李新建　伍松

摘 要：簡要分析了RTK技術和自動駕駛技術的發(fā)展，其中RTK除從傳統(tǒng)自主架設基站模式外衍生出基于網(wǎng)絡的CORS系統(tǒng)，通過配合車載方案，可以為自動駕駛提供厘米級精度定位坐標，車速和航向信息，為無人駕駛和車路協(xié)同的發(fā)展提供新思路。

關鍵詞：RTK 無人駕駛 CORS 車路協(xié)同

Application of RTK Technology in Unmanned Driving

Li Xinjian Wu Song

Abstract：In this paper， the development of RTK technology and autonomous driving technology is briefly analyzed. In addition to the traditional mode of setting up base station independently， RTK derives the CORS station system based on network， which can provide centimeter-level precision positioning coordinates， speed and heading information for autonomous driving by cooperating with the on-board scheme providing a new way of thinking for the development of unmanned driving and vehicle-road coordination.

Key words：RTK， unpiloted vehicle， CORS， CVIS

1 前言

隨著衛(wèi)星導航技術和傳感器技術的發(fā)展，越來越多的定位系統(tǒng)和傳感器被使用在傳統(tǒng)汽車上，這些技術的融合促使汽車在沒有人類操作的情況下也能自動精確定位，感知周邊道路信息，進而對汽車行為發(fā)出指令，規(guī)避障礙，實現(xiàn)自動駕駛。根據(jù)美國國家標準技術評價體系ALFUS的測評結構，將自動駕駛劃分為0-10級，其中0級為完全人工控制，隨著等級提升，人工干預程度越小，環(huán)境復雜度越高^[1]。精確的定位信息，可以提高自動駕駛車輛的安全性和穩(wěn)定性。自動駕駛發(fā)展的趨勢，不僅僅是車輛自身提升環(huán)境識別能力，更包含車輛與車輛之間通信，車輛與智能路面的信息交換。車路協(xié)同是自動駕駛發(fā)展技術突破的關鍵因素。RTK（Real - time kinematic）實時載波相位差分技術，通過衛(wèi)星俯視視角，提供實時厘米級車輛定位信息、速度、航向，也可以給出道路地圖坐標，在車路協(xié)同發(fā)展中具有關鍵性作用。

2 RTK技術原理及發(fā)展現(xiàn)狀

在日常生活中，GPS定位最為常見，GPS和RTK的區(qū)別如下：

GPS是美國70年代開始為軍方提供精確授時、導航定位、目標監(jiān)控的以人造衛(wèi)星為基礎的無線電系統(tǒng)，1994年全面建成覆蓋全球98%區(qū)域的24顆衛(wèi)星，目前已經(jīng)升級到第三代。我們通常所說的GPS是其中的單點定位模式，該模式下的誤差通常>1m，有時甚至高達幾十米，所以日常駕駛使用的車載導航軟件和手機導航軟件，無法辨別車道，導致錯過道路出口或者無法分辨高架橋梁。這些錯誤判斷在無人駕駛系統(tǒng)中都是極大安全隱患，輕則發(fā)生擦碰，重責會引發(fā)致命事故并造成交通癱瘓，即使車載傳感器探測到周圍路況信息，避免了事故，但是錯誤的地圖定位信息也會使目的地南轅北轍。而RTK是衛(wèi)星定位應用中的一種實時載波相位差分技術，不僅GPS系統(tǒng)適用，其他國家和組織的衛(wèi)星定位系統(tǒng)也適用。其定義與GPS就存在本質上的差別，不能混為一談。

RTK定位技術，關鍵在于使用了載波相位的觀測手段，利用基準站和移動站間的空間相關性，采用差分的方式消除大部分誤差，從而實現(xiàn)實時厘米級定位精度。

RTK通常由基準站系統(tǒng)，管理控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用戶數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)等組成。在觀測條件較好的情況下，一般5顆衛(wèi)星就能滿足固定解的要求，可用衛(wèi)星數(shù)量越多，定位精度越高，測量結果更可靠。目前全球范圍內(nèi)擁有四種衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS），分別是中國北斗衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）、美國GPS（Global Positioning System）系統(tǒng)，歐盟伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)（GALIEO）和俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）系統(tǒng)[^2]。依托可用衛(wèi)星系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，RTK信號也越來越強，全天候全時段的監(jiān)測的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，打破了時間和空間的限制。各個衛(wèi)星系統(tǒng)和RTK的關系圖如圖1所示。

傳統(tǒng)RTK通常需要自行架設本地基站又稱參考站，由于移動站和參考站之間需要通過電臺傳輸差分數(shù)據(jù)，因此傳輸距離一半不超過25km，使用范圍有限，且定位誤差隨距離的增大而增大，并且易受電離層、多路徑等因素影響。因此傳統(tǒng)RTK也逐漸向著CORS系統(tǒng)發(fā)展[3]。CORS（Continuously Operating Reference System）通常認為是一個或若干個不間斷運行的，固定的GNSS參考站，利用互聯(lián)網(wǎng)無線技術，實時向不同用戶提供經(jīng)過檢驗的高質量GNSS觀測值，包括載波相位、偽距等信息[4]。CORS系統(tǒng)理論出現(xiàn)于上世紀八十年代中期，目前CORS發(fā)展迅猛，世界上許多國家都建立了不同技術層次和不同水平的CORS系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)RTK參考站，網(wǎng)絡CORS的模式具有以下優(yōu)點：

（1）使用范圍更廣，只要有布置CORS網(wǎng)的區(qū)域都無需再自主架設參考站。

（2）精度更高，網(wǎng)絡參考站位置固定，且多個參考站之間也會進行誤差消除，因此相比傳統(tǒng)單點參考站精度更高。

（3）可靠性更強，多個參考站之間可以協(xié)同工作，當某個設備發(fā)生故障，其他設備依然可以提供可靠定位信息，不會丟失參考站位置信息。

基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡RTK技術日益成熟，這種高精度高可靠性的技術定位精度相比于傳統(tǒng)GPS單點定位有了質的飛躍，相比于傳統(tǒng)RTK方式，使用范圍更廣，系統(tǒng)更可靠，因此也更適用與無人駕駛中高精度定位需求。

3 車載RTK配置方案

車載高精度RTK通常由CORS網(wǎng)、車載RTK板卡、SOC（System on Chip）和其他外圍設備組成，其關系如圖2所示，CORS網(wǎng)連續(xù)穩(wěn)定接受衛(wèi)星信號，給出參考站坐標，車載RTK板卡接收衛(wèi)星信號的同時也接收CORS網(wǎng)傳輸?shù)膮⒖甲鴺?，通過差分解算得到實時高精度汽車定位信息，速度和航向等。RTK板卡將這些信息傳送給SOC記錄解算，再通過外圍設備將各個設備組網(wǎng)，就能獲得車與車之間，車與路之間的相對位置信息，實現(xiàn)車路協(xié)同，為無人駕駛提供準確的參考位置信息。

當前部分駕考培訓機構已經(jīng)實現(xiàn)用RTK進行培訓考試，科目二中，考試車壓線即可識別，判定考試失敗。科目三中，人行橫道，公交車站的提示也是通過該技術實現(xiàn)。使用RTK技術的考試車如圖3所示，車頂裝有天線。

目前市場上國際主流的RTK板卡公司包括諾瓦泰（NovAtel）、天寶（Trimble）、Ublox、國內(nèi)包括和芯星通、思南等品牌，以思南板卡為例，如圖4所示。

CORS服務商有千尋、星輿科技等，雖然各個廠商的軟件協(xié)議及硬件電路并沒有統(tǒng)一標準，但是都能實現(xiàn)厘米級的高精度定位。

除了反應準確的位置信息，還能獲得精確的速度和加速度信息，RTK采用的是多普勒頻移原理測速，并且通過微分獲得加速度值，因此精確度較高。橫縱向加速度也是汽車行駛過程中穩(wěn)定性的重要指標，都可以通過RTK獲得。這些信息可以輔助無人駕駛汽車更好的自動操控，在提高安全性的同時也能提升乘坐體驗感。

隨著技術發(fā)展RTK也愈來愈成熟，但是也會存在以下不足：

（1）觀測條件要求較高，在密集的高樓，或者隧道中信號強度差，精度降低甚至無法完成作業(yè)。

（2）數(shù)據(jù)鏈距離影響，移動站和參考站之間的距離增加會增大測量誤差，需要架設更多的參考站和電臺。

（3）不能達到100%的可靠性，多路徑效應，電離層反射等不可控因素，會產(chǎn)生隨機誤差影響精度。

4 總結與展望

RTK技術可以為無人駕駛汽車提供高精度定位信息，實現(xiàn)車路協(xié)同，基于CORS網(wǎng)絡的RTK精度更高，穩(wěn)定性和容錯性更強。結合車載各種雷達探測器和傳感器使用，使無人駕駛汽車擁有更廣闊的發(fā)展前景。在現(xiàn)有RTK的基礎上引入慣性導航系統(tǒng)，不斷修正誤差，即使系統(tǒng)短暫丟星失鎖，也能保持高精度運作。

參考文獻：

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