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自动驾驶技术关键技术梳理

news 来源：原创 2025/9/11 3:53:38

一、硬件
1、传感器系统设计主要注意以下几个问题：
1.时间同步
一般包括多传感器之间时钟同源、帧同步触发的问题。首先要解决时钟同源问题，然后为了帧同步触发，可以让所有传感器整秒触发。常用GPS（最多分2路）给激光雷达同步，激光雷达（1w-3w）转到中间时产生脉冲信号给采集卡（3w）触发相机（2千左右）曝光，采集卡装于工控机上（6w左右）。imu几百的精度也不错了。
1)软同步：使用ntp（毫秒级，局域网可达0.1ms，一般网络1-50ms）或ptp时间同步，ptp也分为硬同步和软同步，硬同步需要设备有时钟源（如网卡，笔记本网卡一般没有硬件时钟），硬件同步精度可达亚微妙级，软同步由于获取软件时钟的时间会有1-2ms误差
2)硬同步：一般使用GPS的PPS秒脉冲和gpmrc（utc秒时间）作为时钟源，一些激光雷达和相机支持PPS时间同步，一些激光雷达还可以产生脉冲信号触发相机达到帧同步，gmsl相机可以通过图像采集卡使用PPS、TTL电平或lidar产生脉冲进行触发。
购买相机、激光雷达等传感器时需要考虑支不支持ptp、PPS或其它脉冲同步，激光雷达能不能产生脉冲
2.系统功耗
功耗太大比较耗电，车载电源有限，工控机一般在1kw左右
3.存储的数据量
图片和点云数据量很大，一般需要压缩存储，图像常用h264和h265压缩，h265目前需要付费，一般用nas硬盘存储
4.传感器安装高度
一些地方限高2.2m
5.防水设计
2、传感器选型
1.GPS
rtk基站服务（千寻），ppp星端服务
1)novatel（百万）
2)cpt7（1w）
3)华测（几千）
2.imu
一般GPS带了
3.轮速计
一般车载
4 .相机
需要自动曝光，gmsl相机采集卡能达到gb级带宽
1)basler
2)森云：有带采集卡的整套传感器解决方案
3)美图
5.激光雷达
1)禾赛
2)速腾
3)华为
4)大疆
5)镭神
6)ouster
7)velodyne
6 .交换机
1)三旺（3onedata）：可PPS授时，单只能做到2分钟一次
2)tsn

二、建图
高精地图一般包括静态图层、定位图层、语义图层和动态图层。静态图层保存道路的
3D 建模信息，包括道路的中心线、拓扑关系、车道边界、连接关系和几何信息等，可用于
路径规划;定位图层包括点云地图、特征点和 landmark(杆状物、交通标志牌等)，主要用
于定位;语义图层提供道路的结构化信息，定义了车道线、交通标志和交通规则等，可用于
给感知提供感兴趣区域，提高感知算法的速度;动态图层提供当前路况、实时交通规则和拥
堵情况等实时动态信息，可用于路径规划。对于自动驾驶来说，最终执行的是局部路径规划
(避障)和控制，局部路径规划需要根据当前位置、全局路径规划、车道信息、交通信息和实
时感知结果作出决策。
理论上，高精地图的元素越丰富，定位、感知、规划和控制越可靠，但采集难度、更新
难度和存储空间越大、采集成本越高。因此，出现了“重感知，轻地图”的趋势，比较具有
代表性的是百度 ANP 3.0、特斯拉 FSD 纯视觉和 MobileEye 的众包解决方案。百度 ANP
3.0 使用的地图做了如下优化：
1.采集阶段对地图数据减负。
原先同路段需要通过反复采集的方式来降低误差，成本高，效率低。百度通过线上 PNC
算法优化和地图点云拼接算法的升级，提升对地图精度误差的容错力，每条路线仅需要采集
1 次即可制图，大幅降低了地图生产的外业成本。
2.定位图层降维。
此前，一份高精地图至少需要特征点、激光点云反射值和 Landmark 三份图层数据才
能成图。现在定位算法降低对点云和特征点的依赖，仅依靠 Landmark 定位图层即可支撑
ANP3．0 的城市道路高精自定位。
3.地图元素标注瘦身。
高精地图包含静态，动态多个层面的实物参与。最典型的就是路口红绿灯识别，此前需
要对每个灯头都进行单独标注，并且灯头也需要与其对应的车道线进行绑定关联，标注人员
的操作极为繁复，容易出错。
1、建立地图
高精地图和众包地图一般使用SLAM和深度学习方法结合的方式建立。SLAM在自动驾驶和建图过程中主要有以下作用。
1.建立高精地图
车尾斜装激光雷达（32或64线，线束均匀）扫地面，需要共视的相机着色，顶装激光雷达（64线，距离200米）构建定位地图高精度rtk（包括imu和轮速计）。数据同源要求地图和矢量地图同源，要为同一颗激光雷达采集，要么在同一颗激光雷达轨迹上根据外参拼接另一条激光雷达数据。
1)SLAM在局部定位是准确的，SLAM建图可以保证后期定位的连续性，只使用GPS轨迹拼接定位地图可能会有些突兀。SLAM需要保证相对定位精度的准确性。
2)SLAM可为深度学习算法提供真值，即标注数据；
2.建立众包地图
采集数据，处理数据，构建局部地图，地图校验，更新地图。常用视觉方案，最小系统是GPS、imu、轮速计和单目相机。
使用 VSLAM 构建高精地图首先要解决尺度问题：

双目或多目视觉;
GPS/IMU
环境中尺度信息，如车道宽度、相机和地面高度等
深度学习方法端到端获得深度
构建方式主要有以下几种：
1）使用传统或深度学习方法识别杆状物、路牌等标志物，然后利用多帧共视关系同时定位和重建物体的 3D 模型，可以使用在线的 SLAM 和离线的 SfM(Structure frommotion)。
2）使用传统或深度学习方法识别车道线等路面信息，使用 VSLAM 定位结果将多帧车
道线拼接重建车道线
3）深度学习方法，如使用 VSLAM 定位结果拼接多帧图像并转到 BEV 视角下，然后通过传统或深度学习方法检测车道线等路面信息
SLAM的作用
1)用于校验深度学习方法精度
2)三维重建
3)估计运动轨迹拼接

2、表示地图
opendrive（适合仿真）、nds（大图商存全国地图）、adasisv3（ehp和ehr通信协议）
3、保存地图
一般需要分块存储，可使用文件名分块存储或使用存储分块（数据库技术）
4、加载地图
1.4邻域
2.8邻域
3.半径区域
4.前进方向区域
5、目标搜索
直接加载就能搜索或加载时重新组织
1.kdtree

2.八叉树
3.栅格地图
通过索引便可搜索，但会存一些空栅格
三、定位
两颗前视相机，一个FOV为30度（挡风玻璃中间），一个FOV为120度（挡风玻璃中间），后视一颗相机（后备箱把手），环视4颗相机（前左右车灯，反光镜向后），周视4颗相机（反光镜向前，尾箱左右），一颗RTK（包括imu和轮速计），前视一颗毫米波，再顶上用一个128线的激光雷达，一个前向固态激光。
1、组合导航（待研究）
1.松耦合
2.紧耦合
3.深耦合
2、高精地图定位
3、SLAM
4、松耦合方案
5、紧耦合方案
6、约束项
1.重投影误差（常见视觉SLAM）
2.相对位姿观测（cartographer）
3.概率地图三线性插值（cartographer）
4.最近点匹配（ICP）
5.点线面之间约束（视觉、激光）
6.点的高斯分布（ndt）
7.像素值插值，类似概率地图
8.估计值和观测值想减（如GPS的绝对观测）
9.相邻两次相减（防止突变）

四、感知
1、传统方法
1.杆
2.牌
3.地面
2、深度学习方法
五、规划
六、控制
七、仿真

自动驾驶技术关键技术梳理

一、硬件 1、传感器系统设计主要注意以下几个问题： 1.时间同步一般包括多传感器之间时钟同源、帧同步触发的问题。首先要解决时钟同源问题，然后为了帧同步触发，可以让所有传感器整秒触发。常用GPS（最多分2路）给激光雷…...

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