無(wú)人駕駛技術(shù)——看不見(jiàn)的“傳感器”高精度地圖

　　下圖從要素、系統(tǒng)、用途方面更為清晰地囊括了傳統(tǒng)地圖和高精度地圖的側(cè)重點(diǎn)：

　　高精度地圖的應(yīng)用

　　高精度地圖只是一個(gè)靜態(tài)的數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用時(shí)，不可能一開(kāi)始就將全國(guó)的地圖導(dǎo)入到系統(tǒng)中，這樣不僅費(fèi)時(shí)，而且會(huì)占用系統(tǒng)很多資源。高精度地圖的供應(yīng)商(圖商)除了提供高精度地圖外，還會(huì)提供一個(gè)叫做“地圖引擎”的軟件。由這個(gè)軟件負(fù)責(zé)整個(gè)高精度地圖的資源調(diào)度，無(wú)人車(chē)只需要告訴“地圖引擎”現(xiàn)在的大致位置以及想要去的地方，“地圖引擎”就會(huì)將這個(gè)過(guò)程中所要用到的高精度地圖數(shù)據(jù)發(fā)布出來(lái)，供無(wú)人車(chē)使用。數(shù)據(jù)流如下圖所示。

　　高精度地圖的應(yīng)用需要配合高精度的定位。

　　高精度定位，至少包含無(wú)人車(chē)當(dāng)前的位置和航向角。位置是指無(wú)人車(chē)GPS天線安裝位置所在的經(jīng)度、緯度、高度;航向角，是指無(wú)人車(chē)車(chē)頭的朝向與正北方向的夾角。

　　理論上，已知兩個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯高，即可計(jì)算出兩個(gè)點(diǎn)的相對(duì)位置。那為什么還需要提供精確的航向信息呢?

　　如下圖所示，如果無(wú)人車(chē)想要實(shí)現(xiàn)沿高精度地圖車(chē)道線直線行駛，在有正確的經(jīng)緯高和航向角情況下，車(chē)道線上的一系列點(diǎn)在無(wú)人車(chē)坐標(biāo)系下的相對(duì)關(guān)系如下圖(圖中黑點(diǎn))。根據(jù)車(chē)道線規(guī)劃出來(lái)的軌跡(綠線)是與車(chē)道平行的直線。

　　試想一下，如果這時(shí)候航向值變得不準(zhǔn)，比如偏了幾十度。由于經(jīng)緯高沒(méi)有變化，因此車(chē)道線上的所有點(diǎn)距離無(wú)人車(chē)中心的距離是保持不變的，但這些點(diǎn)會(huì)以中心旋轉(zhuǎn)。得到的車(chē)道線在無(wú)人車(chē)坐標(biāo)系下的相對(duì)關(guān)系如下圖。

　　根據(jù)此車(chē)道線規(guī)劃出來(lái)的軌跡，會(huì)讓無(wú)人車(chē)認(rèn)為必須要轉(zhuǎn)一個(gè)角度才能實(shí)現(xiàn)車(chē)道保持。最終造成的控制結(jié)果就是，無(wú)人車(chē)一直在原地打轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)無(wú)人車(chē)的航向角是很重要的定位信息。

　　充分利用高精度地圖的作用將對(duì)無(wú)人駕駛有如下幫助：

　　提升無(wú)人車(chē)的感知能力

　　比如，在天氣良好的情況下，車(chē)載傳感器能夠檢測(cè)出車(chē)道線、障礙物、路沿、可通行空間等，但對(duì)于道路坡度、道路曲率的檢測(cè)無(wú)能為力。這些數(shù)據(jù)有助于無(wú)人車(chē)的控制，剛好高精度地圖可以提供。

　　再比如，當(dāng)遇到暴雨/大雪/沙塵等惡劣天氣，車(chē)載傳感器很難感知到遠(yuǎn)處的障礙物、車(chē)道線信息。而定位+高精度地圖的配合是可以提供諸如車(chē)道線、路沿和可通行空間這些信息的，增加系統(tǒng)的信息冗余。

　　結(jié)合車(chē)載傳感器信息，提升定位精度

　　之前曾介紹過(guò)現(xiàn)有的無(wú)人車(chē)高精度定位在某些情況下也會(huì)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)的情況。因此僅依靠GPS的定位方案可靠性太差。

　　業(yè)內(nèi)通用的定位方式是GPS+高精度地圖+攝像機(jī)(激光雷達(dá)等)信息融合的定位方法。先看一個(gè)視頻，了解一下業(yè)內(nèi)是如何結(jié)合車(chē)載傳感器信息做定位的。

　　首先根據(jù)GPS的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯高和航向)確定無(wú)人車(chē)大致處于哪條道路上，這個(gè)位置的可能與真實(shí)位置有5～10米的差距。

　　根據(jù)車(chē)載傳感器檢測(cè)的車(chē)道線(虛、實(shí)線)及道路邊緣(路沿或護(hù)欄)的距離與高精地圖提供的車(chē)道線及道路邊緣做比對(duì)，然后修正無(wú)人車(chē)的橫向定位。

　　根據(jù)車(chē)載傳感器檢測(cè)到的廣告牌、紅綠燈、墻上的標(biāo)志、地上的標(biāo)志(停止線、箭頭等)，與高精地圖提供的同一道路特征(POI)進(jìn)行匹配，進(jìn)而修正縱向定位和航向。在沒(méi)有檢測(cè)到任何道路特征的情況下，可以通過(guò)航位推算進(jìn)行短時(shí)間的位置推算。

　　無(wú)人車(chē)的定位算法通常采用粒子濾波的方法，需要多個(gè)計(jì)算周期后，定位結(jié)果才會(huì)收斂，進(jìn)而提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的定位結(jié)果。粒子濾波的算法原理我會(huì)在隨后的系列文章中介紹。

　　高精度地圖的挑戰(zhàn)

　　挑戰(zhàn)一：高精度地圖的眾包

　　高精度地圖雖然好用，但目前還無(wú)法大規(guī)模地生產(chǎn)，大部分內(nèi)外業(yè)處理還是由人工來(lái)完成標(biāo)注和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。而且僅僅靠地圖公司的幾十上百輛采集車(chē)在道路上采集，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”。

　　因此圖商都希望能在量產(chǎn)車(chē)的前裝攝像頭上做文章，讓這款攝像頭具備L2以上自動(dòng)駕駛能力外，還能夠?qū)⒉杉瘓D像預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳到云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。當(dāng)一個(gè)地點(diǎn)的實(shí)際情況被足夠多的私家車(chē)檢測(cè)到與地圖不符時(shí)，由圖商確認(rèn)信息后，對(duì)地圖進(jìn)行相應(yīng)的更新。這樣一來(lái)，地圖數(shù)據(jù)迭代地足夠快，就能更好地服務(wù)于高精度地圖生態(tài)和無(wú)人車(chē)了。

　　挑戰(zhàn)二：高精度地圖的政策

　　地圖政策的這項(xiàng)挑戰(zhàn)僅存在于國(guó)內(nèi)。

　　高精度地圖和國(guó)防息息相關(guān)，因此高精度地圖的采集和使用在國(guó)內(nèi)是受到嚴(yán)格限制的。目前我國(guó)僅有14家單位具有甲級(jí)地圖測(cè)繪資質(zhì)，這就意味著，只有這14家圖商具有高精度地圖采集和使用的權(quán)利。無(wú)人駕駛初創(chuàng)公司如果想使用高精度地圖，要么強(qiáng)依賴(lài)這14家圖商，要么在法律的紅線上做研究。

　　由于測(cè)繪資質(zhì)政策的存在，我覺(jué)得國(guó)外的無(wú)人駕駛技術(shù)想要染指中國(guó)的市場(chǎng)，并不是一件簡(jiǎn)單的事情。即便是博世這種Tier1中的大佬，沒(méi)有國(guó)內(nèi)圖商的幫助，想要擴(kuò)張他們的無(wú)人駕駛技術(shù)，依然會(huì)寸步難行。

　　結(jié)語(yǔ)

　　在高精度地圖領(lǐng)域有一句很有意思的話，叫做Make the invisible visible。這句話可以作為本篇分享的總結(jié)。

　　這篇分享的內(nèi)容基本上涵蓋了大部分高精度地圖的知識(shí)以及其在無(wú)人車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。如果你對(duì)高精度地圖還有什么疑問(wèn)，可以在評(píng)論區(qū)留言互動(dòng)。