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中国北斗系统今天开始提供全球服务,自动驾驶将迎来更精准定位

导读: 北斗三号基本系统完成建设,于今日开始提供全球服务。标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。自动驾驶将迎来更精准定位。

北斗三号基本系统完成建设,于今日开始提供全球服务。标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。自动驾驶将迎来更精准定位。

在12月27日下午举行的新闻发布会上,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布:

北斗三号基本系统完成建设,于今日开始提供全球服务。标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。

北斗系统是中国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围,全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。

北斗与自动驾驶

毫无疑问,导航系统是自动驾驶产业的刚需。自动驾驶车辆需要根据道路状况进行快速响应,以持续、稳定地获取高精度的车辆位置定位信息。

目前在国内用的最多的是美国GPS、中国北斗、俄罗斯GLONASS三套卫星导航系统。他们可以被统称为GNSS是Global Navigation Satellite System)全球卫星导航系统。

GNSS增强型系统分为两种类型,一类是利用地球静止或同步卫星建立的星基增强系统(SBAS);例如美国的广域增强系统。另一类是路基增强系统(GBAS),例如美国的还是差分GPS(MDGPS)和局域增强系统(LAAS)以及压的路及区域增强系统(GRAS)等。根据美国国会下属的美中经济与安全审查委员会2017年的报告,目前GPS的定位精度为2.2米,不过假设辅以增强系统,精度将能够提高到厘米级别。

自动驾驶对导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,自动驾驶的可靠性就越高。依赖导航定位并不能保证车辆在所有场景下的行驶,往往需要其他传感器的配合。一些常用的位置传感器,如IMU(陀螺仪、加速计、磁力计)、RTK等。目前选择比较多的一个是Novatel的组合导航系统,一个是北斗的组合产品。应用北斗的开发板和单独IMU组合。通常使用RTK基站的情况下其定位精度是厘米级,IMU可以保证在定位信号断开10s的情况下位置偏差在米级。

在国内,由于北斗的卫星数比较多,所以能够非常容易地接收到北斗信号,这样三套系统的运行非常好地解决了定位问题。据了解,正在运行的北斗二号系统,定位精度优于10 米,测速精度优于 0.2 米/秒,授时精度优于 50 纳秒,可以为用户提供与美国 GPS 性能相当的高质量导航定位服务。

褒贬不一的北斗导航系统

不过导航不过看定位精度,还有一个要求是稳定性,即导航系统“能否在极高的概率下,一直保持所需的高精度”。泰伯网曾报道称,有企业商认为北斗与 GPS 相比在精度方面的优势并不明显。而且,在隧道或者城市楼宇等障碍物较多的环境下,北斗导航容易出现较为严重的漂移现象,稳定性还有待提高。稳定性不高,对自动驾驶安全是很大的挑战。

不过也有人持否定的态度。他们认为,经过校准和增强服务以后,北斗和 GPS 都可以实现厘米级的高精度,在技术上完全可以满足自动驾驶的精度需求。在隧道、城市楼宇等特殊场景下出现的位置漂移,技术上称多路径效应,是卫星信号出现失真的重要原因之一。事实上,多路径效应是卫星导航的天生缺陷,任何卫星导航系统都难以解决。对于这种特殊场景,目前普遍采用的解决方案是加入惯性导航。

定位方案的不同,往往无人车的定位精度。目前,对全自动驾驶研究中,最热的方案可能是融合了GNSS、INS、LiDAR、HD Map的定位方案。在无人车定位中,GNSS 作为一个必不可少的可以提供全局参考的信息来源。单独的GNSS可以应用在一些空旷条件下的自动驾驶,比如很多农用机械,可以基于GNSS完成定位。在常规建筑物不太密集的环境下,定位精度可达到厘米级别,但是在一些高大建筑物有信号遮挡的地方,误差较大。

在导航领域,GNSS跟惯导必然是共同存在,分不开的,二者融合融合能很好地解决了隧道、高楼、桥底或者树林等遮挡环境下的高精度持续性输出,这也是为在城市使用自动驾驶卫星定位时提供的非常重要的两个辅助。将融合了GNSS+INS融合,解决了遮挡环境下的定位,如何做到稳定可靠的高输出还需要往往还需要进一步研究。GNSS需要解决既要解决在高动态下的定位稳定输出,让高速行驶成为可能,还要解决高频率定位输出的稳定性,解决高速过弯情况下可能出现的偏移。

目前应用的高精度地图可以把典型数据、图片数据以及高精度的pos数据紧密融合在一起,通过后期的加工,形成了基本的高精度路网信息,为无人驾驶汽车提供了基础的地图导航服务。当无人驾驶汽车拥有高精度的位置信息之后,就可以跟高精地图进行匹配,从而形成了良好的导航功能,能为车上的传感器进行时间同步或者导航提供了最基础的时空信息。

北斗导航的优势及应用现状

相比GPS,我国的北斗导航第一个优势就是安全。GPS起始于1958年美国军方的一个项目,地理信息如此重要的信息,如果被国外垄断,遇到战争会带来毁灭性打击。北斗系统针对中国及其周边地区是特别加强过,在国内卫星的几何条件比较好。而且,北斗三号应用后,系统定位精度由水平25m、高程30m,提高至目前水平10m、高程10m,测速精度由每秒0.4米,提高至0.2m,受时精度优于20ns,目前在中国及周边地区,北斗系统服务性能与GPS相当。

北斗地基增强系统可以带来米级、分米级、厘米级和后处理毫米级的高精度服务,主要应用在车道级导航、精准农业、建筑物监测、工程施工等方面。比如共享单车的智能锁中就嵌入了北斗高精度技术,可以为共享单车带来更好的定位精度,尤其在复杂场景,可以将综合定位精度从五十到一百米提升到三米左右,极大地提高了用户体验,为单车的精细化管理提供了有力支撑。

在农用机械方面,司南北斗农机自动驾驶系统可以利用北斗卫星的定位信号来设计车辆的行驶轨迹,在车辆作业过程中综合车辆的位置信息、姿态信息、航向角信息、传感器信息,通过控制液压系统,达到实现控制拖拉机的转向按照设计路径行驶的目的。

国内千寻位置就是来源是基于北斗卫星系统的基础定位服务公司,千寻位置的挂牌成立,标志着北斗卫星导航系统的应用已迈出重要步伐。千寻位置与高德地图达成战略合作,双方将共同为客户提供“高精度地图+高精度定位”的综合服务。

为自动驾驶从HAD地图采集到车辆方案集成提供MEMS组合导航产品方案的北斗星通,也是我国导航定位产业领军者。目前形成卫星导航、惯性导航、遥感测量3大业务板块;具备NovAtel、Sensonor、Inertial Labs,北斗遥光、北斗天权,北斗开阳6条成熟产品线。

腾讯投资的电子地图提供商四维图新,早在近十年前,公司就开始在海外进行布局,在美国硅谷、荷兰阿姆斯特丹等地都设有办公室。四维图新也表示希望在2020年前量产使用北斗导航系统的汽车电子导航芯片。

造车新势力小鹏汽车宣布与北斗导航领域龙头企业海格通信达成战略合作,开发首套中国北斗智能驾驶汽车导航系统,预计将达到“20厘米车道级”。借助北斗高精度导航和定位,能够实现20厘米以内的车道口精准显示,这将会加速小鹏汽车的智能驾驶向更高层级进化。

北斗导航全球覆盖对自动驾驶的定位精度会有很大的提高,有助于自动驾驶的发展。汽车收取的卫星定位信息越多,定位就越精准。另一方面,出于国家安全考虑,发展北斗导航系统也很有必要。

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