高精地圖的精益化管理

高精度地圖作為未來(lái)智能汽車(chē)中必不可少的資源構(gòu)件，在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

和普通的電子導(dǎo)航地圖相比，除了面向人類(lèi)駕駛員，高精度地圖更加重要的使用者其實(shí)是車(chē)輛的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

通俗來(lái)講，高精度地圖是比普通電子導(dǎo)航地圖精度更高、數(shù)據(jù)覆蓋度更廣的地圖。

精度更高，顧名思義，是指地圖與實(shí)際道路環(huán)境之間的空間尺寸誤差可以達(dá)到分米級(jí)甚至厘米級(jí)。數(shù)據(jù)覆蓋度更廣，則是體現(xiàn)在地圖數(shù)據(jù)包含了更加豐富的語(yǔ)義。普通導(dǎo)航地圖只記錄道路級(jí)別的數(shù)據(jù)，例如道路等級(jí)、幾何形狀、坡度、曲率、方向等，而高精度地圖在此基礎(chǔ)上增加了車(chē)道線(xiàn)類(lèi)型、寬度等屬性，更有諸如護(hù)欄、交通標(biāo)志牌、信號(hào)燈狀態(tài)等詳細(xì)信息。提高數(shù)據(jù)覆蓋度可以有效地提升車(chē)輛自動(dòng)駕駛功能的ODD，從而大幅提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的可用性和終端用戶(hù)體驗(yàn)。

然而，交通環(huán)境無(wú)論從時(shí)間和空間上來(lái)說(shuō)都是瞬息萬(wàn)變的。

車(chē)輛的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)想要時(shí)刻匹配最準(zhǔn)確的地圖數(shù)據(jù)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程問(wèn)題。

舉例來(lái)說(shuō)，道路臨時(shí)加設(shè)護(hù)欄進(jìn)行封閉施工，會(huì)造成部分區(qū)域無(wú)法正常通行，甚至車(chē)道線(xiàn)改畫(huà)，這對(duì)于預(yù)裝在車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的高精度地圖來(lái)說(shuō)是無(wú)法及時(shí)變更的，這就會(huì)產(chǎn)生一些不必要的交通擁堵，大大降低了交通效率和通行體驗(yàn)。

又比如，在實(shí)際道路上，常會(huì)發(fā)生由于交通信號(hào)燈故障而需要設(shè)立臨時(shí)信號(hào)燈的情況，這種位置、形態(tài)隨機(jī)性都很大的信號(hào)燈也會(huì)造成自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的誤識(shí)別或不識(shí)別。

如何保證提供最實(shí)時(shí)最準(zhǔn)確的地圖信息，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)服務(wù)，彌補(bǔ)感知瓶頸，已經(jīng)成為困擾高精地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要難題。

高精地圖的精益化管理

解決高精地圖實(shí)時(shí)更新的問(wèn)題，我們需要從高精地圖的制作方式談起。

高精度地圖的制作流程主要由原始數(shù)據(jù)采集和編譯制作兩個(gè)部分組成，嚴(yán)重制約高精地圖生產(chǎn)效率的是高成本、低效率數(shù)據(jù)采集過(guò)程。

數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)龐大的任務(wù)，需要投入大量的采集車(chē)收集用于高精度地圖制作的原始數(shù)據(jù)。目前高精度地圖主流的采集設(shè)備是激光雷達(dá)、攝像頭、IMU慣導(dǎo)、GNSS衛(wèi)星定位模塊等設(shè)備的組合。這樣的測(cè)繪方式，分米級(jí)地圖的測(cè)繪效率約為每天每車(chē) 500 公里左右，一輛車(chē)一天的測(cè)繪成本高達(dá)6000元以上，而厘米級(jí)地圖的測(cè)繪效率約為每天每車(chē) 100 公里道路，單日單車(chē)測(cè)繪成本萬(wàn)元以上。

從圖片上可以看出，高精度地圖包含的海量數(shù)據(jù)足以深度還原我們的真實(shí)道路交通環(huán)境。為了滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的需求，高精地圖需要提供高頻持續(xù)、全局連續(xù)的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)。然而以秒級(jí)頻率去更新如此龐大的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，資金投入無(wú)法預(yù)估，并且對(duì)車(chē)端地圖存儲(chǔ)器的性能和數(shù)據(jù)傳輸通道也會(huì)提出超高的要求，這顯然是不現(xiàn)實(shí)且不合理的。

為了能夠更加精益化的進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)更新管理，我們將高精地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸類(lèi)劃分，按照不同數(shù)據(jù)的不同特性，采用針對(duì)性的管理和更新手段。

高精度地圖信息數(shù)據(jù)可以粗略分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類(lèi)。

數(shù)據(jù)庫(kù)可以從架構(gòu)上分為四層，第一層是傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，即基礎(chǔ)道路路網(wǎng)和周?chē)ㄖ?，如道路和?chē)道;第二層是準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)，包括地面標(biāo)線(xiàn)、標(biāo)志標(biāo)牌和護(hù)欄信息等交通基礎(chǔ)設(shè)施；第三層是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，即交通狀態(tài)信息，例如交通擁堵情況、路面濕滑或遺撒物情況等動(dòng)態(tài)路況；第四層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主要是指道路路段內(nèi)的車(chē)輛、行人的動(dòng)態(tài)信息、信號(hào)燈狀態(tài)以及車(chē)輛位置等實(shí)時(shí)變化的交通信息。

從時(shí)效性角度來(lái)講，道路路網(wǎng)、建筑、車(chē)道線(xiàn)等靜態(tài)數(shù)據(jù)一般按照季度更新即可滿(mǎn)足要求，諸如標(biāo)志標(biāo)牌、護(hù)欄信息等準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)需要按照天級(jí)更新，動(dòng)態(tài)交通狀態(tài)如交通擁堵情況及施工阻斷等信息需要以分鐘級(jí)頻率進(jìn)行更新，而行駛中的車(chē)輛位置、行人、信號(hào)燈等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則必須達(dá)到秒級(jí)更新。

依照不同的更新策略，可以最大程度上減輕圖商對(duì)高精地圖原始數(shù)據(jù)采集、編譯制作、上傳下發(fā)的負(fù)擔(dān)。

高精地圖的“保鮮”方案

高精地圖的專(zhuān)業(yè)測(cè)繪和采集成本是相關(guān)高的，雖可解決首次安全通過(guò)問(wèn)題，但無(wú)法解決實(shí)時(shí)變更發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。目前行業(yè)探索的環(huán)境變更發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新方案主要有兩種：

1、眾包地圖采集（Crowdsourced data）

利用行駛在公開(kāi)道路上的裝有感知傳感器的海量私家車(chē)，讓這些車(chē)輛在行駛過(guò)程中將GPS定位數(shù)據(jù)、行駛軌跡、行駛路線(xiàn)以及收集到的攝像頭和雷達(dá)等數(shù)據(jù)上傳到云端，同時(shí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛在識(shí)別到實(shí)際道路環(huán)境與高精地圖信息存在差異時(shí)，也會(huì)向地圖平臺(tái)上傳相關(guān)信息，地圖平臺(tái)會(huì)將這些反饋來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯、融合處理之后，及時(shí)更新的行車(chē)地圖。車(chē)輛一邊從云端下載更新的地圖數(shù)據(jù)，一邊將本車(chē)新識(shí)別道路數(shù)據(jù)共享上傳。

然而眾包采集這種自由測(cè)繪的行為在國(guó)內(nèi)是不符合法律法規(guī)要求的，其次是數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全性也得不到充分的保證。

根據(jù)國(guó)家法規(guī)規(guī)定，測(cè)繪資質(zhì)是測(cè)繪專(zhuān)業(yè)必須具備的資質(zhì)，資質(zhì)等級(jí)為甲、乙兩級(jí)。2021年6月7日，國(guó)家自然資源部辦公廳發(fā)布了修訂后的《測(cè)繪資質(zhì)管理辦法》和《測(cè)繪資質(zhì)分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)分為通用標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩部分。通用標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)測(cè)繪行為的保密性和測(cè)繪單位的管理水平進(jìn)行了要求，專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則是劃分了十個(gè)領(lǐng)域，如海洋測(cè)繪、工程測(cè)量、導(dǎo)航地圖測(cè)量等領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定凡申請(qǐng)測(cè)繪資質(zhì)的單位，須同時(shí)達(dá)到通用標(biāo)準(zhǔn)和所申請(qǐng)專(zhuān)業(yè)類(lèi)別的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且取得乙級(jí)測(cè)繪資質(zhì)的測(cè)繪單位應(yīng)在專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的作業(yè)限制范圍內(nèi)從事測(cè)繪活動(dòng),甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)則無(wú)作業(yè)范圍限制。需要注意的是，在中國(guó)做地圖采集和發(fā)布，需要獲得電子導(dǎo)航地圖制作甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)。同時(shí)，法規(guī)對(duì)參與測(cè)繪的技術(shù)人員和測(cè)繪設(shè)備也都有非常嚴(yán)格的審核要求。

除了法規(guī)問(wèn)題以外，眾包更新方案在實(shí)際運(yùn)行效果上也存在一定的弊端和瓶頸。

眾包地圖是解決專(zhuān)業(yè)測(cè)繪成本問(wèn)題、提高生產(chǎn)效率的一個(gè)思路，但保證地圖采集質(zhì)量的可靠性、一致性，并在海量眾包數(shù)據(jù)中快速提煉生產(chǎn)高精地圖以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，仍是一個(gè)難題。眾包采集一般需要在一定周期內(nèi)，在相同車(chē)道有多次重訪(fǎng)，才能確認(rèn)該路段變更數(shù)據(jù)的可信度。由于具備地圖眾包采集能力的車(chē)輛分布的不均勻性，導(dǎo)致眾包更新方式的新鮮度隨機(jī)性較大，對(duì)于車(chē)流量較小的區(qū)域，甚至無(wú)法提供地圖更新服務(wù)，更無(wú)從保證實(shí)時(shí)秒級(jí)更新。

2、依靠V2X技術(shù)的地圖更新方案

近年來(lái)，隨著V2X技術(shù)的出現(xiàn)，一些高精地圖廠(chǎng)商在與V2X廠(chǎng)商合作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不僅是V2X技術(shù)需要依賴(lài)高精度地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，同時(shí)，V2X的規(guī)模化應(yīng)用也可以反哺高精地圖產(chǎn)業(yè)。

依靠安裝在智慧道路兩側(cè)的傳感器如攝像頭、雷達(dá)等，持續(xù)觀(guān)測(cè)并實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)覆蓋區(qū)域道路變化，將更新數(shù)據(jù)與既有數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后，實(shí)時(shí)地圖信息的更新。

采用V2X技術(shù)更新高精地圖的流程可以簡(jiǎn)單分成幾個(gè)步驟：

(1)攝像頭和雷達(dá)采集實(shí)時(shí)路況的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備MEC；

(2)MEC進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)融合、比較，生成地圖局部變更數(shù)據(jù)；

(3)由V2X路側(cè)終端將地圖局部變更數(shù)據(jù)通過(guò)V2X數(shù)據(jù)通路向路段內(nèi)車(chē)輛進(jìn)行廣播；

(4)自動(dòng)駕駛車(chē)輛V2X終端接收到地圖局部變更數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給車(chē)輛自動(dòng)駕駛地圖管理模塊；

(5)自動(dòng)駕駛車(chē)輛根據(jù)最新的實(shí)時(shí)地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃、行駛。

相比于眾包更新，依靠V2X技術(shù)在固定空間內(nèi)以固定頻率發(fā)送數(shù)據(jù)（最多每秒30次），可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分鐘級(jí)地圖更新服務(wù)，但秒級(jí)的更新是否能夠?qū)崿F(xiàn)還需要取決于MEC進(jìn)行地圖計(jì)算的能力。

此外，從成本上來(lái)講，這種方案的主要計(jì)算行為集中在路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備中，是不需要將傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)向云端進(jìn)行傳輸?shù)模@樣就節(jié)省了大量的流量費(fèi)用。

小結(jié)

眾包地圖處于法規(guī)的灰色地帶，而依靠V2X技術(shù)的更新方案由于基建問(wèn)題，短期內(nèi)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正應(yīng)用。探索更加精準(zhǔn)、高效、低成本、多觸達(dá)方式的高精度地圖更新技術(shù)，也將是產(chǎn)業(yè)內(nèi)需要長(zhǎng)期探索和實(shí)踐的課題。

審核編輯 ：李倩