智能網(wǎng)聯(lián)汽車組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究

0 引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(ICV)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精準(zhǔn)定位技術(shù)的高效組合，將傳感器、控制中心及相關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置與現(xiàn)代通訊技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到駕駛員、汽車、駕駛路線之間信息共享

，保障汽車駕駛過程中的高效、節(jié)能、舒適與安全，是目前汽車行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)與難點(diǎn)

。

眾所周知，在大部分舞臺(tái)電腦搖頭燈具中，氣體放電燈炮通過反光碗將光線投射到舞臺(tái)空間中，投射到地面形成光斑，在投射的過程中在空中形成光束，光斑與光束都有虛實(shí)之分。一般來說，電腦染色搖頭燈的光斑光束為虛，電腦圖案搖頭燈以及電腦搖頭光束燈的光斑光束為實(shí)，并且隨著科技的發(fā)展，搖頭電腦燈具的光斑也可以像傳統(tǒng)常規(guī)成像切割燈一樣不再局限于圓形，而是可以通過技術(shù)手段切割出不同的形狀。這種虛虛實(shí)實(shí)的燈光效果以及光斑光束的現(xiàn)象，豐富了舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)者的表現(xiàn)手段。

目前，智能網(wǎng)聯(lián)汽車已經(jīng)應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，如農(nóng)業(yè)發(fā)展中無人農(nóng)場(chǎng)的構(gòu)建。無人耕作農(nóng)場(chǎng)的最終目標(biāo)就是在不進(jìn)行人力勞動(dòng)投入的前提下，運(yùn)用無人駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械與遠(yuǎn)程操控技術(shù)等相關(guān)通訊信息相互結(jié)合，對(duì)相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與無人駕駛、自主作業(yè)，其本質(zhì)就是無人駕駛技術(shù)

。應(yīng)用最多的就是無人駕駛拖拉機(jī)，主要工作原理就是采用全球定位系統(tǒng)，通過衛(wèi)星定位確定地面位置，通過全球定位系統(tǒng)進(jìn)行自主導(dǎo)航，直到完成全部農(nóng)業(yè)作業(yè)，根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)要求定位精度不能超過10 cm。

綜上所述，無人駕駛技術(shù)主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互傳輸，實(shí)現(xiàn)高精度定位與運(yùn)動(dòng)路徑自動(dòng)行駛，在不同的環(huán)境實(shí)現(xiàn)自主決策并完成相應(yīng)的行為，因此，高精度的衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控與無人控制技術(shù)的前提與基礎(chǔ)。

2組患者干預(yù)前的步行功能狀況比較P>0.05,干預(yù)后,2組患者的步行功能狀況均得到改善,且實(shí)驗(yàn)組患者的步行功能狀況顯著優(yōu)于常規(guī)組患者,P<0.05。見表1:

1 國(guó)內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)車輛研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究現(xiàn)狀

智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其基本原理是將GPS系統(tǒng)與INS系統(tǒng)相互結(jié)合，解決對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的導(dǎo)航、定位、控制與校準(zhǔn)，具有更高的定位精準(zhǔn)度，可靠性與自動(dòng)化程度較高，是未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.2 國(guó)內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究現(xiàn)狀

我國(guó)關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研究始于2008年左右，我國(guó)通過“963計(jì)劃”明確了相關(guān)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與無人駕駛技術(shù)的具體研究目標(biāo)，集合多個(gè)重點(diǎn)大學(xué)共同努力，于2010年研制出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)無人駕駛汽車—ATB1，駕駛速度較低，僅為20 km·h

，但是開啟了我國(guó)無人駕駛技術(shù)的研究之路。隨著后期的逐步發(fā)展，我國(guó)在ATB系列中，ATB2無人駕駛汽車誕生，行駛速度可以達(dá)到74.5 km·h

。

視覺定位技術(shù)以視覺傳感器(主要為各類攝像頭等)為基礎(chǔ)，經(jīng)過對(duì)獲取圖像進(jìn)行圖像處理與特征點(diǎn)的提取，得到目標(biāo)圖像參數(shù)，獲得一種圖像環(huán)境地圖。目前，應(yīng)用較廣的是單目、雙目和激光雷達(dá)三種，考慮到實(shí)際應(yīng)用與成本控制，計(jì)算機(jī)視覺雙目系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車導(dǎo)航定位技術(shù)主要目標(biāo)是對(duì)汽車行駛的位置、速度及相關(guān)行駛環(huán)境轉(zhuǎn)換成信息傳輸給決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行自動(dòng)決策，實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛。主要技術(shù)包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、圖像識(shí)別技術(shù)等。

他的事業(yè)不斷擴(kuò)展，大部分時(shí)間，他在北京、南京、西寧、鄂爾多斯。但每年都會(huì)拿出一段時(shí)間外出進(jìn)修。他還記得她的眼睛是怎樣黯淡下去，似乎這些年他進(jìn)修、參加音樂會(huì)，都與這黯淡下去的目光有關(guān)。

2 智能網(wǎng)聯(lián)車輛導(dǎo)航定位技術(shù)

對(duì)材料力學(xué)性能測(cè)試是根據(jù)GB/T 228.1-2010的要求進(jìn)行單拉實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在EHF-UV200k2-070電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3根試樣結(jié)果的平均值。

2.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)雙目系統(tǒng)是基于視覺誤差，通過攝像設(shè)備獲取移動(dòng)目標(biāo)的圖像信息，并通過計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的位置偏差獲取目標(biāo)的空間圖像信息。對(duì)相機(jī)的要求低，投入成本較低，使用普通的RGB相機(jī)即可完成，在工作時(shí)可以適應(yīng)任何環(huán)境，適用范圍廣。但是對(duì)環(huán)境光照與光強(qiáng)度的變化較為敏感，不同亮度下拍出來的誤差較大。

2.2 視覺定位技術(shù)

我國(guó)紅旗HQ3無人駕駛汽車是自主研發(fā)，突破了傳統(tǒng)相關(guān)零件技術(shù)需要國(guó)外引進(jìn)，它的誕生標(biāo)志著我國(guó)無人駕駛系統(tǒng)擁有自主研發(fā)系統(tǒng)并且達(dá)到世界領(lǐng)先水平。后期，中國(guó)一汽集團(tuán)相繼與中國(guó)聯(lián)通、騰訊、阿里巴巴、清華大學(xué)等企業(yè)與高校簽署戰(zhàn)略發(fā)展協(xié)議，為該企業(yè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)與服務(wù)保障，為我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的穩(wěn)步、快速發(fā)展提供研發(fā)技術(shù)中心，并集合電子電氣研究所及車聯(lián)網(wǎng)研究中心，在長(zhǎng)春、美國(guó)等設(shè)立研發(fā)中心，可以積極引進(jìn)更多技術(shù)人才，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供技術(shù)保障與人才支撐。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System，INS)基于牛頓理論定律，其本質(zhì)為一種與外界信息不交互、不依賴的自主定位導(dǎo)航系統(tǒng)，主要工作環(huán)境為空中、地面和水下，通過測(cè)定移動(dòng)目標(biāo)在參考坐標(biāo)系中的移動(dòng)加速度通過時(shí)間積分，換算成在空間導(dǎo)航中的速度、偏角，從而獲取移動(dòng)目標(biāo)的具體位置信息與姿態(tài)信息。由于INS系統(tǒng)不依賴外界信息，也不與外界信息進(jìn)行交互，因此具有良好的隱藏性能，不會(huì)受到外界干擾，工作范圍較廣，上至天空下至深海水底，準(zhǔn)確地提供移動(dòng)目標(biāo)的位置與姿態(tài)信息數(shù)據(jù)。工作具有連續(xù)性，數(shù)據(jù)更新頻率及精度高，也具有較好的穩(wěn)定性能。但是成本投入較高限制了汽車的應(yīng)用，長(zhǎng)期使用時(shí)精度較差。

3 組合導(dǎo)航系統(tǒng)在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)

由于國(guó)外關(guān)于智能控制技術(shù)與衛(wèi)星定位技術(shù)的研究起步較早，因此，國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)汽車的研究起步較早，技術(shù)相對(duì)較為成熟。美國(guó)在20世紀(jì)70年代就開始大力發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研制與試驗(yàn)研究，并且制定了相應(yīng)的法律法規(guī)，投入大量人力與物力，引導(dǎo)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并在2016年基本完成了無人駕駛汽車的研究與試驗(yàn)，并頒布關(guān)于美國(guó)無人駕駛相關(guān)指南。日本汽車行業(yè)較為發(fā)達(dá)，并較早地進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，政府出臺(tái)了一些列的政策支持與資金投入，有效推動(dòng)了無人駕駛汽車相關(guān)研究項(xiàng)目的發(fā)展，并在2020年完成了指定區(qū)域?qū)嶋H應(yīng)用，明確到2027年在國(guó)內(nèi)基本形成全民汽車完全無人駕駛的目標(biāo)。歐盟國(guó)家關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車與無人駕駛技術(shù)保持兩線優(yōu)勢(shì)，通過政府頒布一系列政策與相關(guān)行駛區(qū)域與路線對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的道路行駛與發(fā)展提供相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的推廣與發(fā)展提供基礎(chǔ)

。

GPS系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到不同信號(hào)干擾，其數(shù)據(jù)鏈路也會(huì)受到不同程度的干擾。利用組合導(dǎo)航可以解決GPS在工作運(yùn)行中的跳頻抗干擾能力，可以對(duì)兩端收發(fā)信息以特殊的窄頻載波進(jìn)行信息傳輸，減少GPS受到干擾時(shí)信號(hào)中斷問題，提高運(yùn)行精度。

3.1 提髙導(dǎo)航系統(tǒng)精度

組合導(dǎo)航系統(tǒng)提高精度的關(guān)鍵在于信息的獲取與處理，可以對(duì)獲取的信息進(jìn)行快速響應(yīng)與處理，在獲取的大量數(shù)據(jù)中篩選出準(zhǔn)確有效的信息，構(gòu)建更為豐富的信息庫(kù)。

取剪跨比λ為4、配筋率ρl為0.96%、軸壓比ηk為0.1，不同壁厚t的三種矩形空心墩，三種矩形空心墩壁厚，分別為100 mm、200 mm、300 mm，進(jìn)行Pushover分析，其對(duì)應(yīng)的能力曲線如圖8所示，不同壁厚的空心墩骨架曲線重合，空心墩壁厚的提高對(duì)空心墩的承載能力及位移延性能力影響不大。這一點(diǎn)與孫治國(guó)的研究成果有出入，究其原因是由于剪跨比的不同，對(duì)于剪跨比小于4的矮墩[11]而言，位移延性能力隨著壁厚的提高而減小，而本文中對(duì)于剪跨比大于4的高墩而言，壁厚的變化對(duì)延性延性影響不大。

實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)主要有回路反饋與最優(yōu)估計(jì)，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的動(dòng)態(tài)信息及實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行更好、更快、更高效地獲取與處理，抑制系統(tǒng)誤差，后臺(tái)處理系統(tǒng)可以對(duì)障礙進(jìn)行合理避讓，再按照既定目標(biāo)路徑進(jìn)行自動(dòng)駕駛，防止事故發(fā)生，提高汽車行駛可靠性。

3.2 增強(qiáng)抗干擾能力

加強(qiáng)學(xué)生校外實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的引導(dǎo)，積極和校外企業(yè)聯(lián)合，建立校外實(shí)訓(xùn)基地，作為學(xué)生素質(zhì)和技能提升的孵化基地，定期輸送優(yōu)秀學(xué)生到實(shí)訓(xùn)基地參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的訓(xùn)練．

3.3 INS信息輔助解決GPS周跳問題

GPS周跳是指在對(duì)信號(hào)傳輸接收時(shí)由于某種特定的原因無法保持對(duì)信息的連續(xù)追蹤，出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，成為GPS的“周跳現(xiàn)象”，直接影響定位精度。組合導(dǎo)航中的INS系統(tǒng)可以解決GPS的周跳問題，利用INS獲取實(shí)時(shí)信息根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)閾值，在GPS系統(tǒng)發(fā)生周跳時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

3.4 解決GPS動(dòng)態(tài)應(yīng)用采樣率低的問題

GPS系統(tǒng)在工作時(shí)容易受到其他電設(shè)備的數(shù)據(jù)干擾，造成GPS采樣率低的問題。理論上分析可知，采樣頻率越高，對(duì)采集信號(hào)的還原精度越高，通過INS系統(tǒng)對(duì)空間物體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與位置信息進(jìn)行空間分析，可以彌補(bǔ)GPS系統(tǒng)因?yàn)椴蓸宇l率低的問題。

4 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合方式分析

4.1 導(dǎo)航系統(tǒng)組合方式分析

在諸多組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，GPS-INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，在本研究中也主要進(jìn)行GPS-INS的組合分析。GPS-INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)包括多種組合方案來滿足不同的實(shí)際需求與目的。如位置—速度相互組合系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的組合導(dǎo)航核心技術(shù)。GPS-INS組合系統(tǒng)主要是由于兩個(gè)獨(dú)立的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，加快數(shù)據(jù)處理速度，實(shí)時(shí)高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)速度、位置、姿態(tài)信息的獲取。

組合導(dǎo)航技術(shù)的核心是卡爾曼濾波技術(shù)，屬于一種最優(yōu)估計(jì)技術(shù)。最優(yōu)估計(jì)技術(shù)是一種智能算法技術(shù)，可以將移動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)信息測(cè)量值進(jìn)行處理，估計(jì)誤差較低，近年來主要應(yīng)用于圖像處理、人像識(shí)別與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。其本質(zhì)是實(shí)時(shí)對(duì)獲取信息進(jìn)行最佳估計(jì)與線性修正，可以用遞推計(jì)算方法，由于所需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較小，便于進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，主要優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行實(shí)踐與狀態(tài)的實(shí)時(shí)更新。

4.2 位置、速度組合的GPS-INS導(dǎo)航定位系統(tǒng)

位置、速度組合的GPS-INS導(dǎo)航定位系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用中主要包括對(duì)汽車行駛中的時(shí)刻監(jiān)控、行駛路徑及過程信息的管理、報(bào)警系統(tǒng)、線路規(guī)劃系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)車輛速度與方向的全天監(jiān)控，對(duì)位置信息進(jìn)行分析。下載與保存；報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)車輛行駛的上下限速度進(jìn)行設(shè)定，超過該范圍就可以進(jìn)行超速報(bào)警，還可以對(duì)車輛進(jìn)行線路規(guī)劃與記錄，當(dāng)車輛超過制定線路時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示一條運(yùn)行黑線，便于駕駛員進(jìn)行參考，還可以對(duì)禁止行駛區(qū)域進(jìn)行劃分，超出定制路線并進(jìn)入禁區(qū)時(shí)也會(huì)進(jìn)行報(bào)警處理。

5 結(jié)語

智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位導(dǎo)航系統(tǒng)是多個(gè)領(lǐng)域相互結(jié)合與學(xué)科交叉的應(yīng)用結(jié)果。本研究通過對(duì)目前最為先進(jìn)的智能網(wǎng)聯(lián)導(dǎo)航汽車的組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要包括導(dǎo)航系統(tǒng)的研究目標(biāo)與范圍，對(duì)目前最先進(jìn)的定位導(dǎo)航技術(shù)——組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展趨勢(shì)及原理分析。研究結(jié)果對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用提供理論支撐，也為后期組合導(dǎo)航系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用推廣提供一定的借鑒與參考，以期為智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心控制技術(shù)及高效定位導(dǎo)航技術(shù)提供理論分析及技術(shù)基礎(chǔ)。

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