L3/L4级无人驾驶实现面临哪些挑战？

10年内无法实现L3/L4级无人驾驶，其中原因包括感知、成本、（高精度地图）定位、深度学习等多方面因素。高精度定位和高精度地图是合二为一无法分割的，要利用高精度地图，首先得清楚自车的高精度定位。虽然现在很多都说重感知，轻地图，但很多时候，高精度地图和高精度定位是绝对无法缺少的，比如城市多车道，某些车道只能直行，不能拐弯，而临近车道可以，再有实线不能变道，双黄线不能调头，如果你不知道自己在哪条车道上，自然也就无法做出正确的路径规划，这些都要车道级定位和车道级地图，也就是高精度地图和高精度定位。

这是个硬规则，换句话说，概率准确度至少要在95%以上，最好不用概率统计法，尽量做到100%准确的物理方法，这是因为，基于视觉参照物体系定位精度的概率在光线变化频繁的市区，概率或者说置信度估计不会高于60%。基于多星或者多频算法的定位精度概率一般也只有50%。高精度地图和高精度定位是L3/L4级无人驾驶必须的，但10年内中美欧的高精度定位都难以实现，日本现在勉强可以实现，但日本对无人驾驶的兴趣度很低，日系车一向讲究尽量压缩成本，电子系统不追求先进，能用就行。所以我们看到本田搞了所谓的L3级车，但只有100辆，且只租不卖，丰田也只是在奥运会期间搞辆无人驾驶小巴。

图片来源：QZSS

日本最初为救灾开发的QZSS可以满足目前无人驾驶所需要的高精度定位，QZSS也覆盖了澳大利亚中东部地区，早在2010年日本也靠QZSS为澳大利亚中东部地区输出了无人农业技术。

中国则在2020年开始提供北斗公开服务信号B2b和精密单点定位服务信号PPP-B2b，RNSS服务B2b信号，由北斗三号24颗中圆地球轨道（MEO）卫星和3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星在全球范围内播发，北斗三号RNSS服务信号在原B1I/B3I、B1C/B2a基础上又添一员，可为用户提供更多享受RNSS服务信号的选择。

服务精度方面，B2b信号与其它信号相同，空间信号精度优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒。　PPP服务B2b信号，由北斗三号三颗地球同步轨道（GEO）卫星在我国及周边地区播发，可为用户提供公开、免费的高精度服务，也是北斗系统首次对外发布的高精度服务信号。

PPP-B2b服务系统示意图

图片来源：北斗

不过北斗三号使用的是PPP技术，即Precise Point Positioning，它使用一台接收器的非差分载波相位观测数据进行单点定位，但是其不能使用差分的方式消除误差，所以利用精密卫星轨道和精密卫星钟差进行修正，即可以达到厘米级的高精度。

采用北京、三亚、拉萨、且末、上海、西安和昆明站数据进行了BDSBAS的精度评定，结果表明，BDSBAS单频定位性能满足国际民航一类精密进近要求，水平定位精度好于2.1m（95%统计精度），高程定位精度好于3.5m（95%统计精度）。

图片来源：卫星导航国际期刊

这是只使用北斗SBAS的结果，达不到无人驾驶所需要的精度，且各个地区差别较大，精度最高的似乎是上海，南方和北方效果都不太好，所以PPP是必须的。

我国PPP采用双频伪距和载波的无电离层组合，可以消除电离层一阶项影响。伪距和相位无电离层组合观测方程可表示为：

PPP定位对智能驾驶来说有几个致命缺点，首先是收敛时间，对智能驾驶而言，收敛时间最好在1秒甚至30毫秒以内，速度越高，收敛时间就该越短，不过PPP收敛时间一般是20-30分钟。

图片来源：武汉大学学报之《北斗三号 PPP-B2b 服务性能评估》，时间越长精度越高

PPP第二个缺点是成本，这需要高精度接收机和天线，价格大约在1～20万元之间。日本QZSS使用的是PPP-RTK，收敛时间在1秒钟以内，且成本极低，基本只有软件成本，无新增硬件成本，做无人驾驶最合适。

图片来源：《PPP-RTK技术面临的机遇与挑战》，张小红，任晓东，武汉大学测绘学院

图片来源：《PPP-RTK技术面临的机遇与挑战》，张小红，任晓东，武汉大学测绘学院

日本准天顶卫星系统（QZSS）已率先基于其L6D信号实现了星基PPP-RTK增强服务——CLAS(Centimeter LevelAugmentation Service)，数据播发速率2000bps，服务范围覆盖日本本土。此外，也有一些商业公司开始提供PPP-RTK服务，例如Trimble公司的CenterPoint RTX服务、NovAtel公司的TerraStar-X服务、Fugro公司的Marinestar G4+服务以及GEO++公司的SSRPOST服务等。虽然上述商业服务或多或少用到（至少借鉴）了PPP-RTK技术，但其电离层延迟模型表达、编码格式、播发方案等都鲜有公开资料可供参考。

对PPP-RTK来说，最关键的是电离层模型。PPP-RTK初始化时间严重依赖电离层模型精度。当电离层误差小于0.5TECU时 ，初始化时间可优于1min。

电离层模型不是那么好做的，特别是在低纬度和高纬度地区，受太阳粒子影响是没有规律或者短时间内很难总结出规律，很难建立电离层模型。这就是所谓的电离层闪烁。

图片来源：《PPP-RTK技术面临的机遇与挑战》，张小红，任晓东，武汉大学测绘学院

不过电离层闪烁通常只发生在晚上11点到日出前，这段时间内不适用智能驾驶就行，而这段时间内大部分人都已经睡了。

不过PPP-RTK对于中美这种疆域辽阔的国家来说建设难度颇大，日本狭长的国土只需要4颗低轨道卫星即可覆盖，中美不大可能为了智能驾驶而发射几十颗低轨道卫星的。

即便是PPP-RTK也不是万能的，城市复杂环境，GPS信号丢失是无法避免的，要实现无人驾驶，就少不了高精度的惯性导航系统（INS）。

图片来源：《PPP-RTK技术面临的机遇与挑战》，张小红，任晓东，武汉大学测绘学院

当GNSS信号遮挡严重时，无论PPP或PPP-RTK都只能提供1至2米的定位服务，此时只有采用PPP-RTK/INS协同精密定位，才可实现平面分米级定位。INS精度取决于车辆速度，如果不超过时速60公里，那么2万元以下的INS应该就可以满足GPS信号丢失10秒的情景。如果时速120公里，那恐怕需要20万元以上的INS系统了。

所以还是踏踏实实搞L2+, L2++, L2+++。能做好L2也是相当不容易的，这也是国内企业特别是芯片企业的机会。