2023-06-29 09:38:09 互联网
作者：
Bernd Heidtmann，u-blox标准精度GNSS产品战略部产品经理
Lluis Cases，u-blox高级现场应用工程师
GNSS保护级别功能支持追踪设备深入了解其位置估测的质量，从而提供了提升服务质量的新途径。
众所周知，卫星定位的精度对环境因素非常敏感。随着定位接收机的天空视野日渐受限，在定位时只能以更少的卫星作为依据，造成定位精度下降。如果接收机视线内的卫星少于三颗，或处在天空视野完全被遮挡的隧道内、地下通道下或茂密的森林内，位置计算就会完全失效。定位精度差的另一个常见原因是多路径效应，例如，全球导航卫星系统(GNSS)信号在到达GNSS接收机前会被建筑物反射。尤其在摩天大厦林立的大都市区，此类多路径效应可能导致数十米的误差，造成汽车导航解决方案定位到错误的车道，甚至是错误的道路。
处理“不可知”的定位错误
无论何种情况，GNSS接收机本身都无法了解其实际定位误差大小。在不知道真实位置的情况下，这些接收机要将自己的位置输出与什么对比?
许多接收机会输出一种称为精度估计值的测量值，其确定依据是从GNSS信号中提取的质量指标。但如果开展试验，将商用GNSS接收机的输出与价格昂贵得多的“真值”设备进行比较，往往会发现实际误差超出精度估计值。以上情况造成的绝不只有小麻烦。举例来说，如果穿戴式追踪器错误地报告宠物、儿童或弱势家庭成员离家太远或是越过虚拟地理围栏，就会产生误报。这也可能会降低效率，比如共享单车或共享电动车等资产定位不良，造成维护人员需要付出更多时间去寻找这些资产。
此外，如果由于此类错误，企业向客户收取其并未使用的服务或道路费用(比如按长度计费的养路费)，那么就会给客户关系造成巨大的压力。
更可靠的定位误差指标
相较于精度估计值，GNSS保护级别功能采用更先进的方法来估算定位误差。该功能不会估计精度本身，而是就可能产生的定位误差提供上限。
在典型驾驶场景中，该误差的置信度为95%，从统计学上讲，在每小时里大约只有3分钟的时间，实际定位误差会超过保护级别。大多数情况下，追踪应用或其用户可以使用保护级别作为可靠的数量指标，而且是其手头最接近确凿事实的指标。
在西班牙圣库加特的一次实地行人试验中，我们收集到的数据显示了保护级别输出(红色)与精度估计值(白色)的差别。在上图中，报告的位置(绿色)偏离了高层公寓楼，不过测试人员的真实位置(由于设备未能获得此数据，未在图中体现)，仍是沿着建筑物的外立面直线行走。
可以看到，由于公寓楼和周边树木阻挡了接收机的部分天空视野，红色保护级别突然提高。而白色精度估计值的大小基本上保持不变。这次实地试验的设置并不完美，但重现了真实环境中的部署。我们使用了u-blox M10评估套件，其天线类型与人员追踪设备中常用的天线类型相同，并将天线放置于测试人员的随身背包中。
保护级别如何提高服务质量
根据现场试验数据可以明显看出：在无辅助的单频GNSS定位中，保护级别输出大于实际定位误差。在合适的定位环境中，比如在开阔的天空视野下，保护级别大约为2米;而在测试人员沿着高层建筑和树下行走时，保护级别会迅速增加。
这就引出了一个问题：跟踪和定位应用如何充分利用这种新的保护级别指标?一种途径是，在GNSS接收机检测到进入不可靠的定位环境时，利用保护级别指标来发出提醒，等到保护级别恢复正常后，再向云端追踪平台报告新的定位。车队管理就是一个能充分体现其价值的场景。借助GNSS技术，在车辆行驶、配送货物、运送乘客或执行其他服务时，车队经理可以密切关注所有车辆。
城市中心是一个极具挑战性的定位环境，任何不准确的定位数据都会触发各种警报，以告知总部车辆已偏离预定轨迹，或者进入了车辆本应避开的区域。
保护级别为应对这一挑战提供了新途径。如前所述，例如，保护级别较高表明定位环境较有挑战性，此时可以指示车队追踪解决方案不要发出警报。在周边环境变得更加有利于定位，保护级别再次下降时，即可将警报恢复如常。当然，这会造成某些警报延误。但根据使用场景的具体情况，误报的减少或许可以抵消这种延误。
有望得益于GNSS保护级别的使用场景
通过将保护级别用作定位数据有效性的定性指标，有多种使用场景有望提高服务质量：
(1)畜牧追踪
例如，畜牧追踪器可让奶牛在无围栏的牧场上吃草，一旦奶牛走到和越过虚拟围栏的边界，追踪器就会用声音或微弱的电击来控制奶牛的行动。当我们使用保护级别指标来衡量定位数据的质量，可帮助牧民辨别是GNSS误差还是奶牛越界，从而避免错误地施加电击;除了保护牲畜外，还有助于节省电池供电式追踪器的电量。
(2)追踪宠物和人
需要照顾家人和宠物的人们希望能够随时关注孩子、老年家庭成员甚至宠物的动向，因此可穿戴人员追踪器日渐普及。同样，保护级别为评估定位数据的可靠性提供了颇有价值的指标，之前常见的由于定位不准确导致的地理围栏虚警，可以被大幅减少。
在有些使用场景中，为了节省电量，GNSS接收机并非始终开机，而是每隔一段时间开机一次并更新信息，保护级别也有助于在此类情况下优化GNSS接收机的开机时间，从而在功耗与定位精度之间达成最佳平衡。
(3)车队追踪
车联网数据如今已用于车队管理、驾驶员监控以及按用量计费。如果能标出周边环境造成的不可靠定位数据，例如在桥下或其他遮挡区域下行驶时的数据，将对这些应用有很大帮助。GNSS保护级别以独特的方式估计所报告定位数据的质量，并合理避免报告较为明显的定位离群值，从而提高服务质量。
