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| 本文作者： 易建成 | 2017-10-29 19:30 |
雷鋒網(wǎng)按：第 19 屆亞太汽車工程年會(huì) & 2017 中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨展覽會(huì)（APAC 19 & 2017 SAECCE）于10月24-26日在上海舉辦，本次論壇以“未來汽車與交通變革”為主題，逾 3000 位國內(nèi)外業(yè)界嘉賓共同探討汽車產(chǎn)業(yè)車廠與零部件協(xié)同創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展路徑。
在“從駕駛輔助到自動(dòng)駕駛，高精度地圖與定位的發(fā)展道路”分論壇上，中海庭董事長羅躍軍作了名為“備戰(zhàn)自動(dòng)駕駛，高精度地圖面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)”的主題演講。這也是今年9月底上汽宣布控股中海庭后，后者首次對外發(fā)聲。以下內(nèi)容由雷鋒網(wǎng)編輯整理。
自動(dòng)駕駛這個(gè)領(lǐng)域，政策支持和標(biāo)準(zhǔn)落地將推動(dòng)自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自主化。AI技術(shù)的長足發(fā)展給自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)提供了條件，并深度應(yīng)用于感知、建圖、決策等環(huán)節(jié)，顯著提高了汽車智能的水平。而定位、雷達(dá)、視覺等傳感器協(xié)作融合，通過算法處理形成完成的汽車周邊駕駛態(tài)勢圖，提供駕駛決策依據(jù)。
在這種環(huán)境下，汽車產(chǎn)業(yè)將發(fā)生新一輪的產(chǎn)業(yè)整合升級——而核心的驅(qū)動(dòng)力，就來自人工智能和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。
Waymo通過多個(gè)傳感器冗余來保證安全問題。但即使這樣的情況下，自動(dòng)駕駛依然尋找很多不穩(wěn)定因素，比如在傳感器中，視覺和激光雷達(dá)的感知范圍依舊有限，不可能感知無限遠(yuǎn)的距離。在某些環(huán)境下（如雨雪霧），這些傳感器也會(huì)失靈。
這就是自動(dòng)駕駛魯棒性欠缺的問題：
在環(huán)境感知方面，由于多種傳感器測量的邊界，包括視覺、激光感知范圍有限；傳感器的環(huán)境感知限制，如激光雷達(dá)在塵土飛揚(yáng)的路上失靈；攝像頭在雨雪天氣無法工作。
在車身定位方面，在高架橋、隧道等地方GPS信號失鎖；慣導(dǎo)系統(tǒng)隨著時(shí)間會(huì)產(chǎn)生誤差累積；
在決策控制方面，道路寬度、曲率、坡度、限速等很少變化的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)缺失，實(shí)時(shí)計(jì)算效率和準(zhǔn)確度受限；僅靠實(shí)時(shí)感知的傳感器，自動(dòng)駕駛無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離規(guī)劃。
這時(shí)候需要引入一個(gè)高精度地圖傳感器，在無死角、無限性、全天候、全天時(shí)情況下，依然能夠保持正常工作。
羅躍軍表示，高精度地圖是現(xiàn)有傳感器的增強(qiáng)和補(bǔ)充，主要體現(xiàn)在以下三方面：地圖視覺、消解其他傳感器誤差、更豐富的細(xì)節(jié)，更全面的感知。
傳感器系統(tǒng)，無論是激光雷達(dá)還是視覺，因?yàn)檎趽鹾途嚯x的原因，它是會(huì)受到限制的。但地圖不會(huì)受到限制，同時(shí)，它能夠消除部分傳感和誤差，有些傳感器無法識別真實(shí)和虛擬之間的區(qū)別，有些比如坡度過大的時(shí)候，需要地圖來進(jìn)行補(bǔ)充。還有一些更豐富的細(xì)節(jié)和感知，如下雪天，任何傳感器都會(huì)失效，地圖依然能發(fā)揮作用。
同時(shí)，高精地圖還可以充當(dāng)駕駛經(jīng)驗(yàn)的載體。我們可以收集眾多駕駛員信息，通過多維時(shí)空數(shù)據(jù)的挖掘，分析危險(xiǎn)區(qū)域，作為一個(gè)新的知識、駕駛經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)集提供給新的駕駛者。
高精地圖還能提供認(rèn)知和決策參考：
1、地圖提供控制決策依據(jù)；
2、地圖結(jié)合傳感器進(jìn)行認(rèn)知。高精地圖“反哺”，輔助車身定位。例如，識別交通標(biāo)志牌后將其作為地圖上的定位參考點(diǎn)。
在業(yè)內(nèi)我們聽到一些聲音，高精地圖到底是什么？很多人宣稱“我做的是高精地圖”。比如圖商會(huì)從汽車的角度去理解高精地圖，就是以數(shù)據(jù)可測量的方式。對一些創(chuàng)業(yè)公司而言，如果它找到的視覺或激光點(diǎn)云特征點(diǎn)，也可以認(rèn)為是高精地圖。
那么，到底什么是高精地圖？
高精度地圖提供更完善的周邊環(huán)境和更精確的定位，為自動(dòng)駕駛提供決策支持，保證行車安全——這是它的核心功能。無論是什么樣形態(tài)的高精地圖，它要滿足這樣的核心功能。
內(nèi)涵則是包含動(dòng)態(tài)變化的時(shí)空位置場表達(dá)。如果把很多位置信息認(rèn)為是一個(gè)三維空間，在高精地圖里，我們還需要增加兩個(gè)維度：一是時(shí)間維度，所有位置都是動(dòng)態(tài)變化的；二是可變維度，任何數(shù)據(jù)的精度和粒度是可變的。
如此，我們可以看到將內(nèi)涵時(shí)空場表達(dá)確定之后，這個(gè)內(nèi)涵實(shí)際上可以產(chǎn)生很多外延。Road DNA也好，或特征地圖也好，它只是這種內(nèi)涵的一個(gè)外延，一種表現(xiàn)形式而已。
在這里，高精度的含義，指的就是地圖的坐標(biāo)精度更高，道路交通信息元素豐富精細(xì)，為定位和路徑規(guī)劃提供精細(xì)依據(jù)。
現(xiàn)在的高精地圖，有了內(nèi)涵之后，還需要尋找一個(gè)使用場景。以前的地圖是給人使用的，現(xiàn)在的地圖是給車自動(dòng)駕駛汽車使用的，所以它要更貼近于人類認(rèn)知和機(jī)器智能，它是一個(gè)更詳細(xì)、更新和可變尺度的表達(dá)。
上圖不同的分層：真實(shí)世界、傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖模型、高精地圖模型，就是一個(gè)可變的尺度。這就是在高精地圖時(shí)空表達(dá)中——可變尺度的維度。
高精地圖的數(shù)據(jù)表達(dá)模型，必須要增加一個(gè)時(shí)間維度。如何理解時(shí)間維度？我們把它分為靜態(tài)數(shù)據(jù)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型。
高精地圖為自動(dòng)駕駛服務(wù)，它需要將道路基本形態(tài)，通過地圖或矢量數(shù)據(jù)來正確表達(dá)出來。在靜態(tài)高精地圖模型中，車道要素模型包括車道中心線、車道邊界線、參考點(diǎn)、虛擬連接線等。
車道中軸線采自于實(shí)際車道的中軸線位置，該對象用于車輛定位和引導(dǎo)車輛行駛；
車道邊界線記載了實(shí)際道路中各條車道的形狀信息和類別信息；
車道曲度參照點(diǎn)：對曲度達(dá)到一定閾值的車道設(shè)定的曲度參照點(diǎn)；
虛擬連接車道：在浮躁路口處，用于連接兩條車道中軸線的虛擬車道線；
道路標(biāo)高采集點(diǎn)：記載存在海拔變化的采集點(diǎn)，表達(dá)道路的三維模型。
在靜態(tài)高精地圖基礎(chǔ)上，還有動(dòng)態(tài)地圖的概念。
動(dòng)態(tài)高精地圖模型是指提供車輛位置附近前后一定距離（或時(shí)間）的高精度豐富信息，如天氣、地理環(huán)境、道路交通、自車狀態(tài)等，有效疊加在靜態(tài)高精地圖上。
地圖是除了位置三維空間之外，還需要時(shí)間軸、可變維度等等。地圖在自動(dòng)駕駛中的作用，就是一個(gè)時(shí)空場，因?yàn)樗撬袛?shù)據(jù)融合和決策的基礎(chǔ)平臺，所以我們可以加入更多的維度，比如駕駛員狀態(tài)信息、車輛狀態(tài)信息、道路狀態(tài)信息、天氣環(huán)境狀態(tài)信息。這些狀態(tài)信息可以作為其他變量，加入到時(shí)空場中。
這樣產(chǎn)生出來的動(dòng)態(tài)高精地圖可以作為自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)或載體呈現(xiàn)出來。
我們再理解一下，自動(dòng)駕駛汽車有很多傳感器，這些傳感器需要融合，這意味著必須要有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間和地點(diǎn)才能融合。否則，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)無法融合。
統(tǒng)一時(shí)間、統(tǒng)一地點(diǎn)、統(tǒng)一環(huán)節(jié)就是地圖的時(shí)空場表達(dá)，這是一個(gè)天然的融合平臺。所以地圖作為自動(dòng)駕駛的基本功能外，還有這部分未顯現(xiàn)的功能，這就是它最大的核心價(jià)值所在。
介紹地圖的內(nèi)涵后，地圖還有很多外延，很多表達(dá)方式。
從谷歌開始的激光點(diǎn)云+矢量數(shù)據(jù)；Mobileye的RoadBook；TomTom的RoadDNA，高德、百度、Here和光庭的矢量地圖；谷歌、Momenta的柵格HDmap，大陸的電子地平線等等。
這些表達(dá)的就是時(shí)空場數(shù)據(jù)，只是表現(xiàn)形式、表現(xiàn)內(nèi)容稍有不同，但功能是一樣的。
在它的外延中，我們可以看到多場景化的高精度地圖。
一般常見的就是把高精地圖按照結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化區(qū)分，簡單說就是高速公路、城區(qū)道路和復(fù)雜路況，這是最基本的一個(gè)畫面。但實(shí)際上道路的情況是千差萬別的，有很多特殊的情況。
比如說環(huán)島轉(zhuǎn)盤，就是一種非常復(fù)雜的道路情況。那么這種地圖的表達(dá)，它的復(fù)雜程度與結(jié)構(gòu)化道路要復(fù)雜得多。
還有其他應(yīng)用場景，如停車場、BRT和試車場。
一些室內(nèi)停車場的數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)內(nèi)容和表達(dá)是不一樣的；在BRT這個(gè)數(shù)據(jù)中，它可能更關(guān)注的不是道路本身，而是車站以及BRT巴士能不能夠準(zhǔn)確對接的出入口；試車場看起來與其他道路沒什么區(qū)別，但車場內(nèi)要做大量實(shí)驗(yàn)，車速非?？欤鼘Φ缆肪纫蠓浅８?。
所以，地圖在外在的表達(dá)形式是多種多樣的。
隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，更多的汽車廠、風(fēng)投越來越認(rèn)識到高精地圖的重要性。BBA投資了Here地圖，福特、上汽投資了Civil Maps 、軟銀投資 Mapbox等一系列投資，無非就是汽車行業(yè)和IT巨頭們非?？粗剡@些創(chuàng)新企業(yè)或者圖商在未來的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
同時(shí)，BAT通過收購、控股或入股的方式將幾大的數(shù)據(jù)商全部瓜分，在國內(nèi)要搶占高精度地圖或?qū)Ш诫娮拥貓D資質(zhì)的門檻。
我們看到資本或者其他自動(dòng)駕駛的玩家們，都越來越看重地圖的重要功能。這給地圖帶來非常好的發(fā)展機(jī)遇。
在這么好機(jī)遇下，高精地圖的發(fā)展還面臨如下挑戰(zhàn)：
高精地圖到底需要多高的精度？
高精地圖如何保持鮮度？
如何降低高精度地圖的量產(chǎn)車本？
高精地圖的合法性與標(biāo)準(zhǔn)化。
高精地圖的精度到底要求有多高？如上圖，不同數(shù)據(jù)內(nèi)容表達(dá)的精度是不同的。這只是簡單的一個(gè)例子而已，真實(shí)情況其實(shí)比它更復(fù)雜，不同場景面臨的精度要求也不同。
簡單說，就算道路寬度或道路車線精度是正負(fù)10厘米，但如果在隧道里，我們還需要做到正負(fù)10厘米嗎？因?yàn)槎ㄎ桓咀霾坏秸?fù)10厘米，那么數(shù)據(jù)做到正負(fù)10厘米實(shí)際上是沒有用處的。包括在室內(nèi)的部分定位也是一樣的。所以在不同場景下，它對精度要求是不一樣的。
這也與自動(dòng)駕駛的需求有密切關(guān)系。不同階段的自動(dòng)駕駛（Level 1到Level 5）的功能，會(huì)因?yàn)榫唧w的精度而有不同需求。所以精度就是地圖中一個(gè)可變的尺度，可高可低。
目前看，無論是從圖商還是車企角度來看，精度問題都沒有非常準(zhǔn)確的答案。
業(yè)界有一種說法，就是“相對精度做到20厘米”，這是好多車廠和自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)的需求，但這個(gè)說法本身就有問題。
在測繪界，“相對精度”是不會(huì)有一個(gè)絕對值的，它是一個(gè)量級百分比，所以“相對精度”的提法是有問題的。舉個(gè)例子，車線寬度正負(fù)10厘米，信息牌是正負(fù)50厘米，它的精度會(huì)不一樣，但實(shí)際上它的作用是一樣的，為什么一樣？
車輛如果在道路上行駛的時(shí)候，從車輛本身看車線的精度，它離車線很近，可能就兩三米遠(yuǎn)，這個(gè)時(shí)候正負(fù)10厘米的誤差，影響很大。但是它離信息牌很遠(yuǎn)，可能十幾米，這個(gè)時(shí)候50厘米的誤差，與車線的10厘米誤差，可能就是一樣的。
所以這種精度在表達(dá)的時(shí)候，“相對精度20厘米”的表達(dá)是不準(zhǔn)確的。這也是我們面臨的一個(gè)非常大的問題：如何準(zhǔn)確的定義我們所需要的精度并達(dá)成一致？
第二個(gè)挑戰(zhàn)是地圖如何更新。
很多團(tuán)隊(duì)說高精地圖沒用。為什么沒有用？現(xiàn)實(shí)世界是千變?nèi)f化的，地圖做出來就是一次性的、是靜態(tài)的。
我們談到地圖高精動(dòng)態(tài)，但實(shí)際上，我們在如何制作動(dòng)態(tài)地圖的時(shí)候，就需要考慮如何更新。實(shí)際上很簡單——通過眾包。
這種方法的來源是多種多樣的，來源于政府的智慧城市和智慧交通上的的業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)人工智能方面的分析業(yè)務(wù)、共享業(yè)務(wù)、手機(jī)終端服務(wù)數(shù)據(jù)以及車廠中的導(dǎo)航業(yè)務(wù)、自動(dòng)駕駛的任務(wù)以及人工智能業(yè)務(wù)。
簡單說，只要擁有通訊的智能設(shè)備，只要它能夠獲得位置信息，這個(gè)位置信息的精度能達(dá)到一定精度，這樣的數(shù)據(jù)來源就是我們做地圖更新的數(shù)據(jù)來源。這是一個(gè)簡單的業(yè)務(wù)閉環(huán)的概念。
我們將HAD多級數(shù)據(jù)提供給政府、車廠和普通用戶，他們在使用之后，不斷傳回這些位置數(shù)據(jù)。通過這種眾包方式來更新地圖，這也是我們未來的發(fā)展趨勢，同時(shí)面臨的挑戰(zhàn)也非常之多。
首先是數(shù)據(jù)的精度，有沒有那么多高速定位的設(shè)備來反饋這樣的數(shù)據(jù)；其次是這些閉環(huán)是否能夠無縫打造；最后是各家是否愿意將數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)出來。這在未來都是非常大的課題。
高精地圖的生產(chǎn)成本可能是圖商之間談?wù)摫容^多的問題。如上圖，生產(chǎn)成本隨著精度的上升而提升。從Level 2到Level 5，它對數(shù)據(jù)要求的內(nèi)容和精度的要求會(huì)越來越高。
在數(shù)據(jù)采集過程中，從作業(yè)效率一人/天百公里，一直到Level 5已經(jīng)降到了每天能做幾公里的速度。這個(gè)生產(chǎn)效率的下滑，相當(dāng)于成本在不斷提升。
在這種情況下，我們需要引入人工智能。隨著人工智能的提高，高精地圖的生產(chǎn)成本會(huì)逐步下降，最終趨于平穩(wěn)。
地圖制作包含哪些內(nèi)容？首先是車線識別、特征點(diǎn)提取、構(gòu)建車道的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)以及制作各種地物（人行橫道、標(biāo)線、交通標(biāo)志）等等，這是一個(gè)很基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)制作內(nèi)容。
按照圖商制作的方式，這些是分為很多步驟來實(shí)現(xiàn)的，每一步都涉及到很多的質(zhì)量控制和成本。在這樣的一個(gè)基礎(chǔ)上，中海庭針對這種情況，開發(fā)了自動(dòng)化生產(chǎn)的平臺，引進(jìn)AI技術(shù)和自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)引。
比如在基于激光點(diǎn)云的處理中，我們通過自動(dòng)化識別的方式來自動(dòng)化提取道路標(biāo)線，把各種標(biāo)線提取之后，車線以及路面標(biāo)識都可以通過自動(dòng)化方式來實(shí)現(xiàn)。
在路口拓?fù)涞臉?gòu)建中，我們選擇不同模式，通過我們的自動(dòng)化生產(chǎn)平臺就能自動(dòng)地將路口所有的拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)生成出來。
整個(gè)生產(chǎn)過程中，是一步到位來實(shí)施的，把所有中間過程全部給省掉了。我們將有些通過數(shù)據(jù)編譯的過程，全部融合到生產(chǎn)過程中，這是一次性到位，極大減少了中間過程。這樣我們可以降低高精地圖生產(chǎn)成本。
再介紹一個(gè)不常見的問題，就是“級聯(lián)式”生產(chǎn)方式。
說到自動(dòng)駕駛，地圖一定是多尺度和可變緯度的。所以從2D、ADAS到三維的高精地圖，它是一個(gè)不同層次的地圖。
在現(xiàn)有的生產(chǎn)過程中，包括各個(gè)友商，其實(shí)都是使用不同的生產(chǎn)線來生產(chǎn)高精地圖。那么未來我們要把這樣的生產(chǎn)過程集中到一個(gè)平臺上。
在業(yè)內(nèi)，大家都注意到一個(gè)問題：就是HAD地圖/高精度地圖如何與傳統(tǒng)地圖進(jìn)行匹配？如何通過共有點(diǎn)或參考點(diǎn)來進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這是一個(gè)很復(fù)雜的過程。
同時(shí)在整個(gè)對應(yīng)過程中，成本非常高，難度非常大，同還涉及到大量人工干預(yù)的過程。那么，在我們以后高精地圖的生產(chǎn)過程中，采用級聯(lián)的生產(chǎn)方式，自動(dòng)生成這些關(guān)聯(lián)方式，避免復(fù)雜的處理。
在談了幾大挑戰(zhàn)之后，其實(shí)最核心的問題可能是政策問題。
法律法規(guī)問題在國際上一直存在，只是國外更加注重安全，更加注重于價(jià)值授權(quán)方面的法律法規(guī)。在中國，就有獨(dú)特的社會(huì)法規(guī)來進(jìn)行限制。
在《基礎(chǔ)地理信息公開表示內(nèi)容的規(guī)定》中就規(guī)定，快速路、高架路、引道、街道和內(nèi)部道路的鋪設(shè)材料、最大縱坡、最小曲率半徑不可公開。同時(shí)，也不能記錄涉密的地理信息數(shù)據(jù)（坐標(biāo)、高程等）。
所以在自動(dòng)駕駛中，關(guān)于坡度和高程問題無法使用的問題，對地圖造成非常大影響。但更重要的就是加密，加密帶來的誤差。
在測繪領(lǐng)域的加密，造成的精度誤差，實(shí)際上并不是大家所理解的那樣：加密之后，地圖全部偏轉(zhuǎn)和扭曲。它實(shí)際上是兩個(gè)步驟，一個(gè)是地圖偏轉(zhuǎn)，另外一個(gè)是定位偏轉(zhuǎn)。
定位偏轉(zhuǎn)和地圖偏轉(zhuǎn)如果是一樣的，那就沒有任何問題。但現(xiàn)在它的問題是兩者不同，它會(huì)有隨機(jī)誤差。目前通過加密的調(diào)參數(shù)，可以做到定位加密和地圖加密偏差不超過20厘米。
如何減少加密對自動(dòng)駕駛產(chǎn)生的影響（是減少影響，影響依然存在）。20厘米只是一個(gè)坐標(biāo)偏離的問題，但實(shí)際上還有很多精度是沒有考慮，比如相位的變化，有可能通過正負(fù)10厘米的偏差之后，導(dǎo)致相位發(fā)生反轉(zhuǎn)，這是非常嚴(yán)重的問題。
除了法規(guī)，在高精地圖標(biāo)準(zhǔn)化方面，我們也做了很多工作。在國際上做得最好的就是ISO，它將地圖是成系列的來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的定義。
那么相對應(yīng)地，在國內(nèi)有中國智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、NDS協(xié)會(huì)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，有多個(gè)組織來考慮地圖標(biāo)準(zhǔn)化的工作。
既然是挑戰(zhàn)，它還面臨的問題是什么？在制作高精地圖過程中，這種標(biāo)準(zhǔn)化還不夠，還有采集標(biāo)準(zhǔn)、通訊標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)等一系列標(biāo)準(zhǔn)，它要成一個(gè)體系，才能滿足自動(dòng)駕駛需求。
這樣成體系的工作需要更多組織和同仁共同探討。未來無論是圖商、還是車廠，我們希望能夠緊密合作，將標(biāo)準(zhǔn)化推到一定高度，滿足自動(dòng)駕駛的需求。
這就是中海庭對高精地圖面臨問題的闡述：機(jī)遇和挑戰(zhàn)是并存的。未來面向自動(dòng)駕駛高精地圖的需求，還有大量的工作要做。雖然挑戰(zhàn)存在，但我們相信通過努力還是能夠達(dá)成的。
*雷鋒網(wǎng)注：本文 PPT 由中海庭提供
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