L3/L4級無人駕駛實(shí)現(xiàn)面臨哪些挑戰(zhàn)？

10年內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)L3/L4級無人駕駛，其中原因包括感知、成本、（高精度地圖）定位、深度學(xué)習(xí)等多方面因素。高精度定位和高精度地圖是合二為一無法分割的，要利用高精度地圖，首先得清楚自車的高精度定位。雖然現(xiàn)在很多都說重感知，輕地圖，但很多時(shí)候，高精度地圖和高精度定位是絕對無法缺少的，比如城市多車道，某些車道只能直行，不能拐彎，而臨近車道可以，再有實(shí)線不能變道，雙黃線不能調(diào)頭，如果你不知道自己在哪條車道上，自然也就無法做出正確的路徑規(guī)劃，這些都要車道級定位和車道級地圖，也就是高精度地圖和高精度定位。

這是個(gè)硬規(guī)則，換句話說，概率準(zhǔn)確度至少要在95%以上，最好不用概率統(tǒng)計(jì)法，盡量做到100%準(zhǔn)確的物理方法，這是因?yàn)?，基于視覺參照物體系定位精度的概率在光線變化頻繁的市區(qū)，概率或者說置信度估計(jì)不會高于60%?；诙嘈腔蛘叨囝l算法的定位精度概率一般也只有50%。高精度地圖和高精度定位是L3/L4級無人駕駛必須的，但10年內(nèi)中美歐的高精度定位都難以實(shí)現(xiàn)，日本現(xiàn)在勉強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)，但日本對無人駕駛的興趣度很低，日系車一向講究盡量壓縮成本，電子系統(tǒng)不追求先進(jìn)，能用就行。所以我們看到本田搞了所謂的L3級車，但只有100輛，且只租不賣，豐田也只是在奧運(yùn)會期間搞輛無人駕駛小巴。

圖片來源：QZSS

日本最初為救災(zāi)開發(fā)的QZSS可以滿足目前無人駕駛所需要的高精度定位，QZSS也覆蓋了澳大利亞中東部地區(qū)，早在2010年日本也靠QZSS為澳大利亞中東部地區(qū)輸出了無人農(nóng)業(yè)技術(shù)。

中國則在2020年開始提供北斗公開服務(wù)信號B2b和精密單點(diǎn)定位服務(wù)信號PPP-B2b，RNSS服務(wù)B2b信號，由北斗三號24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)播發(fā)，北斗三號RNSS服務(wù)信號在原B1I/B3I、B1C/B2a基礎(chǔ)上又添一員，可為用戶提供更多享受RNSS服務(wù)信號的選擇。

服務(wù)精度方面，B2b信號與其它信號相同，空間信號精度優(yōu)于0.5米；全球定位精度將優(yōu)于10米，測速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒；亞太地區(qū)定位精度將優(yōu)于5米，測速精度優(yōu)于0.1米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于10納秒?！PP服務(wù)B2b信號，由北斗三號三顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星在我國及周邊地區(qū)播發(fā)，可為用戶提供公開、免費(fèi)的高精度服務(wù)，也是北斗系統(tǒng)首次對外發(fā)布的高精度服務(wù)信號。

PPP-B2b服務(wù)系統(tǒng)示意圖

圖片來源：北斗

不過北斗三號使用的是PPP技術(shù)，即Precise Point Positioning，它使用一臺接收器的非差分載波相位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行單點(diǎn)定位，但是其不能使用差分的方式消除誤差，所以利用精密衛(wèi)星軌道和精密衛(wèi)星鐘差進(jìn)行修正，即可以達(dá)到厘米級的高精度。

采用北京、三亞、拉薩、且末、上海、西安和昆明站數(shù)據(jù)進(jìn)行了BDSBAS的精度評定，結(jié)果表明，BDSBAS單頻定位性能滿足國際民航一類精密進(jìn)近要求，水平定位精度好于2.1m（95%統(tǒng)計(jì)精度），高程定位精度好于3.5m（95%統(tǒng)計(jì)精度）。

圖片來源：衛(wèi)星導(dǎo)航國際期刊

這是只使用北斗SBAS的結(jié)果，達(dá)不到無人駕駛所需要的精度，且各個(gè)地區(qū)差別較大，精度最高的似乎是上海，南方和北方效果都不太好，所以PPP是必須的。

我國PPP采用雙頻偽距和載波的無電離層組合，可以消除電離層一階項(xiàng)影響。偽距和相位無電離層組合觀測方程可表示為：

PPP定位對智能駕駛來說有幾個(gè)致命缺點(diǎn)，首先是收斂時(shí)間，對智能駕駛而言，收斂時(shí)間最好在1秒甚至30毫秒以內(nèi)，速度越高，收斂時(shí)間就該越短，不過PPP收斂時(shí)間一般是20-30分鐘。

圖片來源：武漢大學(xué)學(xué)報(bào)之《北斗三號 PPP-B2b 服務(wù)性能評估》，時(shí)間越長精度越高

PPP第二個(gè)缺點(diǎn)是成本，這需要高精度接收機(jī)和天線，價(jià)格大約在1～20萬元之間。日本QZSS使用的是PPP-RTK，收斂時(shí)間在1秒鐘以內(nèi)，且成本極低，基本只有軟件成本，無新增硬件成本，做無人駕駛最合適。

圖片來源：《PPP-RTK技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》，張小紅，任曉東，武漢大學(xué)測繪學(xué)院

圖片來源：《PPP-RTK技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》，張小紅，任曉東，武漢大學(xué)測繪學(xué)院

日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）已率先基于其L6D信號實(shí)現(xiàn)了星基PPP-RTK增強(qiáng)服務(wù)——CLAS(Centimeter LevelAugmentation Service)，數(shù)據(jù)播發(fā)速率2000bps，服務(wù)范圍覆蓋日本本土。此外，也有一些商業(yè)公司開始提供PPP-RTK服務(wù)，例如Trimble公司的CenterPoint RTX服務(wù)、NovAtel公司的TerraStar-X服務(wù)、Fugro公司的Marinestar G4+服務(wù)以及GEO++公司的SSRPOST服務(wù)等。雖然上述商業(yè)服務(wù)或多或少用到（至少借鑒）了PPP-RTK技術(shù)，但其電離層延遲模型表達(dá)、編碼格式、播發(fā)方案等都鮮有公開資料可供參考。

對PPP-RTK來說，最關(guān)鍵的是電離層模型。PPP-RTK初始化時(shí)間嚴(yán)重依賴電離層模型精度。當(dāng)電離層誤差小于0.5TECU時(shí) ，初始化時(shí)間可優(yōu)于1min。

電離層模型不是那么好做的，特別是在低緯度和高緯度地區(qū)，受太陽粒子影響是沒有規(guī)律或者短時(shí)間內(nèi)很難總結(jié)出規(guī)律，很難建立電離層模型。這就是所謂的電離層閃爍。

圖片來源：《PPP-RTK技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》，張小紅，任曉東，武漢大學(xué)測繪學(xué)院

不過電離層閃爍通常只發(fā)生在晚上11點(diǎn)到日出前，這段時(shí)間內(nèi)不適用智能駕駛就行，而這段時(shí)間內(nèi)大部分人都已經(jīng)睡了。

不過PPP-RTK對于中美這種疆域遼闊的國家來說建設(shè)難度頗大，日本狹長的國土只需要4顆低軌道衛(wèi)星即可覆蓋，中美不大可能為了智能駕駛而發(fā)射幾十顆低軌道衛(wèi)星的。

即便是PPP-RTK也不是萬能的，城市復(fù)雜環(huán)境，GPS信號丟失是無法避免的，要實(shí)現(xiàn)無人駕駛，就少不了高精度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）。

圖片來源：《PPP-RTK技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》，張小紅，任曉東，武漢大學(xué)測繪學(xué)院

當(dāng)GNSS信號遮擋嚴(yán)重時(shí)，無論P(yáng)PP或PPP-RTK都只能提供1至2米的定位服務(wù)，此時(shí)只有采用PPP-RTK/INS協(xié)同精密定位，才可實(shí)現(xiàn)平面分米級定位。INS精度取決于車輛速度，如果不超過時(shí)速60公里，那么2萬元以下的INS應(yīng)該就可以滿足GPS信號丟失10秒的情景。如果時(shí)速120公里，那恐怕需要20萬元以上的INS系統(tǒng)了。

所以還是踏踏實(shí)實(shí)搞L2+, L2++, L2+++。能做好L2也是相當(dāng)不容易的，這也是國內(nèi)企業(yè)特別是芯片企業(yè)的機(jī)會。

編輯：黃飛

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