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從科技巨頭BAT到一批批入局的初創(chuàng)公司，行業(yè)內(nèi)已聚集十余家高精度地圖供應(yīng)商。高精度地圖被行業(yè)認(rèn)定為L3及以上自動駕駛的必選項。進(jìn)入2019年，L3自動駕駛量產(chǎn)前夜，高精度地圖正在從技術(shù)研發(fā)階段走向量產(chǎn)。當(dāng)高精度地圖上車，使用者必須要了解的幾大問題是，高精度地圖如何在自動駕駛系統(tǒng)中發(fā)揮作用？自動駕駛方案供應(yīng)商又如何使用高精度地圖？
近期，禾多科技地圖和模擬器負(fù)責(zé)人戴震博士在SAE International 2019新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)大會上進(jìn)行了關(guān)于“自動駕駛方案供應(yīng)商如何使用高精度導(dǎo)航電子地圖”的分享。雷鋒網(wǎng)新智駕了解到，戴震博士是德國錫根大學(xué)的博士，曾任職于德國航空航天中心，為戴姆勒公司研發(fā)了世界上第一套基于NDS地圖的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。
雷鋒網(wǎng)新智駕了解到，在分享中，戴震博士圍繞禾多高速公路自動駕駛解決方案HoloPilot和智能代客泊車系統(tǒng)HoloParking中高精度地圖的呈現(xiàn)、不同場景中高精度地圖如何進(jìn)行導(dǎo)航、高精度地圖如何應(yīng)用于自動駕駛系統(tǒng)等方面進(jìn)行了技術(shù)解析。
以下為分享實錄，雷鋒網(wǎng)新智駕進(jìn)行了刪減編輯：
高精度地圖：讓自動駕駛“心中有譜”
在禾多定義中，未來出行主要分為三個場景：一是高速公路自動駕駛；二是城市工況，即城區(qū)內(nèi)自動駕駛；三是以泊車場景為代表的最后一公里。
目前禾多聚焦于兩達(dá)主要場景：
首先是高速公路。禾多高速公路自動駕駛解決方案HoloPilot，是一個屬于L3.5級別的解決方案；其使用量產(chǎn)化配置；主要利用現(xiàn)有的車規(guī)級傳感器和計算單元以及高精度地圖，來實現(xiàn)在高速公路上的自動駕駛功能。
其次是以代客泊車為代表的最后一公里場景。禾多智能代客泊車系統(tǒng)為HoloParking，是L4級別的解決方案；駕駛員僅需在固定點(diǎn)交接車輛，即可實現(xiàn)車輛自主尋找車位、停車入庫、取車等代客泊車功能。
高速自動駕駛和代客泊車兩大場景雖千差萬別，但在應(yīng)用地圖角度看，雙方有諸多相似之處。
首先，車輛需要先有地圖數(shù)據(jù)，然后根據(jù)定位、感知、控制決策等各個模塊需求，將地圖數(shù)據(jù)打包，并按照特定的內(nèi)容、特定的格式、特定的方式傳遞給各個模塊。以上操作正是禾多導(dǎo)航引擎中所包含的主要工作范疇。
上圖為高速公路場景下高精地圖的基本呈現(xiàn)。如圖所示，禾多使用的更多是矢量信息和語義信息，包括車道線、龍門架、路牌、路桿等地圖要素。同樣地，禾多也主要是利用這些要素來進(jìn)行定位、感知、控制決策等等操作。
這是一個停車場高精度地圖的呈現(xiàn)。除常見車道信息外，關(guān)于停車位的幾何描述、很多大型周邊建筑物的幾何描述、關(guān)于路口的信息等等也出現(xiàn)在地圖上。利用這些信息，禾多可以實現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的定位和導(dǎo)航。
自動駕駛是一個多模塊融合的系統(tǒng)。地圖在系統(tǒng)中需與其它模塊產(chǎn)生交流碰撞。自動駕駛系統(tǒng)中的其它模塊包括定位、規(guī)劃、控制、感知等等。每個模塊都有其獨(dú)特的需求，而地圖模塊也需要為各個模塊提供定制化服務(wù)，傳遞所需數(shù)據(jù)，幫助各個模塊更安全地完成自己的工作。
高精度地圖在高速公路自動駕駛系統(tǒng)中的導(dǎo)航有三個主要工作，路徑規(guī)劃、地圖匹配、導(dǎo)航指令。這與傳統(tǒng)車載地圖導(dǎo)航的內(nèi)容基本一致，但是從具體的實現(xiàn)上會有一些延伸，因為在自動駕駛系統(tǒng)中，地圖導(dǎo)航的受眾從人變成了計算機(jī)，所以每個模塊的內(nèi)容、體量也都會有變化。
結(jié)合與傳統(tǒng)導(dǎo)航的比較，來介紹禾多高速公路自動駕駛系統(tǒng)如何進(jìn)行路徑規(guī)劃、地圖匹配等操作。
地圖匹配：地圖匹配模塊的功能在于給出定位點(diǎn)，然后將定位點(diǎn)對應(yīng)到高精度地圖中，并計算出所在車道的編號以及車輛在當(dāng)前車道中的相對位置。
從自動駕駛的角度看，高精度地圖提供的導(dǎo)航信息需要做到從街道級別升級到車道級別。自動駕駛系統(tǒng)必須擁有在各種場景下實現(xiàn)車道定位的能力。這些場景具體包括在車道中心行駛、車輛變道等。
路徑規(guī)劃：路徑規(guī)劃模塊也需要做到車道級別。人們?nèi)粘Ｊ褂玫膶?dǎo)航中有一些比較標(biāo)準(zhǔn)、通用的策略，比如最快路徑、最短路徑、大路優(yōu)先等原則。但作為自動駕駛系統(tǒng)中車道級別的導(dǎo)航或者路徑規(guī)劃，目前并未有最優(yōu)路徑此類通用定義。
換句話講，沒有所謂的最優(yōu)路徑，只有最符合各自解決方案的路徑。如果某個路徑能夠應(yīng)用于你的方案，成功地將車輛從A點(diǎn)導(dǎo)航到B點(diǎn)，這就是最適合你的路徑。這需要結(jié)合每家的自動駕駛方案進(jìn)行制定。例如，一些自動駕駛車輛配速并不高，時速僅可達(dá)到80公里，在這種情況下，最左側(cè)的車道顯然不能經(jīng)常出現(xiàn)在路徑規(guī)劃中，否則將會延緩交通流的順暢。
導(dǎo)航指令：導(dǎo)航指令的意義在于通過給車輛發(fā)送實時執(zhí)行的指令，讓車輛能夠在既定路徑上行駛。實現(xiàn)這一功能的前提是，系統(tǒng)需要對前方路口類型進(jìn)行精確描述。比如前方是主路或匝道分岔、是否在封路、是否有合流處或分流處等等。通過場景描述，再判斷動作點(diǎn)應(yīng)該如何反應(yīng)。
導(dǎo)航指令主要分兩類：
第一類是指示型指令，清晰簡單，類似于常用導(dǎo)航。比如向左變道、向右變道等等。當(dāng)控制器收到指令時，系統(tǒng)會結(jié)合當(dāng)時路況，選擇合適時機(jī)執(zhí)行動作。這和傳統(tǒng)導(dǎo)航非常相似。
第二類指令是引導(dǎo)型指令。這是傳統(tǒng)導(dǎo)航中沒有的部分。引導(dǎo)型指令更多出現(xiàn)在路口交匯處、匝道等復(fù)雜區(qū)域。這些區(qū)域的車道線比較復(fù)雜，會對感知產(chǎn)生很大的挑戰(zhàn)。所以在這種情況之下，地圖可以產(chǎn)生軌跡引導(dǎo)線，讓車輛沿著引導(dǎo)線通過復(fù)雜路口，到達(dá)指定區(qū)域。
通過定位、感知跟控制決策三個模塊，說明高精度地圖如何服務(wù)自動駕駛系統(tǒng)。
輔助定位：首先介紹高精地圖如何輔助自動駕駛定位模塊。禾多科技的定位模塊使用多傳感器融合方案，摒棄了昂貴而不符合車規(guī)的高線束激光雷達(dá)，而是使用了視覺、毫米波雷達(dá)等符合量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器，通過傳感器結(jié)果和高精度地圖的匹配來實現(xiàn)橫向、縱向的高精度定位。
在橫向定位層面，禾多可獲取到車身坐標(biāo)系里關(guān)于車道線的幾何描述，同時也可在高精度地圖中提取關(guān)于車道的先驗信息。兩個信息進(jìn)行匹配即可實現(xiàn)橫向糾偏。這與人類駕駛習(xí)慣類似，司機(jī)也通過眼睛尋找車道線，并讓車輛保持在車道中心。
在縱向定位層面，禾多主要是通過對路牌的識別來實現(xiàn)定位?；谡Z義分割、2D/3D轉(zhuǎn)換、邊緣檢測等技術(shù)，禾多能夠分期將3D路牌從圖像中提取出來，然后將邊緣信息或者角點(diǎn)信息與高精度地圖預(yù)留的先驗信息進(jìn)行比較，從而糾正縱向上定位的偏差。
輔助控制決策：控制決策是自動駕駛系統(tǒng)非常核心的模塊，需要整合各模塊資源，其中也少不了高精度地圖，比如地圖的曲率、坡度、側(cè)傾角度等等。這些要素都是控制決策模塊需要考慮的。舉一個簡單例子來表達(dá)高精度地圖對于控制模塊的作用，當(dāng)車輛位于主路，馬上要進(jìn)入匝道時，車道會從一道直接分成兩道，出現(xiàn)一條新的車道線，對于車道線感知的挑戰(zhàn)非常大。而當(dāng)車輛到達(dá)匝道分流區(qū)域之前，高精度地圖會發(fā)出一條引導(dǎo)線，車輛會沿著引導(dǎo)線一直通過這個區(qū)域，直到進(jìn)入車道線清晰的位置為止。
輔助感知：高精度地圖對于感知模塊也有很多幫助。感知是自動駕駛系統(tǒng)中計算量最大的一個模塊，因其需要處理大量周邊靜態(tài)動態(tài)障礙物的信息。在高速公路場景下，得益于結(jié)構(gòu)化的道路設(shè)計，能夠真正對行駛產(chǎn)生安全影響的都是同方向車道上的車輛，所以系統(tǒng)可以利用地圖以及當(dāng)前的位置對前方可行駛的區(qū)域做預(yù)測。比如在行駛時，系統(tǒng)可以基于車輛當(dāng)前位置，對前方一二百米感知范圍內(nèi)會出現(xiàn)的車輛進(jìn)行集中排查，而無需過多關(guān)注該范圍之外的車輛，如此將很大程度上降低計算資源的消耗。
同時，高精度地圖中包含諸多先驗信息，其可對感知的分割、識別提供重要輔助，比如常見的引流帶或隔離帶等突兀的路況變化，以及匝道、高架橋、隧道等。而地圖的先驗信息也可以很好地輔助感知模塊進(jìn)行判斷。
眾包地圖更新：和傳統(tǒng)導(dǎo)航相比，自動駕駛對于高精度地圖的應(yīng)用的另一個區(qū)別是，傳統(tǒng)導(dǎo)航更多是簡簡單單的地圖使用，而自動駕駛還要承擔(dān)地圖信息反饋的角色。
禾多能夠利用視覺傳感器，對車道線、路牌等道路信息進(jìn)行感知，然后與已有高精度地圖進(jìn)行對比，將差異化信息按照既定格式上傳給圖商。圖商對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而進(jìn)行高精地圖更新。
禾多智能代客泊車系統(tǒng)HoloParking采用了車端、停車場端和高精地圖端“三端合一”的技術(shù)方案：一方面，禾多將激光雷達(dá)和大部分算力轉(zhuǎn)移到了場端，解決過車規(guī)問題；另一方面，通過三端協(xié)作，實現(xiàn)多傳感器、多角度的冗余，提高停車周圍環(huán)境的感知能力，能夠支持全天候、全場景下的真實運(yùn)營。無論在光線嚴(yán)重不足的環(huán)境中，或在人車混流、突發(fā)狀況較多的復(fù)雜停車場，或雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣下，HoloParking都能正常運(yùn)行，為用戶提供安全、穩(wěn)定的代客泊車服務(wù)。
在高精地圖端，禾多主要是利用車道之間的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)、多路徑的路徑計算，以此保證實現(xiàn)多車調(diào)度的算法。同時車輛也可以利用車道的寬度信息，在車道內(nèi)進(jìn)行合理避障。
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