智能網(wǎng)聯(lián)汽車車道級定位軌跡展示問題的研究

車百智能網(wǎng)聯(lián)研究院（武漢）有限公司 徐 紅 王勇剛 衛(wèi) 楊

國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通（武漢）示范區(qū)項目的指揮調度中心大屏上，接入了智能網(wǎng)聯(lián)車輛位置數(shù)據(jù)，但大屏上出現(xiàn)車輛不在車道上行駛，車輛來回掉頭、車輛無故停止在馬路中間等異?，F(xiàn)象。而車輛位置數(shù)據(jù)從車端輸出到大屏展示，經歷了很長的傳輸鏈路及多次處理，為了解決車輛軌跡顯示異常這個系統(tǒng)問題，本文基于車輛位置數(shù)據(jù)的設計了多層次的測試方案，可以為其他示范區(qū)解決車輛軌跡展示問題提供測試和研發(fā)參考。

1 研究背景

為滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放道路測試和示范應用需求，探索車路協(xié)同與智慧交通場景應用，武漢智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通應用示范區(qū)二期項目基于“新四跨”開放標準，建設了“四網(wǎng)一平臺一中心”，即由路側通信設施、5G專網(wǎng)通信基站等組成的通信網(wǎng)，由電子標識標牌、路側立桿等道路網(wǎng)，由視頻相機、激光雷達、毫米波雷達、氣象環(huán)境檢測器等智能感知設施組成的感知網(wǎng)，由高精度定位、高精度地圖、三維城市建模等組成的數(shù)據(jù)空間網(wǎng)，以及CA認證安全平臺和車城融合的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了自動駕駛、車路協(xié)同以及智慧交通等相關場景應用和展示。

但是智能網(wǎng)聯(lián)公交車在可視化平臺上顯示時存在不按車道行駛、駛出道路、異常掉頭、無故停車等問題，遠遠達不到可視化平臺的展示要求。本文針對出現(xiàn)的車輛位置顯示異常的問題，根據(jù)車輛軌跡數(shù)據(jù)流轉的架構，給出了相應的測試方案。

2 車輛高精度定位軌跡數(shù)據(jù)可視化顯示架構（見圖1）

圖1 車輛位置傳輸架構圖

車輛高精度定位軌跡三維可視化展示主要涉及四個關鍵節(jié)點：武漢市北斗RTK定位服務、車載定位終端、云控平臺、三維可視化平臺。北斗定位服務為車載定位終端提供RTK差分信息；車載OBU定位終端利用RTK差分信息及定位算法解算出高精度位姿，并打包到BSM報文中，以10Hz的頻率輸出；云控平臺通過UU空口實時接收車輛上傳的BSM報文；三維可視化平臺則訂閱云控平臺側發(fā)布的BSM數(shù)據(jù)，提取經緯度等信息并經過坐標轉換、插值、擬合等處理將車輛軌跡顯示到三維可視化平臺上。

3 測試方案設計

針對車輛位置數(shù)據(jù)的復雜傳輸鏈路，為減少測試變量，設計了如圖2所示的測試方案。

圖2 總體測試方案

可視化平臺要準確還原車輛真實的行駛軌跡，就需要保證車輛定位精度、車輛位置數(shù)據(jù)的傳輸準確無誤且穩(wěn)定有序、三維模型等的精度等等。其中影響車輛定位精度的有兩方面因素：RTK差分源質量和車輛自身定位精度。而車輛位置數(shù)據(jù)傳輸及質量主要依賴于BSM消息集；同時對車輛位置數(shù)據(jù)的處理及底圖數(shù)據(jù)的精度也會影響車輛位置展示的效果。

因此測試方案分為5個部分：（1）武漢市RTK定位服務測試；（2）基于車載OBU終端的高精定位測試；（3）BSM數(shù)據(jù)收發(fā)頻率和時序測試；（4）三維模型和高精度地圖精度測試；（5）三維可視化平臺軌跡測試。

4 測試內容

4.1 武漢市北斗RTK定位服務

示范區(qū)聯(lián)合武漢大學建設了由10個北斗地基增強基準站組成的CORS系統(tǒng)，利用核心定位算法解算實時衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，形成多基準站差分定位用戶數(shù)據(jù)，向包括自動駕駛汽車、北斗車聯(lián)網(wǎng)公交車等在內的車聯(lián)網(wǎng)用戶持續(xù)提供動態(tài)、連續(xù)、快速、高精度、高可靠性米級、分米級、厘米級等多層級高精度位置服務并能提供參考歷元為2000的CGCS2000坐標系及參考歷元為2005的WGS84兩種坐標系的位置服務。

為了評估差分服務的質量及差異，測試方案設計了RTK定位服務系統(tǒng)的差分數(shù)據(jù)完整率、與千尋網(wǎng)的定位差異、坐標系差異及部署在不同服務器上的差分定位差異等多維度的測試。

4.2 車載OBU定位終端

車載OBU終端的定位精度直接決定車輛在大屏上顯示的位置精度。本次研究的北斗車聯(lián)網(wǎng)車輛主要安裝了大唐OBU定位終端和華勵OBU定位終端。大唐車載OBU采用GNSS-IMU組合導航形式進行定位，在GNSS的信號屏蔽或失鎖時,組合導航系統(tǒng)仍可通過IMU繼續(xù)進行導航,但會因IMU的累積誤差而使系統(tǒng)的精度降低；其定位精度由GNSS定位精度、標定精度、融合算法和慣導性能等多因素決定。

4.3 基于車聯(lián)網(wǎng)云控平臺的BSM報文測試

BSM為車輛基本安全消息包含了車輛位置、速度、航向角等信息，用來在車輛之間、車輛與平臺之間交換自身安全狀態(tài)數(shù)據(jù)。BSM消息是車輛位置傳輸?shù)妮d體，BSM消息傳輸?shù)念l率、時序、質量對車輛位置顯示起著至關重要的作用。因此BSM消息是整個測試研究中最重要的對象之一。

該部分測試主要包含以下內容：

（1）BSM軌跡一致性進行分析，主要是基于高精度地圖，將OBU發(fā)送給平臺的BSM數(shù)據(jù)和平臺adaptor接收到BSM數(shù)據(jù)進行軌跡還原及疊加，排查平臺端因性能原因或數(shù)據(jù)處理導致軌跡點遺漏或點位順序錯亂等問題帶來的位置偏移。

（2）TWIN處理機制測試。BSM數(shù)據(jù)從Adaptor傳輸至Twin后，TWIN會對BSM數(shù)據(jù)進行處理，以降低BSM頻率、保證BSM數(shù)據(jù)推送質量等。因此在這一環(huán)節(jié)設計了TWIN接收到發(fā)布BSM數(shù)據(jù)的時序一致性測試。

（3）BSM數(shù)據(jù)發(fā)送頻率測試。當BSM數(shù)據(jù)發(fā)送頻率不穩(wěn)定時，可視化展示平臺上會出現(xiàn)車輛行駛速度不平滑，甚至無故停在路中央的現(xiàn)象。因此設計了從OBU端到大屏端的BSM數(shù)據(jù)頻率時序測試，以驗證數(shù)據(jù)在每個環(huán)節(jié)的發(fā)送和接收頻率都基本一致。

5 應用測試及結論

武漢示范區(qū)項目按照以上測試方案對RTK定位服務、OBU、車聯(lián)網(wǎng)云控平臺等先后進行測試后發(fā)現(xiàn)，高精度的車輛定位及軌跡展示主要與以下因素有關：

（1）RTK服務：武漢市北斗定位服務網(wǎng)的穩(wěn)定性，包括基站在線率、通訊穩(wěn)定性、定位網(wǎng)覆蓋范圍等。

（2）車載終端：定位算法、IMU標定、BSM數(shù)據(jù)質量、所處環(huán)境的GNSS信號強弱等。

（3）云控平臺：服務器處理性能、BSM數(shù)據(jù)處理機制、BSM數(shù)據(jù)推送頻率等。

根據(jù)測試問題經優(yōu)化后，車輛軌跡展示有了改善。但是這種改善并未持續(xù)，之后不斷有新的問題爆發(fā)。因為北斗定位服務（武漢市）、三維可視化平臺等都是復雜的系統(tǒng)，還需要從平臺架構、武漢市北斗定位網(wǎng)差分算法優(yōu)化、車輛在復雜環(huán)境下的定位精度、數(shù)據(jù)質量檢測等方面著手，才能在三維可視化平臺真正實現(xiàn)車輛實時、真實的軌跡還原。