汽車科技的基礎知識：高精度地圖與定位

最新 01-29

自動駕駛的基本問題是：

我在哪裡（家的位置）？
我要去哪裡（公司的位置）？
我怎麼去（兩者之間的行車路線）？

而其中最最基本的問題是：定位、定位、定位。目前實現的方式主要有三種，一般是結合起來一起用：

GPS + 慣性感測器
激光雷達點雲與高精地圖的匹配
攝像頭識別道路特徵

我們先看幾個概念：

GPS是對「全球衛星定位系統」的約定俗稱的說法，因為最早被廣泛使用的全球定位系統是由美國國防部研製的 GPS（Global Positioning System）系統。

慣性感測器（Inertial Measurement Unit，IMU），檢測加速度和旋轉運動的感測器，基礎的慣性感測器，包括：加速度計和陀螺儀。

SLAM（Simultaneous Localization and Mapping），也稱為CML (Concurrent Mapping and Localization)，即時定位與地圖構建，或並發建圖與定位。

高精度地圖提供精確的道路狀況信息（如每個車道的寬度、坡度、曲率、傾斜等數據）與行駛環境信息（如道路標識、信號燈、路口交叉情況等數據）。

Mobileye道路管理系統（Road Experience Management，REM）：通過安裝在汽車上的攝像頭拍攝路標以及其它道路細節，生成路書供自動駕駛汽車定位使用。Mobileye預期，這種方式定位精度能達到10厘米（目前GPS的精度約為10米）。這是一種典型的眾包模式，2018年底Mobileye通過與寶馬、大眾、日產等合作，收集數據車輛規模將達到200萬輛。

當前兩種主流的L4級自動駕駛技術方案：

Waymo為代表、主打L4/5級自動駕駛的公司,使用激光雷達、雷達和其他感測器搜集數據生成360度環境模型。這個模型進而被轉譯為高精度地圖，幫助車輛實現定位，精度能控制在3厘米以內。

英特爾/Mobileye選擇低級別的感測器融合（攝像頭為主），使用「路書（Roadbook）」技術來完成定位。官方介紹，這種定位方式定位精度在10厘米以內——「7厘米的差距其實並不算大，它只是一個棒球的直徑而已。老實說，我並不希望我的車與別的車或是其他物體靠得那麼近。」

補充說幾點兒：

民用GPS除了精度大概只有10米外，還有更新頻率較低（10Hz）、存在高樓遮擋等問題，需要慣性感測器輔助定位。

GPS的優點有信號的穿透性較強（信號頻率低、即電磁波的波長較長），不易受天氣條件的影響；GPS 誤差不會隨著時間的推移而增加。

慣性感測器監測加速度，通過積分運算獲得距離，測量誤差會被不斷積累；但其信號更新頻率高（100 ~ 200 Hz）。GPS與慣性感測器有較強互補性、搭配使用。使用卡爾曼濾波器（Kalman Filter）的方法將二者融合。

目前的慣性感測器大致劃分成三個級別：

最後來兩張圖，看看激光雷達眼中的世界、已經Mobileye的REM。