智能网联汽车车道级定位轨迹展示问题的研究

车百智能网联研究院（武汉）有限公司 徐 红 王勇刚 卫 杨

国家智能网联汽车与智慧交通（武汉）示范区项目的指挥调度中心大屏上，接入了智能网联车辆位置数据，但大屏上出现车辆不在车道上行驶，车辆来回掉头、车辆无故停止在马路中间等异常现象。而车辆位置数据从车端输出到大屏展示，经历了很长的传输链路及多次处理，为了解决车辆轨迹显示异常这个系统问题，本文基于车辆位置数据的设计了多层次的测试方案，可以为其他示范区解决车辆轨迹展示问题提供测试和研发参考。

1 研究背景

为满足智能网联汽车开放道路测试和示范应用需求，探索车路协同与智慧交通场景应用，武汉智能网联汽车与智慧交通应用示范区二期项目基于“新四跨”开放标准，建设了“四网一平台一中心”，即由路侧通信设施、5G专网通信基站等组成的通信网，由电子标识标牌、路侧立杆等道路网，由视频相机、激光雷达、毫米波雷达、气象环境检测器等智能感知设施组成的感知网，由高精度定位、高精度地图、三维城市建模等组成的数据空间网，以及CA认证安全平台和车城融合的数据中心，实现了自动驾驶、车路协同以及智慧交通等相关场景应用和展示。

但是智能网联公交车在可视化平台上显示时存在不按车道行驶、驶出道路、异常掉头、无故停车等问题，远远达不到可视化平台的展示要求。本文针对出现的车辆位置显示异常的问题，根据车辆轨迹数据流转的架构，给出了相应的测试方案。

2 车辆高精度定位轨迹数据可视化显示架构（见图1）

图1 车辆位置传输架构图

车辆高精度定位轨迹三维可视化展示主要涉及四个关键节点：武汉市北斗RTK定位服务、车载定位终端、云控平台、三维可视化平台。北斗定位服务为车载定位终端提供RTK差分信息；车载OBU定位终端利用RTK差分信息及定位算法解算出高精度位姿，并打包到BSM报文中，以10Hz的频率输出；云控平台通过UU空口实时接收车辆上传的BSM报文；三维可视化平台则订阅云控平台侧发布的BSM数据，提取经纬度等信息并经过坐标转换、插值、拟合等处理将车辆轨迹显示到三维可视化平台上。

3 测试方案设计

针对车辆位置数据的复杂传输链路，为减少测试变量，设计了如图2所示的测试方案。

图2 总体测试方案

可视化平台要准确还原车辆真实的行驶轨迹，就需要保证车辆定位精度、车辆位置数据的传输准确无误且稳定有序、三维模型等的精度等等。其中影响车辆定位精度的有两方面因素：RTK差分源质量和车辆自身定位精度。而车辆位置数据传输及质量主要依赖于BSM消息集；同时对车辆位置数据的处理及底图数据的精度也会影响车辆位置展示的效果。

因此测试方案分为5个部分：（1）武汉市RTK定位服务测试；（2）基于车载OBU终端的高精定位测试；（3）BSM数据收发频率和时序测试；（4）三维模型和高精度地图精度测试；（5）三维可视化平台轨迹测试。

4 测试内容

4.1 武汉市北斗RTK定位服务

示范区联合武汉大学建设了由10个北斗地基增强基准站组成的CORS系统，利用核心定位算法解算实时卫星观测数据，形成多基准站差分定位用户数据，向包括自动驾驶汽车、北斗车联网公交车等在内的车联网用户持续提供动态、连续、快速、高精度、高可靠性米级、分米级、厘米级等多层级高精度位置服务并能提供参考历元为2000的CGCS2000坐标系及参考历元为2005的WGS84两种坐标系的位置服务。

为了评估差分服务的质量及差异，测试方案设计了RTK定位服务系统的差分数据完整率、与千寻网的定位差异、坐标系差异及部署在不同服务器上的差分定位差异等多维度的测试。

4.2 车载OBU定位终端

车载OBU终端的定位精度直接决定车辆在大屏上显示的位置精度。本次研究的北斗车联网车辆主要安装了大唐OBU定位终端和华励OBU定位终端。大唐车载OBU采用GNSS-IMU组合导航形式进行定位，在GNSS的信号屏蔽或失锁时,组合导航系统仍可通过IMU继续进行导航,但会因IMU的累积误差而使系统的精度降低；其定位精度由GNSS定位精度、标定精度、融合算法和惯导性能等多因素决定。

4.3 基于车联网云控平台的BSM报文测试

BSM为车辆基本安全消息包含了车辆位置、速度、航向角等信息，用来在车辆之间、车辆与平台之间交换自身安全状态数据。BSM消息是车辆位置传输的载体，BSM消息传输的频率、时序、质量对车辆位置显示起着至关重要的作用。因此BSM消息是整个测试研究中最重要的对象之一。

该部分测试主要包含以下内容：

（1）BSM轨迹一致性进行分析，主要是基于高精度地图，将OBU发送给平台的BSM数据和平台adaptor接收到BSM数据进行轨迹还原及叠加，排查平台端因性能原因或数据处理导致轨迹点遗漏或点位顺序错乱等问题带来的位置偏移。

（2）TWIN处理机制测试。BSM数据从Adaptor传输至Twin后，TWIN会对BSM数据进行处理，以降低BSM频率、保证BSM数据推送质量等。因此在这一环节设计了TWIN接收到发布BSM数据的时序一致性测试。

（3）BSM数据发送频率测试。当BSM数据发送频率不稳定时，可视化展示平台上会出现车辆行驶速度不平滑，甚至无故停在路中央的现象。因此设计了从OBU端到大屏端的BSM数据频率时序测试，以验证数据在每个环节的发送和接收频率都基本一致。

5 应用测试及结论

武汉示范区项目按照以上测试方案对RTK定位服务、OBU、车联网云控平台等先后进行测试后发现，高精度的车辆定位及轨迹展示主要与以下因素有关：

（1）RTK服务：武汉市北斗定位服务网的稳定性，包括基站在线率、通讯稳定性、定位网覆盖范围等。

（2）车载终端：定位算法、IMU标定、BSM数据质量、所处环境的GNSS信号强弱等。

（3）云控平台：服务器处理性能、BSM数据处理机制、BSM数据推送频率等。

根据测试问题经优化后，车辆轨迹展示有了改善。但是这种改善并未持续，之后不断有新的问题爆发。因为北斗定位服务（武汉市）、三维可视化平台等都是复杂的系统，还需要从平台架构、武汉市北斗定位网差分算法优化、车辆在复杂环境下的定位精度、数据质量检测等方面着手，才能在三维可视化平台真正实现车辆实时、真实的轨迹还原。