中國北斗系統(tǒng)今天開始提供全球服務(wù),自動(dòng)駕駛將迎來更精準(zhǔn)定位
北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè),于今日開始提供全球服務(wù)。標(biāo)志著北斗系統(tǒng)服務(wù)范圍由區(qū)域擴(kuò)展為全球,北斗系統(tǒng)正式邁入全球時(shí)代。自動(dòng)駕駛將迎來更精準(zhǔn)定位。
在12月27日下午舉行的新聞發(fā)布會(huì)上,中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其宣布:
北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè),于今日開始提供全球服務(wù)。標(biāo)志著北斗系統(tǒng)服務(wù)范圍由區(qū)域擴(kuò)展為全球,北斗系統(tǒng)正式邁入全球時(shí)代。
北斗系統(tǒng)是中國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行,與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),可在全球范圍,全天候、全天時(shí),為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。
北斗與自動(dòng)駕駛
毫無疑問,導(dǎo)航系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的剛需。自動(dòng)駕駛車輛需要根據(jù)道路狀況進(jìn)行快速響應(yīng),以持續(xù)、穩(wěn)定地獲取高精度的車輛位置定位信息。
目前在國內(nèi)用的最多的是美國GPS、中國北斗、俄羅斯GLONASS三套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。他們可以被統(tǒng)稱為GNSS是Global Navigation Satellite System)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
GNSS增強(qiáng)型系統(tǒng)分為兩種類型,一類是利用地球靜止或同步衛(wèi)星建立的星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS);例如美國的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)。另一類是路基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS),例如美國的還是差分GPS(MDGPS)和局域增強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS)以及壓的路及區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)(GRAS)等。根據(jù)美國國會(huì)下屬的美中經(jīng)濟(jì)與安全審查委員會(huì)2017年的報(bào)告,目前GPS的定位精度為2.2米,不過假設(shè)輔以增強(qiáng)系統(tǒng),精度將能夠提高到厘米級(jí)別。
自動(dòng)駕駛對(duì)導(dǎo)航定位的要求普遍是 5 厘米至 20 厘米的高精度。定位精度越高,自動(dòng)駕駛的可靠性就越高。依賴導(dǎo)航定位并不能保證車輛在所有場景下的行駛,往往需要其他傳感器的配合。一些常用的位置傳感器,如IMU(陀螺儀、加速計(jì)、磁力計(jì))、RTK等。目前選擇比較多的一個(gè)是Novatel的組合導(dǎo)航系統(tǒng),一個(gè)是北斗的組合產(chǎn)品。應(yīng)用北斗的開發(fā)板和單獨(dú)IMU組合。通常使用RTK基站的情況下其定位精度是厘米級(jí),IMU可以保證在定位信號(hào)斷開10s的情況下位置偏差在米級(jí)。
在國內(nèi),由于北斗的衛(wèi)星數(shù)比較多,所以能夠非常容易地接收到北斗信號(hào),這樣三套系統(tǒng)的運(yùn)行非常好地解決了定位問題。據(jù)了解,正在運(yùn)行的北斗二號(hào)系統(tǒng),定位精度優(yōu)于10 米,測速精度優(yōu)于 0.2 米/秒,授時(shí)精度優(yōu)于 50 納秒,可以為用戶提供與美國 GPS 性能相當(dāng)?shù)母哔|(zhì)量導(dǎo)航定位服務(wù)。
褒貶不一的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
不過導(dǎo)航不過看定位精度,還有一個(gè)要求是穩(wěn)定性,即導(dǎo)航系統(tǒng)“能否在極高的概率下,一直保持所需的高精度”。泰伯網(wǎng)曾報(bào)道稱,有企業(yè)商認(rèn)為北斗與 GPS 相比在精度方面的優(yōu)勢并不明顯。而且,在隧道或者城市樓宇等障礙物較多的環(huán)境下,北斗導(dǎo)航容易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漂移現(xiàn)象,穩(wěn)定性還有待提高。穩(wěn)定性不高,對(duì)自動(dòng)駕駛安全是很大的挑戰(zhàn)。
不過也有人持否定的態(tài)度。他們認(rèn)為,經(jīng)過校準(zhǔn)和增強(qiáng)服務(wù)以后,北斗和 GPS 都可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的高精度,在技術(shù)上完全可以滿足自動(dòng)駕駛的精度需求。在隧道、城市樓宇等特殊場景下出現(xiàn)的位置漂移,技術(shù)上稱多路徑效應(yīng),是衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)失真的重要原因之一。事實(shí)上,多路徑效應(yīng)是衛(wèi)星導(dǎo)航的天生缺陷,任何衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都難以解決。對(duì)于這種特殊場景,目前普遍采用的解決方案是加入慣性導(dǎo)航。
定位方案的不同,往往無人車的定位精度。目前,對(duì)全自動(dòng)駕駛研究中,最熱的方案可能是融合了GNSS、INS、LiDAR、HD Map的定位方案。在無人車定位中,GNSS 作為一個(gè)必不可少的可以提供全局參考的信息來源。單獨(dú)的GNSS可以應(yīng)用在一些空曠條件下的自動(dòng)駕駛,比如很多農(nóng)用機(jī)械,可以基于GNSS完成定位。在常規(guī)建筑物不太密集的環(huán)境下,定位精度可達(dá)到厘米級(jí)別,但是在一些高大建筑物有信號(hào)遮擋的地方,誤差較大。
在導(dǎo)航領(lǐng)域,GNSS跟慣導(dǎo)必然是共同存在,分不開的,二者融合融合能很好地解決了隧道、高樓、橋底或者樹林等遮擋環(huán)境下的高精度持續(xù)性輸出,這也是為在城市使用自動(dòng)駕駛衛(wèi)星定位時(shí)提供的非常重要的兩個(gè)輔助。將融合了GNSS+I(xiàn)NS融合,解決了遮擋環(huán)境下的定位,如何做到穩(wěn)定可靠的高輸出還需要往往還需要進(jìn)一步研究。GNSS需要解決既要解決在高動(dòng)態(tài)下的定位穩(wěn)定輸出,讓高速行駛成為可能,還要解決高頻率定位輸出的穩(wěn)定性,解決高速過彎情況下可能出現(xiàn)的偏移。
目前應(yīng)用的高精度地圖可以把典型數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)以及高精度的pos數(shù)據(jù)緊密融合在一起,通過后期的加工,形成了基本的高精度路網(wǎng)信息,為無人駕駛汽車提供了基礎(chǔ)的地圖導(dǎo)航服務(wù)。當(dāng)無人駕駛汽車擁有高精度的位置信息之后,就可以跟高精地圖進(jìn)行匹配,從而形成了良好的導(dǎo)航功能,能為車上的傳感器進(jìn)行時(shí)間同步或者導(dǎo)航提供了最基礎(chǔ)的時(shí)空信息。
北斗導(dǎo)航的優(yōu)勢及應(yīng)用現(xiàn)狀
相比GPS,我國的北斗導(dǎo)航第一個(gè)優(yōu)勢就是安全。GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目,地理信息如此重要的信息,如果被國外壟斷,遇到戰(zhàn)爭會(huì)帶來毀滅性打擊。北斗系統(tǒng)針對(duì)中國及其周邊地區(qū)是特別加強(qiáng)過,在國內(nèi)衛(wèi)星的幾何條件比較好。而且,北斗三號(hào)應(yīng)用后,系統(tǒng)定位精度由水平25m、高程30m,提高至目前水平10m、高程10m,測速精度由每秒0.4米,提高至0.2m,受時(shí)精度優(yōu)于20ns,目前在中國及周邊地區(qū),北斗系統(tǒng)服務(wù)性能與GPS相當(dāng)。
北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)可以帶來米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)和后處理毫米級(jí)的高精度服務(wù),主要應(yīng)用在車道級(jí)導(dǎo)航、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、建筑物監(jiān)測、工程施工等方面。比如共享單車的智能鎖中就嵌入了北斗高精度技術(shù),可以為共享單車帶來更好的定位精度,尤其在復(fù)雜場景,可以將綜合定位精度從五十到一百米提升到三米左右,極大地提高了用戶體驗(yàn),為單車的精細(xì)化管理提供了有力支撐。
在農(nóng)用機(jī)械方面,司南北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以利用北斗衛(wèi)星的定位信號(hào)來設(shè)計(jì)車輛的行駛軌跡,在車輛作業(yè)過程中綜合車輛的位置信息、姿態(tài)信息、航向角信息、傳感器信息,通過控制液壓系統(tǒng),達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向按照設(shè)計(jì)路徑行駛的目的。
國內(nèi)千尋位置就是來源是基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)定位服務(wù)公司,千尋位置的掛牌成立,標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用已邁出重要步伐。千尋位置與高德地圖達(dá)成戰(zhàn)略合作,雙方將共同為客戶提供“高精度地圖+高精度定位”的綜合服務(wù)。
為自動(dòng)駕駛從HAD地圖采集到車輛方案集成提供MEMS組合導(dǎo)航產(chǎn)品方案的北斗星通,也是我國導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍者。目前形成衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、遙感測量3大業(yè)務(wù)板塊;具備NovAtel、Sensonor、Inertial Labs,北斗遙光、北斗天權(quán),北斗開陽6條成熟產(chǎn)品線。
騰訊投資的電子地圖提供商四維圖新,早在近十年前,公司就開始在海外進(jìn)行布局,在美國硅谷、荷蘭阿姆斯特丹等地都設(shè)有辦公室。四維圖新也表示希望在2020年前量產(chǎn)使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車電子導(dǎo)航芯片。
造車新勢力小鵬汽車宣布與北斗導(dǎo)航領(lǐng)域龍頭企業(yè)海格通信達(dá)成戰(zhàn)略合作,開發(fā)首套中國北斗智能駕駛汽車導(dǎo)航系統(tǒng),預(yù)計(jì)將達(dá)到“20厘米車道級(jí)”。借助北斗高精度導(dǎo)航和定位,能夠?qū)崿F(xiàn)20厘米以內(nèi)的車道口精準(zhǔn)顯示,這將會(huì)加速小鵬汽車的智能駕駛向更高層級(jí)進(jìn)化。
北斗導(dǎo)航全球覆蓋對(duì)自動(dòng)駕駛的定位精度會(huì)有很大的提高,有助于自動(dòng)駕駛的發(fā)展。汽車收取的衛(wèi)星定位信息越多,定位就越精準(zhǔn)。另一方面,出于國家安全考慮,發(fā)展北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也很有必要。
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