研究城市中智能车辆根据混合地图定位的方法

刘咏晨　金日鑫

【摘 要】本文根据混合地图的匹配技术，研究了城市中的智能车辆的定位方法。从而降低了传统定位方法造成的定位方面的误差。本位将研究的根据混合地图进行智能车辆的定位方法主要包括两方面的内容：如何创建混合地图、智能车辆根据混合地图定位的相关问题。在研究创建混合地图的方法中，利用了一种刚提出的混合的有关地图方面的框架。这种框架可以讲城市划分为两种相对的区域，即强约束区和弱约束区。位于拓扑地的节点就是弱约束区，把强约束区做为与相应节点连接的边。研究智能车辆如何根据混合地图定位的问题时，根据环境条件的不同，而确定车辆运动的方位。当车辆处于强约束区时，车辆根究多种特征来确定其可通行的区域。当车辆处于弱约束区时，则车辆必须遵守一种被成为马尔可夫的定位方法。

【关键词】智能车辆 混合地图 同步定位与地图创建

1 概述

汽车做为多种交通工具的一种，为人们的出行带来了巨大的方便。但同是交通事故越来越频繁的出现在人们的日常生活中。不仅给人们造成了财产方面的损失，更严重威胁着人们的生命安全。因而，智能车辆是汽车发展的一种必然趋势。智能车辆包含了计算机科学、传感技术、控制技术等多种技术。它们可以较快的感应车辆外部的各种情况以及车辆自己的状态。除此之外，它们还可以根据外界环境自动调节。这些智能车辆有效的提高了汽车本身的安全系数。智能车辆的定位系统包括利用传感器处理数据，规划路径、自身定位等多部分组成。其中自身定位是指车辆通过其自身的组成来确定它所处的具体位置。根据参考坐标系的不同。智能车辆可以进行绝对定位和相对定位。绝对定位与相对定位的参考坐标系不同。绝对定位是以地心做为坐标系，而相对定位的坐标系则不同。绝对定位确定车辆在地球表面的位置，而相对定位则确定车辆与目标之间的位置关系。综上所述，智能车辆在行驶过程中可以确定自身的具体位置以及车辆自身与各目标之间的相对位置。

2 智能车辆定位技术的相关问题

2.1 智能车辆的跟踪技术

在探讨车辆跟踪方法时，必须把确定车辆的起始位置做为已知条件。车辆跟踪的最基本的方法是采用航迹推算法。即通过两种方式确定车辆的位置。一种是自身运动的控制输入，另一种是通过自身信息计算来确定车辆的位置。主要使用里程计或者车辆传感器或者车辆前轮偏角确定车辆的位置。除了这种技术以外，当知道车辆的起始位置而不知道周围环境的地图的时候，同步定位与地图创建技术也是一种及其常见的技术。同步定位与地图创建技术指车辆处于不知的环境，行驶过程中不断采集周围的信息，结合地图确定自己所处的具体位置。

2.2 智能车辆的全局定位技术

全局定位指在不知起点的情况下，确定车辆的位置。当面对这种情况时，车辆无法知道其起始定位时的误差，需要外界的车辆的相关信息对自身进行定位。全局定位主要包括两种方法。即根据卫星导航系统进行的全局定位和根据地图的匹配方法而进行的全局定位。卫星导航系统是广泛适用于航空、车辆定位系统中最为广泛的定位方法。卫星定位的原理是通过计算特定用户与太空中不少于三个卫星之间的距离，以卫星的空间位置为依据，利用特定的计算方法，从而可以计算出用户的地理位置。地图匹配定位也是一种常用的方法。地图匹配定位指把车辆感知到的周围的环境信息与地图进行匹配，进而估计车辆在环境中的相对位置。因为不知道车辆的初始位置和定位误差，其在空间上的概率分布一定不会满足高斯模型。当反复出现多次相同的环境时，在刚开始定位时期，车辆在空间上的分布的概率会出现多个峰值。这时就需要采用马尔可夫定位法。马尔可夫定位法不仅可以解决起始位置不知的情况还可以解决由于环境相似而出现的多个峰值的情况。除此之外，它还具有从失败中回复的能力。当从运动控制的角度考虑时，马尔可夫可以直接确定智能车辆与环境的相对位置。

3 混合地图的种类

混合地图主要包括二维环境地图和三维环境地图。同步定位和地图创建是提高二维地图精确度的方法。创建地图要求通过地图与环境数据匹配进而提高地图的精确度，此后利用提高准确度后的数据创建地图，从而可以获得更精确地环境地图。利用二维传感器的三维环境地图和采用三维传感器的三维环境地图是三维环境地图的创建方式。

4 混合地图智能车辆的定位方法

4.1 智能车辆在强约束区定位的方法

当车辆处于强约束区时，环境中的道路边沿、红绿灯等交通标志都可以被车辆中的环境传感器感应到。得到识别后，智能车辆可以根据这些具体的标志或者边界的相关条件而确定车辆在环境中的具体位置。

4.2 智能车辆在弱约束区定位的方法

当车辆处于或者即将进入弱约束的时候，可以通过GPS定位系统获得车辆在其相应节点处的栅格地图，利用地图匹配的相关方法计算出其在环境中的相对位置，从而可以引导车辆顺利行驶过弱约束区。

4.3 激光雷达光线追踪

为了及时更新地图，必须统计激光脉冲经过的地图栅格。采样位置就是激光光源位置。由测量数据可知可以知道激光测量点。用光线追踪技术统计激光脉冲所经过的格栅。换句话说，关于激光的光线追踪问题，以激光测量距离为最大值，用一定距离的步长按照激光脉冲方向采样。并记录各个采样点的具体的格栅位置。

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