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摸不到的車(chē)載“傳感器”——高精度地圖

2020-09-22 14:32 與非網(wǎng)

導(dǎo)讀:隨著自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,當(dāng)前越來(lái)越多的汽車(chē)制造商開(kāi)始向 L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛進(jìn)行探索,高精度地圖作用將越發(fā)顯著,逐漸成為自動(dòng)駕駛行業(yè)的兵家必爭(zhēng)之地。

預(yù)計(jì),高精度地圖行業(yè)未來(lái)十年將迎來(lái)黃金發(fā)展期,到 2020 年高精度地圖市場(chǎng)為 21 億美元,2030 年該市場(chǎng)將達(dá)到 200 億美元。在高精度地圖的爭(zhēng)奪焦點(diǎn)上,行業(yè)廠商紛紛進(jìn)場(chǎng),迎來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵階段。

圖源:搜狐汽車(chē)

前不久,高德簡(jiǎn)短的線上發(fā)布會(huì),為地圖戰(zhàn)事再添一把新火。借著余溫,我們圍繞高精度地圖展開(kāi)聊一聊。

文章大概分為以下幾個(gè)部分:

什么是高精度地圖?高精度地圖如何賦能自動(dòng)駕駛?高精度地圖的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀面臨的挑戰(zhàn)有哪些?

什么是高精度地圖?

高精度地圖(HD Map,High Definition Map),是一種專(zhuān)為自動(dòng)駕駛服務(wù)的地圖。

與傳統(tǒng)的電子導(dǎo)航地圖相比,高精度地圖不同之處在于:

精度:傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖提供“道路級(jí)別”的導(dǎo)航信息,精度在米級(jí)別,可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的基本導(dǎo)航需求;高精度地圖能夠提供“車(chē)道級(jí)別”的導(dǎo)航信息,精度在厘米級(jí)別,可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的基本導(dǎo)航需求。

數(shù)據(jù)維度:在道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等道路數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,高精度地圖不僅增加了車(chē)道屬性相關(guān)(車(chē)道線類(lèi)型、車(chē)道寬度等)數(shù)據(jù),更有諸如限高、禁行、防護(hù)欄。道路邊緣類(lèi)型、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。高精度地圖能夠明確區(qū)分車(chē)道線類(lèi)型、路邊地標(biāo)等細(xì)節(jié)。

使用對(duì)象:傳統(tǒng)導(dǎo)航電子地圖是面向駕駛員,供駕駛員使用的地圖數(shù)據(jù);而高精度地圖是面向自動(dòng)駕駛汽車(chē)車(chē)機(jī)設(shè)備使用的地圖數(shù)據(jù),與傳感器互相補(bǔ)充為無(wú)人駕駛提供安全保障。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性:高精度地圖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求更高。高精度地圖將大量的行車(chē)輔助信息存儲(chǔ)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),通過(guò)云端實(shí)時(shí)更新高精度動(dòng)態(tài)地圖數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)單來(lái)講,高精地圖就是精度更高、數(shù)據(jù)維度更廣的電子導(dǎo)航地圖,是自動(dòng)駕駛感知層和決策層的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。高精度地圖通過(guò)更高維數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)合高效率的匹配算法,結(jié)合車(chē)載 GPS、IMU、LiDAR 或攝像頭的數(shù)據(jù),解決感知環(huán)節(jié)中傳感器在雨雪、大霧天氣里不適用的問(wèn)題,在交互決策環(huán)節(jié)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,從而實(shí)現(xiàn)更精確的定位。

并且高精地圖還有一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的意義,就是能夠減少車(chē)載傳感器的數(shù)量,降低整車(chē)成本,加快自動(dòng)駕駛的落地。

但是,有一點(diǎn)需要注意的是,高精地圖需要繪制出信號(hào)失鎖區(qū)域。在信號(hào)失鎖區(qū)域,自動(dòng)駕駛車(chē)輛需要提高攝像頭識(shí)別的靈敏度。

總之,不論是動(dòng)態(tài)化,高精度和多維度,最終目的都是為了保證自動(dòng)駕駛的安全與高效率。動(dòng)態(tài)化保證了自動(dòng)駕駛能夠及時(shí)地應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況,選擇最優(yōu)的路徑行駛;高精度確保了機(jī)器自動(dòng)行駛的可行性,保證了自動(dòng)駕駛的順利實(shí)現(xiàn);多維度則是與更多邏輯規(guī)則相結(jié)合,進(jìn)一步提升了自動(dòng)駕駛的安全性。

圖源:新浪網(wǎng)

高精度地圖如何賦能自動(dòng)駕駛?

上面介紹了高精度地圖的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),相信也能看到其對(duì)于自動(dòng)駕駛行業(yè)的助力。筆者簡(jiǎn)單整理為以下幾方面,方便大家直觀的了解。

與非網(wǎng)制圖

高精度地圖產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

由于高精地圖是鏈接人、車(chē)、路等各種交通參與者的紐帶,車(chē)企、Tier1、地圖廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、芯片廠商等圍繞高精地圖開(kāi)展了各種各樣的合作,共同推進(jìn)高精地圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

由于國(guó)外地圖行業(yè)由于政策監(jiān)管較松,研發(fā)較為活躍,發(fā)展速度較快。截止目前,國(guó)外的高精地圖主要有 Here、TomTom、Waymo(原 Google 地圖)等老牌圖商;以及 DeepMap、CivilMaps、Carmera 等初創(chuàng)公司。

競(jìng)爭(zhēng)格局呈現(xiàn)出兩極分化態(tài)勢(shì):一方面是大型互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭、車(chē)企等在高精度地圖的研發(fā)上更多采取集中采集的地圖信息搜集方式,其合作伙伴數(shù)量相對(duì)而言更多且更為穩(wěn)定,在市場(chǎng)上影響力更強(qiáng);另一方面則是自動(dòng)駕駛行業(yè)算法集成層面的初創(chuàng)公司,成本預(yù)算有限,對(duì)現(xiàn)金流較為迫切,因此基本采用成本較低的眾包采集,并且更積極地探索高精度地圖的商業(yè)化變現(xiàn)模式。

和美國(guó)不同,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)因?yàn)橛休^為嚴(yán)格的地圖測(cè)繪政策限制,國(guó)家測(cè)繪局對(duì)電子地圖制作設(shè)立了甲級(jí)資質(zhì)的高準(zhǔn)入門(mén)檻。據(jù)中國(guó)自然資源報(bào)數(shù)據(jù)顯示,截至 2020 年 2 月,具有電子地圖制作甲級(jí)資質(zhì)的單位有 22 家。早在 2012 年前后,國(guó)內(nèi)的高德、百度、四維圖新等老牌導(dǎo)航電子地圖制作企業(yè)提前布局自動(dòng)駕駛地圖業(yè)務(wù)。

圖源:汽車(chē)公社

隨著自動(dòng)駕駛投資熱潮涌現(xiàn),其他導(dǎo)航電子地圖資質(zhì)企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)公司、汽車(chē)企業(yè)及專(zhuān)業(yè)自動(dòng)駕駛地圖創(chuàng)業(yè)公司,也都紛紛加入到自動(dòng)駕駛地圖市場(chǎng)的角逐當(dāng)中。目前行業(yè)公司大體可分為四類(lèi):一是導(dǎo)航電子地圖圖商,如四維圖新、高德、百度、易圖通等;二是自動(dòng)駕駛地圖創(chuàng)業(yè)公司,如 Momenta、寬凳、DeepMotion 等;三是車(chē)企扶植的地圖企業(yè),如被上汽控股的中海庭、吉利汽車(chē)億喀通旗下自動(dòng)駕駛地圖團(tuán)隊(duì);四是其他獲得導(dǎo)航電子地圖資質(zhì)的公司,如華為、江蘇智圖等。整體呈現(xiàn)出傳統(tǒng)圖商、初創(chuàng)企業(yè)、車(chē)企、互聯(lián)網(wǎng)巨頭多方逐鹿的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局,在高精地圖領(lǐng)域積極布局。

誠(chéng)然,相較于高光下的自動(dòng)駕駛車(chē),高精度地圖的戰(zhàn)局嚴(yán)重被低估。回顧自動(dòng)駕駛地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展,可以清晰地看到兩大行業(yè)的迅速融合——各大傳統(tǒng)汽車(chē)廠商在布局自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)時(shí),幾乎無(wú)一例外地投資或收購(gòu)高精度地圖公司,而諸多地圖公司也更是早早就盯住了自動(dòng)駕駛的巨大市場(chǎng)。

各企業(yè)在高精度地圖市場(chǎng)跑馬圈地的背后,也是搶位地圖入口的爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

擋在面前的挑戰(zhàn)

作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施,高精度地圖具有精度高、維度多、實(shí)時(shí)更新等特點(diǎn),其重要性不言而喻。但由于自動(dòng)駕駛地圖提供的數(shù)據(jù)對(duì)于精度的要求,涉及到了空間信息安全,現(xiàn)行的法律以及政策在數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲(chǔ)存、使用以及表達(dá)上依然存在諸多限制,高精度地圖面臨諸多挑戰(zhàn)。

·高精度地圖制作難度大

高精度地圖雖然好用,但目前還無(wú)法大規(guī)模地生產(chǎn)。高精度地圖的測(cè)繪過(guò)程要比傳統(tǒng)電子地圖復(fù)雜,目前市場(chǎng)上高精地圖的制作方式主要是“采集車(chē)測(cè)繪”和“眾包測(cè)繪”兩種。

由專(zhuān)業(yè)采集車(chē)輛或眾包車(chē)輛對(duì)道路及其周邊地理要素或人工設(shè)施的特征(形狀、大小、空間位置)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理及提供,并且在后期高精度地圖的制作還要由圖商進(jìn)行編輯加工和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

高精度地圖的數(shù)據(jù)采集和制作都屬于測(cè)繪活動(dòng),由于地理信息涉及國(guó)家秘密,在中國(guó)從事高精度地圖測(cè)繪活動(dòng)需要獲取導(dǎo)航電子地圖甲級(jí)資質(zhì)。這使得數(shù)據(jù)的采集和使用以及表達(dá)受到極大限制,部分企業(yè)由于現(xiàn)行法規(guī)限制,沒(méi)有測(cè)繪資質(zhì)就沒(méi)辦法采集、使用以及儲(chǔ)存這些空間位置信息,只能夠跟有資質(zhì)的廠商進(jìn)行合作。

【小科普】

*采集車(chē)采集:該方式依賴(lài)于專(zhuān)業(yè)采集設(shè)備和專(zhuān)業(yè)采集人員,專(zhuān)業(yè)測(cè)繪車(chē),通過(guò)自主采集半自動(dòng)化以及全自動(dòng)化生產(chǎn)的方式獲得了高精度的矢量地圖,矢量地圖包括車(chē)道級(jí)拓樸、車(chē)道邊線、道路區(qū)間以及 ADAS 數(shù)據(jù)等信息,它能夠滿(mǎn)足車(chē)道級(jí)的導(dǎo)航功能的自動(dòng)駕駛,精度和可信度高。在完成集中式數(shù)據(jù)采集后,還要經(jīng)歷數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)處理、發(fā)布、交付等諸多環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)圖商憑借自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)一般采納采集車(chē)測(cè)繪,精度更高;

*眾包采集:基本上可以理解為用戶(hù)通過(guò)自動(dòng)駕駛車(chē)輛自身的傳感器,或其他低成本的傳感器硬件,收集的道路數(shù)據(jù)傳到云端進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,并通過(guò)數(shù)據(jù)聚合的方式提高數(shù)據(jù)精度,來(lái)完成高精地圖的制作。整車(chē)廠擁有海量普通汽車(chē),以“眾包測(cè)繪”為主。采集數(shù)據(jù)完成后要將來(lái)自 GNSS、點(diǎn)云、圖像等數(shù)據(jù)識(shí)別融合在一起,最后經(jīng)過(guò)人工的修正完善,才上傳到云端。

·政策限制

地圖政策的挑戰(zhàn)僅存在于國(guó)內(nèi),國(guó)外政策在此較為寬泛。由于測(cè)繪及地圖制作涉及國(guó)家安全,我國(guó)高精度地圖數(shù)據(jù)采集需要符合相關(guān)政策的規(guī)定。

對(duì)于數(shù)據(jù)的采集,包括道路的高程、坡度、曲率,橋梁隧道的限高、限重等信息,按照現(xiàn)行政策,有明確的限制。比如,《基礎(chǔ)地理信息公開(kāi)表示內(nèi)容的規(guī)定》顯示,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(kāi)。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)。而車(chē)企對(duì)于這些數(shù)據(jù)又有很強(qiáng)的需求,這直接導(dǎo)致在自動(dòng)駕駛中,坡度和高程無(wú)法直接使用,這將對(duì)地圖的便捷使用造成影響。

·缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展,更多的汽車(chē)廠、圖商對(duì)高精地圖投入了越來(lái)越多的資源。這些廠商在發(fā)展高精地圖時(shí),由于各自的數(shù)據(jù)格式并不相同,所以導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法方便地在彼此間進(jìn)行交互。

目前國(guó)際上高精地圖規(guī)范有 NDS、OpenDRIVE、OMP 公司規(guī)范等幾種,精度和刷新頻率也沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),由于都把高精地圖當(dāng)作自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力,所以彼此的高精地圖不進(jìn)行共享,這就導(dǎo)致了每家圖商都要獨(dú)自采集全國(guó)的高精地圖數(shù)據(jù),就進(jìn)一步提高了成本。此外,車(chē)廠也不情愿對(duì)圖商共享數(shù)據(jù),這進(jìn)一步推高了高精地圖的采集成本,同時(shí)拖延了高精地圖的更新速度。

此外,自動(dòng)駕駛地圖不僅包含很高精度的道路靜態(tài)信息,未來(lái)可能還會(huì)包含交通事件以及道路施工等動(dòng)態(tài)信息,很難保證地圖數(shù)據(jù)的實(shí)效性,即無(wú)法保證地圖數(shù)據(jù)足夠“新鮮”。基于這個(gè)特性,其數(shù)據(jù)采集和更新成本將持續(xù)走高。

·技術(shù)上依舊面臨突破

由于高精地圖呈現(xiàn)的信息量相對(duì)較大,導(dǎo)致高精地圖在數(shù)據(jù)的采集上較普通電子地圖難度更高,采集周期更長(zhǎng)。目前高精地圖還無(wú)法做到國(guó)內(nèi)所有道路全面覆蓋,只能覆蓋部分高速公路及主要的城市道路。

另外,自動(dòng)駕駛的程度越高,對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容和精度的要求就會(huì)越高。以車(chē)道線和路面標(biāo)識(shí)為例,需要利用深度學(xué)習(xí)的方法對(duì)激光點(diǎn)云進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別來(lái)提取,通過(guò)這些自動(dòng)化處理的方式,可以降低高精地圖生產(chǎn)成本。

但由于自動(dòng)識(shí)別的效率需要依賴(lài)算法的提升,所以這不是一蹴而就的過(guò)程,而是一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程。

圖源:sixents

寫(xiě)在最后

放眼市場(chǎng),在多方勢(shì)力角逐之下,高精度地圖的市場(chǎng)進(jìn)程節(jié)奏已然加快。

但一直以來(lái),大范圍的精度控制難、制作和更新成本高、以及對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求,都是高精度地圖面臨的重大挑戰(zhàn),產(chǎn)業(yè)化之路依舊較長(zhǎng)。

同時(shí),隨著面向自動(dòng)駕駛的完整地圖服務(wù)商業(yè)模式的逐漸成型,整個(gè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)門(mén)檻或許也將從過(guò)去單一的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)向如何更好的為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)服務(wù)。

從兩種數(shù)據(jù)采集方式來(lái)看,采用專(zhuān)業(yè)采集車(chē)采集和制作的方式來(lái)保障大范圍的精度控制,是當(dāng)前主流圖商的基本做法;而通過(guò)眾包采集,主要依賴(lài)算力、AI 及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)人干預(yù)的全自動(dòng)化實(shí)時(shí)云端制圖和發(fā)布,或?qū)⑹俏磥?lái)低成本、快速更新高精度地圖的主流趨勢(shì)。

可見(jiàn),挑戰(zhàn)之下,實(shí)踐是發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的最佳途徑。

有業(yè)界專(zhuān)家曾這樣表示“高精度地圖就像自動(dòng)駕駛汽車(chē)的記憶,離開(kāi)了記憶,無(wú)論眼睛和思考(攝像頭 / 雷達(dá)+控制系統(tǒng))速度有多么發(fā)達(dá),還是無(wú)法對(duì)事件有全局把控”。

如今,記憶尚處于模糊地帶,亟待被喚醒,引領(lǐng)自動(dòng)駕駛?cè)ラ_(kāi)拓其“蠻夷之地”。