假设您正在制造一辆机器人出租车，您已经购买了所在城市的高清数字地图，供车辆导航使用。在集成阶段，您发现了一个问题。根据地图数据，您已经到达了一个特定的坐标--虽然机器人出租车自己的 GNSS 系统也认为您已经到达了那个位置，但它却给出了一个不同的坐标。这是怎么回事？
在本文中，我们将解释自主导航中的一个常见难题--基准，以及如何解决这个问题。
什么是基准？
在惯性导航领域，我们实际上有两种基准--水平基准和垂直基准。这两种基准是两个不同数据位的组合，对绘制地图至关重要：
- 地球参考椭球
- 将地图坐标系与地球上某一特定点联系起来的参照系
想象一下，你有一块画有网格的布和一个巨大的气球。气球是参考椭球体，而基准参考框架就是布。如果把布披在气球上，这就是水平基准。垂直基准点为我们提供了测量高度的方法，有些基准点使用其参考椭球体（气球）的假定表面作为参考点，而有些基准点则使用地球上特定点的密封水平面。
问题的复杂之处在于，有许多不同的基准点--每种基准点给出的定位结果都会略有不同。有些基准点之间的差异是由于它们使用了不同的参考椭球面（想象一下在不同形状的气球上铺上同样的布），而有些差异则可能是由于使用了不同的参考框架（想象一下在你原来的气球上铺上不同的布）--或者这两个因素都有（我是不是过分夸大了布和气球的例子？）
其结果是，相同的坐标可以指不同基准中的不同位置，反之，相同的位置也可以有不同基准中的多个坐标。
这与自主导航有什么关系？
不同的组织使用不同的基准。例如，在澳大利亚，目前有三种基准被不同的组织使用：最新的基准 GDA94、其前身 AGD84，以及一种称为 ADG66 的旧版本。您为城市购买的地图数据将使用特定的基准面创建，而您的自动驾驶汽车将使用自己的基准面在世界上导航。如果两者不匹配，或者您没有考虑到两者之间的差异，您就会发现您的 GNSS 数据与地图数据不匹配。
而且（如果您认为这是个小问题的话），不同基准之间的差异可能会造成大问题。回到我们之前的例子，GDA94 和 AGD84 中的相同坐标在某些地方可能相差 200 多米。此外，垂直基准不匹配可能会导致您的车辆无法准确估计自己的高度，例如，它需要经过的桥梁的高度。希望您能想象这对您的车辆和当时桥上的任何人造成的后果！
如何处理多个基准？
将坐标从一种基准转换到另一种基准相对简单，但关键是要知道您正在使用的是哪种基准。您可以选择您的 INS 用来解释从 GNSS 卫星接收到的数据的基准面，但您需要找出您购买的任何外部地图数据是以哪个基准面创建的。
您还需要为不同的地图使用不同的基准面做好准备--因此，如果您希望在不止一个国家（或大陆）销售自动驾驶拖拉机，您需要根据车辆使用的地图数据对车辆进行不同的配置。如果您的车辆行驶的距离足够远，需要结合两套地图数据，那么您就需要了解这两套地图的基准点，以及在车辆停止使用一套地图并开始使用另一套地图时，何时准确地更改您正在进行的转换。
同样重要的是不要忘记垂直基准。虽然大多数 GNSS 卫星提供的是相对于地球椭球面的高度（针对每个 GNSS 星座），但 GNSS 接收机中的处理器也会包含一个大地水准面模型（点击此处了解该模型），用于为您提供大地水准面高度（本文对不同类型的高度测量方法进行了详细解释）。不过，也有一些问题：
- 您的 GNSS 接收机计算出的大地水准面高度可能不是很准确--低档接收机通常只能使用分辨率很低的大地水准面模型。
- 不同的全球导航卫星系统卡使用不同的大地水准面模型来计算高度。
- 您的车辆使用的高清地图数据也会使用特定的垂直基准来计算高度，这可能与您的数据不同。
为确保高度估算正确（如果自动驾驶汽车需要从桥梁或龙门架等下方穿过，这一点可能非常重要），您需要确保使用尽可能准确的高度估算，并在 GNSS 接收机和地图中使用的不同垂直基准之间进行正确转换。
OxTS 解决方案
OxTS 我们尝试让 INS 设备能够使用以下基准实时输出位置数据，从而为用户提供更大的灵活性：
- WGS84
- ITRF2008
- ETRS89
- NAD83
当然，它并不能消除用户需要做的所有工作，但通过提供一系列可使用的基准，它确实能让工作变得更轻松。
我们的 INS 还允许您选择是根据 GNSS 接收机自己计算的大地水准面高度来输出高度数据，还是使用椭球面高度。由于全球导航卫星系统接收器的椭球面高度通常比大地水准面高度要精确得多，因此，只要您记得在整合所有高度测量值之前将其转换为相同的基准，就可以建立一个尽可能精确的系统。
有问题吗？
如果您正在研究自动驾驶汽车惯性导航的来龙去脉，我们希望这篇文章对您有所帮助。如果您有任何问题需要帮助，我们随时乐意与您交流，请发送电子邮件至 support@oxts.com 与我们联系。
