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谈谈高精地图的构建与发布

2023-02-16 汽车电子与软件 阅读:
高精地图与普通地图不同,它服务于自动驾驶车辆,是自动驾驶的核心基础模块,通过一套独特的导航体系,帮助自动驾驶解决系统性能问题,扩展传感器检测边界,弥补系统性的缺陷,最大的特点就是其表征路面特征的精准全面性

01 高精地图mwvednc

高精地图的定义

什么是高精地图?我们直接通过名字来理解一下,就是高精度的地图,比普通地图提供了更高的精度,内容更为丰富的地图信息。mwvednc

高精地图也是一种语义地图,利用SLAM/SFM或者其他算法融合多种传感器数据,构建高精度的三维点云地图,在点云地图或者图像上,对所用到的元素进行分类,提取,之后对不同元素进行矢量化构建与车道关联,最后进行质量校验,形成一套地图引擎来存储并支撑其他模块的需求。形成的地图引擎就是高精地图的数据管理服务,封装了地图数据的组织管理机制,屏蔽了底层数据细节,对应用层模块提供统一数据查询接口。mwvednc

高精地图的地位

高精地图与普通地图不同,它服务于自动驾驶车辆,是自动驾驶的核心基础模块,通过一套独特的导航体系,帮助自动驾驶解决系统性能问题,扩展传感器检测边界,弥补系统性的缺陷,最大的特点就是其表征路面特征的精准全面性:增加车道属性相关,高架物体,护栏,路边地表,交通信号灯的信息,以及道路车辆行驶状态等,具备更丰富的语义信息。mwvednc

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图1 高精地图监测点图示mwvednc

高精动图主要应用于高精定位,环境感知,决策规划,仿真运行4大场景。主要帮助解决林荫路道GNSS信号弱,红绿灯的定位与感知以及十字路口负责等导航的难题。自动驾驶通过传感器获取周边的信息,但是传感器的距离都是有限制的,也会受到周边环境如暴雨天,光线复杂等因素的影响,传感器距离的限制就意味着驾驶员进行决策的时间有限,时间有限就意味着有可能导致驾驶员决策错误或者不及时酿成事故;周边环境的影响也会导致信息传递的不准确。针对这种情况,高精地图的好处就在于可以提前知道前方路况,提前告知驾驶员,并能提前做好决策,在一大程度上即给驾驶员带来了舒适的驾驶体验,避免急促,匆忙的驾驶状态。也减少了交通事故的发生。mwvednc

举一个新手驾驶的栗子:在高速路上最左侧道驾驶,通过摄像头可以看到路标前方500m要右转进入大转弯,而你错过了这个指示,也就没有做好变道的准备,最后错过了右转,我相信这是很多新手会遇到的问题,新手驾驶的心态比较紧张,有时顾及不全面,如果有了高精地图的先验数据,就可以根据定位信息,提前锁定区域,提前告诉驾驶员现在你的位置,提前变道,提前做好驾驶的准备。mwvednc

在Apollo(Apollo是百度发布的名为“Apollo(阿波罗)”的向汽车行业及自动驾驶领域的合作伙伴提供的软件平台。)技术架构里面,高精地图被化分到云服务层,除了高精地图,还有模拟平台等。也由此可知高精地图的地位啦!mwvednc

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图2 Apollo技术架构图示mwvednc

高精地图构建

知道了高精地图的含义,重要性以及应用场景,接下来我们来看看高精地图的创建过程。mwvednc

高精地图为什么需要创建?直接使用专业权威外发的不行吗,比如直接使用百度,高德?如果我们需要使用普通地图,我们找到任何一家地图供应商,比如:百度,他们在他们成熟的地图产品上面进行小小的改动,加上定期更新的地图数据包,就可以卖给相关的公司使用了,多少辆车使用地图,就需要付多少个License。而高精地图如果要发布商用,就涉及到我们的测绘联编和高精地图的构建。mwvednc

高精地图的创建分为4步:数据采集,数据处理,元素识别,人工验证。mwvednc

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图3 高精地图构建步骤mwvednc

1. 数据采集:这是一项密集型的任务,一个项目大概会计划1个月时间甚至更长的时间进行数据采集,在采集车上布置相关复杂的数采的设备,如激光雷达,摄像头,陀螺仪,数据存储和计算机设备等,在车辆行驶的过程中采集周边环境的全部信息,然后进行存储。此部分是创建高精地图的关键,道路在不断的变化,存在道路拆除以及重新铺设的可能,但是高精地图需要保持最新的状态,大量长时间的车辆采集可以保证道路的改变可以得到及时的快速更新。(数采可以详见这篇文章:智能驾驶的数据采集有多重要?- 知乎 (zhihu.com))mwvednc

2. 数据处理:将数据采集到的数据处理成没有任何语义信息或者注释的初始地图模板。mwvednc

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图4 点云图像
3. 元素识别:此步骤重要的工作内容就是将内容进行分类,包括车道线,交通标志,车辆类型甚至电线杆等。

4. 人工验证:此步骤的目的就是保证自动地图的创建过程有序进行且能及时发现问题。mwvednc


02 测绘联编

背景

完成人工验证后下一步就是地图的发布。地图发布就意味着各商家可用于自己的项目开发且对外。此项就涉及到我们的联编。那么高精地图如果想要发布商用,我们需要做哪些工作?下面就介绍下联编与加密偏转。
根据国家测绘地理信息局中的明文规定,高精地图属于导航电子地图的新型种类和重要组成部分,其数据采集,编辑加工和生产制作必须具有导航电子地图制作测绘资质的单位承担。因此以上提到的高精地图的制作的前提是:具备地图测绘资质。
表1 甲级测绘资质(来源九章智驾)
高精地图在发布商用之前,必须经过国家测绘局的加密处理,目的为了保证国家安全。主要包含一些安全信息,比如地球(GPS)坐标,火星坐标,地球地图等等。简单来说,就是导航设备需要加入国家的保密插件才允许你进行使用和公开。

测绘联编步骤

  1. 申请书提交:提交申请的资料通常包含申请书,测绘联编方案,测试计划等等。准备提交后,就等待审核。mwvednc

  2. 现场联编:国家工作人员将源码和加密插件进行联合编制mwvednc

  3. 针对商用的地图数据,可以分批次分区域的进行加偏验证,所有的区域验证偏转通过后,就申请全国的一张图,随后就可以进行商用了。mwvednc

下图看起来申请的步骤比较繁琐,我们需要经过三轮(有些情况甚至需要更多轮)的插件申请才能得到正式的联编。其实在实际的操作过程中,此项耗费的时间长,且委托图商的费用高,这也是在很多博主的文中见到这样的疑问“高精地图是否已经成为累赘?”时间长的原因一是测科院的审核时间长,我们需要遵循测科院的流程,有时候也只能干干的等消息通知。第一轮现场联编结束后,拿到临时的插件我们进行实车测试,提交相关的测试报告供审核,接着重复着第一轮的审核和测试流程,通过了之后才能进行正式插件的申请,正式申请通过了才能得到正式的插件。

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图5 测绘联编步骤

加密插件

加密插件简单理解就是数据的加密,数据的加密处理一般是由国家自然资源部相关部门进行处理,保密插件其实就是人为的进行数据加偏处理,使用算法的方式将真实的坐标加密成虚假的坐标,以供外使用。
图6 数据加偏

与插件联编模块

以下图示红框的内容就是与插件联编模块。融合定位模块接受并解析IMU/GNSS组合导航,CAN车速,环境感知等的输入,通过相关的算法实现IMU的航位推算,与GNSS全局定位和车速,以及感知,地图的匹配定位结果相结合,实现高频的车姿,以及实现控制模块需要实现的相关功能。由此可知我们高精地图的地位啦!

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图7 与插件联编模块

03 总结

以上介绍了高精地图和测绘联编的大致情况,接下来进行下总结:
可以表明高精地图在自动驾驶行业占有重要的地位。它提供的更全面, 精度更高的地图信息,为自动驾驶提前探测周边环境,提供驾驶的安全环境,提供安全冗余,可以作为汽车的“长时间记忆”;高精地图可以弥补传感器的性能边界;作为规划决策的载体,周边环境都可以传递至高精地图的服务平台,通过服务平台能智能的实现更精确的路径规划;在驾驶的过程中,能及时通过交通情况给出更合理的行驶路径,在交通复杂的路道,能给予驾驶员更多的参考信息,提前做好应对措施。还具备大量的驾驶数据,数据库的丰富,为无人驾驶系统进行仿真验证等提供了基础数据来源。
需要注意一点的是:只有具备地图测绘资质的才能进行数据采集,数据处理等一系列步骤,从而完成高精地图的创建。
但是高精地图如果需要商用,涉及到流程复杂耗时长的项目:测绘联编。测绘联编就是高精地图发布商用的一大必经流程;发布商用之前必须进行加密偏件的处理,是不允许将原始的数据坐标直接输出的,这直接威胁了国家安全;融合加密偏转后的数据,图商需要使用同一插件,才能保证定位与导航电子地图的匹配;所有的地图引擎公司,只要需要汽车导航的,都需要在软件中加入国家保密算法,将读取到的真实的坐标信息,加密转成国家要求的保密的坐标,这样,地图引擎软件和导航地图就可以完全匹配,车辆才能获取到正确的GPS信息,才能正常的工作,而不会发现偏航,定位不准等情况啦!
高精地图的优点以及给智能驾驶行业带来的便利,然而实际上高精地图的重要性?高精地图是否需要普及到智能驾驶行业,意思就是高精地图是否是一辆无人驾驶汽车的必备基础条件,因为高精地图申请流程的复杂性,以及申请需要的时间具备不确定性,大家众说纷纭。这里我也不能绝对的说是必需的,我的看法是,高精地图推进了智能驾驶行业,一定程度上提高了行驶的舒适性以及便利性。当然,如果脱离了高精地图,我相信还是有其他的办法来弥补传感器的短板与不足之处的。
责编:Ricardo
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