车路协同系统中车辆定位技术探究

张建成 李金洪 冯延旺 项泽文 杨锐

摘 要：车辆精确定位是车路协同系统的关键技术之一。通过对车路协同定位系统的进行需求分析，结合现有的定位技术，对未来车路协同定位的技术关键进行展望。

关键词：车路协同;定位;技术

0 引言

近年来，我国高度重视自动驾驶、智能网联汽车的发展。研究指出，自动驾驶可大大降低车辆安全事故率，提升道路安全水平，有效缓解交通拥堵，提高短途运输效率，提升路网通行能力和交通运输效率。车路协同作为自动驾驶的必由之路，在国家利好政策和5G商用的驱动下蓬勃发展。相关数据表明，我国车路协同行业市场规模将于2024年达到1 841.1亿元人民币[1]。

所谓车路协同，即通过先进的无线通信技术和新一代互联网技术，实现车-车、车-路之间的动态实时信息交互，从而开展车辆主动安全控制和道路协同管理，实现交通运行的安全、高效，建成绿色、智能的道路交通系统。对于车路协同系统而言，精确的车辆定位是导航、避撞等安全应用的基础，故对车路协同系统中车辆定位技术开展研究极其重要。

1 车路协同定位系统需求

車路协同系统的主要设备构成为路侧单元和车载单元两部分。路侧单元主要采集的是当前交通状况、道路状况、环境状况等信息;车载单元主要获取车辆运动状态、车辆定位信息、周围行车环境信息等。两个单元建立通信连接，互相交换信息，经处理单元对信息进行处理后，最终做出判决，并由车辆执行此判决。车路协同定位系统性能在满足位置信息高精采集要求的同时，根据不同单元功能需求，也对应具备动态性高、覆盖面广、存储量大等特点。

1.1 定位系统车载单元需求分析

（1）高精度：为确保车辆安全运行，应实现复杂交通环境下动态车辆车道级定位，20厘米以内即可满足要求。

（2）低延时：单元模块间动态实时位置信息的传递应及时，延时控制在毫秒级别即满足要求。

（3）全天候：对行驶在道路上的自动驾驶车辆进行定位，应不受昼夜、天气影响，满足全天候的定位要求。

（4）全覆盖：在如高楼遮挡、高架桥下、隧道内、停车场内等场景中，存在卫星信号盲区，盲区场景下需要一种车辆定位方式实现车辆定位。

1.2 定位系统路侧单元需求分析

（1）全天候：路侧单元功能也应与昼夜、天气无关，不受其影响，具有全天时、全天候的工作能力。

（2）高容量：同一时刻在道路上行驶的自动驾驶车辆数目庞大，路侧单元需获取每一辆车的高精定位信息，这一需求的满足需要路侧单元容量足够大。

2 常见车路协同定位技术

目前，已有多种方法可以获取米级甚至厘米级的高精度位置信息，主要包括卫星定位技术、计算机视觉定位技术、雷达定位技术等。

2.1 卫星定位技术

伴随着GNSS（全球导航卫星系统）的发展，GNSS定位技术在自动驾驶场景中被广泛应用，为自动驾驶提供高精度定位，精细化导航，精准度授时服务。但GNSS本身存在信号易受遮挡、更新频率低等问题，无法满足厘米级高精度定位和完好性的需求，在道路定位中的局限性如图1所示。GNSS增强系统对GNSS性能进行了提升，同时利用伪卫星辅助GNSS定位进行误差消除也取得了良好的效果。

2.2 计算机视觉定位技术

随着人工智能的飞速发展，计算机视觉定位技术越来越受重视。特斯拉、Mobileye均采用视觉定位作为其自动驾驶车辆定位方法。但摄像头通常存在检测距离较短，易受自然环境影响等缺点，在光照较差和雾霾、雨雪等恶劣天气下，检测准确度较低。

2.3 雷达定位技术

激光雷达和毫米波雷达是车辆实现自动驾驶不可或缺的硬件。激光雷达能够有效检测动态障碍物，并对物体的运动状态进行估计，抗干扰强，探测距离长，Google便以其作为自动驾驶车辆定位方案，但激光雷达成本太过昂贵。毫米波雷达能够对被测目标的相对速度和相对距离进行很好的检测，不受环境的影响，但障碍物识别率较低。

3 车路协同定位技术趋势

（1）定位系统除了应具备采集车辆实时的位置、速度和运行方向等状态信息的功能外，还应具备全天时全天候的工作能力，具备成本低、精度高、可靠性高的设备特点。

（2）GNSS及其增强系统已基本可以满足车路协同定位需求，在GNSS不可用的场景中，可通过其他方式进行协同定位，以保证车辆实时位置信息的全面检测。

（3）基于视觉和雷达的定位技术可统一归为基于传感器的检测，这一方式还涉及后续与高精度地图的匹配。昂贵的车载设备使成本大大增高，且高精度地图的覆盖率与动态更新也使得此方式作为主要定位方式深受限制。

4 结语

定位技术是自动驾驶汽车安全行驶不可或缺的核心技术之一，在车辆横向/纵向精确定位、障碍物检测与碰撞避让、智能车速控制、路径规划及行为决策等方面发挥着重要的作用[2]。随着车路协同应用中车端从辅助自动驾驶不断向高级自动驾驶演进，车路协同的定位精度要求也在不断提高。未来将有更多更精准的定位方式被研究，车路协同体系也将不断被完善，自动驾驶发展将再上新台阶。

参考文献：

[1]熊红令.以物联网技术为基础的智能交通控制系统探究[J].科技与创新，2019（1）：126-127.

[2]赵佳，刘清波.自动驾驶汽车高精定位导航技术路线分析[J].客车技术与研究，2018（4）：8-10.