智能網聯汽車車道級定位軌跡展示問題的研究

車百智能網聯研究院（武漢）有限公司 徐 紅 王勇剛 衛 楊

國家智能網聯汽車與智慧交通（武漢）示范區項目的指揮調度中心大屏上，接入了智能網聯車輛位置數據，但大屏上出現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常現象。而車輛位置數據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問題，本文基于車輛位置數據的設計了多層次的測試方案，可以為其他示范區解決車輛軌跡展示問題提供測試和研發參考。

1 研究背景

為滿足智能網聯汽車開放道路測試和示范應用需求，探索車路協同與智慧交通場景應用，武漢智能網聯汽車與智慧交通應用示范區二期項目基于“新四跨”開放標準，建設了“四網一平臺一中心”，即由路側通信設施、5G專網通信基站等組成的通信網，由電子標識標牌、路側立桿等道路網，由視頻相機、激光雷達、毫米波雷達、氣象環境檢測器等智能感知設施組成的感知網，由高精度定位、高精度地圖、三維城市建模等組成的數據空間網，以及CA認證安全平臺和車城融合的數據中心，實現了自動駕駛、車路協同以及智慧交通等相關場景應用和展示。

但是智能網聯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。本文針對出現的車輛位置顯示異常的問題，根據車輛軌跡數據流轉的架構，給出了相應的測試方案。

2 車輛高精度定位軌跡數據可視化顯示架構（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布的BSM數據，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

針對車輛位置數據的復雜傳輸鏈路，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、車輛位置數據的傳輸準確無誤且穩定有序、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。而車輛位置數據傳輸及質量主要依賴于BSM消息集；同時對車輛位置數據的處理及底圖數據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數據收發頻率和時序測試；（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

示范區聯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，利用核心定位算法解算實時衛星觀測數據，形成多基準站差分定位用戶數據，向包括自動駕駛汽車、北斗車聯網公交車等在內的車聯網用戶持續提供動態、連續、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定位服務系統的差分數據完整率、與千尋網的定位差異、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網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,組合導航系統仍可通過IMU繼續進行導航,但會因IMU的累積誤差而使系統的精度降低；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 基于車聯網云控平臺的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數據。BSM消息是車輛位置傳輸的載體，BSM消息傳輸的頻率、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發送給平臺的BSM數據和平臺adaptor接收到BSM數據進行軌跡還原及疊加，排查平臺端因性能原因或數據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數據從Adaptor傳輸至Twin后，TWIN會對BSM數據進行處理，以降低BSM頻率、保證BSM數據推送質量等。因此在這一環節設計了TWIN接收到發布BSM數據的時序一致性測試。

（3）BSM數據發送頻率測試。當BSM數據發送頻率不穩定時，可視化展示平臺上會出現車輛行駛速度不平滑，甚至無故停在路中央的現象。因此設計了從OBU端到大屏端的BSM數據頻率時序測試，以驗證數據在每個環節的發送和接收頻率都基本一致。

5 應用測試及結論

武漢示范區項目按照以上測試方案對RTK定位服務、OBU、車聯網云控平臺等先后進行測試后發現，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的穩定性，包括基站在線率、通訊穩定性、定位網覆蓋范圍等。

（2）車載終端：定位算法、IMU標定、BSM數據質量、所處環境的GNSS信號強弱等。

（3）云控平臺：服務器處理性能、BSM數據處理機制、BSM數據推送頻率等。

根據測試問題經優化后，車輛軌跡展示有了改善。但是這種改善并未持續，之后不斷有新的問題爆發。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，還需要從平臺架構、武漢市北斗定位網差分算法優化、車輛在復雜環境下的定位精度、數據質量檢測等方面著手，才能在三維可視化平臺真正實現車輛實時、真實的軌跡還原。