車路協同系統中車輛定位技術探究

張建成 李金洪 馮延旺 項澤文 楊銳

摘 要：車輛精確定位是車路協同系統的關鍵技術之一。通過對車路協同定位系統的進行需求分析，結合現有的定位技術，對未來車路協同定位的技術關鍵進行展望。

關鍵詞：車路協同;定位;技術

0 引言

近年來，我國高度重視自動駕駛、智能網聯汽車的發展。研究指出，自動駕駛可大大降低車輛安全事故率，提升道路安全水平，有效緩解交通擁堵，提高短途運輸效率，提升路網通行能力和交通運輸效率。車路協同作為自動駕駛的必由之路，在國家利好政策和5G商用的驅動下蓬勃發展。相關數據表明，我國車路協同行業市場規模將于2024年達到1 841.1億元人民幣[1]。

所謂車路協同，即通過先進的無線通信技術和新一代互聯網技術，實現車-車、車-路之間的動態實時信息交互，從而開展車輛主動安全控制和道路協同管理，實現交通運行的安全、高效，建成綠色、智能的道路交通系統。對于車路協同系統而言，精確的車輛定位是導航、避撞等安全應用的基礎，故對車路協同系統中車輛定位技術開展研究極其重要。

1 車路協同定位系統需求

車路協同系統的主要設備構成為路側單元和車載單元兩部分。路側單元主要采集的是當前交通狀況、道路狀況、環境狀況等信息;車載單元主要獲取車輛運動狀態、車輛定位信息、周圍行車環境信息等。兩個單元建立通信連接，互相交換信息，經處理單元對信息進行處理后，最終做出判決，并由車輛執行此判決。車路協同定位系統性能在滿足位置信息高精采集要求的同時，根據不同單元功能需求，也對應具備動態性高、覆蓋面廣、存儲量大等特點。

1.1 定位系統車載單元需求分析

（1）高精度：為確保車輛安全運行，應實現復雜交通環境下動態車輛車道級定位，20厘米以內即可滿足要求。

（2）低延時：單元模塊間動態實時位置信息的傳遞應及時，延時控制在毫秒級別即滿足要求。

（3）全天候：對行駛在道路上的自動駕駛車輛進行定位，應不受晝夜、天氣影響，滿足全天候的定位要求。

（4）全覆蓋：在如高樓遮擋、高架橋下、隧道內、停車場內等場景中，存在衛星信號盲區，盲區場景下需要一種車輛定位方式實現車輛定位。

1.2 定位系統路側單元需求分析

（1）全天候：路側單元功能也應與晝夜、天氣無關，不受其影響，具有全天時、全天候的工作能力。

（2）高容量：同一時刻在道路上行駛的自動駕駛車輛數目龐大，路側單元需獲取每一輛車的高精定位信息，這一需求的滿足需要路側單元容量足夠大。

2 常見車路協同定位技術

目前，已有多種方法可以獲取米級甚至厘米級的高精度位置信息，主要包括衛星定位技術、計算機視覺定位技術、雷達定位技術等。

2.1 衛星定位技術

伴隨著GNSS（全球導航衛星系統）的發展，GNSS定位技術在自動駕駛場景中被廣泛應用，為自動駕駛提供高精度定位，精細化導航，精準度授時服務。但GNSS本身存在信號易受遮擋、更新頻率低等問題，無法滿足厘米級高精度定位和完好性的需求，在道路定位中的局限性如圖1所示。GNSS增強系統對GNSS性能進行了提升，同時利用偽衛星輔助GNSS定位進行誤差消除也取得了良好的效果。

2.2 計算機視覺定位技術

隨著人工智能的飛速發展，計算機視覺定位技術越來越受重視。特斯拉、Mobileye均采用視覺定位作為其自動駕駛車輛定位方法。但攝像頭通常存在檢測距離較短，易受自然環境影響等缺點，在光照較差和霧霾、雨雪等惡劣天氣下，檢測準確度較低。

2.3 雷達定位技術

激光雷達和毫米波雷達是車輛實現自動駕駛不可或缺的硬件。激光雷達能夠有效檢測動態障礙物，并對物體的運動狀態進行估計，抗干擾強，探測距離長，Google便以其作為自動駕駛車輛定位方案，但激光雷達成本太過昂貴。毫米波雷達能夠對被測目標的相對速度和相對距離進行很好的檢測，不受環境的影響，但障礙物識別率較低。

3 車路協同定位技術趨勢

（1）定位系統除了應具備采集車輛實時的位置、速度和運行方向等狀態信息的功能外，還應具備全天時全天候的工作能力，具備成本低、精度高、可靠性高的設備特點。

（2）GNSS及其增強系統已基本可以滿足車路協同定位需求，在GNSS不可用的場景中，可通過其他方式進行協同定位，以保證車輛實時位置信息的全面檢測。

（3）基于視覺和雷達的定位技術可統一歸為基于傳感器的檢測，這一方式還涉及后續與高精度地圖的匹配。昂貴的車載設備使成本大大增高，且高精度地圖的覆蓋率與動態更新也使得此方式作為主要定位方式深受限制。

4 結語

定位技術是自動駕駛汽車安全行駛不可或缺的核心技術之一，在車輛橫向/縱向精確定位、障礙物檢測與碰撞避讓、智能車速控制、路徑規劃及行為決策等方面發揮著重要的作用[2]。隨著車路協同應用中車端從輔助自動駕駛不斷向高級自動駕駛演進，車路協同的定位精度要求也在不斷提高。未來將有更多更精準的定位方式被研究，車路協同體系也將不斷被完善，自動駕駛發展將再上新臺階。

參考文獻：

[1]熊紅令.以物聯網技術為基礎的智能交通控制系統探究[J].科技與創新，2019（1）：126-127.

[2]趙佳，劉清波.自動駕駛汽車高精定位導航技術路線分析[J].客車技術與研究，2018（4）：8-10.