自动驾驶常常提到定位精度问题，很多厂商对外宣称的定位精度基本上差不多。

  比如某业界领先的M公司，其定位和制图精度：

Lateral：6cm (1 sigma)

Longitude：15cm (1 sigma)

Yaw Derivation：0.1 degree (1 sigma)

Map Error: 10cm

   但是这些精度能否满足车道级定位的功能安全需求呢？最近工作中，发现ford汽车的一篇文章通过统计学推导的方式，得出了结论。

参考论文：“Localization Requirements for Autonomous Vehicles”

（注：这里介绍的定位要求是基于限定道路几何形状。这为今后基于操作和其他约束的定位要求发展提供了参考。这些几何约束代表最极端的情况。使用先验的高度详细的环境地图，可以知道道路的几何形状，因此可以即时调整定位资源以满足需求，甚至即使是地图本身中的一个图层。实现这些要求代表着传感器和算法开发以及多传感器融合的挑战以获得安全操作所需的可靠性水平。 涉及激光雷达、毫米波雷达和照相机的某些依赖于先验地图的技术可以给出地图相对位置。 其他诸如GNSS则具有全球绝对位置。 将这些技术和其他技术结合起来，选择最适合所需自主操作水平的技术以确保安全操作的完整性的方式，是摆在面前的挑战。转自：自动驾驶定位要求，中文翻译版，译者，Mapping—CN）

一、问题背景

对于自动驾驶的定位系统，为了知道自己在哪个车道，在高速公路上要求是分米级定位精度，在城市道路上要求接近厘米级定位精度。那么如何把这些定位精度要求按照横向、纵向以及高程、航向角分解呢？

这里引入两个概念Protection Level和Alert Limit。如下图所示

  Protect Level是指汽车在每个时刻各个方向的最大定位误差(如上图Bounding Box，包含三个方向)，即定位系统结果所产生的误差。(定位系统误差还可以进一步分解到GNSS，地图，特征定位算法等等)

  Alert Limit是在确保自动驾驶系统能够安全运行前提下，各个方向的最大允许protection level，可以理解为自动驾驶系统关于定位的失效边界。系统失效边界是关于道路几何关系(道路宽度，道路曲率半径)和车的尺寸(长度和宽度)的函数。

  当汽车正常行驶在车道内，自动驾驶系统总是想知道汽车是否真的在车道内，判断汽车是否处于Operational Design Domain，决定是否开启自动驾驶功能，这个判定系统业内称作电子栅栏Geofencing。因此，任何时候protect level代表的最大定位误差必须小于Alert Limit代表的系统所允许的最大误差。否则，汽车将不太可能保持在当前车道内运行。如下图所示，当PL>AL时，系统处于unavailable状态。(自动驾驶系统的决策一部分依赖于定位系统)

  下图是论文为自动驾驶系统的电子栅栏制定定位需求的方法流程，也是本次讲解的重点。论文首先按照民用航空的方法论根据目标安全等级将风险分派到各个系统模块，然后我们根据道路几何关系和汽车尺寸计算自动驾驶系统允许的定位边界，最后结合前两步得到定位误差分布和定位需求。

  这里忽略民航按照每公里多少事故的推导方法，暂且认为功能安全团队直接给出定位模块就是ASIL B。我们将根据这个等级，制定定位精度需求。

二、电子地平线要求

  电子地平线是ADASISv3中的概念。为了实现电子围栏功能，电子地平线提供者EHP将结合定位系统结果和高精地图发送道路元素(交通信号，车道线，天气信息等等)给后端应用，细节不展开了。定位结果的好坏将直接影响EHP能否输出正确的地图信息。

  对于正常行驶在车道内的汽车，为了使定位也保持在对应车道内，接下来看看如何计算横向和纵向的EHP系统允许定位误差边界。先从直道这个例子出发，如下图所示，EHP所能容忍的最大定位误差lateral clearance，不考虑车身宽度的情况下，通常为道路宽度的一半(出处“Standalone and RTK GNSS on 30,000 km of North American Highways”第二页表格下方，前提假设汽车严格按照道路中心线形式)，因此横向的AL=w/2。纵向论文里暂时没有要求。

  接下来考虑弯道的情形，汽车行驶速度也是电子围栏的ODD需要考虑的内容。但是它并不影响定位精度的设计，这里我们只探讨，假设给定道路宽度、道路曲率半径如何计算EHP系统的定位失效边界。如下图所示，我们可以通过勾股定理解决，发现函数关系。

  现在给定道路宽度和曲率半径，可以计算横向和纵向的Alert Limit，并且横向和纵向之间可以根据道路类型相互妥协。比如在高速公路上，道路几乎是笔直的，那么纵向定位误差边界可以设置得大一点，曲线上y的取值可以略大些。比如，论文还参考了车联网V2X的纵向定位需求，在高速公路上两辆汽车能够协作的最小跟车距离是1.5米，如果把这个理解成定位误差边界，对应曲线上横向的要求就是0.72米。

  对于高架道路，当多条道路在空中交汇，为了让EHP能够区分汽车处于哪条道路上，那么垂直方向分辨率应该为高架路间隔的三分之一。美国高架路标准间隔是 4.4米，所以垂直方向的定位误差边界是1.47米。

下表给出了美国高速路和城市道路，EHP的系统定位失效边界AL。

三、航向角偏差需求

  之前讨论了EHP对系统定位失效边界AL的要求，没哟考虑航向角的偏差。这些参数会使得protection level的方框旋转，如下图所示。

四、定位误差确定

  现在我们知道了系统定位失效边界AL，那么怎么定位的最大误差边界PL呢？我们假设已经指导定位模块的功能安全等级是ASIL D。

五、车道级定位GNSS和地图精度需求

  接下来，我们看看系统定位失效边界与地图误差、GNSS定位误差的关系。参考论文，“Developments in Modern GNSS and Its Impact on Autonomous Vehicle Architectures”。

注：文章中关于横向和纵向系统定位失效边界的函数关系及后面的算法等，由于篇幅关系省略.