IMT-2020（5G）推進(jìn)組主編的《車輛高精度定位白皮書》于10月31日正式發(fā)布?！栋灼分荚谘芯寇嚶?lián)網(wǎng)環(huán)境下的車輛高精度定位技術(shù)，通過分析目前車聯(lián)網(wǎng)中的定位技術(shù)以及不同應(yīng)用場(chǎng)景下的定位需求及挑戰(zhàn)，提出車輛高精度定位的系統(tǒng)架構(gòu)及相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)車聯(lián)網(wǎng)定位的標(biāo)準(zhǔn)化以及在自動(dòng)駕駛和智能交通中的應(yīng)用提供重要參考。

定位技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)車輛安全通行的重要保障。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)定位的要求也不同。例如輔助駕駛中對(duì)車的定位精度要求在米級(jí)，而對(duì)于自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)，其對(duì)定位的精度要求亞米級(jí)甚至厘米級(jí)。雖然對(duì)定位精度要求不同，但定位的連續(xù)性是車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)安全可靠的必要前提，考慮到環(huán)境（遮擋、光線、天氣）、成本以及穩(wěn)定性等因素，單純采用某一種定位技術(shù)并不能滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的定位需求。


近日，由IMT-2020（5G）推進(jìn)組主編的《車輛高精度定位白皮書》正式發(fā)布，該白皮書介紹了在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的車輛高精度定位發(fā)展趨勢(shì)，需求與挑戰(zhàn)，以及系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。中國聯(lián)通、中國電信、華為、中國信息通信研究院、千尋位置、四維圖新、百度等企業(yè)也參與了編寫。

車輛高精度定位方案

根據(jù)場(chǎng)景以及定位性能的需求不同，車輛定位方案是多種多樣的。在大多數(shù)的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中，通常需要通過多種技術(shù)的融合來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，包括GNSS（Global Navigation Satellite System）、無線電（例如蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)等）、慣性測(cè)量單元（Inertial Measurement Unit, IMU）、傳感器以及高精度地圖。其中，GNSS或其差分補(bǔ)償RTK（Real-time Kinematic），是最基本的定位方法?？紤]到GNSS技術(shù)在遮擋場(chǎng)景、隧道以及室內(nèi)的不穩(wěn)定（或不可用），其應(yīng)用場(chǎng)景受限于室外環(huán)境?；趥鞲衅鞯亩ㄎ皇擒囕v定位的另一種常見方法，然而高成本和對(duì)環(huán)境的敏感性也限制了其應(yīng)用前景。通常，GNSS或傳感器等單一技術(shù)難以滿足現(xiàn)實(shí)復(fù)雜環(huán)境中車輛高精度定位的要求，無法保證車聯(lián)網(wǎng)定位的穩(wěn)定性。因此會(huì)通過其他一些輔助方法例如慣性導(dǎo)航、高精度地圖等，以滿足高精度定位需求。

報(bào)告中提到，隨著ADAS功能逐步的進(jìn)入傳統(tǒng)汽車，使之成為傳統(tǒng)汽車的標(biāo)配，而自動(dòng)駕駛汽車的量產(chǎn)計(jì)劃也會(huì)在在未來3-5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)各車企對(duì)定位的需求，高精度定位服務(wù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。

同時(shí)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)定位精確程度的要求是不一樣的。不止是車輛的位置坐標(biāo)，未來L4/L5自動(dòng)駕駛車輛對(duì)位置魯棒性，車輛姿態(tài)精度，姿態(tài)魯棒性都有嚴(yán)格的要求。

車聯(lián)網(wǎng)定位的挑戰(zhàn)

所以，在這種情況下，定位就會(huì)面臨著很多的挑戰(zhàn)。白皮書提到目前，目前車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的定位需求主要面臨以下三個(gè)方面：定位精度及定位范圍、通信時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)部署。

1. 滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的定位需求：目前室外的定位技術(shù)以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（Real-time Kinematic, RTK）為主，在室外空曠無遮擋環(huán)境下可以達(dá)到厘米級(jí)定位，但考慮到城市環(huán)境密集高樓 區(qū)，以及會(huì)經(jīng)歷隧道、高架橋、地下停車場(chǎng)等遮擋場(chǎng)景，需要結(jié)合慣性單元使用融合算法保持一定時(shí) 間的精度。所以如何保障車輛在所有場(chǎng)景下的長時(shí)間穩(wěn)定高精度定位，是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景下車輛高精度定位的巨大挑戰(zhàn)。因此需要結(jié)合蜂窩網(wǎng)定位、慣導(dǎo)、雷達(dá)、攝像頭等，通過多源數(shù)據(jù)融合保障車輛隨時(shí)隨地的定位精度。

2. 高精度地圖的繪制和更新。高精度定位需要有與之匹配的高精度地圖才有意義。從定位技術(shù)上，對(duì)于攝像頭、雷達(dá)等傳感器定位，需要有相應(yīng)的高精度地圖匹配，以保證實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位。另外，從車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)上，路徑規(guī)劃、車道級(jí)監(jiān)控和導(dǎo)航，也需要高精度地圖與之配合才能實(shí)現(xiàn)。然而繪制高精度地圖成本高且復(fù)雜，且需要定期更新才能保證定位性能和業(yè)務(wù)需求。

3. 高精度定位成本較高。為保障車輛高精度定位的性能需求，需要融合蜂窩網(wǎng)、衛(wèi)星、慣導(dǎo)、攝像頭以及雷達(dá)數(shù)據(jù)，而對(duì)于慣導(dǎo)、雷達(dá)等，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)快速普及，限制了車輛高精度定位的商業(yè)應(yīng)用。

白皮書中介紹了車輛高精度定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，結(jié)合對(duì)車輛高精度定位的場(chǎng)景分析和性能需求，該架構(gòu)主要包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其中終端層實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合（衛(wèi)星、傳感器及蜂窩網(wǎng)數(shù)據(jù)）算法，保障不同應(yīng)用場(chǎng)景、不同業(yè)務(wù)的定位需求；平臺(tái)層提供一體化車輛定位平臺(tái)功能，包括差分解算能力、地圖數(shù)據(jù)庫、高清動(dòng)態(tài)地圖、定位引擎，并實(shí)現(xiàn)定位能力開放；網(wǎng)絡(luò)層包括5G基站、 RTK基站和路側(cè)單元（Road Side Unit, RSU），為定位終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸；應(yīng)用層基于高精度定位系統(tǒng)能夠?yàn)閼?yīng)用層提供車道級(jí)導(dǎo)航、線路規(guī)劃、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。

車輛高精度定位關(guān)鍵技術(shù)

基于RTK差分系統(tǒng)的GNSS定位

高精度GNSS增強(qiáng)技術(shù)通過地面差分基準(zhǔn)參考站進(jìn)行衛(wèi)星觀測(cè)，形成差分改正數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)通信鏈路將差分改正數(shù)據(jù)播發(fā)到流動(dòng)測(cè)量站，進(jìn)而流動(dòng)測(cè)量站根據(jù)收到的改正數(shù)進(jìn)行定位。但是，在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域使用時(shí)，還需要考慮它的可行性，一致性以及合規(guī)性。

傳感器與高精地圖匹配定位

除了衛(wèi)星定位以外，自動(dòng)駕駛汽車往往會(huì)用到視覺定位，它是通過攝像頭或激光雷達(dá)等視覺傳感器設(shè)備通過獲取視覺圖像，再提取圖像序列中的一致性信息，根據(jù)一致性信息在圖像序列中的位置變化估計(jì)車輛的位置。根據(jù)事先定位所采用的策略，可分為基于路標(biāo)庫和圖像匹配的全局定位、同時(shí)定位與地圖構(gòu)建的SLAM（Simultaneous localization and mapping）、基于局部運(yùn)動(dòng)估計(jì)的視覺里程計(jì)三種方法。

應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的高精地圖相較于傳統(tǒng)地圖提供了更加豐富的語義信息，除了包含車道模型如車 道線、坡度、曲率、航向、車道屬性、連通關(guān)系等內(nèi)容外，還包括大量定位對(duì)象（object），即路面、 兩側(cè)或上方的各種靜態(tài)物體，如路緣石、柵欄、交通標(biāo)牌、交通燈、電線桿、龍門架等，這些元素均含包含精確的位置信息，通過激光雷達(dá)（LiDAR）、相機(jī)（Camera）和毫米波雷達(dá)（Radar）識(shí)別出地圖上的各類靜態(tài)地物，然后將這些對(duì)象與地圖上存儲(chǔ)的對(duì)象進(jìn)行比對(duì)（Map Matching），匹配過 后，通過相對(duì)姿態(tài)和位置關(guān)系，即可得到車輛自身精確位置和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)無GPS條件下的自定位。

蜂窩網(wǎng)定位

蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)于提高定位性能至關(guān)重要，支撐RTK數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的傳輸，高精度地圖的下載和更新等?；?G的蜂窩定位，受信號(hào)帶寬、同步以及網(wǎng)絡(luò)部署的影響，定位精度一般在幾十米左右，而隨著5G的到來，大帶寬、多天線以及高精度同步技術(shù)等的支撐，可以使得5G的定位精度大大提高，目前在仿真/測(cè)試場(chǎng)景下，室內(nèi)定位可達(dá)2~3米精度，可在室內(nèi)及隧道環(huán)境下彌補(bǔ)衛(wèi)星定位的不足。

同步系統(tǒng)

可靠的高精度定位系統(tǒng)基本都是基于同步系統(tǒng)的，包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位，地面高精度定位系統(tǒng)也基本遵循這一原則。高精度定位系統(tǒng)的同步精度每降低3ns就會(huì)引入1米左右的測(cè)距誤差，因此時(shí)鐘同步性能成為高精度同步技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，地面定位網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)間的高精度同步技術(shù)是這個(gè)領(lǐng)域研究的關(guān) 鍵。V2X需要滿足未來智能駕駛的信息交換需求，對(duì)同步的需求也顯而易見。

這份白皮書以在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下車輛高精度定位為研究內(nèi)容，以定位技術(shù)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的定位需求指標(biāo)進(jìn)行分析；建立車輛高精度定位的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以滿足不同的業(yè)務(wù)和場(chǎng)景需求；在車輛高精度定位技術(shù)中，基于衛(wèi)星與基站協(xié)作定位提出通過基站播發(fā)差分信息的方法，基于車載傳感與高精地圖匹配提出利用照相機(jī)、攝像頭以及雷達(dá)與高清地圖匹配，實(shí)現(xiàn)基于語義級(jí)高精度地圖定位；車輛高精度定位對(duì)同步技術(shù)提出了比通信網(wǎng)更高的要求，是5G時(shí)代的一個(gè)重要需求，針對(duì)車輛高精度定位的需求，同步網(wǎng)各部分需要整體的技術(shù)提升，包括源部分和承載網(wǎng)部分；車輛的高精度定位，必然是多種定位源的融合，為車輛高精度定位技術(shù)演進(jìn)和發(fā)展提供參考。