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高精度定位,真的来了吗?

发表时间: 2020-03-17 00:00:00

作者: 深圳星联天通科技有限公司

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高精度时空基准服务包含高精度卫星的定位与授时。在车辆定位中,只有卫星定位才能提供绝对定位。因此作为基准服务,必不可少。但这种绝对定位在不同地区的局部体系中也会产生人为的相对误差。

近日,国家多部委联合发布了《智能汽车创新发展战略》,其中指出,到2025年,高精度时空基准服务网络要实现全覆盖。


由于其他设施建设目标大多数仅仅是区域覆盖及部分展开示范应用,这意味着,高精度时空基准服务将成为智能汽车发展的核心基础设施之一。

 

一、全场景定位精度


高精度时空基准服务包含高精度卫星的定位与授时。在车辆定位中,只有卫星定位才能提供绝对定位。因此作为基准服务,必不可少。但这种绝对定位在不同地区的局部体系中也会产生人为的相对误差。


另外,传统的高精度卫星导航定位必须使用差分技术,依靠地基增强系统(差分站)的支持才能获得优于1米的定位精度。而建设、维护和使用地基增强系统则需要巨大的成本。


有专业人士认为,地基增强的模式是否能满足汽车行业使用要求,可能还是个未知数,甚至地基可能也无法满足安规的要求。国外更习惯星基。


地基增强系统还有很多技术缺陷。除了通讯受限,还有框架不统一,并发压力大,维护成本高等问题。所以,从地基增强走向星基增强是必然。上海戴世智能科技有限公司CEO陆海峰认为,多星多频段是一个大趋势。


博盛尚科技创始人申研则认为,卫星定位应从精度、成本、使用范围、可用性四个维度去找到一个最佳的平衡,提供全场景下可以信赖和使用的定位精度。


而目前基于差分(RTK)的卫星定位技术应用于智能网联汽车有八大痛点问题:


一,用户购买终端硬件贵,差分技术及元器件实际上过去是应用测绘行业,硬件成本高。


二,用户需缴服务费获得差分修正数据,这笔钱要交给地基增强网运营商。


三,用户需缴通讯流量费用于用户端与增强系统间的数据传输,这笔钱要交给3G/4G运营商。


四,数据保密问题,地基增强网是双向数据,用户位置数据会被地基增强网运营方自动无偿获取。


五,使用范围有限制:只在差分站覆盖范围内,实际上有保障可用信号的范围目前还非常有限。


六,由于技术复杂,导致维权法律上取证难度大。出现事故后,在卫星网络、地基增强网络、3G/4G运营商、终端设备供应商之间难以鉴别划分责任。


七,目前没有基于RTK差分技术的车规级卫星定位芯片量产上车。


八,差分(RTK)技术所能实现的厘米级绝对定位,是源于测绘应用场景,只能在特定的环境(比如开阔地区)和条件下(比如静态)确保能够获得。在智能汽车、机器人的实际应用场景中(城市环境、动态),地基增强网所能提供厘米级绝对精度不可确信。


申研提出,在实现高精度时空基准服务全覆盖的过程中,既有技术模型上的瓶颈,也有财务模型上的瓶颈。


在汽车量产阶段,在技术上的很多细节问题都是决定成败的关键因素,比如:假设在有很好的差分信号源和小型化的芯片、板卡的条件下,应该选用什么类型尺寸的天线?天线会直接影响定位精度。而选用的天线又是否适合安装在量产车型上?


在财务模型方面,比如高精度时空基准服务的精度每提高10厘米,整个基准站网的建设和运维成本会增加多少,由谁来买单,与客户体验提升的需求是否成比例?


博盛尚创造了一种新型的RAC(Realtime Array Calibration, 实时阵列校准)高精度卫星定位技术,仅采用普通的民用单频信号,就能实现亚米以及分米的定位精度。该技术使高精度卫星定位摆脱对地基增强网的依赖,实现了高精度、低成本、全球可用,能够解决上述的八大痛点问题。


申研认为,智能驾驶定位精度有相对与绝对之分,激光雷达等传感器可以实现厘米级的相对定位精度,结合高精地图使用,并不需要GNSS必须提供厘米级的绝对定位精度。但10米级的GNSS定位精度又肯定不够用。因此低成本RAC技术实现的亚米/分米级的绝对定位精度才是务实的标配。


RAC实现了定位精度、成本、使用范围、可用性四个维度最佳平衡,在“多源导航平台”中能够胜任自己的角色。这在目前采用RAC为标配的L4 级自动驾驶的量产案例中已经得到了验证。


“建设多源导航平台”,应该是指卫星定位与雷达、视觉等相对定位传感器的融合,与V2X路测设备的融合,全局的绝对定位(亚米级精度)和局部的相对定位(厘米级精度)相融合。

 

二、定位可靠性挑战


除了高精度时空服务建设的问题,高精度定位融合传感器技术也迟迟无法进入量产阶段。自动驾驶对于高精定位系统有四点要求:


首先是精度上,定位精度须达到厘米级。


高可用性上,定位需要保持稳定性。自动驾驶测试已经从封闭的场景转移到更开放的场景,这也要求自动驾驶的定位系统能处理更多、更复杂的场景。


高可靠性上,定位系统每一项输出其实是自动驾驶感知、规划与控制的输入,因此定位系统不能出现偏差,否则将导致很严重的后果。


最后,还要重视自主完好性检测。虽然定位系统的可靠性能够做到极其接近100%,但是难以达到真正的100%。这就要求定位系统在没办法提供准确的输出时,及时警告用户,采取措施,避免发生任何事故。所以,自动驾驶的定位系统应保证较低的虚警率与漏警率。


以目前全球技术性公司和汽车主机厂的技术积累来看,完成L3所需的高精定位技术落地正在成熟,但投入量产却依然存在挑战。


陆海峰提出,目前来看,定位传感器的可靠性并没有得到足够的认可。“其成熟度是需要时间来沉淀的,所以时间就是最大的瓶颈。”


据相关人士反映,定位系统的可靠性经常会面临挑战。比如在地下停车场可能会出现照明灯突然关掉的情况。这时,基于视觉的高精定位就无法工作了。


所以,一套稳定的方案,需要各方面的配合。为了多重安全保证,异构冗余是十分重要的。需要融合蜂窝网、卫星、惯导、摄像头以及雷达数据。而对于惯导、雷达等,成本较高,难以实现快速普及,因此限制了车辆高精度定位的商业应用。

 

三、车端智能与高精定位


而量产意味着安全性和商业性必须实现双向突破。


以惯导为例,在自动驾驶中,所有需要用到GPS的地方都需要使用惯导。且自动驾驶的程度越高,对于车用管道的要求也越高。例如车辆定位、激光雷达的GPS接口等。在GPS信号丢失的时候,惯导能够将定位信号模拟出来。目前,惯导最大的问题便是可靠性与成本。


陆海峰提出,宏观性来讲,惯导在汽车上的应用是近几年才出现的。所以工程师对于惯导的理解并不是很精准。“目前需要搞清楚的问题是大家到底需要什么样的惯性导航设备用在汽车上,特别是在自动驾驶的细分领域。”


在谈起现状时,陆海峰提到,“现在我们在配合主机厂做开发的时候,考虑的第一个问题是到底他们需要怎样的性能指标,哪些性能指标是过去在测绘、航天上是被忽略的,而在汽车上是重要的。另外也要考虑如何降成本,做到可靠性。” 


在成本方面,陆海峰认为,成本高低也取决于产量与销量的大小。目前车市较冷清,无法用量摊薄成本。目前多数主机厂对于市面上的定位方案要求不能超过四位数。


对比国外,陆海峰提到了Waymo。“Waymo的定位就是实现终极无人驾驶,其设置的惯性传感器数量惊人的多。但成本却控制得很好。”


 “不过好的现象是目前明显可以感觉到国内主机厂都在推动研究车辆所需要的惯导性能、价格。过去惯导的价格至少都是五位数,在将来绝对不会超过三位数,而且性能依旧很好。所以未来价格不会是问题。”


北斗星通市场营销产品经理王佳认为,高精度真正进入到汽车级市场,成本控制和跨界竞争是很大的挑战。其中,成本包括传感器硬件、差分服务费,以及高精度地图服务费等。


雄狮科技自动驾驶事业部测试和示范运营副总监杨勇提出,目前来看,高精定位各方面的技术都还不够成熟,成本也没有得到很好的控制。接下来只有综合评估技术指标与成本,才能尽快实现量产。


对于智能驾驶这个领域,强车端智能会减少对高精定位的需求(比如人类驾驶员,用普通GPS和地图就可以准确到达目的地);弱车端智能则需要非常高精度的定位(例如前几年第一代只能循迹行驶的Apollo 1.0系统)。


DeepMotion联合创始人兼CEO蔡锐认为,随着车端智能的提高,对高精定位的精度要求会慢慢放低。但是,这是一个相当长期的过程,可能要10-20年的智能技术发展。所以在很长的一段时间内,高精定位还是有它的存在合理性。


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