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詳解自動(dòng)駕駛高精度地圖技術(shù)
2019-05-20 22:38:01· 來(lái)源：Mr.Q質(zhì)量先生
自動(dòng)駕駛是IT領(lǐng)域很重要的一個(gè)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。自動(dòng)駕駛覆蓋的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)較多，涉及到計(jì)算機(jī)、電子、汽車、通信等多個(gè)行業(yè)。我們一個(gè)比較粗糙的判斷是，未來(lái)的自動(dòng)駕駛
自動(dòng)駕駛是IT領(lǐng)域很重要的一個(gè)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。自動(dòng)駕駛覆蓋的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)較多，涉及到計(jì)算機(jī)、電子、汽車、通信等多個(gè)行業(yè)。我們一個(gè)比較粗糙的判斷是，未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車就是一個(gè)IT產(chǎn)品。IT產(chǎn)品很重要的一個(gè)特性就是迭代速度快。我們都知道傳統(tǒng)汽車的迭代周期是比較長(zhǎng)的，少則小幾年，多則大幾年，甚至更長(zhǎng)。而我們認(rèn)為，未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車的迭代速度會(huì)逐步加快，主要體現(xiàn)在底層的芯片、算法以及上層的應(yīng)用軟件系統(tǒng)層面。
因此，對(duì)于未來(lái)的自動(dòng)駕駛，我們需要更多的以IT產(chǎn)品思維來(lái)研究。也基于此，我們推出“車輪上的思考”，對(duì)自動(dòng)駕駛相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從IT的角度來(lái)進(jìn)行研究和分析。這篇聊一聊高精度地圖。
1、基本問(wèn)題：什么是高精度地圖？
1.1 什么是高精度地圖
高精度地圖，通俗來(lái)講就是精度更高、數(shù)據(jù)維度更多的電子地圖。精度更高體現(xiàn)在精確到厘米級(jí)別，數(shù)據(jù)維度更多體現(xiàn)在其包括了除道路信息之外的與交通相關(guān)的周圍靜態(tài)信息。
高精度地圖將大量的行車輔助信息存儲(chǔ)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些信息可以分為兩類。第一類是道路數(shù)據(jù)，比如車道線的位置、類型、寬度、坡度和曲率等車道信息。第二類是車道周邊的固定對(duì)象信息，比如交通標(biāo)志、交通信號(hào)燈等信息、車道限高、下水道口、障礙物及其他道路細(xì)節(jié)，還包括高架物體、防護(hù)欄、數(shù)目、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等基礎(chǔ)設(shè)施信息。
圖表1：高精度地圖的主要結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)
以上這些信息都有地理編碼，導(dǎo)航系統(tǒng)可以準(zhǔn)確定位地形、物體和道路輪廓，從而引導(dǎo)車輛行駛。其中最重要的是對(duì)路網(wǎng)精確的三維表征（厘米級(jí)精度），比如路面的幾何結(jié)構(gòu)、道路標(biāo)示線的位置、周邊道路環(huán)境的點(diǎn)云模型等。有了這些高精度的三維表征，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以通過(guò)比對(duì)車載的GPS、IMU、LiDAR或攝像頭的數(shù)據(jù)精確確認(rèn)自己當(dāng)前的位置。另外，高精度地圖中包含有豐富的語(yǔ)義信息，比如交通信號(hào)燈的位置和類型、道路標(biāo)示線的類型、以及哪些路面是可以行使等。
圖表2：自動(dòng)駕駛的車身各傳感器分布（以?shī)W迪A8為例）
高精度地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別。與一般電子導(dǎo)航地圖相比，高精度地圖不同之處在于：
（1）精度：一般電子地圖精度在米級(jí)別，商用GPS精度為5米。高精度地圖的精度在厘米級(jí)別（Google、Here等高精度地圖精度在10-20厘米級(jí)別）。
（2）數(shù)據(jù)維度：傳統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)只記錄道路級(jí)別的數(shù)據(jù)：道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等。高精度地圖（精確度厘米級(jí)別）：不僅增加了車道屬性相關(guān)（車道線類型、車道寬度等）數(shù)據(jù)，更有諸如高架物體、防護(hù)欄、樹(shù)、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。高精度地圖能夠明確區(qū)分車道線類型、路邊地標(biāo)等細(xì)節(jié)。
（3）作用&功能：傳統(tǒng)地圖起的是輔助駕駛的導(dǎo)航功能，本質(zhì)上與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)化的紙質(zhì)地圖是類似的。而高精度地圖通過(guò)“高精度+高動(dòng)態(tài)+多維度”數(shù)據(jù)，起的是為自動(dòng)駕駛提供自變量和目標(biāo)函數(shù)的功能。高精地圖相比傳統(tǒng)地圖有更高的重要性。
（4）使用對(duì)象：普通的導(dǎo)航電子地圖是面向駕駛員，供駕駛員使用的地圖數(shù)據(jù)，而高精度地圖是面向機(jī)器的供自動(dòng)駕駛汽車使用的地圖數(shù)據(jù)。
（5）數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性：高精度地圖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求更高。根據(jù)博世在2007年提出的定義，無(wú)人駕駛時(shí)代所需的局部動(dòng)態(tài)地圖（Local Dynamic Map）根據(jù)更新頻率劃分可將所有數(shù)據(jù)劃分為四類：永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率約為1個(gè)月），半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1小時(shí)），半動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1分鐘），動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1秒）。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖可能只需要前兩者，而高精地圖為了應(yīng)對(duì)各類突發(fā)狀況，保證自動(dòng)駕駛的安全實(shí)現(xiàn)需要更多的半動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，這大大提升了對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。
高精度地圖=高鮮度+高精度+高豐富度。不論是動(dòng)態(tài)化，還是精度和豐富度，最終目的都是為了保證自動(dòng)駕駛的安全與高效率。動(dòng)態(tài)化保證了自動(dòng)駕駛能夠及時(shí)地應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，選擇最優(yōu)的路徑行駛。高精度確保了機(jī)器自動(dòng)行駛的可行性，保證了自動(dòng)駕駛的順利實(shí)現(xiàn)。高豐富度與機(jī)器的更多邏輯規(guī)則相結(jié)合，進(jìn)一步提升了自動(dòng)駕駛的安全性。
圖表3：導(dǎo)航地圖與智能駕駛地圖的對(duì)比
1.2 高精度地圖作用
作為無(wú)人駕駛的記憶系統(tǒng)，我們認(rèn)為未來(lái)的高精度地圖將具備三大功能。
（1）地圖匹配。由于存在各種定位誤差，電子地圖坐標(biāo)上的移動(dòng)車輛與周圍地物并不能保持正確的位置關(guān)系。利用高精度地圖匹配則可以將車輛位置精準(zhǔn)的定位在車道上，從而提高車輛定位的精度。
（2）輔助環(huán)境感知。對(duì)傳感器無(wú)法探測(cè)的部分進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)行實(shí)時(shí)狀況的監(jiān)測(cè)及外部信息的反饋 ：傳感器作為無(wú)人駕駛的眼睛，有其局限所在，如易受惡劣天氣的影響，此時(shí)可以使用高精度地圖來(lái)獲取當(dāng)前位置精準(zhǔn)的交通狀況。
（3）路徑規(guī)劃。對(duì)于提前規(guī)劃好的最優(yōu)路徑，由于實(shí)時(shí)更新的交通信息，最優(yōu)路徑可能也在隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)高精度地圖在云計(jì)算的輔助下，能有效地為無(wú)人車提供最新的路況，幫助無(wú)人車重新制定最優(yōu)路徑。
功能1：地圖匹配。高精度地圖在地圖匹配上更多的依靠其先驗(yàn)信息。傳統(tǒng)地圖的匹配依賴于GPS定位，定位準(zhǔn)確性取決于GPS的精度、信號(hào)強(qiáng)弱以及定位傳感器的誤差。高精地圖相對(duì)于傳統(tǒng)地圖有著更多維度的數(shù)據(jù)，比如道路形狀、坡度、曲率、航向、橫坡角等。通過(guò)更高維數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)合高效率的匹配算法，高精度地圖能夠?qū)崿F(xiàn)更高尺度的定位與匹配。
功能2：輔助環(huán)境感知。原理：（1）通過(guò)對(duì)高精度地圖模型的提取，可以將車輛位置周邊的道路、交通、基礎(chǔ)設(shè)施等對(duì)象及對(duì)象之間的關(guān)系提取出來(lái)，這可以提高車輛對(duì)周圍環(huán)境的鑒別能力。（2）一般的地圖會(huì)過(guò)濾掉車輛、行人等活動(dòng)障礙物，如果無(wú)人駕駛車載行駛過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前高精度地圖中沒(méi)有的物體，這些物體大概率是車輛、行人和障礙物。
高精度地圖可以看做是無(wú)人駕駛的傳感器，相比傳統(tǒng)硬件傳感器（雷達(dá)、激光雷達(dá)或攝像頭），在檢測(cè)靜態(tài)物體方面，高精度地圖具有的優(yōu)勢(shì)包括：
所有方向都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限廣的范圍。
不受環(huán)境、障礙或者干擾的影響。
可以“檢測(cè)”所有的靜態(tài)及半靜態(tài)的物體。
不占用過(guò)多的處理能力。
已存有檢測(cè)到的物體的邏輯，包括復(fù)雜的關(guān)系。
功能3：路徑規(guī)劃。高精度地圖的規(guī)劃能力下沉到了道路和車道級(jí)別。傳統(tǒng)的導(dǎo)航地圖的路徑規(guī)劃功能往往基于最短路算法，結(jié)合路況為駕駛員給出最快捷/短的路徑。但高精地圖的路徑規(guī)劃是為機(jī)器服務(wù)的。機(jī)器無(wú)法完成聯(lián)想、解讀等步驟，給出的路徑規(guī)劃必須是機(jī)器能夠理解的。在這種意義上，傳統(tǒng)的特征地圖難以勝任，相對(duì)來(lái)說(shuō)高精度矢量地圖才能夠完成這一點(diǎn)。矢量地圖是在特征地圖的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步抽象、處理和標(biāo)注，抽出路網(wǎng)信息、道路屬性信息、道路幾何信息以及標(biāo)識(shí)物等抽象信息的地圖。它的容量要小于特征地圖，并能夠通過(guò)路網(wǎng)信息完成點(diǎn)到點(diǎn)的精確路徑規(guī)劃，這是高精度地圖使能的一大路徑。
1.3 導(dǎo)航地圖&ADAS地圖&無(wú)人駕駛地圖
導(dǎo)航地圖、ADAS地圖和AD所需要的地圖各不相同。（1）對(duì)于導(dǎo)航地圖而言，街道名稱是比較重要的信息，但對(duì)于ADAS和AD地圖確并非如此。（2）道路曲率對(duì)于ADAS應(yīng)用至關(guān)重要，對(duì)于自動(dòng)駕駛也是必需的，但導(dǎo)航地圖并不需要道路曲率數(shù)據(jù)。（3）道路的幾何特征對(duì)于導(dǎo)航、ADAS和AD地圖都是適用的。（4）不同地圖級(jí)別和地圖精度的背后是不同級(jí)別的智能駕駛以及不同級(jí)別的精度需求。
圖表4：高精地圖與導(dǎo)航地圖的關(guān)聯(lián)關(guān)系
不同級(jí)別的高精度地圖，在精度和信息量上也有差別。例如，在安全環(huán)境下使用的基礎(chǔ)ADAS地圖只需要精度達(dá)到米量級(jí)，而HAD級(jí)別高精度地圖的精度則能達(dá)到厘米量級(jí)。在數(shù)據(jù)量方面，基礎(chǔ)ADAS地圖只記錄高精道路級(jí)別的數(shù)據(jù)（道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等），HAD級(jí)別地圖不僅增加了車道屬性相關(guān)（車道線類型、車道寬度等）數(shù)據(jù)，更有諸如高架物體、防護(hù)欄、樹(shù)、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。
1.4 高精度地圖的數(shù)據(jù)特征類型
與傳統(tǒng)電子地圖相似，高精度地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是分層的。
數(shù)據(jù)類型1：二維網(wǎng)格數(shù)據(jù)。高精度地圖的底層是一個(gè)基于紅外線雷達(dá)傳感器建立的精密二維網(wǎng)格。這個(gè)二維網(wǎng)格的精度保證在5×5厘米左右。網(wǎng)格中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括：可以行使的路面、路面障礙物、路面在激光雷達(dá)下的反光強(qiáng)度等都別存儲(chǔ)于相應(yīng)的網(wǎng)格中。無(wú)人駕駛汽車可以通過(guò)對(duì)其傳感器搜集到的數(shù)據(jù)及其內(nèi)存中的高精度二維網(wǎng)格進(jìn)行比對(duì)，從而確定車輛在路面的具體位置。
數(shù)據(jù)類型2：路面語(yǔ)義信息。在二維網(wǎng)格參照系的基礎(chǔ)上，高精度地圖還包括路面的語(yǔ)義信息，比如道路標(biāo)識(shí)線的位置和特征信息，車道特征。這些路面語(yǔ)義信息可以發(fā)揮環(huán)境輔助感知作用。由于傳感器在惡劣天氣、障礙物、以及其他車輛的遮擋不能可靠地分析出車道信息時(shí)，高精地圖中的車道信息特征可以輔助隊(duì)車道信息進(jìn)行更準(zhǔn)確地判斷，理解相鄰車道之間是否可以安全并道。
數(shù)據(jù)類型3：交通標(biāo)識(shí)信息等。高精度地圖還包括道路標(biāo)識(shí)牌、交通信息號(hào)等相對(duì)于二維網(wǎng)格的位置。其作用包括：（1）提前提示自動(dòng)駕駛汽車在某些特定的位置檢測(cè)相應(yīng)的交通標(biāo)示牌或者交通信息燈，提高檢測(cè)速度。（2）在自動(dòng)駕駛汽車在沒(méi)有成功檢測(cè)出交通標(biāo)示牌或者信號(hào)燈的情況下，確保行車的安全。
1.5 地圖數(shù)據(jù)模型
大多數(shù)汽車廠商與其供應(yīng)商都會(huì)使用專有的地圖數(shù)據(jù)模型，但基本都會(huì)受地理數(shù)據(jù)文件（GDF）規(guī)范的影響。GDF規(guī)模首次于1988年10月作為CEN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。GDF第5版于2011年發(fā)布，目標(biāo)是將數(shù)字地圖廣泛用于車輛導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用、行人導(dǎo)航、ADAS、公路維護(hù)系統(tǒng)、公路運(yùn)輸信息記憶遠(yuǎn)程信息處理。
GDF地圖數(shù)據(jù)模型使用以下三種實(shí)體。
（1）要素（或物體）：點(diǎn)、線、面（簡(jiǎn)單要素）或點(diǎn)線面的不同組合（復(fù)雜要素）。
（2）要素之間的關(guān)系：如子級(jí)、父級(jí)。
（3）屬性：要素或者關(guān)系的屬性。
地圖數(shù)據(jù)模型本質(zhì)上比較復(fù)雜。地圖公司Here的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式擁有GDF的部分元素，由180個(gè)表格組成，單一路段要素超過(guò)200個(gè)屬性。自動(dòng)駕駛所需的地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有如此復(fù)雜，相應(yīng)模式較為簡(jiǎn)單。
第一，交換數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。GDF數(shù)據(jù)模型和格式主要為交換格式，描述地圖提供商傳送數(shù)字地圖的形式。車內(nèi)程序直接使用GDF會(huì)非常復(fù)雜且低效。為了滿足汽車在數(shù)據(jù)庫(kù)大小與訪問(wèn)性能方面的要求，導(dǎo)航或者ADAS系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了自有的數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)在媒體上的存儲(chǔ)格式：物理數(shù)據(jù)模型（PDM）和物理存儲(chǔ)格式（PSF）。基于這些不同的模式與格式，地圖供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)需要通過(guò)地圖數(shù)據(jù)匯編轉(zhuǎn)換為特定的物理存儲(chǔ)格式。
物理存儲(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)化。2009年大型汽車制造商以及Tier1供應(yīng)商建立了導(dǎo)航數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（NDS），設(shè)計(jì)了通用導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)模型與格式。2012年首批使用NDS的系統(tǒng)上市。這相當(dāng)于對(duì)物理存儲(chǔ)格式進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。自此，地圖數(shù)據(jù)供應(yīng)商可以向主機(jī)廠客戶端傳送數(shù)據(jù)，而不需要有一級(jí)導(dǎo)航提供商進(jìn)行高價(jià)的數(shù)據(jù)編譯。NDS將地圖數(shù)據(jù)組織成獨(dú)立的構(gòu)架模塊。NDS第一版僅支持與導(dǎo)航相關(guān)的構(gòu)建模塊，目前已經(jīng)支持與ADAS相關(guān)度的數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，并將其擴(kuò)展為支持自動(dòng)駕駛的內(nèi)容。
圖表5：NDS構(gòu)建模塊
第二，數(shù)據(jù)模型的時(shí)效性圖層。數(shù)字地圖模型需要考慮數(shù)據(jù)、關(guān)系與屬性的時(shí)效特征。不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)過(guò)時(shí)的速率不同，并且需要專門(mén)的技術(shù)來(lái)收集和分發(fā)。比如，道路的幾何形狀很少會(huì)發(fā)生變化，不需要進(jìn)行實(shí)時(shí)或者經(jīng)常更新。而交通信息需要實(shí)時(shí)收集和分發(fā)。
圖表6：時(shí)效性地圖層
第三，精確性。數(shù)據(jù)精度是高精度地圖的重要指標(biāo)。其包括三種不同的精度類型。
（1）幾何精度。包括兩種：
絕對(duì)幾何精度。用于測(cè)量對(duì)象絕對(duì)位置與地圖中標(biāo)識(shí)的相同對(duì)象的位置之間的誤差。導(dǎo)航地圖的幾何精度小于10米，ADAS地圖的幾何精度小于1米，自動(dòng)駕駛地圖的幾何精度小于20厘米。
相對(duì)幾何精度。用于測(cè)量地圖中附近物體之間的相對(duì)位置誤差。自動(dòng)駕駛地圖在100米的距離中的相對(duì)位置誤差要小于20厘米。
（2）關(guān)系精度。指的是地圖中捕獲對(duì)象之間關(guān)系的精確程度。
（3）屬性值精度。該精度會(huì)根據(jù)特定應(yīng)用程序的使用和屬性以及程度而異。
2、進(jìn)階問(wèn)題：高精度地圖采集
2.1高精度地圖采集原理
高精地圖有著與傳統(tǒng)地圖不同的采集原理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)地圖多依靠拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，將各類現(xiàn)實(shí)中的元素作為地圖中的對(duì)象堆砌于地圖上，而將道路存儲(chǔ)為路徑。在高精地圖時(shí)代，為了提升存儲(chǔ)效率和機(jī)器的可讀性，地圖在存儲(chǔ)時(shí)被分為了矢量和對(duì)象層。
以某一廠商高精度地圖為例。該高精度地圖基于的是國(guó)際通用的OpenDrive規(guī)范，并做了一定的修改。一個(gè)opendrive節(jié)點(diǎn)背后，是一個(gè)header節(jié)點(diǎn)、road節(jié)點(diǎn)與junction節(jié)點(diǎn)，每個(gè)類型的節(jié)點(diǎn)背后還有各自的細(xì)分。而道路線、道路連接處、道路對(duì)象都從屬于road節(jié)點(diǎn)下。Junction節(jié)點(diǎn)下，有著較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理方式：通過(guò)connection road將不同的兩條道路連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)路口的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。介于路口的類型種類復(fù)雜，junction也常常需要多種連接邏輯。Opendrive為高精地圖提供了矢量式的存儲(chǔ)方式，相比傳統(tǒng)的堆疊式容量更省，在未來(lái)的云同步方面擁有優(yōu)勢(shì)。
圖表 7：高精地圖矢量數(shù)據(jù)格式
數(shù)據(jù)采集：實(shí)地采集+處理+后續(xù)更新。（1）實(shí)地采集：高精地圖制作的第一步，往往通過(guò)采集車的實(shí)地采集完成。采集的核心設(shè)備為激光雷達(dá)，通過(guò)激光的反射形成環(huán)境點(diǎn)云從而完成對(duì)環(huán)境各對(duì)象的識(shí)別。（2）處理：包括人工處理、深度學(xué)習(xí)的感知算法（圖像識(shí)別）等。一般來(lái)說(shuō)，采集的設(shè)備越精密，采集的數(shù)據(jù)越完整，所需要算法去降低的不確定性就越低。而采集的數(shù)據(jù)越不完整，就越需要算法去彌補(bǔ)數(shù)據(jù)的缺陷；當(dāng)然也會(huì)有更大的誤差。（3）后續(xù)更新：主要針對(duì)道路的修改和突發(fā)路況。這一方面有較多的處理方式，比如眾包、與政府的實(shí)時(shí)路況處理部門(mén)合作等。
新思路：眾包+深度學(xué)習(xí)。面對(duì)高精度地圖市場(chǎng)，重資產(chǎn)的傳統(tǒng)實(shí)地采集模式對(duì)于一些初創(chuàng)企業(yè)是較難承受的。此時(shí)部分初創(chuàng)企業(yè)就選擇通過(guò)眾包的方式，利用相對(duì)成本較低的普通車載攝像頭和相機(jī)來(lái)采集道路情況，隨后再通過(guò)深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別算法使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這方面最為成功的企業(yè)是Mobileye，而國(guó)內(nèi)的代表有極奧科技等。
眾包除了成本較低外，在實(shí)時(shí)性上也有較大的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)勢(shì)必會(huì)成為高精地圖采集體系中的一員。目前，已有通用、日產(chǎn)、豐田、上汽等車廠采用了眾包的高精地圖采集方式；同時(shí)四維圖新也于2018年宣布和Mobileye就高精地圖的實(shí)時(shí)眾包采集展開(kāi)合作。
2.2 高精度地圖采集設(shè)備
高精地圖采集所需要的設(shè)備包括以下幾種。
LiDAR（激光雷達(dá)）。激光雷達(dá)首先通過(guò)向目標(biāo)物體發(fā)生一束激光，然后根據(jù)接受-反射的時(shí)間間隔確定目標(biāo)物體的實(shí)際距離。根據(jù)距離及激光發(fā)射的角度，通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何變換可以計(jì)算出物體的位置信息。汽車周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)通過(guò)環(huán)境點(diǎn)云實(shí)現(xiàn)。
激光雷達(dá)通過(guò)測(cè)量光脈沖的飛行時(shí)間來(lái)判斷距離，在測(cè)量過(guò)程中激光雷達(dá)要產(chǎn)生汽車周圍的環(huán)境點(diǎn)云，這一過(guò)程要通過(guò)采樣完成。一種典型的采樣方式是在單個(gè)發(fā)射器和接收器上在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射較多的激光脈沖，如在1秒內(nèi)發(fā)射萬(wàn)級(jí)到十萬(wàn)級(jí)的激光脈沖。脈沖發(fā)射后，接觸到需要被策略的物體并反射回接收器上。每次反射和接受都可以獲得一個(gè)點(diǎn)的具體地理坐標(biāo)。但發(fā)射和反射這一行為進(jìn)行的足夠多時(shí)，便可以形成環(huán)境點(diǎn)云，從而將汽車周圍的環(huán)境量化。
Camera（攝像頭）。通過(guò)車載攝像頭，可以捕捉到路面機(jī)器周圍交通環(huán)境的靜態(tài)信息，通過(guò)對(duì)圖片中關(guān)鍵交通標(biāo)志、路面周圍關(guān)鍵信息的提取，來(lái)完成對(duì)地圖的初步繪制。車載攝像頭是高精度地圖的信息采集的關(guān)鍵設(shè)備，其主要是通過(guò)圖像識(shí)別和處理的原理來(lái)進(jìn)行。
IMU（慣性測(cè)量單元，陀螺儀）。用于測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。一般情況下，一個(gè)IMU包含了三個(gè)單軸的加速度計(jì)和三個(gè)單軸的陀螺儀，加速度計(jì)檢測(cè)物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號(hào)，而陀螺儀檢測(cè)載體相對(duì)于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號(hào)，測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。
GPS（全球定位系統(tǒng)）。GPS接收機(jī)的任務(wù)就是確定四顆或者更多衛(wèi)星的位置，并計(jì)算出它與每顆衛(wèi)星之間的距離，然后利用這些信息使用三維空間的三邊測(cè)量法推算出自己的位置。要使用距離信息進(jìn)行定位，接收機(jī)還必須知道衛(wèi)星的確切位置。GPS接收機(jī)存儲(chǔ)有星歷，其作用是高速接收機(jī)每顆衛(wèi)星在各個(gè)時(shí)刻的位置。在大城市中由于高大建筑物的阻攔，GPS多路徑發(fā)射問(wèn)題比較明顯，這樣得到的GPS定位信息容易產(chǎn)生從幾十厘米到幾米的誤差，因此到靠GPS并不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
輪測(cè)距器。通過(guò)輪測(cè)距器可以推算無(wú)人車的位置。在汽車的前輪通常安裝了輪測(cè)距器，會(huì)分別記錄左輪與右輪的總轉(zhuǎn)數(shù)。通過(guò)分析每個(gè)時(shí)間段左右輪的轉(zhuǎn)數(shù)，我們可以推算出車輛向前行駛的距離，以及向左右轉(zhuǎn)了多少度。
高精度地圖采集車。高精度地圖采集車的裝備較為復(fù)雜，包括了我們以上提到的多種傳感器，來(lái)進(jìn)行道路和靜態(tài)交通環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。下面我們分別介紹ADAS高精度地圖采集車和HAD高精度地圖采集車的配置情況。以下內(nèi)容只是一般采集車的配置情況，不同圖商的具體設(shè)備配置情況可能略有差別。
ADAS地圖采集車。ADAS 級(jí)別高精度地圖精度大約在 50cm 級(jí)別。車頂安裝有 6 個(gè) CCD 攝像頭。其中 5 個(gè)攝像頭以圓形環(huán)繞，頂部一個(gè)單獨(dú)的攝像頭，每個(gè)像素都是 500 萬(wàn)，總計(jì) 3000 萬(wàn)像素。車內(nèi)副駕駛的位置有用于采集數(shù)據(jù)的顯示屏，機(jī)箱在后備箱位置，用于儲(chǔ)存和處理數(shù)據(jù)。
圖表8：ADAS地圖采集攝像頭
HAD高精度地圖采集車。HAD 及以上高精度地圖精度大約在 10cm 級(jí)別。頂部則是通過(guò)裝配 2 個(gè)激光雷達(dá)（位于后方）和 4 個(gè)攝像頭（兩前兩后）的方式來(lái)滿足所需要的 10cm 級(jí)別精度。兩種方案搭配，能夠完成標(biāo)牌、障礙物、車道線等道路信息的三維模型搭建。
圖表9：HAD采集傳感器
另外，我們看到百度的高精度地圖采集車的傳感器配置情況為：（1）最頂部的32線激光雷達(dá)、三個(gè)360°全景攝像頭、一個(gè)前置的工業(yè)攝像頭、一個(gè)包含IMU（慣性測(cè)量單元，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置）和GPS裝置的組合式導(dǎo)航系統(tǒng)以及一個(gè)GPS天線。（2）從具體分工來(lái)看，激光雷達(dá)負(fù)責(zé)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，攝像頭負(fù)責(zé)采集圖片，天線負(fù)責(zé)接受衛(wèi)星定位信號(hào)，導(dǎo)航系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集GPS軌跡。
圖表10：采集導(dǎo)航系統(tǒng)
圖表11：導(dǎo)航系統(tǒng)
圖表12：GPS天線
2.3 高精度地圖采集過(guò)程
高精度地圖采集過(guò)程包括：采集、自動(dòng)融合識(shí)別、人工驗(yàn)證發(fā)布環(huán)節(jié)。
采集。高精度地圖采集員駕駛采集車以60-80km/H的速度行駛，每天至少采集150公里的高精度地圖數(shù)據(jù)。在車內(nèi)的副駕駛位置，放有負(fù)責(zé)控制采集設(shè)備的電腦系統(tǒng)，用于讓采集員實(shí)時(shí)監(jiān)控采集情況。在采集過(guò)程中，采集員不僅要不斷確認(rèn)采集設(shè)備是否工作正常，而且需要根據(jù)天氣和環(huán)境情況來(lái)選擇不同的攝像頭參數(shù)。
自動(dòng)融合、識(shí)別。這一環(huán)節(jié)是把不同傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，即把GPS、點(diǎn)云、圖像等數(shù)據(jù)疊加在一起，進(jìn)行道路標(biāo)線、路沿、路牌、交通標(biāo)志等道路元素的識(shí)別。對(duì)于在同一條道路上下行雙向采集帶來(lái)的重復(fù)數(shù)據(jù)，也會(huì)在這一環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)整合和刪除。
人工驗(yàn)證、發(fā)布。這一環(huán)節(jié)由人工完成。自動(dòng)化處理的數(shù)據(jù)還不能達(dá)到百分百的準(zhǔn)確，需要人工在進(jìn)行最后一步的確認(rèn)和完善。目前每位員工每天修正的數(shù)據(jù)量在30-50公里左右。對(duì)于修正后的數(shù)據(jù)，需要上傳到云端，最終形成的高精度地圖也通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行分發(fā)。
圖表13：高精度地圖的生產(chǎn)制造過(guò)程
2.4關(guān)于矢量地圖和特征地圖.
矢量地圖：普適性。所謂矢量，就是既有大小，又有方向的量。在這里更強(qiáng)調(diào)方向，矢，就是箭，箭頭一般用來(lái)指示方向。矢量地圖使用直線和曲線來(lái)描述圖形，這些圖形的元素由點(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓和弧線等。這些可以通過(guò)數(shù)學(xué)公式計(jì)算獲得。因此，矢量圖形文件體積一般較小。矢量圖形的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等不會(huì)失真，其缺點(diǎn)是難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果。具體到導(dǎo)航電子地圖應(yīng)用，矢量數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，表達(dá)精度高，圖形顯示質(zhì)量好，有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的電子導(dǎo)航地圖一般都是適量地圖（包括車載地圖和手機(jī)端導(dǎo)航地圖）。
特征地圖：路面信息刻畫(huà)準(zhǔn)確。從矢量地圖的原理可以看出，矢量地圖對(duì)地圖原數(shù)據(jù)信息就行了大量的簡(jiǎn)化和信息抽取，帶來(lái)的結(jié)果是對(duì)道路信息的刻畫(huà)較為簡(jiǎn)單。特征地圖是對(duì)地圖原數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值提取特島的地圖數(shù)據(jù)，先比而言，其對(duì)路面信息刻畫(huà)的更加真實(shí)，其體積和文件大小也相對(duì)較大。我們可以理解為，地圖原數(shù)據(jù)的高信息量和矢量地圖小體積量的中和，特征地圖的產(chǎn)生主要來(lái)自于高精度定位的驅(qū)動(dòng)。
圖表14：高精度地圖兩種地圖形態(tài)
高精度地圖：矢量地圖和特征地圖的結(jié)合。如果高精度地圖在自動(dòng)駕駛中達(dá)到理想的應(yīng)用效果，矢量地圖和特征地圖的結(jié)合或?qū)⑹侵匾倪x擇。通俗來(lái)講，將車載傳感器采集到的地圖原數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)提取可以得到特征值，形成特征地圖。在次基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行抽象、處理和標(biāo)注，就得到矢量地圖，主要包括路網(wǎng)信息、道路屬性信息、道路幾何信息，以及路上主要標(biāo)識(shí)的抽象信息。在利用特征匹配定位是，特征地圖匹配效果更好。相比而言，矢量地圖體量更小，普適性更好一些，但經(jīng)過(guò)多層的信息簡(jiǎn)化之后，道路信息的幾何特征信息會(huì)有所丟失。因此，在應(yīng)用矢量地圖進(jìn)行高精度地位時(shí)，其預(yù)處理的難度要大于特征地圖。而單純的特征地圖也難以滿足自動(dòng)駕駛的需求，比如矢量地圖，由于包含了大量的路網(wǎng)信息，可以做到點(diǎn)到點(diǎn)的路徑規(guī)劃；而特征地圖難以完成。因此，我們認(rèn)為，高精度地圖作用的發(fā)揮，或?qū)⒔柚m量地圖和特征地圖的結(jié)合。
總結(jié)：高精度地圖在采集原理、采集設(shè)備、以及制作流程方面，都與傳統(tǒng)電子地圖有著顯著的差異。從中我們可以看出：
（1）高精度地圖采集成本更高，這種成本高不僅體現(xiàn)在采集設(shè)備的單價(jià)貴、數(shù)量多，而且在后期制作方面也需要投入一定的人力成本。
（2）高精度地圖的采集和制作過(guò)程中，不斷將AI技術(shù)應(yīng)用其中。
（3）高精度地圖對(duì)實(shí)時(shí)性要求更高，決定了將高精度地圖的采集、制作、分發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)就行流程化、自動(dòng)化和產(chǎn)品化，或?qū)⑹俏磥?lái)各家圖商不斷更新、迭代、完善的重點(diǎn)。
（4）我們認(rèn)為，各家圖商在采集設(shè)備和采集方式方面并不存在較大差異，但在地圖數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、制作引擎以及編譯能力方面可能存在一定的不同。
3、深度探討：高精度地圖商業(yè)模式
由于高精度地圖的制作流程、成本、分發(fā)方式、以及呈現(xiàn)的形態(tài)等，與傳統(tǒng)電子導(dǎo)航地圖有較大的區(qū)別。這就決定了高精度地圖在商業(yè)模式方面，與傳統(tǒng)電子地圖的不同。我們接下來(lái)從與商業(yè)模式相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵變量進(jìn)行分析，來(lái)探討高精度地圖的商業(yè)模式。
3.1高精度地圖成本分析
高精度地圖成本分析。通過(guò)以上內(nèi)容我們可以看到，高精度地圖的主要成本分為兩個(gè)部分：一個(gè)是采集成本（車輛、設(shè)備、人員成本等），一個(gè)是編譯制作成本。
編譯制作成本：主要是人力成本。編譯制作過(guò)程需要高精度地圖制作企業(yè)投入相當(dāng)多的人力。編譯制作過(guò)程的“內(nèi)業(yè)”人員的主要任務(wù)有地圖繪制、校正地圖信息、更新 POI 信息、更新互聯(lián)網(wǎng)用戶報(bào)錯(cuò)等。在其高德昌平數(shù)據(jù)生產(chǎn)基地的1500名員工中，有約1000名員工負(fù)責(zé)內(nèi)業(yè)，而只有500名員工負(fù)責(zé)實(shí)地采集的外業(yè)。
采集成本：主要是設(shè)備成本。采集成本中主要是采集車的設(shè)備成本。一輛高精度地圖采集車需要配置的設(shè)備包括：激光雷達(dá)、攝像頭、陀螺儀、GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)備等。下面我們通過(guò)高德和百度的高精度地圖采集車的配置情況來(lái)大概了解下一輛高精度地圖采集車的成本體量。
高德高精度地圖采集車的配置包括：2 個(gè)激光雷達(dá)和 4 個(gè)攝像頭，1個(gè)陀螺儀和1個(gè)GPS接收機(jī)等。如果2個(gè)激光雷達(dá)是Velodyne的32線產(chǎn)品，單臺(tái)價(jià)格為2萬(wàn)美元（折合人民幣大概12.5萬(wàn)人民幣），兩臺(tái)價(jià)格成本為25萬(wàn)人民幣。
百度高精度地圖采集車成本。其設(shè)備包括1個(gè)32線激光雷達(dá)、3個(gè)360°全景攝像頭、1個(gè)前置的工業(yè)攝像頭、1個(gè)包含IMU和GPS裝置的組合式導(dǎo)航系統(tǒng)以及一個(gè)GPS天線。
3.2 高精度地圖商業(yè)模式分析
高精度地圖。在產(chǎn)品形態(tài)和服務(wù)方式上，高精度地圖與傳統(tǒng)電子地圖有較大差別，這也就使得高精度地圖的商業(yè)模式也有較大的不同。高精度地圖更多的將借助云平臺(tái)進(jìn)行更新和分發(fā)，從收費(fèi)模式上也將改變?cè)须娮拥貓D以License收費(fèi)的模式。
圖表15：高精度地圖的產(chǎn)品與交付
對(duì)其商業(yè)模式進(jìn)行分析，我們主要從幾個(gè)關(guān)鍵變量出發(fā)進(jìn)行分析。
服務(wù)方式：云服務(wù)形式。由于高精度地圖對(duì)數(shù)據(jù)更新的實(shí)時(shí)性提出很高的要求，這就決定了高精度地圖需要借助云平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，從高精度的產(chǎn)品形態(tài)和服務(wù)方式角度，通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)更新的高精度地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分發(fā)是一種可行的方式。
實(shí)時(shí)更新和實(shí)時(shí)同步是高精度地圖在應(yīng)用過(guò)程中繞不開(kāi)的兩大問(wèn)題。沒(méi)有實(shí)時(shí)更新，地圖就會(huì)出現(xiàn)記憶偏差，甚至因?yàn)椴荒芊从硨?shí)時(shí)情況而引發(fā)危險(xiǎn)。沒(méi)有實(shí)時(shí)同步，地圖的使用者就可能得不到最新的數(shù)據(jù)。為了解決這兩點(diǎn)，云平臺(tái)是高精地圖所不可或缺的。除此之外，云平臺(tái)還能通過(guò)實(shí)時(shí)收集各車的行駛數(shù)據(jù)來(lái)擴(kuò)充道路情況信息的收集手段，增強(qiáng)收集數(shù)據(jù)密度而降低收集成本。
云平臺(tái)目前面臨的難點(diǎn)有兩個(gè)：（1）實(shí)時(shí)更新、數(shù)據(jù)同步的困難。（2）云平臺(tái)計(jì)算能力的有限性，包括但不限于數(shù)據(jù)收集、運(yùn)算、交互、分發(fā)等。因此，自動(dòng)駕駛更需要從云+端的角度推進(jìn)。不僅要強(qiáng)化云中心的計(jì)算能力，還要強(qiáng)化云與端之間的聯(lián)系以及端本身的計(jì)算和收集能力。
價(jià)格：從數(shù)據(jù)維度來(lái)看，高精度地圖在傳統(tǒng)電子地圖道路數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加載了更多的路面語(yǔ)義信息和交通環(huán)境靜態(tài)信息，數(shù)據(jù)維度是前者的幾倍。從數(shù)據(jù)量大小來(lái)看，傳統(tǒng)電子地圖的精確度到米，而高精度地圖精確到厘米，精確度提升兩個(gè)單位量級(jí)，約幾十倍。從單品價(jià)格來(lái)看，我們認(rèn)為，高精度地圖的單價(jià)大概是傳統(tǒng)電子地圖的5-10倍。
收費(fèi)模式：高精地圖的傳統(tǒng)收費(fèi)模式主要有年費(fèi)制和按服務(wù)收費(fèi)兩種收費(fèi)模式。（1）年費(fèi)制：類似于傳統(tǒng)的“賣(mài)數(shù)據(jù)賺License費(fèi)”，即按照時(shí)間單位進(jìn)行收費(fèi)。收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⒃?000-10000/車不等。相對(duì)而言，這種收費(fèi)方式較為穩(wěn)定。（2）按服務(wù)收費(fèi)：即按照使用數(shù)據(jù)量收費(fèi)。這種收費(fèi)模式的定價(jià)往往由雙方談判決定。（3）“免費(fèi)”：圖商向客戶免費(fèi)提供現(xiàn)有產(chǎn)品，但客戶需向圖商免費(fèi)提供收集數(shù)據(jù)的模式。地圖的價(jià)格即為客戶收集數(shù)據(jù)的價(jià)值。這可能是未來(lái)收費(fèi)模式發(fā)展的大方向，但對(duì)圖商和客戶合作的緊密性和信任度有了更高的要求。
4、深度探討2：高精度地圖是否自動(dòng)駕駛必需？
4.1理解傳感器性能的邊界
車載傳感器的性能邊界。自動(dòng)駕駛核心環(huán)節(jié)包括感知、決策和控制等。其中感知是通過(guò)傳感器對(duì)周邊交通環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。但從目前傳感器的性能來(lái)看，每一種傳感器都有其使用的環(huán)境條件和性能的邊界。包括：測(cè)量范圍以及在不同環(huán)境下表現(xiàn)出來(lái)的感知缺陷。
傳感器性能邊界1：檢測(cè)范圍受限。傳感器對(duì)周圍環(huán)境檢測(cè)的有其固定的范圍。例如，長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)探測(cè)距離為1-280m，紅外線傳感器探測(cè)距離為0.2-120m，視覺(jué)攝像頭探測(cè)距離為0-80m，中短距毫米波雷達(dá)探測(cè)距離為0.2-120m，短句毫米波雷達(dá)探測(cè)距離為0.2-30m，激光雷達(dá)探測(cè)距離為80-150m。下圖為T(mén)esla的傳感器配置及傳感器感知范圍，扇形角度表示傳感器的視場(chǎng)角，扇形半徑表示傳感器的最大檢測(cè)距離。
圖表16：特斯拉配置的傳感器最大探測(cè)距離
圖表17：車身各傳感器及其覆蓋范圍
傳感器性能邊界2：感知缺陷。每一種傳感器都有其適用的環(huán)境條件。比如激光傳感器檢測(cè)效果穩(wěn)定，但在面對(duì)大范圍的塵土?xí)r，其檢測(cè)效果大幅降低；再比如高分辨率攝像機(jī)能檢測(cè)圖像中的物體，窄視場(chǎng)的攝像機(jī)可以檢測(cè)很遠(yuǎn)的距離。但是面對(duì)暴雨、大雪等惡劣天氣，其很難檢測(cè)到正確的車道線/障礙物/馬路牙子等信息。
圖表18：車身各傳感器情況概述
傳感器性能邊界3：先驗(yàn)信息缺失。先驗(yàn)信息是指某些可以提前采集且短時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變的信息。僅僅依靠傳感器的信息是很難感知車輛現(xiàn)在是處在高速公路上，還是處在普通城市道路上的；無(wú)限速牌的路段，車速最高可以開(kāi)多快;前方道路的曲率；所處路段的GPS信號(hào)強(qiáng)弱，這些都是傳感器遇到檢測(cè)盲區(qū)，無(wú)法實(shí)時(shí)捕獲的信息。而這些信息是客觀存在，不會(huì)隨外部事物的變化而變化，因此可以提前采集，并作為先驗(yàn)信息傳給無(wú)人車做決策。圖為高精度地圖可以為無(wú)人車提供的某些先驗(yàn)信息。包括道路曲率、航向、坡度和橫坡角。
高精度地圖就像自動(dòng)駕駛汽車的記憶，離開(kāi)了記憶，無(wú)論眼睛和思考速度有多么發(fā)達(dá)，還是無(wú)法對(duì)事件有全局把控。一輛能調(diào)用高精度地圖數(shù)據(jù)的自動(dòng)駕駛汽車，能夠?qū)λ幍沫h(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)判，提前選擇合適的行駛策略，而把對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)放在應(yīng)對(duì)突發(fā)情況上。在提升車輛安全性的情況下，還有助于降低車載傳感器和控制系統(tǒng)的成本。
4.2高精地圖與傳感器的互補(bǔ)
高精度地圖：最穩(wěn)定的傳感器。高精度地圖是最穩(wěn)定的傳感器，也是視覺(jué)范圍最大的傳感器。高精度地圖可以提供其他傳感器很多抽象的信息。同時(shí)，對(duì)于一般的傳感器而言，盡量較少的提供冗余數(shù)據(jù)（主要是考慮到芯片的處理數(shù)據(jù)速度）；而高精度地圖可以提供冗余，第一，當(dāng)某些傳感器數(shù)據(jù)缺失時(shí)，可以利用地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行推算。第二，高精度地圖可以用于相互校驗(yàn)，當(dāng)同一個(gè)數(shù)據(jù)有多個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源時(shí)，可以校驗(yàn)其他傳感器數(shù)據(jù)的可信度，提高整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
圖表19：高精地圖如何發(fā)揮作用
高精度地圖：更好的輔助自動(dòng)駕駛。通過(guò)以上可以看出，高精度地圖本身就是一種傳感器。其在自動(dòng)駕駛中的作用在于，如何更好的輔助定位、感知和控制規(guī)劃。我們可以通過(guò)一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)理解高精度地圖中的作用。比如在高速公路下匝道時(shí)，一般會(huì)通過(guò)攝像機(jī)來(lái)探測(cè)車道線的變化，以保證車輛在車道內(nèi)行駛。在車道彎曲比較大時(shí)，攝像機(jī)反饋的記過(guò)不是很理想，這就需要利用地圖的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛的姿態(tài)來(lái)擬合計(jì)算車道線的數(shù)據(jù)。
高精度地圖：提升感知算法效率。高精度地圖可以提升自動(dòng)駕駛車載傳感器對(duì)周圍信息的感知算法效率和準(zhǔn)確率。（1）傳感器通過(guò)感知傳回加工處理的數(shù)據(jù)量較大，對(duì)芯片處理性能提出較高要求，因此在感知算法時(shí)，盡量減少冗余信息。（2）高精度地圖的存在，可以利用其去掉地圖中固有的標(biāo)志物信息，讓有限的計(jì)算資源集中在道路上可能對(duì)自動(dòng)駕駛帶來(lái)影響的動(dòng)態(tài)物體。
高精度地圖：靜態(tài)對(duì)象識(shí)別。高精度地圖對(duì)靜態(tài)物體的標(biāo)識(shí)可以部分程度上彌補(bǔ)傳感器面對(duì)靜態(tài)物體失靈的情況。在2018年3月23日加州發(fā)生的特斯拉Model X致死案中，特斯拉的Autopilot沒(méi)有檢測(cè)到混凝土分隔物，并撞擊上了路邊的混凝土分隔物已經(jīng)沖撞衰減設(shè)施，最終導(dǎo)致了車輛起火和駕駛員死亡。倘若有包含完整道路對(duì)象的高精地圖的話，車輛在自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃階段就不會(huì)有撞上路邊混凝土的可能性，從而也能避免類似的事故。
在特斯拉的Autopilot套件中，“匝道入口”與“匝道出口”兩項(xiàng)功能是其一直承諾但又很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的。Autopilot雖然在高速公路上表現(xiàn)穩(wěn)定，但卻在匝道口處表現(xiàn)不佳，甚至出現(xiàn)過(guò)多次事故。在目前L3水平的自動(dòng)駕駛中，如果沒(méi)有高精地圖的車道線信息，無(wú)法解決匝道口行駛的問(wèn)題。但倘若后續(xù)高精地圖的配備和云同步功能足夠完善的話，自動(dòng)駕駛算法結(jié)合高精地圖對(duì)匝道的識(shí)別是能夠較好地解決這一問(wèn)題。高精地圖能夠彌補(bǔ)傳感器檢測(cè)范圍受限和先驗(yàn)信息缺失的缺陷，并能夠部分程度上彌補(bǔ)傳感器的感知缺陷，在標(biāo)識(shí)靜態(tài)對(duì)象的同時(shí)解放傳感器去專注于動(dòng)態(tài)對(duì)象。
全篇總結(jié)
1、IT技術(shù)的變革，會(huì)使得IT產(chǎn)品的使用對(duì)象發(fā)生變化，高精度地圖就是如此。在自動(dòng)駕駛出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的電子導(dǎo)航地圖的使用對(duì)象是車主（人），而在自動(dòng)駕駛環(huán)境下，高精度地圖的使用對(duì)象是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（車）。使用對(duì)象的改變，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、迭代周期、呈現(xiàn)方式都會(huì)發(fā)生變化。
2、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的重要性。信息技術(shù)的不斷更新，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)我們對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高。特別是當(dāng)讀取數(shù)據(jù)的主體發(fā)生變化時(shí)，比如從人切換到機(jī)器，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求會(huì)更高。對(duì)于高精度地圖更是如此，只有實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)才能夠確保機(jī)器處理的是最新的道路信息，也就是說(shuō)，在機(jī)器對(duì)數(shù)據(jù)處理鏈條中，確保Input的數(shù)據(jù)是正確的，Output的處理結(jié)果才能更加有效。
3、對(duì)于某些IT業(yè)務(wù)，其性質(zhì)就決定了門(mén)檻。在分析某些業(yè)務(wù)時(shí)，我們很直觀的第一反應(yīng)就是分析競(jìng)爭(zhēng)格局，是不是有門(mén)檻。而有些IT業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)的性質(zhì)可能就決定了其門(mén)檻。比如對(duì)于云服務(wù)的IaaS業(yè)務(wù)，這個(gè)業(yè)務(wù)某種程度來(lái)說(shuō)，是一個(gè)重資產(chǎn)的業(yè)務(wù)，只有IT巨頭才有能力來(lái)做大做強(qiáng)這個(gè)業(yè)務(wù)。對(duì)于高精度地圖而言，我們認(rèn)為也是如此。其本身就是需要大量的研發(fā)投入，不只是在采集車輛的固定成本方面，對(duì)后期的處理也是不小的一筆費(fèi)用。更不用于說(shuō)產(chǎn)品出來(lái)之后，要不斷與Tier1 和前裝車廠相應(yīng)的產(chǎn)品不斷測(cè)試和適配，對(duì)于一般的小企業(yè)或者跨界企業(yè)而言，想進(jìn)入非常難。因此，我們認(rèn)為，高精度地圖最終也就只有兩三家廠商有實(shí)力對(duì)其進(jìn)行持續(xù)投入和研發(fā)。
4、數(shù)據(jù)冗余不一定都是壞事。在一般的IT系統(tǒng)中，我們都希望IT系統(tǒng)處理的信息越精簡(jiǎn)越好，因?yàn)樵诂F(xiàn)有有限的計(jì)算能力或者計(jì)算速度下，輸入的信息越精簡(jiǎn)，處理所需要的時(shí)間越短，結(jié)果的呈現(xiàn)也就越實(shí)時(shí)。對(duì)于智能駕駛而言，其計(jì)算資源更加有限，對(duì)于車輛產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信息，我們希望盡量減少冗余。但減少冗余所付出的代價(jià)是，處理結(jié)果不一定與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相匹配。因此，在有些時(shí)候，冗余的數(shù)據(jù)和信息并非壞事，而是在某些特定的約束條件下（比如計(jì)算能力約束），我們不希望其出現(xiàn)。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，高精度地圖可以在不占用計(jì)算資源的情況下，其“冗余”信息可以對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行真實(shí)刻畫(huà)。
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