Согласно подразделению SAE International по этапам разработки автономного вождения, автономное вождение в настоящее время в основном находится между уровнями L2 и L3. Типичные сценарии применения включают расширенный круиз, автоматическое слежение за автомобилем, автоматическое рулевое управление, автоматическое торможение, аварийную остановку и т. Д.
С постоянным повышением уровня автономного вождения в будущем информация о состоянии дороги, которую автономная система вождения должна обрабатывать и обрабатывать, будет становиться все более и более сложной, что требует не только того, чтобы основная технологическая система «восприятия, принятия решений и исполнения» стала более надежной и надежной. Мощный, но также требует сильной поддержки со стороны других технических систем, таких как карты высокой точности. 
Образец высокоточной карты (картинка из Интернета)
Являясь важной частью системы автономного вождения, высокоточные карты могут эффективно повысить безопасность вождения автономных транспортных средств и усилить общее восприятие и возможности принятия решений автономной системы вождения. Это важная загадка для реализации автономного вождения.
По словам Вей Донга, генерального директора AutoNavi, высокоточная карта похожа на память о самоуправляемом автомобиле. «Без памяти, независимо от того, насколько развиты глаза и мышление (камера и радар + система управления), все равно невозможно получить общее представление о событии. контроль ».
Эта статья предоставит вам подробное введение в концепцию, конструкцию, применение и основной обзор развития рынка высокоточной карты.
1. Концепция высокоточной карты
Карта высокой точности - это просто электронная карта с более высокой точностью и большим объемом данных.
Более высокая точность в основном отражается в более высокой абсолютной точности координат высокоточных карт (абсолютная точность координат относится к точности между целью на карте и реальным внешним миром), которая может быть с точностью до сантиметра; больше измерений данных в основном Отраженная на высокоточной карте карта содержит почти всю окружающую статическую информацию, связанную с дорожным движением, кроме дорожной информации.
Причина, по которой требуется более высокая точность, заключается в том, что во время вождения автономного транспортного средства ему необходимо точно определять свое местоположение в режиме реального времени. Кроме того, из-за сложности информации о дорожных условиях, например, когда расстояние между собственным транспортным средством и соседней полосой движения составляет всего десятки сантиметров в определенные моменты, также требуется высокоточная карта для справки.
На высокоточной карте будет храниться большой объем вспомогательной информации в виде структурированных данных для справки во время вождения автономных транспортных средств. Эту информацию можно разделить на две категории:
Первая категория - это дорожные данные, такие как информация о полосах движения, такая как расположение, тип, ширина, уклон и кривизна линий полос. Вторая категория - это информация о неподвижных объектах вокруг полосы движения, таких как дорожные знаки, светофоры и другая информация, ограничения высоты полосы движения, пересечения канализационных сетей, препятствия и другие детали дороги. Она также включает в себя возвышенные объекты, ограждения, количество, типы краев дороги, обочины. Информация об инфраструктуре, например ориентиры.
2. Отличие высокоточных карт от традиционных.
Самая большая разница между высокоточными картами и традиционными навигационными электронными картами - это точность.
Точность обычной автомобильной электронной навигационной карты обычно составляет около 10 метров, а точность высокоточной карты должна достигать 20 см. Эта точность в основном представляет собой ширину боковой линии полосы движения, и можно гарантировать, что при точности 20 см не произойдет бокового столкновения.
Автомобильная навигационная карта
Помимо точности, различия между высокоточными картами и традиционными навигационными электронными картами также отражаются в следующих аспектах:
Прежде всего, они используются для разных предметов. Пользователь традиционной навигационной электронной карты - это в основном водитель, а основной пользователь высокоточной карты - автоматическая система вождения автомобиля;
Во-вторых, размеры данных у них разные. Традиционные навигационные электронные карты записывают только данные на уровне дороги, такие как форма дороги, уклон, кривизна, покрытие, направление и т. Д. Карта высокой точности не только включает вышеуказанный контент, но также добавляет данные, связанные с атрибутами полосы движения (тип линии полосы, ширина полосы движения и т. Д.), Такие как возвышенные объекты, защитные ограждения, деревья, типы краев дороги, ориентиры на обочине дороги и другие большие данные о целях;
Наконец, данные в реальном времени у них разные. Частота обновления традиционных навигационных электронных карт - это постоянные статические данные (периодичность обновления около 1 месяца) и полупостоянные статические данные (периодичность 1 час). Для высокоточной карты требуются данные высокого уровня в реальном времени, а частота обновления обычно полудинамическая (частота составляет 1 минута) и динамические данные (частота составляет 1 секунду).
3. История развития высокоточных карт.
Историю разработки высокоточных карт можно условно разделить на три этапа: этап автомобильной навигационной карты, этап карты ADAS и этап высокоточной карты.
Ξ 1. Автомобильная навигационная карта
В 1980-х годах, с популяризацией автомобилей, появились первые электронные автомобильные навигационные карты. В 1983 году президент США Рональд Рейган подписал указ, разрешающий гражданским лицам использовать технологию GPS, а автомобильные навигационные карты стали началом быстрого развития.
Основная функция автомобильной навигационной карты в то время заключалась в предоставлении владельцам автомобилей информации о местоположении и дорожной сети, а также в предоставлении услуг дорожной навигации для владельцев автомобилей во время путешествий. Информация о дорожной сети - это ссылка на линию в базе данных карт, и здесь нет подробной информации, такой как ширина дороги, кривизна кривой и уклон.
Ξ 2. карта ADAS
С момента вступления в новый век, с развитием технологий автономного вождения, передовые системы помощи водителю (ADAS) выдвинули более высокие требования к картографической информации.
Карта ADAS, как вспомогательная карта для автономного вождения, использует высокоточные и актуальные данные ADAS для более подробного отображения сложных сцен в реальном мире на основе стандартных навигационных карт. Данные содержимого включают форму дороги, топологию и другие расширенные атрибуты, такие как уклон дороги, Кривизна кривой, количество полос движения или значение ограничения скорости.
Автоматическая система вождения сопоставляет текущее положение транспортного средства с участком дороги, который транспортное средство собирается ввести на карту, а затем анализирует дорожные условия впереди, выдает информацию о раннем предупреждении и эффективно повышает безопасность и удобство транспортного средства.
Ξ 3. Высокоточная карта
С 2012 года беспилотные автомобили начали выпуск продукции, и к точности навигационных карт в автомобиле были предъявлены более высокие требования, в результате чего карты навигации в автомобиле превратились в высокоточные карты.
В настоящее время высокоточные карты стали неотъемлемой частью систем автономного вождения выше уровня L3. Он не только содержит более обширную и точную информацию на уровне полосы движения, но также реализует обновления дорожных условий в режиме реального времени и может предоставить индивидуальные решения для вождения, основанные на дорожных условиях и привычках вождения владельцев автомобилей.
4. Построение высокоточных карт.
В отличие от традиционных карт, высокоточные карты требуют исключительно высокой точности, поэтому методы сбора и производства также сильно различаются.
В нормальных условиях высокоточные карты необходимо сканировать лидаром дальнего света, и они также должны иметь квалификацию картографирования, выданную государством, прежде чем они могут быть произведены и коммерциализированы.
Мы используем высокоточную карту Baidu Apollo в качестве примера, чтобы показать, как построить высокоточную карту для автономных транспортных средств.
Построение высокоточной карты Baidu Apollo состоит из следующих процессов: сбор данных, обработка данных, обнаружение объектов, ручная проверка и публикация карты.
Ξ 1. Сбор данных
Для сбора данных в основном используются сотни специализированных средств сбора данных. Транспортное средство для сбора данных использует различные датчики, такие как GPS, инерциальный измерительный блок, лидар и камеру, для непрерывного сбора картографической информации, чтобы гарантировать, что данные карты всегда актуальны.
Автомобиль для сбора высокоточных карт Baidu Apollo
Основные датчики следующие:
Ξ 2. Обработка данных
Картографические данные, собранные исследовательским транспортным средством, являются исходными данными, которые необходимо отсортировать, классифицировать и очистить, чтобы получить исходный шаблон карты без какой-либо семантической информации или аннотаций. Обработанные данные обычно представляют собой данные облака точек.
Этот этап также будет включать распознавание элементов на основе глубокого обучения и классификацию облаков точек на основе глубокого обучения.
Ξ 3. Обнаружение объектов и ручная проверка
После автоматической обработки ресурсов данных карты команда Apollo вручную обнаружит статические объекты и классифицирует их, включая полосы движения, дорожные знаки и даже телефонные столбы.
Ручная проверка может эффективно обнаруживать ошибки в автоматизированной обработке, эффективно устранять дефекты данных и повышать точность.
Ξ 4. Выпуск карты
После проверки карта высокой точности может быть выпущена.
V. Основная роль высокоточных карт
Высокоточные карты в основном служат для индустрии автономного вождения. Если датчики беспилотных автомобилей эквивалентны «органам чувств» автомобиля, то высокоточные карты эквивалентны «долговременной памяти» автомобиля. Данные, собираемые датчиками в режиме реального времени и высокой точности Реконструированная трехмерная сцена после объединения карт похожа на «рабочую память» автомобиля, и автомобиль использует объединенные данные для принятия решений.
Вспомогательная роль высокоточных карт для автономных транспортных средств в основном отражается в следующих аспектах:
Ξ 1. Расположение
Поскольку высокоточная карта содержит множество данных об объектах, автономные транспортные средства могут воспринимать окружающие условия дороги с помощью датчиков, извлекать соответствующие элементы и сопоставлять объекты на высокоточной карте. Объекты на высокоточной карте имеют точную информацию о местоположении и форме, а местоположение автомобиля по GPS корректируется в зависимости от расстояния между автомобилем и элементом.
Ξ 2. Вспомогательное восприятие
Ядром автономной системы восприятия вождения являются различные бортовые датчики, которые могут в режиме реального времени предоставлять информацию об окружающей среде для транспортного средства. В практических приложениях из-за ограниченных характеристик датчик, установленный на транспортном средстве, имеет определенные ограничения в отношении дальности обнаружения и условий использования, и высокоточная карта может сыграть полезное дополнение.
Прежде всего, высокоточные карты могут обеспечить возможность загоризонтного зондирования.Когда дорожная среда транспортного средства превышает диапазон обнаружения бортового датчика, высокоточная карта может помочь транспортному средству воспринимать окружающую среду в направлении движения.
Кроме того, в некоторые особые погодные условия, например, в дождливую погоду, встроенный датчик в значительной степени зависит от погодных факторов, а встроенная высокоточная карта также может помочь в восприятии вспомогательной среды.
Ξ 3. Планирование пути
Заранее спланированный оптимальный маршрут будет непроходимым из-за резких дорожных условий. С помощью облачных вычислений высокоточные карты могут эффективно предоставлять самую свежую информацию о дорожных условиях для автономных транспортных средств и помогать беспилотным автомобилям восстанавливать оптимальный маршрут.
VI. Обзор рынка карт HD
В связи со стремительным ростом индустрии автономного вождения в последние годы отрасль высокоточных карт также открыла золотой период развития.
Ξ 1. Огромный рыночный потенциал
Помимо использования в области автономного вождения, высокоточные карты также могут использоваться в умных городах, умном туризме, общественной безопасности, недвижимости, транспорте, новой розничной торговле и многих других областях с огромным рыночным потенциалом.
Согласно прогнозу исследовательского отдела CITIC Securities, мировой рынок HD-карт достигнет 2 миллиардов долларов США в 2020 году и превысит 25 миллиардов долларов США в 2040 году.
Ξ 2. Меньше участников отрасли
По сравнению с быстрорастущим размером рынка производителей высокоточных карт относительно мало.
По сравнению с традиционными картами, высокоточные карты имеют более высокие барьеры. Предприятия должны соответствовать требованиям как к оборудованию, так и к талантам, чтобы подать заявку на получение электронных навигационных карт класса A. Производство высокоточных карт требует более высокого оборудования и талантов.
Стоимость машины для высокоточной съемки и сбора карт обычно составляет от миллионов до 10 миллионов юаней. Для покрытия основных дорог и получения обновлений с высокой частотой требуется не менее 10 транспортных средств для топографической съемки и картографии. В настоящее время существует лишь несколько отечественных компаний, имеющих квалификацию электронной навигационной карты класса А, и лишь некоторые из этих компаний имеют возможность создавать высокоточные карты:
Ξ 3. Ключевые факторы, влияющие на массовое производство высокоточных карт
Как важная часть приложений для автономного вождения, высокоточные карты сталкиваются со многими проблемами в процессе массового производства:
1) Вопросы эффективности производства
По сравнению с традиционными электронными картами, устанавливаемыми на транспортных средствах, высокоточные карты более точны и богаты динамическими элементами.Традиционные методы производства карт не могут удовлетворить потребности приложений массового производства.
В настоящее время эффективность съемки карт сантиметрового уровня составляет около 100 километров дорог на одно транспортное средство в день, а стоимость может достигать 1000 юаней за километр. Более высокая стоимость также в определенной степени ограничивает эффективность производства высокоточных карт.
2) Проблемы с обновлением в реальном времени
Частота обновления традиционных навигационных электронных карт - это постоянные статические данные (периодичность обновления около 1 месяца) и полупостоянные статические данные (периодичность 1 час). Для высокоточной карты требуются данные высокого уровня в реальном времени, а частота обновления обычно полудинамическая (частота составляет 1 минута) и динамические данные (частота составляет 1 секунду).
Как выполнять высокочастотные обновления онлайн-карт во время вождения автономных транспортных средств, также является ключевой проблемой для приложений массового производства высокоточных карт.
3) Проблема с хранением карты
Объем встроенной карты ограничен объемом памяти встроенной системы. В настоящее время ожидается, что высокоточные карты (сантиметрового уровня) для автономного вождения будут иметь плотность хранения 1 ГБ на километр. Требования к хранилищу на уровне ГБ намного превышают емкость хранилища текущих основных решений контроллеров, и для достижения прорывов требуется технология облачного хранилища.
Ξ 4. Тенденция будущего развития индустрии высокоточных карт
Сфера автономного вождения - это крупнейшая область применения высокоточных карт в будущем.Тенденция развития отрасли автономного вождения в ближайшие несколько лет будет напрямую определять основные тенденции развития индустрии высокоточных карт.
В настоящее время технология автономного вождения находится между этапами L2 и L3. Согласно планам основных отечественных производителей, 2020 год станет годом начала широкомасштабного коммерческого применения автономных транспортных средств L3. Важной загадкой системы технологий автономного вождения являются высокоточные карты. Ожидается, что это возвестит золотой период развития.
В целом, хотя существующие высокоточные карты по-прежнему сталкиваются с некоторыми неотложными проблемами в процессе массового производства, под влиянием высокого рыночного спроса будущее индустрии высокоточных карт по-прежнему будет чрезвычайно ожидаемым.