具多媒體教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）熟悉視覺(jué)傳感器的種類；（2）了解單目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（3）了解雙目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（4）了解紅外夜視視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（5）了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域中的圖像處理方法及應(yīng)用；（6）熟悉視覺(jué)傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)（1）單目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（2）雙目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（3）智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域中的圖像處理方法及應(yīng)用；（4）視覺(jué)傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)（1）單目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（2）雙目視覺(jué)傳感器的原理和特點(diǎn)；（3）智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域中的圖像處理方法及應(yīng)用；教學(xué)過(guò)程及時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容方法及手段組織教學(xué)10分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘我們生活中的視覺(jué)傳感器有哪些?他們是如何工作的？課堂討論理論課第一部分30分鐘1.車載視覺(jué)傳感器的定義？視覺(jué)傳感器又稱為成像裝置或攝像裝置，是智能車輛路徑識(shí)別模塊中攝像頭的重要組成部分，可以檢測(cè)可見(jiàn)光、紫外線、X射線、近紅外光等，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)功能的信息采集、轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展，提供可視化、真實(shí)、多級(jí)、多內(nèi)容的視覺(jué)圖像信息。2.視覺(jué)傳感器在汽車上的常規(guī)應(yīng)用有哪些？倒車影像360度全景環(huán)視系統(tǒng)前視攝像頭等3.視覺(jué)傳感器的組成是什么？組成：光源、鏡頭、圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲(chǔ)器核心部件：圖像傳感器4.視覺(jué)傳感器的成像原理是什么？依靠圖像傳感器成像，有兩種：CCD視覺(jué)傳感器CMOS視覺(jué)傳感器（1）CCD視覺(jué)傳感器一種半導(dǎo)體芯片，能夠?qū)⒐饩€轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾?，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由許多獨(dú)立的感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。CCD像素?cái)?shù)目越多，單一像素尺寸越大，收集到的圖像就會(huì)越清晰。1）優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、噪聲小、信噪比大。2）缺點(diǎn)：成本大、復(fù)雜度高、良品率低、功耗高；速度慢、高感差，并不適應(yīng)高速拍攝的需求。3）應(yīng)用專業(yè)攝像機(jī)（2）CMOS視覺(jué)傳感器利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS傳感器上共存著帶N（-）和P（+）的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流可被處理芯片記錄并解碼成影像。1）優(yōu)點(diǎn)：耗電?。▋H為CCD芯片的1/10左右）體積小、重量輕、集成度高、價(jià)格低2）缺點(diǎn)：成像質(zhì)量不如CCD傳感器。3）應(yīng)用：除了專業(yè)攝像機(jī)，大部分帶有攝像頭的設(shè)備。3.視覺(jué)傳感器分為哪些種類？（1）按傳感器的數(shù)量分類：?jiǎn)文恳曈X(jué)傳感器雙目視覺(jué)傳感器三目視覺(jué)傳感器環(huán)視視覺(jué)傳感器（2）按照成像原理不容分類：可見(jiàn)光視覺(jué)傳感器紅外視覺(jué)傳感器（3）按照安裝位置分類：前視視覺(jué)傳感器后視視覺(jué)傳感器環(huán)視視覺(jué)傳感器（4）按鏡頭類型分類：長(zhǎng)焦視覺(jué)傳感器魚(yú)眼視覺(jué)傳感器課堂講授課堂討論舉例證明課堂回顧5分鐘1.車載視覺(jué)傳感器的定義？2.視覺(jué)傳感器的成像原理？3.視覺(jué)傳感器的分類方式及有哪些種類？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)視覺(jué)傳感器都有哪些部件組成？CMOS圖像傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘上節(jié)課，我們介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義及相關(guān)知識(shí)，大家想一下智能網(wǎng)聯(lián)汽車有哪些系統(tǒng)組成呢？課堂提問(wèn)課堂講述理論課第二部分30分鐘1.單目視覺(jué)傳感器是如何工作的？1）原理：先識(shí)別后測(cè)距首先通過(guò)圖像匹配對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，然后根據(jù)圖像大小和高度進(jìn)一步估計(jì)障礙物和車輛移動(dòng)時(shí)間。有自己的樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)算法學(xué)習(xí)，識(shí)別目標(biāo)。2）特點(diǎn)：目前可識(shí)別40米～120米的范圍，未來(lái)將達(dá)到200米或更多；視角越寬，可以檢測(cè)到的精確距離長(zhǎng)度越短；視角越窄，檢測(cè)到的距離越長(zhǎng)；測(cè)距精度遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)，需要其他傳感器進(jìn)行信號(hào)補(bǔ)充。3）應(yīng)用場(chǎng)景：車道線檢測(cè)、車輛檢測(cè)、行人檢測(cè)等。用于車道保持，自適應(yīng)巡航等功能。長(zhǎng)短焦距攝像頭組合，提供精確距離探測(cè)和近距離大范圍探測(cè)。多個(gè)魚(yú)眼攝像頭組合，實(shí)現(xiàn)環(huán)視功能。優(yōu)點(diǎn)：成本低、幀速率高、信息豐富、檢測(cè)距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)：受光照、氣候等環(huán)境影響；缺乏目標(biāo)距離等深度信息；對(duì)目標(biāo)速度的測(cè)量效果差。2.雙目攝像頭是如何工作的？1）原理：先測(cè)量距離，再識(shí)別物體測(cè)距原理與人眼相似：利用視差測(cè)量距離。目標(biāo)識(shí)別與單目視覺(jué)傳感器相同；兩個(gè)攝像頭間距需在10-20mm之間，關(guān)系到測(cè)距精度；安裝后，需要進(jìn)行標(biāo)定。2）特點(diǎn)：20米范圍內(nèi)具有明顯的測(cè)距優(yōu)勢(shì)；在20米以外，很難縮小視差的范圍；測(cè)距鏡頭之間的距離越近，探測(cè)距離越大；鏡頭間距越大，探測(cè)距離越遠(yuǎn)；需要其他傳感器進(jìn)行信號(hào)補(bǔ)充。3）應(yīng)用場(chǎng)景：能實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、體感、建模和行為識(shí)別等多種應(yīng)用；能夠適應(yīng)單目攝像頭的應(yīng)用場(chǎng)景；輸出的深度圖不能直接用于自動(dòng)緊急制動(dòng)功能；精度可以滿足L1、L2和部分L3場(chǎng)景的功能要求。優(yōu)點(diǎn)：能夠計(jì)算出場(chǎng)景中的三維空間位置信息；識(shí)別距離精度高。缺點(diǎn)：安裝要求高，需要標(biāo)定、算法復(fù)雜；受光照、氣候等環(huán)境影響；對(duì)芯片的算力要求高。課堂講授課堂討論課堂展示課堂提問(wèn)課堂回顧5分鐘1.單目視覺(jué)傳感器是如何工作的？2.雙目視覺(jué)傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)1.雙目視覺(jué)傳感器如何測(cè)距？2.單目視覺(jué)傳感器都有哪些特點(diǎn)？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘大家有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)紅外夜視儀呢？它可是戰(zhàn)場(chǎng)上的利器。能夠在晚上輔助人們看見(jiàn)。紅外夜視儀也是一種視覺(jué)傳感器，它也被應(yīng)用到汽車上，輔助駕駛員提升夜間感知能力。那么它是如何工作的呢？課堂討論課堂解說(shuō)理論課第三部分30分鐘3.紅外夜視視覺(jué)傳感器是如何工作的？1）原理基于紅外熱成像原理通過(guò)能夠透過(guò)紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)，將視場(chǎng)內(nèi)景物的紅外輻射聚焦到紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像。2）紅外線定義波長(zhǎng)從0.78~1000μm的電磁波。短波端接可見(jiàn)光的紅光部分；長(zhǎng)波端與微波相接。紅外線以光速傳播；遵守同樣的反射、折射、衍射和偏振等定律。3）分類：主動(dòng)和被動(dòng)兩種類型被動(dòng)紅外夜視技術(shù)：利用目標(biāo)物發(fā)出的紅外線形成環(huán)境的熱圖像。主動(dòng)紅外夜視技術(shù)：主動(dòng)向外發(fā)射強(qiáng)紅外線，再由反射光學(xué)系統(tǒng)接收，最后成像。4）應(yīng)用場(chǎng)景：對(duì)光照不足條件下對(duì)基于可見(jiàn)光的視覺(jué)傳感器的應(yīng)用的一種有效補(bǔ)充。5）特點(diǎn)：能夠像可見(jiàn)光攝像頭一樣，獲取環(huán)境中的目標(biāo)大小及距離信息。4.多傳感器的組合應(yīng)用1）特點(diǎn)：組合不同焦距和不同仰角的多個(gè)單目攝像頭。獲取不同位置、不同角度的環(huán)境信息。2）應(yīng)用場(chǎng)景：獲得不同位置的交通標(biāo)志、信號(hào)燈和各種道路標(biāo)志的檢測(cè)和識(shí)別能力。常見(jiàn)方案：3）三目視覺(jué)傳感器組合形成25°視場(chǎng)、50°視場(chǎng)和150°視場(chǎng)的組合。分工協(xié)作：25°視場(chǎng)攝像頭探測(cè)距離遠(yuǎn)，用于探測(cè)前車道線、交通燈；50°視場(chǎng)攝像頭探測(cè)距離和范圍均衡，用于一般道路狀況監(jiān)測(cè)；150°視場(chǎng)攝像頭探測(cè)范圍廣，用于檢測(cè)平行車道、行人和非機(jī)動(dòng)車行駛狀態(tài)；3個(gè)攝像頭組合，獲得覆蓋范圍更大的視場(chǎng)角。優(yōu)勢(shì)：獲得覆蓋范圍更大的視場(chǎng)角。缺點(diǎn)：標(biāo)定復(fù)雜、對(duì)計(jì)算芯片要求高。課堂回顧5分鐘1.紅外夜視視覺(jué)傳感器是如何工作的？2.視覺(jué)傳感器中，多傳感器融合的典型案例有哪些？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.三目視決傳感器的工作特點(diǎn)？2.紅外夜視視覺(jué)傳感器都有哪些種類，各自特點(diǎn)是什么？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘計(jì)算單元是如何通過(guò)視覺(jué)傳感器信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的？智能網(wǎng)聯(lián)汽車的視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)都能識(shí)別哪些交通信息呢？課堂討論理論課第四部分30分鐘1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算機(jī)圖像處理流程？識(shí)別流程：圖像輸入→預(yù)處理→特征提取→特征分類→匹配→安全識(shí)別2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠識(shí)別的對(duì)象有哪些？識(shí)別對(duì)象：車牌、道路邊界、車道線、交通信號(hào)、交通標(biāo)志、車輛/行人等交通參與者、自由行駛空間等。3.視覺(jué)傳感器如何進(jìn)行信息編碼？（1）信息編碼的目的：通過(guò)數(shù)字化的圖像對(duì)環(huán)境信息編碼，目的是使信息可以被計(jì)算機(jī)處理。（2）圖像編碼格式：灰度、RGB（紅、黃、藍(lán)）、CMYK（青色、洋紅色、黃色、黑色）等1）使用RGB編碼格式實(shí)現(xiàn)圖像采集和編碼的過(guò)程。（3）標(biāo)準(zhǔn)圖像格式：BMP、JPG（JPEG）、PNG、TIF、GIF、PCX、TGA、EXIF、FXP等4.圖像處理算法都有哪些方法及類型？圖像處理算法類型：傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)（1）機(jī)器視覺(jué)圖形算法圖像數(shù)據(jù)的解碼→圖像特征的提取→識(shí)別圖像中的目標(biāo)（2）圖像數(shù)據(jù)的解碼利用圖像標(biāo)準(zhǔn)，將圖像中的信息提取出來(lái)。遵循編碼方法，及標(biāo)準(zhǔn)圖像格式。（3）圖像特征提取圖像在計(jì)算機(jī)中的存在形式：矩陣式的點(diǎn)存儲(chǔ)方式圖像特征提取方法：使用統(tǒng)計(jì)學(xué)等算法，獲取特征信息。特征提取是對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行降維的處理方式，目的是找出代識(shí)別的各類目標(biāo)在圖像中的典型特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述圖像的特征點(diǎn)，通過(guò)特征描述判斷特征是否匹配。判斷當(dāng)前圖像中是否存在待識(shí)別目標(biāo)，以及待識(shí)別目標(biāo)在圖像中的位置。1）人工圖像特征提?。旱湫吞卣鳎篠IFT特征、HOG特征、Haar-like特征細(xì)分特征：SIFT、SURF、FAST、HOG、ORB、LBP等①SIFT特征（Scale-InvariantFeatureTransform）：尺度不變特征變換，在不同的尺度空間搜索特征點(diǎn)及其方向，獲取圖像中的目標(biāo)特征。②HOG特征（HistogramofOrientedGradient）：方向梯度直方圖，通過(guò)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)圖像中局部區(qū)域的梯度方向直方圖來(lái)構(gòu)成特征。用于行人檢測(cè)。③Haar-like特征：由邊緣特征、線性特征、中心特征和對(duì)角線特征組成。特征模版內(nèi)有白色和黑色兩種矩形，并定義改模板的特征值為，白色矩形像素減去黑色矩形像素和。Haar-like特征反應(yīng)了圖像的灰度變化情況。優(yōu)點(diǎn)直觀、可分析。圖像識(shí)別領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)需要對(duì)圖像中的結(jié)構(gòu)化信息有深入理解。能構(gòu)建可直觀區(qū)分用能夠通過(guò)數(shù)字處理方法提取的特征。特征的性能指標(biāo)特征對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化的不變性、特征對(duì)視角變化、仿射變換、噪聲的穩(wěn)定性等。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.視覺(jué)傳感器信息編碼的常用格式有哪些？2.人工圖像提取的典型特征有哪些，它們各自的特點(diǎn)是什么？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)1.Haar-like特征的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？2.圖像特征的性能指標(biāo)都有哪些？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘計(jì)算單元是如何通過(guò)視覺(jué)傳感器信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的？課堂討論理論課第五部分30分鐘（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征提取1）特點(diǎn)：算力大，需要應(yīng)用GPU等大算力芯片。2）典型：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），根據(jù)腦科學(xué)對(duì)人類感知機(jī)理研究中探索出的計(jì)算機(jī)特征學(xué)習(xí)方法。3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)聯(lián)的目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別方法的3種類型：基于區(qū)域建議的目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別算法；基于回歸的目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別算法；基于搜索的目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別算法。4）優(yōu)勢(shì)消除圖像處理過(guò)程中人工特征設(shè)計(jì)、提取、預(yù)處理等步驟，將感知過(guò)程簡(jiǎn)化為輸入圖像→輸出結(jié)果兩個(gè)步驟，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。6.圖像識(shí)別算法在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用（1）車道線檢測(cè)1）目地：檢測(cè)車道的形狀及車輛在車道上的位置。①車道特征：寬度和曲率等幾何特征。車道由圓弧、直線、與曲線構(gòu)成，緩和曲線由不同曲率（例如螺旋曲線）的圓弧連接過(guò)渡段或直線連接過(guò)渡段，車道與路面車輛的幾何模型元素包括車道曲率、弧長(zhǎng)、偏航角等。②車輛位置特征：橫向偏移和偏航角。2）檢測(cè)方法：基于霍夫變換的車道線檢測(cè)基于仿射變換的車道線檢測(cè)基于邊緣點(diǎn)擬合的車道線檢測(cè)①基于霍夫變換的車道線檢測(cè)用圖像空間的邊緣數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算參數(shù)空間中的參考點(diǎn)的可能軌跡，并在累加器中統(tǒng)計(jì)軌跡上的參考點(diǎn)，最后選擇出參考點(diǎn)最多的軌跡。檢測(cè)方法準(zhǔn)確簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是無(wú)法識(shí)別曲率半徑大于100m的車道線，需要融合其他檢測(cè)方法進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和算法設(shè)計(jì)。②基于仿射變換的車道線檢測(cè)通過(guò)仿射變換將前方路面圖像轉(zhuǎn)換為俯視圖，并提取俯視圖中的車道線。優(yōu)點(diǎn)是能找到多車道線，實(shí)時(shí)性好。缺點(diǎn)，復(fù)雜道路的穩(wěn)定差，仿射變換時(shí)圖像丟失較大，變換后的車道線在仿射圖中有時(shí)檢測(cè)不到，受周圍物體遮擋的影響嚴(yán)重，不使用于路況復(fù)雜、攝像頭視角小的前視野。③基于邊緣點(diǎn)擬合的車道線檢測(cè)原理為，車道線為白色，路面為灰色，路面與車道線間有穩(wěn)定的灰色差。通過(guò)合理的圖像灰度與之設(shè)定，可以提取車道線的邊緣。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小，能擬合出曲率較大的車道線；缺點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性差，易受光照干擾，穩(wěn)定性差。3）跟蹤預(yù)測(cè)道路特征在下一幀圖像中的位置。如果在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)未檢測(cè)到道路特征，則使用估計(jì)或參考上一特征的位置。如果連續(xù)幀未檢測(cè)到道路特征，則啟動(dòng)全圖像道路特征檢測(cè)。跟蹤算法，為后續(xù)檢測(cè)縮小了搜索范圍，也保證了在攝像頭遮擋、車道線不清晰時(shí)檢測(cè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。課堂回顧5分鐘1.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法特征提取的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)？2.基于人工神經(jīng)網(wǎng)聯(lián)的目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別方法的都有哪些類型？3.圖像識(shí)別算法車道線檢測(cè)的檢測(cè)方法有哪些？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)簡(jiǎn)述車道的幾何特征是什么？簡(jiǎn)述車輛的位置特征？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘智能網(wǎng)聯(lián)汽車視覺(jué)傳感器的算法有很多，用于識(shí)別出環(huán)境目標(biāo)，我們接上節(jié)課的內(nèi)容，繼續(xù)學(xué)習(xí)視覺(jué)傳感器的其他算法。課堂討論理論課第六部分30分鐘（2）語(yǔ)義分割指圖像處理算法試圖從語(yǔ)義上理解圖像中每個(gè)像素的角色，該物體是汽車還是其他分類的物體。1）目的：識(shí)別出物體如人、路、車、樹(shù)等；確定每個(gè)物體的邊緣。2）方法：使用語(yǔ)義分割模型來(lái)對(duì)物體做出像素級(jí)的分割；通過(guò)語(yǔ)義形式提供物體的特征和位置等信息。3）過(guò)程：特征提取→像素級(jí)分割→特征識(shí)別→語(yǔ)義標(biāo)注等；實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像中各類目標(biāo)的識(shí)別、分類、語(yǔ)義信息標(biāo)注。4）應(yīng)用：語(yǔ)義分割是無(wú)人車駕駛的核心算法技術(shù)，車載攝像頭，或者激光雷達(dá)探查到圖像后輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，后臺(tái)計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)將圖像分割歸類，以避讓行人和車輛等障礙。（3）立體視覺(jué)與場(chǎng)景流立體視覺(jué)是雙眼觀察景物能分辨物體遠(yuǎn)近形態(tài)的感覺(jué)。1）目的：在于重構(gòu)場(chǎng)景的三維幾何信息。場(chǎng)景流是空間中場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)形成的三維運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。用作立體視覺(jué)研究的圖像在時(shí)間、視點(diǎn)、方向上有很大的變動(dòng)范圍，直接受所應(yīng)用領(lǐng)域的影響。2）應(yīng)用領(lǐng)域：自動(dòng)測(cè)繪中的航空?qǐng)D片的解釋；自主車的導(dǎo)引及避障；人類立體視覺(jué)的功能模擬。3）三種實(shí)現(xiàn)方式：利用雙目視覺(jué)傳感器建立三維描述；利用一副圖像提供的信息來(lái)推斷三維形狀的方法；利用兩個(gè)或多個(gè)圖像在不同試點(diǎn)或不同時(shí)間提供的信息，重建三維結(jié)構(gòu)的方法。（4）視覺(jué)里程計(jì)算方法視覺(jué)里程計(jì)算法的特點(diǎn)是它只關(guān)心局部運(yùn)動(dòng)，而且大部分時(shí)間是指兩個(gè)時(shí)刻之間的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)以一定的時(shí)間間隔采樣時(shí)，可以估計(jì)運(yùn)動(dòng)物體在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。由于該估計(jì)值受噪聲的影響，故將前一時(shí)刻的估計(jì)誤差加入后一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生誤差累計(jì)。（5）目標(biāo)跟蹤指系統(tǒng)跟蹤特定場(chǎng)景中感興趣的一個(gè)或多個(gè)特定對(duì)象的過(guò)程，目標(biāo)跟蹤在無(wú)人駕駛領(lǐng)域很重要，一方面可以提高后續(xù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，另一方面能夠?qū)δ繕?biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤。目標(biāo)跟蹤算法可分為兩類：生成算法和判別算法。生成算法：利用生成模型來(lái)描述目標(biāo)表面特征，并使重構(gòu)誤差最小化來(lái)搜索目標(biāo)；判別算法：又稱檢測(cè)跟蹤算法，通過(guò)區(qū)分待識(shí)別目標(biāo)和道路、天空等背景，將待識(shí)別目標(biāo)提取并進(jìn)行跟蹤。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.語(yǔ)義分割算法放入目的和意義是什么？2.目標(biāo)跟蹤都有哪些類型，它的的功能是什么？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)立體視覺(jué)場(chǎng)景六算法的意義和實(shí)現(xiàn)方式有哪些？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘視覺(jué)傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上都有哪些應(yīng)用場(chǎng)景呢？課堂討論理論課第七部分30分鐘1.視覺(jué)傳感器應(yīng)用到智能網(wǎng)聯(lián)汽車的條件？小型化和嵌入式的視覺(jué)傳感器的廣泛應(yīng)用，人們可以從車載攝像頭中獲得更智能的結(jié)果，即通過(guò)攝像頭的視場(chǎng)，感知駕駛環(huán)境。2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車使用的攝像頭都有哪些種類？單目攝像頭、雙目攝像頭、紅外攝像頭、組合攝像頭智能汽車視覺(jué)傳感器應(yīng)用案例：特斯拉Autopilot2.0L2級(jí)三個(gè)前視攝像頭，三個(gè)后視攝像頭，兩個(gè)側(cè)視攝像頭3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車使用的攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)哪些功能？車道偏離警告、盲點(diǎn)監(jiān)控、駕駛?cè)俗⒁饬ΡO(jiān)控、全景環(huán)視、泊車輔助、車道保持輔助、交通標(biāo)志識(shí)別、前方碰撞預(yù)警、行人碰撞預(yù)警等。（1）車道偏離警告一種輔助駕駛員通過(guò)警告來(lái)減少因?yàn)檐嚨榔x引起的交通事故的系統(tǒng)。1）攝像頭作用作為環(huán)境感知傳感器2）車道偏離預(yù)警系統(tǒng)組成主要有：① 圖像處理模塊② 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制模塊③ 動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊④ 儀表盤⑤ 方向盤模塊⑥ 車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊⑦ 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊3）原理攝像頭持續(xù)檢測(cè)車輛前方環(huán)境→圖像處理識(shí)別車道線（感知道路幾何形狀及車輛位置參數(shù)）→獲取車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)（車速、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等）→車道偏離評(píng)估算法評(píng)估車道偏離系數(shù)→偏離報(bào)警（聲音、儀表顯示、轉(zhuǎn)向盤/座椅振動(dòng)等）→正常換道或轉(zhuǎn)向不做提示（打轉(zhuǎn)向燈）。4）目的車輛異常偏離，及時(shí)提醒，為駕駛員提供更多反應(yīng)時(shí)間。（2）車道保持輔助系統(tǒng)基于車道偏離警告系統(tǒng)。原理：駕駛員未能及時(shí)相應(yīng)預(yù)警，系統(tǒng)自動(dòng)控制底盤執(zhí)行系統(tǒng)，使車輛保持車道內(nèi)安全行駛。（3）汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)用于協(xié)助駕駛員避免高速、低速追尾，高速中無(wú)意識(shí)偏離車道，與行人碰撞等重大交通事故。原理：基于智能視頻分析處理技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)視頻攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其預(yù)警功能。通過(guò)視覺(jué)傳感器或雷達(dá)檢測(cè)前方障礙物，通過(guò)運(yùn)算，評(píng)估碰撞風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行不同形式預(yù)警，直到主動(dòng)制動(dòng)等方式提醒駕駛員主動(dòng)控制車輛，避免碰撞事故發(fā)生。運(yùn)行過(guò)程：檢測(cè)到汽車前方障礙物→亮起警告燈，鳴響警報(bào)提醒駕駛員→危險(xiǎn)增加，進(jìn)行制動(dòng)準(zhǔn)備→即將碰撞，自動(dòng)制動(dòng)，避免事故減少傷害。（4）交通標(biāo)志識(shí)別通過(guò)特征識(shí)別算法，利用前置攝像頭組合模式識(shí)別道路上的交通標(biāo)志，提示警告或自動(dòng)調(diào)整車輛運(yùn)行狀態(tài)，從而提高車輛的安全性和合規(guī)性，提醒駕駛員注意前方的交通標(biāo)志。1）交通標(biāo)志種類警告標(biāo)志、禁止標(biāo)志、指示標(biāo)志。2）識(shí)別方法①顏色和形狀，初步識(shí)別。②視覺(jué)識(shí)別方法：基于不同距離的模板匹配識(shí)別方法大量數(shù)據(jù)樣本的機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別方法粒子群優(yōu)化和遺傳算法等課程回顧5分鐘1.車道偏離警告系統(tǒng)是如何工作的？2.交通標(biāo)志有哪些類型？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.車道偏離警告系統(tǒng)的組成？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘視覺(jué)傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上都有哪些應(yīng)用場(chǎng)景呢？課堂討論理論課第八部分30分鐘3.智能網(wǎng)聯(lián)汽車使用的攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)哪些功能？（5）換道輔助系統(tǒng)1）目的攝像頭或者雷達(dá)探測(cè)車輛兩側(cè)后視鏡盲點(diǎn)區(qū)域，輔助駕駛?cè)俗儞Q車道，減少事故的發(fā)生。2）工作原理車輛行駛過(guò)程中，駕駛員操作轉(zhuǎn)向燈，準(zhǔn)備換道，此時(shí)傳感器檢測(cè)車輛兩側(cè)及后方區(qū)域，如適合換道，在儀表上提示換道信息，輔助駕駛員換道；如不適合換道，儀表將提示不適合換道，并語(yǔ)音提醒，提示駕駛員換道有事故風(fēng)險(xiǎn)，不能換道。3）效果可有效防止，惡劣天氣、駕駛員疏忽、后視鏡盲點(diǎn)、新手上路等駕駛過(guò)程中的潛在危險(xiǎn)因素，造成交通事故。（6）駕駛?cè)吮O(jiān)控系統(tǒng)1）目的：不斷檢測(cè)駕駛?cè)说鸟{駛狀態(tài)，使駕駛?cè)吮３职踩{駛所需的注意力，在自動(dòng)駕駛和人工駕駛切換過(guò)程中，保證駕駛?cè)擞凶銐驎r(shí)間接管車輛。2）內(nèi)容：包括，疲勞監(jiān)控、駕駛行為監(jiān)控、注意力監(jiān)控、3）類型：間接式監(jiān)控、直接式監(jiān)控①間接式監(jiān)控：通過(guò)駕駛?cè)藢?duì)車的操控，判斷駕駛?cè)耸欠裉幱谡ｑ{駛狀態(tài)。②直接式監(jiān)控：通過(guò)攝像頭對(duì)駕駛?cè)说囊暰€、面部狀態(tài)等進(jìn)行跟蹤，判斷駕駛?cè)藸顟B(tài)是否滿足安全駕駛需求。（7）泊車輔助系統(tǒng)用于泊車或倒車的安全輔助裝置。工作原理：車位檢測(cè)、泊車路徑規(guī)劃、自動(dòng)泊車控制。自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)應(yīng)用的初級(jí)階段，系統(tǒng)的功能并不完善，并衍生出需要不同類型的泊車輔助系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“自動(dòng)泊車系統(tǒng)”。這些自動(dòng)泊車系統(tǒng)，有些只能實(shí)現(xiàn)垂直車位/側(cè)向車位的檢測(cè)與路徑規(guī)劃；有些則需要駕駛員的輔助，比如自動(dòng)泊車過(guò)程中，需要駕駛員輔助換擋或控制車速等。最終泊車目標(biāo)：自主泊車車輛自主完成泊車，自動(dòng)從車位駛出接應(yīng)成員。（8）紅外夜視系統(tǒng)采用紅外夜視技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)夜間行車過(guò)程中環(huán)境的感知。（9）全景環(huán)視系統(tǒng)目的：形成360°全景視圖。組成：包括多個(gè)安裝在車輛四周的攝像頭、圖像采集組件、視頻合成/處理組件、數(shù)字圖像處理組件、車輛顯示器。工作過(guò)程：攝像頭采集車輛周圍圖像→圖像處理單元進(jìn)行變形恢復(fù)→視圖轉(zhuǎn)換→圖像拼接→圖像增強(qiáng)效果：提供立體環(huán)視的效果，輔助駕駛員了解車輛周圍環(huán)境。（10）電子后視鏡原理：通過(guò)攝像頭成像，將后視圖像投影到車內(nèi)顯示屏上，取代傳統(tǒng)后視鏡。目的：減小后視盲區(qū)，提供全面視野。電子后視鏡攝像頭配置：高像素、無(wú)畸變、寬動(dòng)態(tài)、低照度、高可靠性。應(yīng)用：大部分國(guó)家不能使用。（11）智能照明系統(tǒng)目的：環(huán)境光線不足時(shí)，補(bǔ)充燈光；通過(guò)燈光變化，與其他交通參與者交互。能夠調(diào)整燈光滿足駕駛?cè)撕颓耙晹z像頭的照明需求。課程回顧5分鐘1.換道輔助系統(tǒng)的工作原理？2.全景環(huán)視系統(tǒng)的工作過(guò)程？課堂提問(wèn)、課堂討論作業(yè)1.自動(dòng)泊車系統(tǒng)的發(fā)展方向？3.電子后視鏡的效果，及攝像頭的配置要求？下次上課檢查課后反思

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》課程授課教案模板課題雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用授課對(duì)象專業(yè)：智能網(wǎng)聯(lián)年級(jí)：班級(jí)：授課方式講授法、討論法、舉例法課時(shí)8授課地點(diǎn)教室教材《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》教材、PPT、習(xí)題、教學(xué)視頻教具多媒體教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知道汽車?yán)走_(dá)的分類及特征區(qū)別；（2）了解超聲波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理和性能指標(biāo)；（3）熟悉超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；（4）了解毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)；（5）熟悉毫米波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用；（6）了解激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)；（7）熟悉激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)（1）超聲波雷達(dá)的工作原理及應(yīng)用；（2）毫米波雷達(dá)的種類，工作原理及應(yīng)用；（3）激光雷達(dá)的分類、原理及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)（1）毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)及工作原理；（2）激光雷達(dá)的分類及工作原理。教學(xué)過(guò)程及時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容方法及手段組織教學(xué)10分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘汽車上應(yīng)用的雷達(dá)有哪些類型？在汽車上哪種雷達(dá)的應(yīng)用最廣泛呢？課堂討論理論課第一部分30分鐘1.汽車?yán)走_(dá)的種類？超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。雷達(dá)的原理不同，其性能特點(diǎn)也有各自的優(yōu)點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。2.超聲波雷達(dá)？超聲波雷達(dá)是利用超聲波的特性研制而成的雷達(dá)。仿生雷達(dá)：蝙蝠、海豚都使用超聲波定位。（1）原理傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，并根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)差計(jì)算出與障礙物的距離。（2）應(yīng)用工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)藥等方面。（聲吶探測(cè)）汽車應(yīng)用：使用雷達(dá)的測(cè)距功能。（3）結(jié)構(gòu)汽車超聲波雷達(dá)發(fā)生器和接收器合成為一個(gè)探頭。結(jié)構(gòu)如圖所示：（4）基礎(chǔ)原理利用壓電效應(yīng)原理將電能和超聲波互相轉(zhuǎn)換。超聲波發(fā)生器將電信號(hào)發(fā)送到壓電晶片，晶片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波；同時(shí)內(nèi)部計(jì)時(shí)，超聲波遇到障礙物返回，壓電晶片將回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給接收器，同時(shí)計(jì)時(shí)?？刂颇K根據(jù)超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差，算出障礙物與探頭之間的距離。公式：s=(t×340)/2（5）超聲波雷達(dá)性能指標(biāo)工作頻率、工作溫度、靈敏度、多普勒效應(yīng)、溫度影響、噪聲干擾、線性驅(qū)動(dòng)干擾、機(jī)械特性等。超聲波雷達(dá)的有效探測(cè)范圍，誤差±5cm。（6）超聲波雷達(dá)的應(yīng)用檢測(cè)車輛近距離障礙物的情況，通常多個(gè)探頭同時(shí)使用（探頭探測(cè)范圍有限）用于倒車輔助、自動(dòng)泊車輔助、盲區(qū)監(jiān)測(cè)等（7）種類UPA/APA1）UPA短程超聲波雷達(dá)檢測(cè)范圍：25cm-2.5m用于檢測(cè)車輛前后方的障礙物2）APA遠(yuǎn)程超聲波雷達(dá)檢測(cè)范圍：35cm-5m用于檢測(cè)汽車側(cè)方障礙物（8）超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用1）倒車輔助2）自動(dòng)泊車輔助3）前方障礙物探測(cè)課堂講授課堂討論舉例證明課堂回顧5分鐘1.超聲波雷達(dá)的種類？2.超聲波雷達(dá)結(jié)構(gòu)？3.超聲波雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)超聲波雷達(dá)的工作原理？超聲波雷達(dá)的測(cè)距原理？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘上節(jié)課，我們介紹了汽車?yán)走_(dá)的種類，提到了毫米波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)用在汽車有哪些功能？理論課第二部分30分鐘1.什么是毫米波雷達(dá)？（1）雷達(dá)1）定義通過(guò)發(fā)射和接收無(wú)線電波來(lái)測(cè)量物體與物體之間的距離、角度和相對(duì)速度的裝置。（2）毫米波雷達(dá)1）定義使用毫米波段的無(wú)線電波來(lái)探測(cè)車輛與車輛間距離、角度和相對(duì)速度的裝置。2）毫米波指長(zhǎng)度為1～10毫米的電磁波，毫米波的頻帶頻率高于射頻，低于可見(jiàn)光和紅外線，相應(yīng)的頻率范圍為30～300GHz。3）特點(diǎn)：能夠全天候工作分辨率高、方向性好、抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)性能好大氣衰減小、對(duì)煙霧的穿透性好、受天氣影響小4）頻率分類24GHz、60GHz、77GHz、79GHz用于汽車。常見(jiàn)24GHz、77GHz①24GHz毫米波雷達(dá)檢測(cè)距離：用于50-70米的中、短程檢測(cè)應(yīng)用：盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、換道輔助、自動(dòng)泊車輔助、后碰撞預(yù)警等②77GHz毫米波雷達(dá)用于100-250m的中遠(yuǎn)程檢測(cè)自適應(yīng)巡航、前碰撞預(yù)警、高級(jí)緊急制動(dòng)5）結(jié)構(gòu)天線、收發(fā)器芯片、信號(hào)處理芯片①收發(fā)器芯片MMIC芯片，常見(jiàn)材料：GaAs、SiGe、CMOS課堂講授課堂討論課堂回顧5分鐘1.毫米波雷達(dá)如何分類，它都有哪些類型？2.毫米波雷達(dá)的定義？3.毫米波的定義？4.毫米波雷達(dá)都有哪些特點(diǎn)？5.毫米波雷達(dá)收發(fā)器芯片的材料類型以及各自的特點(diǎn)？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)？2.毫米波雷達(dá)如何分類？都有哪些類型？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘毫米波雷達(dá)除了根據(jù)頻率分類，還有其他的分類方式嗎？車載毫米波雷達(dá)使用哪種類型的毫米波雷達(dá)呢？課堂提問(wèn)課堂討論理論課第三部分30分鐘6）車載毫米波雷達(dá)類型調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)1）常見(jiàn)連續(xù)波種類：三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制波、噪聲調(diào)頻波。2）目標(biāo)測(cè)量參數(shù)：①距離②速度③方位角7）工作原理發(fā)射天線發(fā)出電磁波，接收天線接收到雷達(dá)回波并解調(diào)后，雷達(dá)處理芯片對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣，并進(jìn)行相應(yīng)濾波，進(jìn)一步使用快速傅里葉變換算法將信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域，然后再尋找信號(hào)中的特定特征，如：信號(hào)強(qiáng)度、頻率變化等，獲取目標(biāo)的位置及速度等測(cè)量信息，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行編號(hào)和跟蹤。8）探測(cè)距離分類長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)、中距毫米波雷達(dá)、短距毫米波雷達(dá)長(zhǎng)距和中距毫米波雷達(dá)通常布置在車輛的前后方，檢測(cè)前后方較遠(yuǎn)范圍的目標(biāo)短距毫米波雷達(dá)通常布置在車輛四角位置，用于檢測(cè)側(cè)前方、側(cè)后方等范圍目標(biāo)。長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)主要為77GHz雷達(dá)。中短距雷達(dá)以24GHz毫米波雷達(dá)為主。79GHz雷達(dá)探測(cè)行人效果好，逐漸開(kāi)始應(yīng)用。1）77GHz雷達(dá)優(yōu)勢(shì)探測(cè)距離遠(yuǎn)；頻段獨(dú)特，不易干擾；尺寸小。課堂講授課堂討論課堂回顧5分鐘1.毫米波雷達(dá)如何分類，它都有哪些類型？2.毫米波雷達(dá)的定義？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.毫米波雷達(dá)的工作原理是什么？2.毫米波雷達(dá)測(cè)量的參數(shù)有哪些？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘毫米波雷達(dá)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的不可或缺的傳感器。馬斯克是視覺(jué)傳感器的最大擁躉者，一度取消了特斯拉的毫米波雷達(dá)，但是現(xiàn)在特斯拉上還是安裝了毫米波雷達(dá)，證明了，目前階段，毫米波雷達(dá)的功能在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上不可或缺，那么它都有哪些應(yīng)用呢？課堂討論理論課第四部分30分鐘1.毫米波雷達(dá)在汽車上的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？自適應(yīng)巡航控制（ACC）、前方防撞報(bào)警（FCW）、盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）、輔助停車（PA）、輔助變道（LCA）、自主巡航控制等領(lǐng)域。（1）自適應(yīng)巡航系統(tǒng)自適應(yīng)巡航是一種駕駛輔助功能，它可以按照設(shè)定的車速或距離跟隨前面的車輛，或者根據(jù)前面的車速主動(dòng)控制車輛的行駛速度，最終使車輛與前面的車輛保持安全距離。優(yōu)點(diǎn)是可以有效地解放駕駛員的腳，提高駕駛舒適性。1）工作原理毫米波雷達(dá)掃描前方環(huán)境，車速傳感器采集車速信號(hào)；情況1，檢測(cè)到前方安全距離內(nèi)無(wú)車，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，按設(shè)定的巡航車速行駛。情況2，檢測(cè)到前車車速與自身車速，及兩車間的距離；如與前車距離過(guò)小，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)，適當(dāng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率甚至制動(dòng)車輪，使本車與前車保持安全距離。情況3，檢測(cè)到前車車速大于自身車速，且小于設(shè)定車速；如與前車距離加大，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)，適當(dāng)增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提升車速，使本車與前車保持安全距離跟車行駛。（2）自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)緊急制動(dòng)是汽車的主動(dòng)安全輔助裝置，目的是減少應(yīng)駕駛?cè)俗⒁饬Σ患校瑢?dǎo)致的追尾事故。1）原理毫米波雷達(dá)測(cè)量汽車或障礙物的距離→決策裝置將測(cè)量的距離與報(bào)警距離和安全距離做比較，當(dāng)小于報(bào)警距離時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警提示。當(dāng)小于安全距離時(shí)，自動(dòng)制動(dòng)車輛，從而確保安全駕駛。2）特點(diǎn)自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)通常包含前方碰撞預(yù)警功能。（3）換道輔助系統(tǒng)輔助駕駛員換道行駛，讓駕駛員掌握最佳換道時(shí)機(jī)，防止換道引起的交通事故。1）原理通過(guò)傳感器（毫米波雷達(dá)、視覺(jué)傳感器）檢測(cè)車輛兩側(cè)及車道側(cè)后方的道路環(huán)境，獲取車輛側(cè)面和后方物體的運(yùn)動(dòng)信息。根據(jù)當(dāng)前車輛的狀態(tài)，結(jié)合環(huán)境感知情況，通過(guò)聲音，視覺(jué)等方式提醒駕駛?cè)?，掌握換道的最佳時(shí)機(jī)，防止換道引起交通事故。2）功能盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、換道輔助、后碰撞預(yù)警防止變道、轉(zhuǎn)彎、追尾等交通事故的發(fā)生。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的工作原理是什么？2.換道輔助系統(tǒng)都有哪些功能？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.換道輔助系統(tǒng)可以使用哪些傳感器，檢測(cè)環(huán)境？2.AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)是如何工作的？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘馬斯克多次在公開(kāi)場(chǎng)合對(duì)激光雷達(dá)無(wú)下限的貶低：2015年10月——激光雷達(dá)毫無(wú)意義，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要。2017年4月——激光雷達(dá)很差勁，他們會(huì)拋棄激光雷達(dá)，記住我的話，這是我的預(yù)測(cè)。2018年2月——激光雷達(dá)昂貴、丑陋、沒(méi)有必要。2019年4月——激光雷達(dá)就像人身上長(zhǎng)了一堆闌尾，闌尾本身的存在基本是無(wú)意義的，如果長(zhǎng)了一堆的話，那就太可笑了。任何依賴激光雷達(dá)的公司都可能無(wú)疾而終。大家想一下，他為啥要這樣？激光雷達(dá)真的有那么差勁嗎？課堂討論理論課第五部分30分鐘1.激光雷達(dá)是一個(gè)什么東西？（1）激光雷達(dá)概述1）定義：通過(guò)發(fā)射激光光束來(lái)掃描環(huán)境，并接收反射回來(lái)的光束，獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)的雷達(dá)系統(tǒng)。2）功能是集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU慣性測(cè)量裝置三大技術(shù)為一體的系統(tǒng)。獲取環(huán)境中，目標(biāo)的距離、速度、方位、姿態(tài)甚至形狀尺寸等參數(shù)。3）原理通過(guò)發(fā)射激光光束來(lái)掃描環(huán)境，并接收反射回來(lái)的光束，獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)飛行時(shí)間法測(cè)量激光發(fā)射器到物體的距離。通過(guò)機(jī)械、電子等處理方式控制激光光束，實(shí)現(xiàn)多條光束對(duì)環(huán)境的掃描，獲得環(huán)境中物體的點(diǎn)云，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境精確的三維測(cè)量。通過(guò)對(duì)空間環(huán)境點(diǎn)云的處理，可以獲取環(huán)境中目標(biāo)的距離、速度、方位、姿態(tài)等參數(shù)。接收系統(tǒng)采用了各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外線和可見(jiàn)光多元探測(cè)器。激光雷達(dá)使用兩種工作模式：脈沖和連續(xù)波。根據(jù)探測(cè)原理，探測(cè)方法可分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等。激光雷達(dá)原理示意圖4）應(yīng)用汽車自動(dòng)駕駛、無(wú)人駕駛、定位導(dǎo)航、空間測(cè)繪、安保安防等領(lǐng)域。5）特點(diǎn)高分辨率隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)低空探測(cè)性能好體積小，重量輕受氣候、天氣影響大課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.激光雷達(dá)都能探測(cè)物體的哪些信息參數(shù)？2.激光雷達(dá)都有哪些特點(diǎn)？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)激光雷達(dá)的基礎(chǔ)原理是？激光雷達(dá)的定義？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘上節(jié)課，我們了解到激光雷達(dá)的功能十分強(qiáng)大，特別貼合自動(dòng)駕駛汽車的環(huán)境檢測(cè)，那么激光雷達(dá)為什么沒(méi)有大量裝配到汽車上，只是因?yàn)閮r(jià)格昂貴嗎？課堂討論理論課第六部分30分鐘（2）激光雷達(dá)的分類1）按照激光發(fā)射波形分類連續(xù)型、脈沖型2）按光束控制方式分類機(jī)械式、混合固態(tài)式、固態(tài)式激光雷達(dá)3）按工作介質(zhì)分類半導(dǎo)體激光雷達(dá)、固體激光雷達(dá)、氣體激光雷達(dá)。4）按照線數(shù)分類單線激光雷達(dá)、多線激光雷達(dá)5）按照載荷平臺(tái)分類車載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)2.多線旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)（機(jī)械式）是什么樣的激光雷達(dá)？（1）特點(diǎn)依靠旋轉(zhuǎn)部件來(lái)控制激光發(fā)射的角度體積大，測(cè)量精度高360°的探測(cè)角度（2）結(jié)構(gòu)激光發(fā)射器、光學(xué)接收器、伺服電動(dòng)機(jī)、光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器、傾斜鏡等組成（3）原理激光發(fā)射器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光學(xué)接收器再把從目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖還原成電脈沖，將聯(lián)系檢測(cè)獲取的360°環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到環(huán)境的電源信息。激光束越多，掃描頻率越快，對(duì)環(huán)境中物體輪廓的獲取就越全面。（4）類型分為16線、32線、64線和128線。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.激光雷達(dá)是如何進(jìn)行分類的？2.多線旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)都有哪些種類？3.簡(jiǎn)述多線旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的工作原理。課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.激光雷達(dá)都有哪些分類方式及種類？2.多線旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)是什么？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘現(xiàn)在的智能駕駛實(shí)驗(yàn)車以及固定環(huán)境行駛的特種自動(dòng)駕駛車輛（無(wú)人配送車、智能叉車、掃地車、礦車）上普遍使用機(jī)械式激光雷達(dá)，那么駕駛環(huán)境更加復(fù)雜的量產(chǎn)車上配置的激光雷達(dá)又是那種類型的激光雷達(dá)呢？車載激光雷達(dá)的發(fā)展方向是什么？課堂討論理論課第七部分30分鐘1.混合固態(tài)激光雷達(dá)是一種什么類型及特點(diǎn)的激光雷達(dá)？（1）特點(diǎn)用“微動(dòng)”器件來(lái)代替宏觀機(jī)械式掃描器，在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射端的激光掃描。旋轉(zhuǎn)幅度和體積減小，提高系統(tǒng)可靠性，降低成本。機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件更加小巧，并隱藏在外殼之中。（2）種類轉(zhuǎn)鏡式、棱鏡式和MEMS微型諧振鏡式激光雷達(dá)1）轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)激光收發(fā)模塊是保持不動(dòng)的，由電機(jī)帶動(dòng)反光裝置在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，或者360°轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鏡在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將光束反射至一定范圍的空間，從而實(shí)現(xiàn)掃描探測(cè)，其技術(shù)創(chuàng)新方面與機(jī)械式激光雷達(dá)類似。早期雷達(dá)解決方案①應(yīng)用最早應(yīng)用到量產(chǎn)車的激光雷達(dá)：2017年發(fā)布的一款A(yù)udiA8雷達(dá)類型：法雷奧與IBEO共同開(kāi)發(fā)的SCALA當(dāng)前應(yīng)用：華為開(kāi)發(fā)的激光雷達(dá)，用于極狐阿爾法S、華為問(wèn)界等車型②缺點(diǎn)仍然存在較大的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件；掃描頻率上限偏低；對(duì)惡劣環(huán)境的承受能力以及耐久性有限；無(wú)法通過(guò)半導(dǎo)體工藝大批量出貨實(shí)現(xiàn)降本。2）棱鏡式激光雷達(dá)內(nèi)部包括兩個(gè)楔形棱鏡，激光在通過(guò)第一個(gè)楔形棱鏡后發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)，通過(guò)第二個(gè)楔形棱鏡后再一次發(fā)生偏轉(zhuǎn)?？刂苾擅胬忡R的相對(duì)轉(zhuǎn)速便可以控制激光束的掃描形態(tài)。①應(yīng)用我國(guó)應(yīng)用廣泛典型類型：小鵬P5搭載的Livox雙楔形棱鏡激光雷達(dá)②特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)非重復(fù)掃描；能夠?qū)崿F(xiàn)近100％的視場(chǎng)覆蓋率；沒(méi)有電子元器件的旋轉(zhuǎn)磨損；可靠性更高，更符合車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。3）MEMS混合固態(tài)激光雷達(dá)通過(guò)微型諧振鏡的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境掃描。①微振鏡MEMS激光雷達(dá)的核心組成具有平整的光學(xué)鏡面；將機(jī)械式激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)部件微縮，增加集成度②特點(diǎn)MEMS將機(jī)械微型化，掃描單元變成了MEMS微鏡；它消除了大型的機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，降低了激光雷達(dá)的成本；可以通過(guò)MEMS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更多線束的掃描來(lái)提高分辨率，而不必增加激光雷達(dá)的發(fā)射器和接收器。2.固態(tài)激光雷達(dá)是激光雷達(dá)的發(fā)展方向嗎？通過(guò)電子元件控制激光光束發(fā)射角度，實(shí)現(xiàn)掃描范圍的調(diào)整。（1）特點(diǎn)：不需要旋轉(zhuǎn)部件，尺寸可以小，使用壽命長(zhǎng)，成本可降低；具有數(shù)據(jù)采集速度快、分辨率高、對(duì)溫度和振動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)光束控制，探測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布；探測(cè)范圍小，需要多個(gè)雷達(dá)配合使用。（2）調(diào)整光束的方式不同進(jìn)行分類相控陣、Flash兩種類型（3）相控陣固態(tài)激光雷達(dá)采用相控陣原理，通過(guò)調(diào)整發(fā)射陣中各發(fā)射單元的相位差類改變激光的出射角，實(shí)現(xiàn)探測(cè)范圍的調(diào)整。1）核心元件光學(xué)相控陣、光學(xué)集成電路、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式2）特點(diǎn)①掃描速度快、精度高、可控性好；②很容易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨力。（4）Flash固態(tài)激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射面陣光配置激光掃描范圍的激光雷達(dá)，是一種聚焦于二維或三維圖像的激光雷達(dá)。1）特點(diǎn)穩(wěn)定性和成本都很好；探測(cè)距離很近；技術(shù)可靠性方面存在問(wèn)題。課程回顧5分鐘1.固態(tài)激光雷達(dá)都有哪些種類？2.華為設(shè)計(jì)生產(chǎn)的激光雷達(dá)是那種激光雷達(dá)？課堂提問(wèn)課堂討論作業(yè)1.混合固態(tài)式激光雷達(dá)都有哪些類型，它們是如何工作的？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘號(hào)外、號(hào)外，馬斯克的特斯拉，使用激光雷達(dá)進(jìn)行特斯拉車自動(dòng)駕駛功能的測(cè)試了。因?yàn)橹皩?duì)激光雷達(dá)上車的言論，馬斯克用手在臉上輕輕的蹭了一下。激光雷達(dá)應(yīng)用到智能網(wǎng)聯(lián)汽車，都應(yīng)用到哪些方面呢？課堂討論理論課第八部分30分鐘1.激光雷達(dá)應(yīng)用到智能網(wǎng)聯(lián)汽車，應(yīng)用到哪些功能？有什么樣的優(yōu)勢(shì)呢？通過(guò)三維點(diǎn)云精確還原環(huán)境。提供高精度地圖建圖、高精度定位、復(fù)雜物體的識(shí)別與跟蹤。（1）應(yīng)用車道線檢測(cè)、目標(biāo)分類和運(yùn)動(dòng)跟蹤、SLAM高精度定位。1）案例：（64線機(jī)械激光雷達(dá)）①早期無(wú)人駕駛案例，機(jī)械式激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)高精度建圖、定位、環(huán)境目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤，被廣泛應(yīng)用。②測(cè)繪、高精度地圖構(gòu)建、其他類型傳感器測(cè)試（特斯拉）自動(dòng)駕駛環(huán)境感知算法的探索提供環(huán)境信息。2）在汽車上的應(yīng)用（固態(tài)激光雷達(dá)）①要求：低成本、高度環(huán)境適應(yīng)性、強(qiáng)抗干擾能力、規(guī)定的安全等級(jí)高②案例：混合固態(tài)激光雷達(dá)是量產(chǎn)車配置激光雷達(dá)的主流，我國(guó)的許多新能源汽車，如小鵬P5、極狐阿爾法S、蔚來(lái)ET7和廣汽AIONLX都安裝了不同類型的混合固態(tài)激光雷達(dá)。③趨勢(shì)混合固態(tài)激光雷達(dá)是機(jī)械式激光雷達(dá)和純固態(tài)激光雷達(dá)方案的妥協(xié)方案。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)的成熟，固態(tài)激光雷達(dá)的價(jià)格將大大降低，成為車載激光雷達(dá)的主流。課堂講解課堂舉例課堂討論課堂提問(wèn)課程回顧5分鐘1.激光雷達(dá)車載應(yīng)用領(lǐng)域？2.哪種激光雷達(dá)是車載激光雷達(dá)主流？為什么？課堂提問(wèn)、課堂討論作業(yè)1.分析車載激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)。下次上課檢查課后反思

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》課程授課教案課題高精度定位與導(dǎo)航系統(tǒng)授課對(duì)象專業(yè)：智能網(wǎng)聯(lián)年級(jí)：班級(jí)：授課方式講授法、討論法、舉例課時(shí)8授課地點(diǎn)教室教材《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論》教材、PPT、習(xí)題、教學(xué)視頻教具多媒體教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知道高精度地圖包含的信息；（2）知道高精度地圖在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的作用；（3）熟悉高精度地圖的采集與生成過(guò)程；（4）熟悉GPS和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成；（5）理解全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的定位原理；（6）理解慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量的原理；（7）熟悉全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其組合應(yīng)用；（8）熟悉智能網(wǎng)聯(lián)汽車中高精度定位的實(shí)現(xiàn)方式；（9）熟悉智能網(wǎng)聯(lián)汽車中導(dǎo)航定位系統(tǒng)的集成應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)（1）高精度地圖的采集與生成過(guò)程；（2）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的定位原理；（3）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量的原理；（4）智能網(wǎng)聯(lián)汽車中高精度定位的實(shí)現(xiàn)方式；（5）智能網(wǎng)聯(lián)汽車中導(dǎo)航定位系統(tǒng)的集成應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)（1）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量的原理；（2）智能網(wǎng)聯(lián)汽車中高精度定位的實(shí)現(xiàn)方式。教學(xué)過(guò)程及時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容方法及手段組織教學(xué)10分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘什么是高精度定位？高精度定位在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上起什么作用？課堂討論理論課第一部分25分鐘1.高精度地圖的概念是什么？高精度地圖與傳統(tǒng)導(dǎo)航有什么區(qū)別？（1）傳統(tǒng)導(dǎo)航概念數(shù)字地圖根據(jù)起始位置、目標(biāo)位置為使用者規(guī)劃行駛路徑，輔助駕駛?cè)笋{駛。屬于道路級(jí)別導(dǎo)航，描述一些典型的道路交通特征（限速、測(cè)速、紅綠燈等）、路口指引（左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行等）等道路級(jí)別的導(dǎo)航信息，導(dǎo)航中10m級(jí)的定位精度即可滿足系統(tǒng)需求。（2）高精度地圖概念1）高精度地圖的定義：分為兩種，狹義高精度地圖和廣義高精度地圖。①狹義高精度地圖是由傳統(tǒng)圖形商定義的精度更高、內(nèi)容更詳細(xì)的地圖。例如，定義更詳細(xì)信息（如車道和交通標(biāo)志）的地圖。②廣義的高精度地圖直接為我們構(gòu)建了一個(gè)真實(shí)的三維世界。除了絕對(duì)位置的形狀信息和拓?fù)潢P(guān)系外，還包括點(diǎn)云、語(yǔ)義和特征等屬性。2）高精地圖的功能用于導(dǎo)航、路徑規(guī)劃；為環(huán)境感知提供先驗(yàn)知識(shí)；輔助車載傳感器實(shí)現(xiàn)高精度定位；是L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。3）高精度地圖的特點(diǎn)：（地圖信息的豐富性和準(zhǔn)確性高）道路參考線為了實(shí)現(xiàn)車道級(jí)別導(dǎo)航、路徑規(guī)劃功能，需要在原始地圖數(shù)據(jù)中抽象道路結(jié)構(gòu)，形成由頂點(diǎn)組成的拓?fù)鋱D形結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，需要將道路用連續(xù)的曲線段來(lái)表示。道路連通性除道路參考線外，高精度地圖還應(yīng)描述道路的連通性。比如路口中沒(méi)有車道線的部分，需要將所有可能的行駛路徑抽象成道路參考線，在高精度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中體現(xiàn)。車道模型除了記錄道路參考線、車道邊緣（標(biāo)線）和停車線外，高精度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)還需要記錄無(wú)車道道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且除車道的幾何特性外，道路模型還包括車道數(shù)、道路坡度、功能屬性等。對(duì)象模型對(duì)象模型記錄道路和車道行駛空間范圍邊界區(qū)域的元素，模型屬性包括對(duì)象的位置、形狀和屬性值。這些地圖元素包括路牙、護(hù)欄、互通式立交橋、隧道、龍門架、交通標(biāo)志、可變信息標(biāo)志、輪廓標(biāo)志、收費(fèi)站、電線桿、交通燈、墻壁、箭頭、文字、符號(hào)、警告區(qū)、分流區(qū)等。4）智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域，高精度地圖作用高精度定位、輔助環(huán)境感知、規(guī)劃決策①規(guī)劃決策高精度地圖是超視距傳感器，提供極遠(yuǎn)距離的道路信息，用于智能駕駛系統(tǒng)的全局路徑規(guī)劃毛病對(duì)局部路徑規(guī)劃做出有效的輔助。②輔助車輛高精度定位高精度地圖可以提供道路中，特征物（標(biāo)志牌、龍門架等）的形狀、尺寸、高精度位置等語(yǔ)義信息，車載傳感器在檢測(cè)到相應(yīng)特征物時(shí)，就可根據(jù)測(cè)到的特征物信息去匹配上述語(yǔ)義信息，由車輛與特征為間的相對(duì)位置推算出當(dāng)前車輛的絕對(duì)高精度位置信息。高精度定位是高精度地圖有效應(yīng)用的重要方向，也是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)自主導(dǎo)航。自動(dòng)駕駛的重要前提。③輔助環(huán)境感知能夠提高自動(dòng)駕駛車輛數(shù)據(jù)處理效率，自動(dòng)駕駛車輛感知重構(gòu)周圍三維場(chǎng)景時(shí)，可以利用高精度地圖作為先驗(yàn)知識(shí)減少數(shù)據(jù)處理時(shí)的搜索范圍。在高精度地圖上標(biāo)記詳細(xì)的道路信息，可以為自車感知系統(tǒng)提供有效的輔助識(shí)別，可以優(yōu)化感知系統(tǒng)的計(jì)算效率，提高識(shí)別精度、減少誤識(shí)別的發(fā)生。動(dòng)態(tài)交通信息的更新需要實(shí)時(shí)反映在地圖上，以確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛的安全，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度地圖在技術(shù)存在諸多難點(diǎn)，大量信息安全、信息完整、數(shù)據(jù)更新、高速傳輸?shù)葐?wèn)題需要解決。但是隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的廣泛應(yīng)用、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，更豐富的動(dòng)態(tài)交通信息分享可以使汽車更智能。課堂講授課堂討論課堂提問(wèn)課堂展示課堂回顧5分鐘1.傳統(tǒng)地圖的概念？2.高精度地圖與傳統(tǒng)地圖有哪些區(qū)別？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)高精度地圖都有哪些特點(diǎn)？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘上節(jié)課，我們介紹了高精度地圖的概念。明白了它的優(yōu)勢(shì)，以及在無(wú)人駕駛中不可替代的作用，那么它是如何生產(chǎn)的呢？理論課第二部分30分鐘1.地圖如何采集存儲(chǔ)？（1）地圖的存儲(chǔ)1）傳統(tǒng)地圖的存儲(chǔ)方法依賴于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將各種元素作為對(duì)象堆放在地圖上，將道路存儲(chǔ)為路徑。2）高精度地圖的存儲(chǔ)方法為了提高存儲(chǔ)效率和機(jī)器可讀性，地圖在存儲(chǔ)時(shí)分為矢量層和對(duì)象層。（2）高精地圖的采集1）實(shí)地采集實(shí)地采集是制作高精度地圖的第一步，主要通過(guò)采集車的現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)完成。采集地圖的核心設(shè)備是激光雷達(dá)、高精度差分-慣導(dǎo)-衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它通過(guò)激光反射形成點(diǎn)云，完成對(duì)環(huán)境中各種物體的采集，并通過(guò)高精度定位系統(tǒng)記錄行駛軌跡和環(huán)境中物體的高精度位置信息。（2）加工加工的過(guò)程包括人工處理、深度學(xué)習(xí)的感知算法（圖像識(shí)別）等。采集的設(shè)備越精密，采集的數(shù)據(jù)越完整，就可以降低算法所需的不確定性。收集到的數(shù)據(jù)越不完整，就需要更多的算法來(lái)補(bǔ)償數(shù)據(jù)缺陷，也可能會(huì)產(chǎn)生更大的誤差。采集的設(shè)備越精密，采集的數(shù)據(jù)越完整，就可以降低算法的不確定性；收集到的數(shù)據(jù)不完整，就需要更復(fù)雜的算法來(lái)補(bǔ)償數(shù)據(jù)缺陷，且容易產(chǎn)生更大的誤差。3）后續(xù)更新因?yàn)榈缆返恼墓ぷ鲿?huì)經(jīng)常發(fā)生，包括突發(fā)性路況。后續(xù)地圖更新也可以采取“眾包方式”或與政府實(shí)時(shí)交通處理部門合作來(lái)解決。2.采用“眾包數(shù)據(jù)”構(gòu)建高精度地圖使用安裝了成本相對(duì)低廉的車載傳感器的智能網(wǎng)聯(lián)汽車收集路況與道路特征，然后通過(guò)深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別算法將其轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，生成高精度地圖眾包信息。數(shù)據(jù)來(lái)源于用戶，而且服務(wù)于用戶，不僅可以向此類車輛提供高精度地圖、還可以提供高精度定位服務(wù)。通用、日產(chǎn)、豐田、上汽等汽車廠商也積極采用“眾包采集”方式為各自品牌的汽車提供相關(guān)服務(wù)。3.實(shí)時(shí)定位與地圖構(gòu)建實(shí)時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）是一種在機(jī)器人領(lǐng)域廣泛使用的地圖構(gòu)建與定位技術(shù)?？梢允褂眉す?、視覺(jué)、紅外等傳感器，在機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中獲取傳感器檢測(cè)的環(huán)境特征，進(jìn)一步識(shí)別行駛過(guò)程不同時(shí)刻環(huán)境特征中類似的部分，將檢測(cè)到的環(huán)境信息進(jìn)行拼接，對(duì)行駛過(guò)的環(huán)境進(jìn)行基于當(dāng)前傳感器信息的完整描述，即高精度地圖構(gòu)建。課堂講授課堂討論課堂回顧5分鐘1.高精地圖是如何采集的？2.使用眾包數(shù)據(jù)如何構(gòu)建高精度地圖？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)1.高精地圖的存儲(chǔ)方式與傳統(tǒng)地圖有何不同？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘現(xiàn)在導(dǎo)航已經(jīng)深入我們的生活，同學(xué)們都應(yīng)該對(duì)導(dǎo)航并不陌生。那么我們自動(dòng)駕駛汽車的導(dǎo)航，與我們生活中的導(dǎo)航是相同的嗎？如果有所不同，它們的不同點(diǎn)又在哪里？課堂討論理論課第三部分30分鐘1.什么是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)？該系統(tǒng)是由多顆覆蓋全球的衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，可以保證地球上任何一點(diǎn)在任何時(shí)候都能觀測(cè)到四顆衛(wèi)星，以能獲得觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度、高度，為全球?qū)Ш?、定位、定時(shí)等功能提供三維位置和速度等信息。（1）GNSS的種類中國(guó)的北斗導(dǎo)航、美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航。（2）GPS導(dǎo)航最早完全建成并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1）結(jié)構(gòu)空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備①空間部分共24顆衛(wèi)星，21衛(wèi)星導(dǎo)航，3顆衛(wèi)星備用，GPS定位衛(wèi)星星座有24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面上，軌道傾角為55°，每一軌道面相距60°，即軌道的高度為60°。各軌道平面上衛(wèi)星間的仰角相隔90°，其中一個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星比西部相鄰軌道平面上相應(yīng)的衛(wèi)星提前30°。工作衛(wèi)星根據(jù)設(shè)置發(fā)送定位信號(hào)。②地面控制部分主控站、地面天線、監(jiān)測(cè)站和通信輔助系統(tǒng)主控站——采集各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)地面天線——接收GPS衛(wèi)星信號(hào)。監(jiān)測(cè)站——監(jiān)測(cè)和采集數(shù)據(jù)。通信輔助系統(tǒng)——實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上地點(diǎn)之間的通信。③用戶設(shè)備部分衛(wèi)星導(dǎo)航接收器、衛(wèi)星天線根據(jù)一定的衛(wèi)星截止角捕獲被測(cè)衛(wèi)星。當(dāng)接收機(jī)捕獲被跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，可以測(cè)量接收天線對(duì)衛(wèi)星偽距和距離的變化率，并解調(diào)衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，接收器中的微處理器可以根據(jù)定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，并計(jì)算用戶地理位置的緯度、經(jīng)度、高度、速度、時(shí)間等信息。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)都有哪些種類？2.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都有哪些組成？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)1.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的地面控制部分都有哪些部件組成？它們是如何工作的？2.GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星是如何分布的？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘中國(guó)一直沒(méi)有放棄全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)在我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)究竟達(dá)到什么水準(zhǔn)呢？衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是如何定位的呢？課堂討論理論課第四部分30分鐘1.中國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。（1）北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的目標(biāo)規(guī)劃了3步走的發(fā)展戰(zhàn)略：第一步，2000年底，建成北斗一號(hào)系統(tǒng)，向中國(guó)地區(qū)提供服務(wù)；第二步，2012年底，建成北斗二號(hào)系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；第三部2020年，建成北斗三號(hào)系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)完成。（2）應(yīng)用在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象測(cè)報(bào)、通信授時(shí)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，服務(wù)國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（3）結(jié)構(gòu)空間段、地面段和用戶段三部分組成。1）空間段：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由35顆衛(wèi)星組成，其中地球靜止軌道衛(wèi)星5顆、中地軌道衛(wèi)星27顆、傾斜同步軌道衛(wèi)星3顆。五顆地球靜止軌道衛(wèi)星的固定位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°和160°。中地軌道衛(wèi)星運(yùn)行在三個(gè)軌道面上，軌道面均勻分布120°。2）地面段主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站。主控站用于系統(tǒng)運(yùn)行管理和控制，接收來(lái)自監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，生成衛(wèi)星導(dǎo)航信息和差分完整性信息，然后將信息傳送到注入站進(jìn)行發(fā)送。注入站用于向衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)、控制和管理衛(wèi)星，在接收到主站調(diào)度后，向衛(wèi)星發(fā)送衛(wèi)星導(dǎo)航信息和差分完整性信息。監(jiān)測(cè)站用于接收衛(wèi)星信號(hào)并將其發(fā)送到主站進(jìn)行衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，以確定衛(wèi)星軌道，并為時(shí)間同步提供觀測(cè)。3）用戶段包括北斗用戶終端和與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。接收器需要捕捉和跟蹤衛(wèi)星的信號(hào)，并根據(jù)數(shù)據(jù)以一定的方式進(jìn)行定位計(jì)算，最終獲得用戶的緯度、經(jīng)度、海拔、速度、時(shí)間等信息。具有短消息通信能力；提供區(qū)域?qū)Ш?、定位和定時(shí)功能，定位精度為10米，測(cè)速精度為0.2m/s，定時(shí)精度為10ns。（3）衛(wèi)星定位原理目標(biāo)物定位需要3個(gè)參數(shù)，經(jīng)度、維度和海拔。通過(guò)這3個(gè)參數(shù)，就能夠確定地球上所有物體在3維空間的位置。如何算出這3個(gè)參數(shù)呢？需要通過(guò)3個(gè)至少方程式進(jìn)行計(jì)算。這時(shí)候就可以通過(guò)衛(wèi)星，獲取3個(gè)方程式的參數(shù)。接收模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，獲取衛(wèi)星到接收機(jī)模塊的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X,Y,Z）。但是，衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收模塊時(shí)鐘之間存在誤差，鐘差可以這樣理解，我們的手表的時(shí)間都與全球的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間存在誤差，這個(gè)就是鐘差。衛(wèi)星是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，接收模塊的時(shí)鐘有誤差。實(shí)際上，定位過(guò)程就有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度。事實(shí)上，接收模塊往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收模塊就會(huì)按照衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每4顆一組，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。到這里GPS的工作原理就講完了，接下來(lái)講一下慣性導(dǎo)航。課堂講授課堂討論舉例說(shuō)明課堂回顧5分鐘1.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的3步走戰(zhàn)略是什么？是否已經(jīng)完成目標(biāo)？2.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)空間段衛(wèi)星的分布情況如何？課堂提問(wèn)，課堂討論作業(yè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是如何工作的？下次上課檢查組織教學(xué)5分鐘上節(jié)課程內(nèi)容回顧、本節(jié)課程內(nèi)容介紹、課前考勤。課堂導(dǎo)入5分鐘開(kāi)過(guò)車的人都知道，在衛(wèi)星導(dǎo)航過(guò)程中，如果車輛進(jìn)入隧道或高樓林立的區(qū)域，車載導(dǎo)航就失去目標(biāo)了，其實(shí)不止這些場(chǎng)景，比如地下停車場(chǎng)場(chǎng)景，高