*禾多科技技術(shù)總監(jiān)駱沛

近日，由SAE Intenational（國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)）主辦的SAE 2018汽車智能與網(wǎng)聯(lián)技術(shù)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議在昆山落下帷幕。30多位來(lái)自中美日歐的頂尖技術(shù)專家、學(xué)者相聚于這場(chǎng)國(guó)際性技術(shù)交流盛會(huì)，發(fā)表汽車智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)進(jìn)步和新技術(shù)應(yīng)用探索成果。其中，禾多科技技術(shù)總監(jiān)駱沛博士發(fā)表了題為《面向量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛高精度定位》的主旨演講，主要介紹了自動(dòng)駕駛常用的定位方法，并分析了它們各自的優(yōu)勢(shì)和局限性。同時(shí)，結(jié)合禾多科技面向量產(chǎn)的高精地圖+高精度定位的技術(shù)方案，深度解析了研發(fā)過(guò)程中遇到的技術(shù)難題和解決方法。

以下是駱沛的演講全文，雷鋒網(wǎng)新智駕在不改變?cè)獾幕A(chǔ)上，整理如下：

在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，高精定位發(fā)揮著重要作用，一方面幫助自動(dòng)駕駛系統(tǒng)更好地使用高精地圖提供的信息，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的路徑規(guī)劃和車輛控制提供準(zhǔn)確的車輛位置和姿態(tài)；同時(shí)可以輔助感知系統(tǒng)，得到更加準(zhǔn)確的檢測(cè)和跟蹤結(jié)果。

各有優(yōu)劣的常用高精定位方案

目前常用的高精定位方案有以下4種。

• GNSS/RTK & IMU定位

此方案優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)GPS接入RTK之后，可以提供非常精確、高頻、穩(wěn)定的位置和姿態(tài)結(jié)果，一般情況下，可以達(dá)到10cm的位置精度和小于0.1度的航向角精度。

該方案的缺點(diǎn)也非常明顯。第一，成本非常高；第二，依賴GPS，在有遮擋的環(huán)境里，GPS信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)跳變；第三，依賴RTK，而RTK須在有基站的地方才可運(yùn)行；最后，嚴(yán)重依賴IMU，因?yàn)槎ㄎ坏木C合結(jié)果中包括姿態(tài)，與IMU的精度息息相關(guān)。

• 反射值地圖和高度值地圖

除了硬件方案之外，也有基于軟件的定位方案，比如基于反射值地圖和高度圖的方案。該方案需要預(yù)先構(gòu)建地圖，首先把激光雷達(dá)數(shù)據(jù)用算法進(jìn)行拼接得到點(diǎn)云地圖，再將三維的點(diǎn)云地圖投影到二維平面上生成特征圖像。當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)，通過(guò)用實(shí)時(shí)的三維點(diǎn)云跟特征圖像進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)車輛定位。

此方案優(yōu)點(diǎn)是精度和魯棒性高：一般水平定位精度可以達(dá)到10cm左右；在激光被障礙物遮擋的情況下，也可以正常工作。缺點(diǎn)也同樣不少，首先，只能輸出車輛的x、y信息，所以只可得到二維平面上的定位結(jié)果；第二，需要預(yù)先對(duì)激光雷達(dá)的反射值進(jìn)行標(biāo)定，但由于目前激光雷達(dá)生產(chǎn)工藝的原因，即使用同一款激光雷達(dá)在不同實(shí)地做標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果也會(huì)存在很大偏差，因此可能會(huì)限制此方法的擴(kuò)展性；第三，該方案依賴高線束激光雷達(dá)，如果采用4線或8線激光雷達(dá)，就會(huì)失去精度和魯棒性高的優(yōu)勢(shì)。

• 3D定位

除了二維的全局定位算法，還有三維的激光匹配算法。該方法與反射值地圖的方案相比，有兩個(gè)不同點(diǎn)。首先，三維定位方法輸出的定位結(jié)果包含6個(gè)自由度；其次，除了跟地圖匹配進(jìn)行全局定位之外，該方法還支持激光里程計(jì)，可輸出相對(duì)定位結(jié)果。

同樣該方法也存在一些限制。首先，若進(jìn)行全局定位，需預(yù)先構(gòu)建地圖；第二，需要非量產(chǎn)的高線束激光雷達(dá)才能穩(wěn)定工作。

• 視覺(jué)方案

前三種是基于激光雷達(dá)的方案，此外，基于視覺(jué)方案也是一個(gè)研究熱點(diǎn)。純視覺(jué)方案成本低，精度高，信息量大，但算法的魯棒性低于激光雷達(dá)的方案。

雷鋒網(wǎng)新智駕了解到，目前部分以L4級(jí)無(wú)人車運(yùn)營(yíng)為目標(biāo)的初創(chuàng)公司，定位方案在硬件上大多使用高線束激光雷達(dá)和高精度的GPS/IMU。一方面，此硬件配置成本高，非車規(guī)，而且激光雷達(dá)安裝在車頂，美觀性差。另一方面，從高精地圖的應(yīng)用來(lái)看，公司需要使用高精度設(shè)備采集、更新三維點(diǎn)云地圖，這給擴(kuò)展和維護(hù)帶來(lái)了很大困難。另外，自建地圖很難與第三方地圖兼容。所以，此類定位方案離量產(chǎn)還有比較長(zhǎng)的路要走。

高精地圖與高精定位相輔相成

高精地圖的三大特點(diǎn)包括，精度高、信息豐富、實(shí)時(shí)更新。 

精度高：地圖精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。絕對(duì)精度為分米級(jí)，相對(duì)精度能達(dá)到厘米級(jí)。自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，人們更關(guān)注的是相對(duì)精度。

信息豐富：除了常見(jiàn)的車道線、路標(biāo)和交通標(biāo)志外，高精地圖還包括路肩、燈桿、樹(shù)木以及高架橋等信息。  

及時(shí)更新： 高精地圖要求及時(shí)更新。

如今高精地圖主要有兩種表現(xiàn)形式：語(yǔ)義地圖和定位地圖。

語(yǔ)義地圖：常見(jiàn)于圖商，是傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的一種擴(kuò)展。圖商將原始的傳感器信息，經(jīng)過(guò)半自動(dòng)或者人工處理，轉(zhuǎn)換成語(yǔ)義元素。因此，語(yǔ)義地圖沒(méi)有任何傳感器的原始數(shù)據(jù)，只有抽象的語(yǔ)義信息。

定位地圖：多見(jiàn)于互聯(lián)網(wǎng)公司和自動(dòng)駕駛初創(chuàng)企業(yè)。除語(yǔ)義信息外，還包含用于高精度定位的原始傳感器數(shù)據(jù)和部分低層級(jí)特征，比如原始點(diǎn)云或圖像的特征點(diǎn)等。

在高精定位中，高精地圖能帶來(lái)三方面的幫助。一是為定位提供特征，此特征可是語(yǔ)義、幾何、或外觀的；二是為定位提供先驗(yàn)信息，例如人們通過(guò)高精地圖知曉何地出現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物和干擾定位的元素；三是提升定位在特殊情況下的魯棒性，例如惡劣天氣和光照環(huán)境。

反言之，高精定位也能為高精地圖提供幫助。

高精地圖、高精定位和感知三者相輔相成。假如具備高精地圖和感知結(jié)果，就可為定位提供先驗(yàn)信息；假如具備高精地圖和定位結(jié)果，就可把地圖元素投影到車體坐標(biāo)系中，為感知提供先驗(yàn)信息；假如具備定位和感知結(jié)果，就可把感知元素反向投影回地圖坐標(biāo)系，將感知元素與地圖已有元素進(jìn)行比對(duì)。

面向量產(chǎn)的高精定位方案

針對(duì)高速公路自動(dòng)駕駛場(chǎng)景，禾多科技根據(jù)對(duì)定位的需求把場(chǎng)景分為三大類：

• 沒(méi)有高精地圖的高速公路主路。此情況如同人類開(kāi)車，并不需要車輛絕對(duì)的位置和姿態(tài)，只需提供準(zhǔn)確的車道線并知曉自身車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車輛就可以保持較好的行駛狀態(tài)。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的控制規(guī)劃和感知是工作在車輛的局部坐標(biāo)系內(nèi)，與人類開(kāi)車行為不謀而合。因此，定位只要保證平滑性和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性就可滿足自動(dòng)駕駛的需求。

其中，保證平滑性的目的是為了服務(wù)于控制規(guī)劃，如果定位出現(xiàn)些許抖動(dòng)，車輛控制可能會(huì)表現(xiàn)出方向盤(pán)抖動(dòng)以及車輛走S形的情況；而相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性則為控制規(guī)劃和感知兩者服務(wù)，對(duì)控制規(guī)劃而言，相對(duì)運(yùn)動(dòng)為車輛控制提供準(zhǔn)確反饋；對(duì)感知而言，準(zhǔn)確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是估算其它障礙物的速度和位置的前提。

實(shí)際車道線檢測(cè)結(jié)果如何呢？

現(xiàn)實(shí)中，單個(gè)車道線檢測(cè)方面表現(xiàn)良好，但相鄰車道的車道線檢測(cè)的準(zhǔn)確性表現(xiàn)較差，例如車輛在變道、超車、經(jīng)過(guò)匝道時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性將受到極大挑戰(zhàn)。假如此時(shí)能夠接入高精地圖，結(jié)果將得到明顯改善。

• 有高精地圖的高速公路主路。該情況下，能進(jìn)行準(zhǔn)確的車道級(jí)定位。就可以從地圖中得知車輛周圍環(huán)境信息，并能夠做到更精準(zhǔn)的導(dǎo)航控制。

另外，還可實(shí)現(xiàn)更好的感知。一是地圖能明確ROI（region of interest），降低計(jì)算量，得到更為準(zhǔn)確障礙物結(jié)果；二是運(yùn)用地圖數(shù)據(jù)修正錯(cuò)誤的感知結(jié)果，例如用地圖數(shù)據(jù)修正不佳地車道線檢測(cè)結(jié)果。

• 有高精地圖的高速公路匝道。

從上圖的左側(cè)圖中可以看出，匝道地方有大量高架橋，高架橋形成的遮擋會(huì)干擾GPS信號(hào)，造成GPS位置的跳變。從右側(cè)的圖中可以看到，匝道道路的曲率一般較大，對(duì)車道線的感知構(gòu)成很大挑戰(zhàn)。曾有報(bào)道稱，Tesla車輛在匝道出現(xiàn)問(wèn)題，比如撞上護(hù)欄。

所以，在車道線和GPS定位的可靠性較低的情況下，需要有一種更可靠的定位方式。比如采用視覺(jué)特征的定位地圖來(lái)解決匝道問(wèn)題，具體是將視覺(jué)定位、車道線定位、GPS/IMU融合在一起，得到較穩(wěn)定的定位結(jié)果，從而解決匝道定位問(wèn)題。

高速公路除外，面向“最后一公里”的智能代客泊車，同樣是禾多科技聚焦的另一自動(dòng)駕駛應(yīng)用場(chǎng)景。

現(xiàn)如今，常見(jiàn)的低速L4級(jí)方案多用于泊車、接駁和運(yùn)輸場(chǎng)景。其中的技術(shù)解決方案都是在車端安裝大量的傳感器，并通過(guò)車端算法來(lái)解決車輛定位和感知問(wèn)題。然而，量產(chǎn)化的方案對(duì)車輛上的傳感器有嚴(yán)格的要求，對(duì)傳感器的成本和計(jì)算單元都有所限制。

基于此限制，禾多科技提出了車端與場(chǎng)端結(jié)合的方案，通過(guò)降低車端傳感器配置，將大量的計(jì)算轉(zhuǎn)移到智能場(chǎng)端，從而滿足量產(chǎn)化的需求。

最后，禾多科技L4級(jí)代客泊車解決方案HoloParking系統(tǒng)主要包含4個(gè)模塊：終端用戶的APP、云端大數(shù)據(jù)服務(wù)模塊、車端模塊和HoloParking的后臺(tái)場(chǎng)端模塊。在場(chǎng)端模塊中通過(guò)多傳感器融合算法來(lái)為車端模塊提供準(zhǔn)確的定位，感知和路徑規(guī)劃等信息，以滿足車端L4級(jí)自動(dòng)駕駛的需求。

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