作者：
Bernd Heidtmann，u-blox標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS產(chǎn)品戰(zhàn)略部產(chǎn)品經(jīng)理
Lluis Cases，u-blox高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師
GNSS保護(hù)級(jí)別功能支持追蹤設(shè)備深入了解其位置估測(cè)的質(zhì)量，從而提供了提升服務(wù)質(zhì)量的新途徑。
眾所周知，衛(wèi)星定位的精度對(duì)環(huán)境因素非常敏感。隨著定位接收機(jī)的天空視野日漸受限，在定位時(shí)只能以更少的衛(wèi)星作為依據(jù)，造成定位精度下降。如果接收機(jī)視線內(nèi)的衛(wèi)星少于三顆，或處在天空視野完全被遮擋的隧道內(nèi)、地下通道下或茂密的森林內(nèi)，位置計(jì)算就會(huì)完全失效。定位精度差的另一個(gè)常見原因是多路徑效應(yīng)，例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)在到達(dá)GNSS接收機(jī)前會(huì)被建筑物反射。尤其在摩天大廈林立的大都市區(qū)，此類多路徑效應(yīng)可能導(dǎo)致數(shù)十米的誤差，造成汽車導(dǎo)航解決方案定位到錯(cuò)誤的車道，甚至是錯(cuò)誤的道路。
處理“不可知”的定位錯(cuò)誤
無論何種情況，GNSS接收機(jī)本身都無法了解其實(shí)際定位誤差大小。在不知道真實(shí)位置的情況下，這些接收機(jī)要將自己的位置輸出與什么對(duì)比?
許多接收機(jī)會(huì)輸出一種稱為精度估計(jì)值的測(cè)量值，其確定依據(jù)是從GNSS信號(hào)中提取的質(zhì)量指標(biāo)。但如果開展試驗(yàn)，將商用GNSS接收機(jī)的輸出與價(jià)格昂貴得多的“真值”設(shè)備進(jìn)行比較，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際誤差超出精度估計(jì)值。以上情況造成的絕不只有小麻煩。舉例來說，如果穿戴式追蹤器錯(cuò)誤地報(bào)告寵物、兒童或弱勢(shì)家庭成員離家太遠(yuǎn)或是越過虛擬地理圍欄，就會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)。這也可能會(huì)降低效率，比如共享單車或共享電動(dòng)車等資產(chǎn)定位不良，造成維護(hù)人員需要付出更多時(shí)間去尋找這些資產(chǎn)。
此外，如果由于此類錯(cuò)誤，企業(yè)向客戶收取其并未使用的服務(wù)或道路費(fèi)用(比如按長(zhǎng)度計(jì)費(fèi)的養(yǎng)路費(fèi))，那么就會(huì)給客戶關(guān)系造成巨大的壓力。
更可靠的定位誤差指標(biāo)
相較于精度估計(jì)值，GNSS保護(hù)級(jí)別功能采用更先進(jìn)的方法來估算定位誤差。該功能不會(huì)估計(jì)精度本身，而是就可能產(chǎn)生的定位誤差提供上限。
在典型駕駛場(chǎng)景中，該誤差的置信度為95%，從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講，在每小時(shí)里大約只有3分鐘的時(shí)間，實(shí)際定位誤差會(huì)超過保護(hù)級(jí)別。大多數(shù)情況下，追蹤應(yīng)用或其用戶可以使用保護(hù)級(jí)別作為可靠的數(shù)量指標(biāo)，而且是其手頭最接近確鑿事實(shí)的指標(biāo)。
在西班牙圣庫(kù)加特的一次實(shí)地行人試驗(yàn)中，我們收集到的數(shù)據(jù)顯示了保護(hù)級(jí)別輸出(紅色)與精度估計(jì)值(白色)的差別。在上圖中，報(bào)告的位置(綠色)偏離了高層公寓樓，不過測(cè)試人員的真實(shí)位置(由于設(shè)備未能獲得此數(shù)據(jù)，未在圖中體現(xiàn))，仍是沿著建筑物的外立面直線行走。
可以看到，由于公寓樓和周邊樹木阻擋了接收機(jī)的部分天空視野，紅色保護(hù)級(jí)別突然提高。而白色精度估計(jì)值的大小基本上保持不變。這次實(shí)地試驗(yàn)的設(shè)置并不完美，但重現(xiàn)了真實(shí)環(huán)境中的部署。我們使用了u-blox M10評(píng)估套件，其天線類型與人員追蹤設(shè)備中常用的天線類型相同，并將天線放置于測(cè)試人員的隨身背包中。
保護(hù)級(jí)別如何提高服務(wù)質(zhì)量
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以明顯看出：在無輔助的單頻GNSS定位中，保護(hù)級(jí)別輸出大于實(shí)際定位誤差。在合適的定位環(huán)境中，比如在開闊的天空視野下，保護(hù)級(jí)別大約為2米;而在測(cè)試人員沿著高層建筑和樹下行走時(shí)，保護(hù)級(jí)別會(huì)迅速增加。
這就引出了一個(gè)問題：跟蹤和定位應(yīng)用如何充分利用這種新的保護(hù)級(jí)別指標(biāo)?一種途徑是，在GNSS接收機(jī)檢測(cè)到進(jìn)入不可靠的定位環(huán)境時(shí)，利用保護(hù)級(jí)別指標(biāo)來發(fā)出提醒，等到保護(hù)級(jí)別恢復(fù)正常后，再向云端追蹤平臺(tái)報(bào)告新的定位。車隊(duì)管理就是一個(gè)能充分體現(xiàn)其價(jià)值的場(chǎng)景。借助GNSS技術(shù)，在車輛行駛、配送貨物、運(yùn)送乘客或執(zhí)行其他服務(wù)時(shí)，車隊(duì)經(jīng)理可以密切關(guān)注所有車輛。
城市中心是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的定位環(huán)境，任何不準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)都會(huì)觸發(fā)各種警報(bào)，以告知總部車輛已偏離預(yù)定軌跡，或者進(jìn)入了車輛本應(yīng)避開的區(qū)域。
保護(hù)級(jí)別為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)提供了新途徑。如前所述，例如，保護(hù)級(jí)別較高表明定位環(huán)境較有挑戰(zhàn)性，此時(shí)可以指示車隊(duì)追蹤解決方案不要發(fā)出警報(bào)。在周邊環(huán)境變得更加有利于定位，保護(hù)級(jí)別再次下降時(shí)，即可將警報(bào)恢復(fù)如常。當(dāng)然，這會(huì)造成某些警報(bào)延誤。但根據(jù)使用場(chǎng)景的具體情況，誤報(bào)的減少或許可以抵消這種延誤。
有望得益于GNSS保護(hù)級(jí)別的使用場(chǎng)景
通過將保護(hù)級(jí)別用作定位數(shù)據(jù)有效性的定性指標(biāo)，有多種使用場(chǎng)景有望提高服務(wù)質(zhì)量：
(1)畜牧追蹤
例如，畜牧追蹤器可讓奶牛在無圍欄的牧場(chǎng)上吃草，一旦奶牛走到和越過虛擬圍欄的邊界，追蹤器就會(huì)用聲音或微弱的電擊來控制奶牛的行動(dòng)。當(dāng)我們使用保護(hù)級(jí)別指標(biāo)來衡量定位數(shù)據(jù)的質(zhì)量，可幫助牧民辨別是GNSS誤差還是奶牛越界，從而避免錯(cuò)誤地施加電擊;除了保護(hù)牲畜外，還有助于節(jié)省電池供電式追蹤器的電量。
(2)追蹤寵物和人
需要照顧家人和寵物的人們希望能夠隨時(shí)關(guān)注孩子、老年家庭成員甚至寵物的動(dòng)向，因此可穿戴人員追蹤器日漸普及。同樣，保護(hù)級(jí)別為評(píng)估定位數(shù)據(jù)的可靠性提供了頗有價(jià)值的指標(biāo)，之前常見的由于定位不準(zhǔn)確導(dǎo)致的地理圍欄虛警，可以被大幅減少。
在有些使用場(chǎng)景中，為了節(jié)省電量，GNSS接收機(jī)并非始終開機(jī)，而是每隔一段時(shí)間開機(jī)一次并更新信息，保護(hù)級(jí)別也有助于在此類情況下優(yōu)化GNSS接收機(jī)的開機(jī)時(shí)間，從而在功耗與定位精度之間達(dá)成最佳平衡。
(3)車隊(duì)追蹤
車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)如今已用于車隊(duì)管理、駕駛員監(jiān)控以及按用量計(jì)費(fèi)。如果能標(biāo)出周邊環(huán)境造成的不可靠定位數(shù)據(jù)，例如在橋下或其他遮擋區(qū)域下行駛時(shí)的數(shù)據(jù)，將對(duì)這些應(yīng)用有很大幫助。GNSS保護(hù)級(jí)別以獨(dú)特的方式估計(jì)所報(bào)告定位數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并合理避免報(bào)告較為明顯的定位離群值，從而提高服務(wù)質(zhì)量。
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