本书介绍智能网联汽车涉及的传感器、视觉系统、车辆通信与组网的基础知识和关键技术,带领学习者全面认识车辆通信与车联网的发展方向和新技术研究现状,为在智能网联汽车方向展开研究和开发工作奠定坚实的基础。全书由三大篇组成:车载传感与环境感知技术,无线通信与智能网联技术,车联网与信息安全技术。这三大篇相互关联,相互渗透,构成一个完整的从个体到网络到安全架构的体系。在此基础上,以润物细无声的方式,结合技术内容融合课程思政,引导学习者增强爱国情怀和树立科技自信。教材通俗易懂,实用性强,可作为通信、电子、能源等专业的研究生及本科生的教材,也可供无人驾驶、车联网等相关研究人员作为参考书。
智能网联汽车是以自动驾驶车辆为主体和主要节点,融合车联网技术,使车辆与外部节点实现信息共享和协同控制,以达到车辆安全、有序、高效、节能行驶的新一代多车辆系统。其涉及以下关键技术:环境感知技术、无线通信技术、智能互联技术、车载网络技术、先进驾驶辅助技术、信息融合技术、信息安全与隐私保护技术。
基于以上关键技术,本教材内容重点集中在两条主线:基于深度学习的环境感知、具备信息安全的网联通信。教材由三大篇组成:车载传感与环境感知技术、无线通信与智能网联技术、车联网与信息安全技术。这三大篇相互关联,相互渗透,构成一个完整的从个体到网络再到安全架构的体系。在此基础上,教材以润物细无声的方式,在技术内容中融入课程思政内容,以引导学习者的爱国主义情怀和科技自信。
本教材包括技术理论和案例实训两部分内容,由于涉及的技术领域具有知识面广、学科交叉、知识更新快等特点,所以教材内容以“基于教材引导下的自主网络学习和探究实践学习”的形式呈现。其中技术理论部分以文字为主,案例实训部分以新形态数字资源为主。技术理论部分增加了相关的新形态数字资源,推荐了优秀的、合适的网络资源和线上开放课程以及我们和思科网络技术学院合作开设的在线课程,以便学生在课后自主进行网络学习。在案例实训部分,教材以新形态数字资源形式提供参考算法及例程引导,引导学生实训时进行探究性实践。
教材第一篇是车载传感与环境感知技术,其中第1章介绍智能网联汽车系统构成及关键技术,以及教材的技术重点及实训项目。第2章介绍智能网联汽车的车载传感系统,包括视觉传感器、激光雷达、超声波雷达、GPS/IMU、北斗等智能汽车传感器的特性及工作原理,以及多传感器数据融合处理技术。第3章介绍智能网联汽车视觉与定位基础,包括基于机器视觉的场景分割、目标检测、目标识别、目标定位等算法。第4章介绍基于深度学习的智能网联汽车感知系统,包括深度学习在自动驾驶中感知、检测、追踪等任务的应用,以及车路协同技术。第5章是智能网联汽车环境感知实训案例。党的二十大报告把“坚持问题导向”作为习近平新时代中国特色社会主义思想世界观和方法论的重要内容之一,并指出“问题是时代的声音‘,回答并指导解决问题是理论的根本任务”。本章依据这一精神,以智能网联汽车研发真实工作过程为导向,将理论基础与项目应用相结合,设置8个软硬件结合的实训项目。教材提供实训项目相关的文献资料和算法案例及结果演示视频,并以二维码的形式展示,以引导学生进行实训,培养行业创新人才。
第二篇是无线通信与智能网联技术,介绍车辆通信与组网的基础知识和关键技术、典型的V2X场景知识。其中第6章介绍车辆通信的无线信道及物理层技术;第7章介绍车辆通信的媒体接入控制技术。
第三篇是车联网与信息安全技术,介绍车联网安全技术及网络安全基础理论。其中第8章介绍智能网联汽车的各系统安全以及车联网的各层安全。第9章介绍认证、隐私保护、安全监控及入侵检测等网络信息安全基础。欢迎读者加入我们与思科网络技术学院合作开设的“网络信息安全”在线课程,掌握网络安全基本理论,以解决车联网车路云安全中的相关问题。
本教材的编写和出版,要感谢浙江大学信息与电子工程学院和浙江大学工程师学院的支持。教材获得了浙江大学校级研究生教材项目和浙江大学工程师学院核心课程项目的新形态教材立项支持。教材第一篇由浙江大学孙斌副教授编写,第二篇由浙江大学单杭冠副教授编写,第三篇由浙江大学张昱高工编写,实训项目由孙斌和浙江大学金昀程博士编写。多位研究生及本科生参与了文献精读、代码实现及编写工作,如韩弘拓、周宇孙、李强等。教材由孙斌策划统稿,项志宇教授主审,金心宇教授和俞小莉教授为教材规划设计提供了帮助。在教材编写过程中,杨建义教授、杨冬晓教授、李式巨教授、夏顺仁教授等多位老师提供了宝贵的建议,在此向各位表示衷心的感谢。
本教材通俗易懂,实用性强,可用作通信、电子、能源、人工智能等专业的研究生及本科生的教材,也可供无人驾驶、车联网等相关研究人员作为参考书使用。
在教材编写中,我们引用了一些网上资料和图片以及参考文献中的部分内容,在此向相关作者表示深切的谢意。由于技术发展迅速,涉及面广,加上编者水平有限,教材中可能还有不妥及错误之处,请读者给予批评指正。
孙斌,浙江大学信电学院副教授,博士。已开设多门本科生及研究生课程,主持多个教改项目,曾获浙江大学教学技能比赛一等奖及浙江省教学技能比赛优胜奖。
第一篇 车载传感与环境感知技术
第1章 绪论
1.1 智能网联汽车系统构成
1.2 智能网联汽车关键技术
1.3 教材技术重点
1.4 教材中的新形态内容示例
1.5 教材各篇章核心技能目标
第2章 智能网联汽车的车载传感系统
2.1 系统组成
2.2 激光雷达
2.3 毫米波雷达及4D毫米波雷达
2.4 车载摄像头
2.5 GPS、北斗及惯性传感器
2.6 V2X通信传感
2.7 智能网联汽车传感器的安全
2.8 多传感器融合
第3章 智能网联汽车视觉与定位基础
3.1 机器视觉基础
3.2 安全驾驶中的视觉技术
3.3 机器视觉在线课程推荐
3.4 智能网联汽车的定位
第4章 基于深度学习的智能网联汽车感知系统
4.1 深度学习技术及CNN架构
4.2 智能网联汽车双目3D感知
4.3 智能网联汽车目标检测与追踪
4.4 增强学习在智能网联汽车中的应用
4.5 基于深度学习的智能网联汽车计算平台
4.6 车路协同
第5章 智能网联汽车环境感知实训项目
5.1 基于深度学习的道路车道线识别项目
5.2 基于深度学习的道路场景车辆识别项目
5.3 基于深度学习的道路场景行人识别项目
5.4 基于深度学习的交通信号灯、交通标志及驾驶员疲劳状态检测项目
5.5 基于激光雷达点云的障碍物识别及道路规划项目
5.6 基于ROS的小车巡航与互通信项目
5.7 智慧交叉路口项目
5.8 智能网联汽车基于人工智能分析的储能BMS系统
第二篇 无线通信与智能网联技术
第6章 车辆通信的无线信道及物理层技术
6.1 无线信道概述
6.2 车辆通信的无线信道
6.3 车辆通信的物理层技术
第7章 车辆通信的媒体接入控制技术
7.1 媒体接入控制技术概述
7.2 车辆通信网络的媒体接入控制技术
7.3 基于多智能体强化学习的分布式频谱接入算法
第三篇 车联网与信息安全技术
第8章 智能网联汽车信息安全
8.1 智能网联汽车的信息安全
8.2 车联网信息安全
8.3 车联网环境下的隐私保护
第9章 车联网及物联网信息安全基础
9.1 物联网安全在线课程
9.2 认证基础
9.3 隐私保护基础
9.4 安全监控与入侵检测基础
9.5 车联网“车-路-云”安全防护技术基础