高精度定位，自动驾驶汽车的自我感知.docx

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1、目录高精度定位：满足自动驾驶高精、高频的定位需求1高精度定位是自动驾驶中的底层支持1高精度定位与一般导航定位的主要区别在于精度和频率1高精度定位通常借助RTK、IMU以及传感器等融合实现1技术辨析：绝对位置和相对位置如何助力自动驾驶3绝对位置：GNSS、RTK、IMU3相对位置：点云匹配与视觉定位6绝对位置与相对位置互为结合，互为补充8高精定位的市场格局与行业展望9市场格局：软硬结合，各方云集9行业展望：北斗组网，融合发展12风险因素12投资建议12插图目录图1：高精定位在自动驾驶系统中的层次位置1图2：百度Apollo车道线匹配定位2图3：点云匹配定位原理3图4：

2、卫星定位示意图4图5：RTK定位原理4图6：IMU内部结构图5图7：IMU协助GPS定位6图8：IMU实现自主导航6图9：激光雷达点云匹配定位7图10：测绘激光雷达系统组成8图11：百度Apollo2.0多传感器融合定位模块框架8图12：百度Apollo高精定位测试案例9图13：u-bloxF9技术平台11图14：千寻、移远、ST联合发布的GNSS高精度定位模块11表格目录表1：惯性导航系统与RTK定位系统对比6表2：国内高精定位相关企业9▍高精度定位：满足自动驾驶高精、高频的定位需求高精度定位是自动驾驶中的底层支持高精定位技术位于感知层和决策层，为自动驾驶系统提供

3、底层支持。自动驾驶是一个庞大而复杂的技术体系，类比于人类驾驶行为，可将自动驾驶技术结构化为感知层、决策层、控制层三个部分，则高精定位涉及感知层与决策层，为自动驾驶汽车提供车辆的空间坐标与当前场景下的相对位置坐标，以及位置相关信息，包括速度、加速度、车辆姿态、航向角等。向上延伸，高精定位涉及车辆速度控制、路径规划、障碍物检测与避让、车辆行为决策等决策层与控制层内容。图1：高精定位在自动驾驶系统中的层次位置资料来源：绘制高精度定位与一般导航定位的主要区别在于精度和频率从实际驾驶场景看，可以估算面向自动驾驶的高精定位精度≤25cm，更新频率≥100Hz。一般情况下，人工驾

4、驶车辆距离道路一侧路牙的安全距离约25cm，假设自动驾驶汽车最高时速为90km/h，行驶25cm距离用时0,01s（对应频率f=1/t=100Hz）。因此，能够支持自动驾驶汽车的高精定位技术应实现≤25cm的精度，定位信息更新频率在100Hz及以上，才能有效确保自动驾驶车辆的行驶安全。与常规定位导航系统——包括无线电定位导航、惯性导航系统、卫星定位导航等相比，精度和频率是高精度定位（与导航）最显著的两大特征。高精度定位通常借助RTK、IMU以及传感器等融合实现从绝对位置定位角度看，高精定位组合多种常规定位方案以提高定位精度。单纯依靠卫星定位无法满足自动驾驶对定位精度

5、和更新频率的要求，因而需要多种定位技术的整合。例如，RTK定位基于地面基准站修正卫星定位误差，IMU通过感知车辆速度、姿态等信息提高定位频率和稳健性。从相对位置定位角度看，高精定位借助激光雷达、摄像头等感知设备以及高精地图，通过对周围场景的识别比对实现厘米级精度定位。依靠每一个位置所观察到的不同的环境特征与已有的高精地图匹配，不断修正车辆自身位置的误差量，从而实现自动驾驶汽车长距离自主导航。实现该定位方案的三个关键环节：一、高精地图的绝对坐标精度，以及包含道路信息的丰富、细致程度；二、摄像头、激光雷达等设备的感知能力；三、匹配算法的性能。此外还有不依靠高精地图支持，

6、单纯通过视觉里程算法实现定位的思路。据高德高精地图团队谷小丰透露，高德基于“激光雷达+摄像头”的相对位置定位方案，能够实现平均误差9cm的定位精度。图2：百度Apollo车道线匹配定位资料来源：百度Appollo公开课相对位置与绝对位置代表思考高精定位的不同视角，在实际运用中是兼而有之。自动驾驶汽车在实际行驶过程中会遭遇各种路况环境，比如卫星信号中断、视线模糊、激光雷达反射遮挡等，以及尚未遭遇到的“长尾案例”。为实现L3及更高级别的自动驾驶，仅仅依靠某一定位方案是远远不够的，而需要多传感器、多系统的融合定位方案。以激光雷达点云匹配的定位方案为例：一方面，车载激光雷达

7、扫描获得点云数据，并提取数据中包含的环境特征；另一方面，车辆从“GNSS+RTK+IMU”定位组合中获得车辆位置的预测值，从高精地图中获取该位置附近的环境特征，之后将扫描识别的环境特征与高精地图记述的环境特征做匹配融合，获取车辆当前场景下精确的位置信息。高精定位方案中，共有三部分相互重叠的定位子系统：一、卫星定位，包括RTK定位技术、地基增强网络等；二、航位推算引擎，包括IMU、车身里程计、以及车辆控制系统的总线信息；三、基于高精地图的相对位置定位。三部分之间信息相互耦合，结果相互冗余，从而保证定位的精度和可靠性。图3：点云匹配定位原理资料来源：绘制高精定位与高