近日，由IMT-2020（5G）推進組主編的《車輛高精度定位白皮書》正式發布，該白皮書介紹了在車聯網環境下的車輛高精度定位發展趨勢，需求與挑戰，以及系統架構和關鍵技術。中國聯通、中國電信、華為、中國信息通信研究院、千尋位置、四維圖新、百度等企業也參與了編寫。
車輛高精度定位方案
根據場景以及定位性能的需求不同，車輛定位方案是多種多樣的。在大多數的車聯網應用場景中，通常需要通過多種技術的融合來實現精準定位，包括GNSS（Global Navigation Satellite System）、無線電（例如蜂窩網、局域網等）、慣性測量單元（Inertial Measurement Unit, IMU）、傳感器以及高精度地圖。其中，GNSS或其差分補償RTK（Real-time Kinematic），是最基本的定位方法。考慮到GNSS技術在遮擋場景、隧道以及室內的不穩定（或不可用），其應用場景受限于室外環境。基于傳感器的定位是車輛定位的另一種常見方法，然而高成本和對環境的敏感性也限制了其應用前景。通常，GNSS或傳感器等單一技術難以滿足現實復雜環境中車輛高精度定位的要求，無法保證車聯網定位的穩定性。因此會通過其他一些輔助方法例如慣性導航、高精度地圖等，以滿足高精度定位需求。報告中提到，隨著ADAS功能逐步的進入傳統汽車，使之成為傳統汽車的標配，而自動駕駛汽車的量產計劃也會在在未來3-5年內實現。根據各車企對定位的需求，高精度定位服務在汽車行業的應用具有非常廣闊的前景。
同時，在不同的應用場景中，對車聯網定位精確程度的要求是不一樣的。不止是車輛的位置坐標，未來L4/L5自動駕駛車輛對位置魯棒性，車輛姿態精度，姿態魯棒性都有嚴格的要求。車聯網定位的挑戰
所以，在這種情況下，定位就會面臨著很多的挑戰。白皮書提到目前，目前車聯網場景的定位需求主要面臨以下三個方面：定位精度及定位范圍、通信時延和網絡部署。
1. 滿足不同應用場景下的定位需求：目前室外的定位技術以實時動態差分技術（Real-time Kinematic, RTK）為主，在室外空曠無遮擋環境下可以達到厘米級定位，但考慮到城市環境密集高樓 區，以及會經歷隧道、高架橋、地下停車場等遮擋場景，需要結合慣性單元使用融合算法保持一定時 間的精度。所以如何保障車輛在所有場景下的長時間穩定高精度定位，是車聯網應用場景下車輛高精度定位的巨大挑戰。因此需要結合蜂窩網定位、慣導、雷達、攝像頭等，通過多源數據融合保障車輛隨時隨地的定位精度。
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。從定位技術上，對于攝像頭、雷達等傳感器定位，需要有相應的高精度地圖匹配，以保證實現厘米級的定位。另外，從車聯網業務上，路徑規劃、車道級監控和導航，也需要高精度地圖與之配合才能實現。然而繪制高精度地圖成本高且復雜，且需要定期更新才能保證定位性能和業務需求。
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、衛星、慣導、攝像頭以及雷達數據，而對于慣導、雷達等，成本較高，難以實現快速普及，限制了車輛高精度定位的商業應用。白皮書中介紹了車輛高精度定位系統網絡架構，結合對車輛高精度定位的場景分析和性能需求，該架構主要包括終端層、網絡層、平臺層和應用層。其中終端層實現多源數據融合（衛星、傳感器及蜂窩網數據）算法，保障不同應用場景、不同業務的定位需求；平臺層提供一體化車輛定位平臺功能，包括差分解算能力、地圖數據庫、高清動態地圖、定位引擎，并實現定位能力開放；網絡層包括5G基站、 RTK基站和路側單元（Road Side Unit, RSU），為定位終端實現數據可靠傳輸；應用層基于高精度定位系統能夠為應用層提供車道級導航、線路規劃、自動駕駛等應用。

車輛高精度定位關鍵技術

基于RTK差分系統的GNSS定位
高精度GNSS增強技術通過地面差分基準參考站進行衛星觀測，形成差分改正數據，再通過數據通信鏈路將差分改正數據播發到流動測量站，進而流動測量站根據收到的改正數進行定位。但是，在車聯網領域使用時，還需要考慮它的可行性，一致性以及合規性。

傳感器與高精地圖匹配定位
除了衛星定位以外，自動駕駛汽車往往會用到視覺定位，它是通過攝像頭或激光雷達等視覺傳感器設備通過獲取視覺圖像，再提取圖像序列中的一致性信息，根據一致性信息在圖像序列中的位置變化估計車輛的位置。根據事先定位所采用的策略，可分為基于路標庫和圖像匹配的全局定位、同時定位與地圖構建的SLAM（Simultaneous localization and mapping）、基于局部運動估計的視覺里程計三種方法。
應用于自動駕駛的高精地圖相較于傳統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、連通關系等內容外，還包括大量定位對象（object），即路面、 兩側或上方的各種靜態物體，如路緣石、柵欄、交通標牌、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（LiDAR）、相機（Camera）和毫米波雷達（Radar）識別出地圖上的各類靜態地物，然后將這些對象與地圖上存儲的對象進行比對（Map Matching），匹配過 后，通過相對姿態和位置關系，即可得到車輛自身精確位置和姿態，實現無GPS條件下的自定位。

蜂窩網定位
蜂窩網絡對于提高定位性能至關重要，支撐RTK數據和傳感器數據的傳輸，高精度地圖的下載和更新等。基于4G的蜂窩定位，受信號帶寬、同步以及網絡部署的影響，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等的支撐，可以使得5G的定位精度大大提高，目前在仿真/測試場景下，室內定位可達2~3米精度，可在室內及隧道環境下彌補衛星定位的不足。

同步系統
可靠的高精度定位系統基本都是基于同步系統的，包括衛星導航定位，地面高精度定位系統也基本遵循這一原則。高精度定位系統的同步精度每降低3ns就會引入1米左右的測距誤差，因此時鐘同步性能成為高精度同步技術的關鍵指標，地面定位網元節點間的高精度同步技術是這個領域研究的關 鍵。V2X需要滿足未來智能駕駛的信息交換需求，對同步的需求也顯而易見。
這份白皮書以在車聯網環境下車輛高精度定位為研究內容，以定位技術現狀為基礎，對車聯網場景下的定位需求指標進行分析；建立車輛高精度定位的系統網絡架構，以滿足不同的業務和場景需求；在車輛高精度定位技術中，基于衛星與基站協作定位提出通過基站播發差分信息的方法，基于車載傳感與高精地圖匹配提出利用照相機、攝像頭以及雷達與高清地圖匹配，實現基于語義級高精度地圖定位；車輛高精度定位對同步技術提出了比通信網更高的要求，是5G時代的一個重要需求，針對車輛高精度定位的需求，同步網各部分需要整體的技術提升，包括源部分和承載網部分；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演進和發展提供參考。德寶官網：www.tyst88.com