01  引言

隨著自動駕駛技術的快速發(fā)展，基于高精地圖的自動駕駛功能已初步落地應用，并持續(xù)迭代升級。在研發(fā)測試階段，多方面因素導致測試人員可能無法拿到控制器內部高精地圖對應的OpenDRIVE文件①，使得仿真場景與控制器內部高精地圖無法完全匹配，自動駕駛功能受限，得不到有效的測試驗證；而實車道路測試風險和成本高、周期長、覆蓋度低等問題，很難保證自動駕駛系統(tǒng)的可靠性和安全性。針對這一核心技術痛點，本文提出了基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真方案，提高自動駕駛功能研發(fā)階段的測試有效性，可以大幅降低實車道路測試的風險和成本，加速自動駕駛功能的研發(fā)和部署，確保自動駕駛系統(tǒng)的可靠性和安全性。

02  什么是高精地圖？

高精地圖，很容易被誤解為相對于普通的導航電子地圖精度更高的一種地圖，實則兩者有著完全不同的含義。

圖1：左-導航電子地圖、右-高精地圖

導航地圖（SD MAP），是一種面向駕駛員使用的電子地圖，它存儲的主要是道路級別元素信息，如道路形狀等，精度為5m-10m左右。

高精地圖（HD MAP），是一種專為自動駕駛汽車設計的地圖，它擁有精確（厘米級精度）的車輛位置信息和豐富的道路元素數(shù)據(jù)信息，如交通標志、地面標志、車道線、信號燈以及道路坡度、曲率等，可以幫助汽車預知路面復雜信息，是實現(xiàn)自動駕駛功能的關鍵技術之一，主要體現(xiàn)在一下幾個方面：

1)精確定位：高精度地圖提供了精確的道路信息和地標數(shù)據(jù)，幫助車輛實現(xiàn)精確定位，包括車輛當前位置等信息。

2)環(huán)境感知：基于高精度地圖數(shù)據(jù)，車輛能夠更準確地感知周圍環(huán)境，包括道路標志、交通信號、障礙物等，從而提高交通場景的感知能力。

3)路徑規(guī)劃：高精度地圖為自動駕駛系統(tǒng)提供了詳細的道路網絡數(shù)據(jù)，幫助系統(tǒng)規(guī)劃最優(yōu)路徑，避開擁堵區(qū)域，優(yōu)化行駛路線。

4)決策制定：基于高精度地圖和環(huán)境感知數(shù)據(jù)，自動駕駛系統(tǒng)可以進行智能決策，比如避讓障礙物、調整車速、安全變道等，以確保行駛安全。

03  高精地圖仿真方案

在搭建虛擬仿真環(huán)境進行自動駕駛功能測試驗證過程中，需要確保仿真場景地圖和自動駕駛控制器內部高精地圖完全重合（車道級精度：誤差小于1cm），提高車輛的定位精確性、傳感器模型輸出的道路元素信息與高精地圖匹配性，才能保證自動駕駛控制器融合定位及環(huán)境感知結果準確，為路徑規(guī)劃和決策制定提供精確的輸入信息，提高自動駕駛功能研發(fā)階段的測試有效性。

不同的測試背景及需求對應不同的仿真方案：

方案一：如測試人員拿到控制器內部高精地圖對應的OpenDRIVE文件時，可以采用基于OpenDRIVE文件的定位仿真，簡單有效。

方案二：針對無法拿到對應OpenDRIVE文件的情況（方案一失效），北匯信息創(chuàng)新地提出基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真解決方案。

方案一

基于OpenDRIVE文件的定位仿真方案

當測試人員能夠拿到控制器內部高精地圖對應的OpenDRIVE文件時，直接將OpenDRIVE文件導入到場景仿真軟件中，自動生成高精地圖中交通標志、地面標志、車道線、信號燈以及道路坡度、曲率等信息；仿真流程如下圖所示：

1) VTD（場景仿真軟件）可輸出精確的車輛位置信息（UTM坐標系），并通過Ethernet送至CANoe(測試管理軟件)。

2) CANoe（測試管理軟件）解析車輛原始坐標進行加偏處理(坐標轉換)，即UTM坐標系->WGS84坐標系->GCJ02坐標系，并通過Ethernet/CANFD發(fā)送至控制器。

圖2 基于OpenDRIVE文件的定位仿真原理圖 

方案二

基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真方案

當測試人員拿不到控制器內部高精地圖對應的OpenDRIVE文件時，無法保證仿真場景地圖與控制器內部高精地圖完全匹配，自動駕駛功能受限。因此，針對自動駕駛仿真測試，提出基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真方案，使得控制器內部地圖數(shù)據(jù)與仿真場景中的道路元素信息一致，如下圖所示：

圖3 基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真原理圖

1)屏蔽控制器內部地圖模塊組件，截斷控制器內部地圖模塊與融合規(guī)控模塊組件之間的數(shù)據(jù)傳輸，使用外部自制地圖模塊替代。

2)分析地圖模塊輸出接口協(xié)議（通信協(xié)議、數(shù)據(jù)封裝協(xié)議），基于Linux環(huán)境開發(fā)中間件（與控制器內部中間件保持一致、如DDS）及應用程序MapComponent（地圖組件），建立與控制器內部組件之間的通信。

3)基于場景仿真軟件VTD開發(fā)MapPlugin（高精地圖插件），解析提取OpenDRIVE中的道路元素信息并寫入共享內存。

4)MapComponent讀取MapPlugin寫入到共享內存中的道路元素信息，并根據(jù)接口協(xié)議封裝數(shù)據(jù)，通過中間件（如DDS）發(fā)送至控制器內部。

地圖解析插件MapPlugin開發(fā)原理

圖4 地圖解析插件MapPlugin代碼框架

如上圖所示：

1)MapPlugin插件主要通過數(shù)據(jù)預處理模塊提取Ego車運動狀態(tài)、位置等信息。

2)在此基礎上，開發(fā)地圖解析模塊提取Ego車周圍車道信息、車道線信息、道路邊界信息、交通燈信息。

3)將 MapPlugin 代碼編譯成Plugin（.so文件），在VTD中加載運行。

OpenDrive中的道路元素信息有很多，需要提取哪些數(shù)據(jù)取決于控制器內部高精地圖組件輸出接口協(xié)議，一般包含兩類數(shù)據(jù)：靜態(tài)地圖數(shù)據(jù)（如車道線、車道信息等）、動態(tài)地圖數(shù)據(jù)（如Ego車到匝道口、收費站的距離等）。

地圖組件MapComponent開發(fā)原理

圖5 MapComponent框架原理

如上圖所示：MapComponent包括共享內存數(shù)據(jù)讀取（SHMRead）和中間件數(shù)據(jù)封裝發(fā)送（MapAgent、如DDS）兩塊內容。

1) SHMRead：讀取MapPlugin寫入到共享內容中的道路元素信息，二次處理后對Proto中的接口信號賦值

2) MapAgent：封裝proto接口數(shù)據(jù)、序列化處理后發(fā)布（MapAgent的開發(fā)需適配控制器內部環(huán)境框架）。

3) Map.yaml：應用程序配置，包括通信端口、任務使能、接口數(shù)據(jù)管理等

04  高精地圖仿真案例

下面展示的是一個基于外部數(shù)據(jù)注入實現(xiàn)高精地圖仿真，結合其它傳感器仿真（如Lidar、Camera、Radar、USS），完成高速領航功能（自動下高速、上匝道）的仿真測試案例。

圖6 左-VTD仿真場景、右-注入到控制器內部的高精地圖

如上圖所示：左圖為VTD仿真場景（OpenDRIVE格式地圖），右圖是MapPlugin解析提取VTD仿真場景道路元素信息，通過MapComponent注入到控制器內部后生成的高精地圖；右圖中綠色實線為道路邊界，藍色實線為車道線，黑色實線為推薦導航路徑，粉紅色實線為非推薦路線。

Ego車在高速路上行駛，導航終點設置在高速路出口，領航功能激活后，車輛會自動超車、繞障、變道、駛入匝道，到達目的地附近后請求駕駛員接管，完成領航任務。

05   總結

高精地圖作為自動駕駛的關鍵技術之一，在產品研發(fā)階段，測試人員無法拿到控制器內部高精地圖對應的OpenDRIVE文件在一定程度上阻礙了自動駕駛功能的測試驗證，北匯信息提出的基于外部數(shù)據(jù)注入的高精地圖仿真方案能夠有效解決這一技術痛點，加速自動駕駛功能的研發(fā)測試。

高精地圖技術加速了自動駕駛功能的落地應用，與此同時，高精地圖的實時性、數(shù)據(jù)準確性、范圍覆蓋度、隱私和安全性在一定程度上也限制了自動駕駛的推廣，以特斯拉為代表的純視覺無圖自動駕駛方案已展現(xiàn)出一定的競爭力。隨著新技術的發(fā)展與突破，自動駕駛方案也在不斷迭代更新，自動駕駛功能離我們越來越近。

北匯信息作為Vector的技術合作伙伴，覆蓋自動駕駛MiL/SiL/HiL/ViL測試、車聯(lián)網測試，傳感感知測試等，針對性地為客戶提供優(yōu)質的自動駕駛測試解決方案、系統(tǒng)集成測試和測試服務，助力自動駕駛產品的研發(fā)測試和快速迭代。

注：① OpenDRIVE是一種用于描述道路網絡和交通環(huán)境的開放標準文件格式。它提供了一種統(tǒng)一的描述道路幾何結構、車道信息、交通標志、交通燈等元素的方式，可用于創(chuàng)建高精度地圖，供自動駕駛系統(tǒng)使用。