自動(dòng)駕駛汽車為什么需要高精度定位

一、什么是自動(dòng)駕駛？

目前，汽車的四大發(fā)展趨勢(shì)是：電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)和共享化。其中，智能化與高精度定位的關(guān)聯(lián)最大。

首先，簡(jiǎn)單介紹一下自動(dòng)駕駛的等級(jí)定義。從沒有任何駕駛輔助到完全自動(dòng)駕駛，一共分為5個(gè)等級(jí)：L1、L2、L3、L4、L5。目前，大部分輔助駕駛功能，都在L1到L3之間。 L1、L2等級(jí)，實(shí)際上還是以人控制為主，只不過(guò)傳感器和一些車載控制模塊，會(huì)幫助駕駛員來(lái)執(zhí)行一部分的駕駛功能；但從L3等級(jí)開始，駕駛員和車輛之間就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)移交的過(guò)程，要么駕駛員將駕駛的主權(quán)交給車輛，要么在車輛認(rèn)定自己沒有辦法自動(dòng)駕駛時(shí)，將控制權(quán)交回給駕駛員。

目前，最前沿的自動(dòng)駕駛功能，主要還是介于L2和L3之間。盡管對(duì)于L3需要到達(dá)什么樣的自動(dòng)駕駛功能，行業(yè)內(nèi)還有一定的爭(zhēng)議，但比較明確的是L2已經(jīng)達(dá)到了可量產(chǎn)的水平。那么，它們上路后的效果如何呢？

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2016年以來(lái)，已經(jīng)發(fā)生了8起自動(dòng)駕駛道路交通事故，其中就有4起是發(fā)生在L2級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車，原因也在于L2級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車是現(xiàn)在唯一量產(chǎn)出貨的車型。

導(dǎo)致事故發(fā)生的原因也是多樣的，從感知、決策再到控制，任何一個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生差池，都有可能引發(fā)交通事故。定位在 “感知”環(huán)節(jié)中是非常重要的一個(gè)模塊，它會(huì)幫助車輛判斷當(dāng)前所處的位置，從而對(duì)目前的環(huán)境進(jìn)行整體認(rèn)知。

如果汽車能夠定位自身的精準(zhǔn)位置，再結(jié)合高精度地圖，它對(duì)于當(dāng)前整體駕駛環(huán)境下的一些靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的信息會(huì)產(chǎn)生非常準(zhǔn)確的判斷?；诖?，自動(dòng)駕駛決策系統(tǒng)才能夠做出正確判斷，然后控制車輛的下一步行為。

二、發(fā)展自動(dòng)駕駛遇到的定位技術(shù)瓶頸

自動(dòng)駕駛中的高精度定位技術(shù)，有絕對(duì)定位和相對(duì)定位之分。常見的激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)，都屬于相對(duì)定位范疇；而GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位結(jié)合IMU慣性傳感器的融合定位，能得到車輛所處的經(jīng)緯度信息和當(dāng)前的姿態(tài)信息，反映的是車輛在地球坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，屬于絕對(duì)定位。

但是，每一類定位傳感器都有自己的優(yōu)勢(shì)，也有非常明顯的缺陷。

例如激光雷達(dá)，它的測(cè)量精度、探測(cè)距離以及最終得出的結(jié)果都非常有保證，但是它成本高且部件易磨損，同時(shí)，在使用過(guò)程中比較容易受遮擋，也不能識(shí)別顏色文字圖案等，導(dǎo)致量產(chǎn)能力弱。在前不久特斯拉的發(fā)布會(huì)上，馬斯克也diss了激光雷達(dá)。

再比如毫米波雷達(dá)，雖然在當(dāng)前的自動(dòng)駕駛方案中被應(yīng)用的非常多，但它的問(wèn)題是探測(cè)角度小，需要安裝非常多的毫米波雷達(dá)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛周邊整體環(huán)境探測(cè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。這套方案也存在成本高的問(wèn)題。

超聲波雷達(dá)的方案，當(dāng)前很多泊車輔助功能都在用。但問(wèn)題在于，它探測(cè)距離最多只能到3米，精度也很低。

視覺定位的方案主要通過(guò)攝像頭實(shí)現(xiàn)，它是目前自動(dòng)駕駛技術(shù)中比較主流的定位方案。這套方案的主要優(yōu)勢(shì)為成本低、可以識(shí)別文字顏色和圖案等。但是，視覺定位的效果會(huì)受到環(huán)境光線的影響，在雨雪、大霧的情況下，定位效果也比較差。

GNSS衛(wèi)星定位和慣性導(dǎo)航在車載導(dǎo)航方面的應(yīng)用比較多。關(guān)于GNSS定位，主要優(yōu)勢(shì)是成本低、精度高。目前，基于千尋位置提供的差分服務(wù)，GNSS定位可以達(dá)到動(dòng)態(tài)厘米級(jí)。

業(yè)內(nèi)經(jīng)常使用慣性導(dǎo)航和GNSS做融合，因?yàn)榻Y(jié)合了慣性導(dǎo)航后，在GNSS信號(hào)丟失的情況下，車輛依然能夠準(zhǔn)確定位。但是，由于慣性導(dǎo)航依靠推算實(shí)現(xiàn)，時(shí)間一長(zhǎng)累計(jì)誤差就會(huì)比較明顯，并且它需要得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的初始位置才可進(jìn)行推算，一般不會(huì)作為單獨(dú)的導(dǎo)航傳感器存在，往往要搭配其他的傳感器使用。

以上幾種傳感器各具優(yōu)勢(shì)及缺陷，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中很難找到一個(gè)各方面都兼顧的最優(yōu)方案。

三、高精度衛(wèi)星定位在自動(dòng)駕駛中的基礎(chǔ)性作用

客觀來(lái)看，衛(wèi)星定位是可用性比較高的一種技術(shù)方案，此外，相比于其他的傳感器，成本也比較低。

GNSS定位技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用由來(lái)已久。上世紀(jì)80年代，汽車的導(dǎo)航功能就是通過(guò)單GPS星座定位的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但由于可見衛(wèi)星少，定位精度在50米左右；后來(lái)，引入慣性導(dǎo)航傳感器，能夠保證定位的連續(xù)性，精度在10米左右，可實(shí)現(xiàn)車輛軌跡追蹤，以及基于軌跡做駕駛員行為的監(jiān)控分析等功能；隨著衛(wèi)星星座的發(fā)展，現(xiàn)在天上已經(jīng)有了四個(gè)主要的衛(wèi)星星座，可用衛(wèi)星數(shù)量增多，并且每一個(gè)衛(wèi)星星座都有至少2~3個(gè)不同的頻段，衛(wèi)星定位的精度也提升到5米左右。

隨著車輛V2X應(yīng)用以及L3、L4、L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛的發(fā)展，汽車對(duì)定位精度的要求進(jìn)一步提高——必須達(dá)到1.5米甚至1米以內(nèi)，那么，如何才能實(shí)現(xiàn)呢？

這就需要引入單頻RTK（載波相位差分）技術(shù)了?；谶@種技術(shù)的定位，復(fù)雜環(huán)境下可達(dá)到1.5米精度；空曠環(huán)境下，可達(dá)到50~80厘米的精度。而到了L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛之后，就要用到多頻RTK技術(shù)，將定位精度提升到厘米級(jí)。

那么，RTK到底是一種什么樣的技術(shù)呢？

首先，簡(jiǎn)單講講RTK的定位原理。使用這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)大前提是在地面建設(shè)衛(wèi)星觀測(cè)站（也稱“基準(zhǔn)站”），它的位置信息是固定的、已知的，當(dāng)它接收衛(wèi)星信號(hào)后，便可得到一個(gè)衛(wèi)星定位結(jié)果。衛(wèi)星定位結(jié)果和它已知位置的差值就是衛(wèi)星定位誤差。這個(gè)誤差結(jié)果可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)播發(fā)的形式傳輸給周邊的車輛，車輛定位系統(tǒng)減掉誤差之后，就能得到一個(gè)高精度的位置信息了。

高精度GNSS定位不受環(huán)境影響，在雨雪天的道路、霧霾天的道路、無(wú)車道線的道路以及沙漠草原等其他定位傳感器無(wú)法工作的場(chǎng)景下，它都能正常工作。

此外，高精度GNSS定位加高精度地圖，也能實(shí)現(xiàn)很多智能駕駛輔助方面的功能，比如提醒司機(jī)前方有急轉(zhuǎn)彎道、坡道、交叉路口，還有一些已知的事故點(diǎn)，帶來(lái)更好的駕駛體驗(yàn)； 同時(shí)，相對(duì)于一些視覺的定位方案，高精度GNSS定位不需要下載很多的地圖以及點(diǎn)云的數(shù)據(jù)，也不會(huì)消耗太多系統(tǒng)資源去做數(shù)據(jù)處理，計(jì)算成本低。

四、千尋位置高精度衛(wèi)星定位產(chǎn)品介紹

目前，千尋位置的基準(zhǔn)站網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，基于這套站網(wǎng)系統(tǒng)，千尋位置高精度定位服務(wù)覆蓋全國(guó)。在中國(guó)以外的地區(qū)，千尋位置使用星基增強(qiáng)技術(shù)可將精度提升到亞米級(jí)。

千尋位置還在環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)維體系和數(shù)據(jù)中心這四個(gè)環(huán)節(jié)，保障服務(wù)的高可用率，讓汽車隨時(shí)隨地都能實(shí)現(xiàn)高精度定位。

基于全球基準(zhǔn)站網(wǎng)及服務(wù)的高可用率，目前，千尋位置提供的高精度GNSS定位產(chǎn)品可以接管車端定位的全流程。在車輛首次定位時(shí)， FindNow加速定位服務(wù)可幫助車輛縮短首次定位時(shí)間，3秒鐘就能幫助汽車得到初始位置信息；然后，地基差分服務(wù)FinM Pro 、FindCM，以及星基差分服務(wù)可以對(duì)初始位置進(jìn)行差分改正校準(zhǔn)；此外，千尋位置還提供FindV融合定位服務(wù)，可在復(fù)雜場(chǎng)景下，對(duì)汽車的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏；如果想要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航軌跡追蹤，千尋位置還能提供位置數(shù)據(jù)服務(wù)FindS；而FindTrace則能提供地圖軌跡糾偏服務(wù)，在制作地圖的過(guò)程中，幫助升級(jí)地圖的精度。

目前，千尋位置在汽車領(lǐng)域已經(jīng)擁有了大量的生態(tài)合作伙伴。在芯片模組層，千尋位置與高通、u-blox、ST、華為、移遠(yuǎn)等企業(yè)，合作推出定位芯片產(chǎn)品；在方案融合層，千尋位置已經(jīng)與博世、恒潤(rùn)、德賽、斑馬、高德等企業(yè)建立合作。千尋位置在網(wǎng)聯(lián)（connectivity）、自動(dòng)駕駛（autonomous）和研發(fā)服務(wù)類（Intelligent Vehicle service solution）三個(gè)方向上，形成了8個(gè)解決方案，服務(wù)于主機(jī)廠和Tier1，幫助汽車廠商實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理和汽車的自動(dòng)駕駛功能。