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为何无人驾驶中需要高精度地图

转载 2017-12-28 09:08 智能侠科技 来源: 智能侠科技

高精度电子地图的主要服务对象是无人驾驶车,或者说是机器驾驶员。和人类驾驶员不同,机器驾驶员缺乏与生俱来的视觉识别、逻辑分析能力。

高精度电子地图包含大量行车辅助信息,其中,最重要的是对路网精确的三维表征(厘米级精度)。比如,路面的几何结构,道路标示线的位置,周边道路环境的点云模型等。有了这些高精度的三维表征,车载机器人就可以通过比对车载GPS、IMU、LiDAR或摄像头数据来精确确认自己的当前位置。

高精地图还包含丰富的语义信息,比如交通信号灯的位置及类型,道路标示线的类型,识别哪些路面可以行驶等。这些能极大提高车载机器人鉴别周围环境的能力。高精度地图还能帮助无人车识别车辆、行人及未知障碍物。这是因为高精地图一般会过滤掉车辆、行人等活动障碍物。如果无人车在行驶过程中发现当前高精地图中没有的物体,便有很大几率是车辆、行人或障碍物。因此,高精地图可以提高无人车发现并鉴别障碍物的速度和精度。

相比服务于GPS导航系统的传统地图而言,高精地图最显著的特点是其表征路面特征的精准性。传统地图只需要做到米级精度即可实现GPS导航,但高精地图需要达到厘米级精度才能保证无人车行驶安全。

高精地图还需要比传统地图有更高的实时性。由于路网每天都有变化,如整修、道路标识线磨损及重漆、交通标示改变等。这些变化需要及时反映在高精地图上以确保无人车行驶安全。实时高精地图有很高的难度,但随着越来越多载有多种传感器的无人车行驶在路网中,一旦有一辆或几辆无人车发现了路网的变化,通过与云端通信,就可以把路网更新信息告诉其他无人车,使其他无人车更加聪明和安全。


高精地图需要达到厘米级精度,仅靠卫星与GPS是不够的。因此,其生产涉及多种传感器, 由于产生的数据量庞大,通常会使用数据采集车收集,然后通过线下处理把各种数据融合产生高精地图。

高精地图的制作是个多传感器融合的过程, 包括了以下几种:

1、陀螺仪(IMU): 一般使用6轴运动处理组件,包含了3轴加速度和3轴陀螺仪。加速度传感器是力传感器,用来检查上下左右前后哪几个面都受了多少力(包括重力),然后计算每个上的加速度。陀螺仪就是角速度检测仪,检测每个上的加速度。假设无人车以Z轴为轴心,在一秒钟转到了90度,那么它在Z轴上的角速度就是90度/秒。从加速度推算出运动距离需要经过两次积分,所以,但凡加速度测量上有任何不正确,在两次积分后,位置错误会积累然后导致位置预测错误。所以单靠陀螺仪并不能精准地预测无人车位置。
    2、轮测距器(Wheel Odometer): 我们可以通过轮测距器推算出无人车的位置。汽车的前轮通常安装了轮测距器,分别会记录左轮与右轮的总转数。通过分析每个时间段里左右轮的转数,我们可以推算出车辆向前走了多远,向左右转了多少度等。可是由于在不同地面材质(比如冰面与水泥地)上转数对距离转换的偏差,随着时间推进,测量偏差会越来越大。所以单靠轮测距器并不能精准预测无人车位置。
    3、GPS:任务是确定四颗或更多卫星的位置,并计算出它与每颗卫星之间的距离,然后用这些信息使用三维空间的三边测量法推算出自己的位置。要使用距离信息进行定位,接收机还必须知道卫星的确切位置。GPS接收机储存有星历,其作用是告诉接收机每颗卫星在各个时刻的位置。在无人车复杂的动态环境,尤其在大城市中,由于各种高大建筑物的阻拦。GPS多路径反射(Multi-Path)的问题会更加明显。这样得到的GPS定位信息很容易就有几十厘米甚至几米的误差,所以单靠GPS不可以制作高精地图。
    4、激光雷达(LiDAR): 光学雷达通过首先向目标物体发射一束激光,然后根据接收-反射的时间间隔来确定目标物体的实际距离。然后根据距离及激光发射的角度,通过简单的几何变化可以推导出物体的位置信息。LiDAR系统一般分为三个部分:一是激光发射器,发出波长为600nm到1000nm的激光射线;二是扫描与光学部件,主要用于收集反射点距离与该点发生的时间和水平角度(Azimuth);三是感光部件,主要检测返回光的强度。因此我们检测到的每一个点都包括了空间坐标信息以及光强度信息<i>。光强度与物体的光反射度(reflectivity) 直接相关,所以从检测到的光强度也可以对检测到的物体有初步判断。


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