地圖在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景研究

王琛博，羅鵬飛，馮烙烙，聶天柱，張犇

地圖在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景研究

王琛博，羅鵬飛，馮烙烙，聶天柱，張犇

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)車(chē)輛安全性和智能化的要求不斷提高。地圖作為一種比較常見(jiàn)的服務(wù)，是影響車(chē)輛安全性和智能化的主要因素之一。為了研究不同地圖在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景，文章以傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖、ADAS地圖和高精地圖為研究對(duì)象，從精度、使用對(duì)象、用途、地圖信息、行業(yè)發(fā)展等方面介紹了各種地圖的特點(diǎn)，分析了不同地圖在限速提醒、彎道提醒、車(chē)道改變、節(jié)能、自適應(yīng)車(chē)燈、路徑規(guī)劃等場(chǎng)景中的應(yīng)用，淺談了不同地圖的服務(wù)對(duì)象和應(yīng)用領(lǐng)域。

傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖；ADAS地圖；高精地圖

前言

隨著科技水平的不斷提高，汽車(chē)行業(yè)正在向安全性、自動(dòng)化、智能化等方向不斷發(fā)展，傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖已經(jīng)不能滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)未來(lái)的發(fā)展需求。為適應(yīng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，地圖向精度更高、維度更多的方向不斷發(fā)展，ADAS（高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)）地圖，高精地圖等也隨之出現(xiàn)在人們的視野。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖精度低，包含道路信息少，為駕駛?cè)藛T提供基本的導(dǎo)航服務(wù)；ADAS地圖相對(duì)傳統(tǒng)地圖，導(dǎo)航精度提高1倍，并且引入道路屬性，為駕駛輔助和自動(dòng)駕駛提供技術(shù)支撐；高精地圖不僅與ADAS地圖的側(cè)重點(diǎn)相同，而且精度更高，更適合自動(dòng)駕駛等高要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

1 傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖

傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖是指含有空間位置地理坐標(biāo)，能夠與空間定位系統(tǒng)結(jié)合，準(zhǔn)確引導(dǎo)人或交通工具從出發(fā)地到達(dá)目的地的電子地圖。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的精度一般為10 m，它包含目的地的信息，存有能夠用于引導(dǎo)的交通信息，而且需要提供實(shí)時(shí)的道路信息。

傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖為駕駛?cè)藛T提供了基本的道路導(dǎo)航服務(wù)，包括由起點(diǎn)到終點(diǎn)的行車(chē)路線規(guī)劃，車(chē)輛和地圖中道路的定位匹配，用于查詢(xún)目的地的POI（信息點(diǎn)）檢索等。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖包含的道路信息雖然能夠滿(mǎn)足駕駛需求，但仍然需要駕駛?cè)藛T對(duì)道路的實(shí)際情況進(jìn)行判斷，結(jié)合地圖信息完成駕駛。

隨著消費(fèi)者用車(chē)需求多元化，駕駛?cè)藛T對(duì)于車(chē)輛配置的要求也在逐漸提升，其中汽車(chē)導(dǎo)航是許多消費(fèi)者購(gòu)車(chē)時(shí)比較看重的。隨著新車(chē)裝配率的提升和汽車(chē)銷(xiāo)量的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大[1]。

2 ADAS地圖

ADAS地圖是指滿(mǎn)足ADAS應(yīng)用（如：ECU、TCU等）需要的地圖，其屬性和精度介于普通的導(dǎo)航電子地圖和高精度地圖之間。ADAS地圖的精度一般為2 m～5 m，它是在傳統(tǒng)的導(dǎo)航電子地圖的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一些坡度、曲率、航向等輔助信息，另外也包含了車(chē)道數(shù)量、道路類(lèi)型等信息，并且道路的精度和形狀信息更加準(zhǔn)確，但是這些信息的精度和高精地圖有一個(gè)數(shù)量級(jí)的差別。

ADAS需要利用安裝在車(chē)上的毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、單/雙目攝像頭、紅外攝像頭等傳感器，完成輔助駕駛[2]。與傳感器相比，ADAS地圖可以提供范圍更廣且具有預(yù)測(cè)性的附加信息。此外，ADAS地圖可以補(bǔ)充毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、單/雙目攝像頭、紅外攝像頭等傳感器提供的信息。如：傳感器無(wú)法判斷識(shí)別范圍之外的坡度、曲率等信息，如果結(jié)合ADAS地圖的坡度、曲率等信息，就可以更好地執(zhí)行輔助駕駛。ADAS地圖會(huì)通過(guò)GPS信息獲取車(chē)輛當(dāng)前位置，將車(chē)輛位置與地圖中車(chē)輛所在的道路進(jìn)行匹配，獲取車(chē)輛所在道路前方的道路信息，并將道路信息發(fā)送給ADAS應(yīng)用，在車(chē)輛到達(dá)未知路段之前通知或輔助駕駛員操作，讓汽車(chē)更加節(jié)能、安全和便利。

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)安全性、經(jīng)濟(jì)性的重視度逐步提高，ADAS技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)不斷增加。受益于ADAS技術(shù)的應(yīng)用，ADAS地圖的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)不斷擴(kuò)大。

3 高精地圖

高精地圖是指高精度、精細(xì)化定義的數(shù)字地圖。高精地圖的精度一般在10 cm以?xún)?nèi)，能夠精確地區(qū)分出不同車(chē)道的信息。它不僅包含了車(chē)道級(jí)的道路信息，如：車(chē)道線、車(chē)道中心線等，還包含了道路材質(zhì)、車(chē)道限速等屬性信息以及交通標(biāo)志等道路附屬物信息。

高精地圖是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，可以有效提升自動(dòng)駕駛汽車(chē)的行駛安全度，強(qiáng)化自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的定位、感知等能力，它擴(kuò)展了傳感器的檢測(cè)邊界，彌補(bǔ)了系統(tǒng)的缺陷[3]。

L3級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車(chē)滲透率的持續(xù)提升，給我國(guó)高精地圖市場(chǎng)提供了可觀的發(fā)展空間。目前，國(guó)內(nèi)高精地圖領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)包括四維圖新、高德以及百度等，由于技術(shù)壁壘、資質(zhì)壁壘、資金壁壘等的限制，國(guó)內(nèi)高精度地圖市場(chǎng)企業(yè)數(shù)量較少。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)壁壘、資質(zhì)壁壘等會(huì)逐漸被打破，高精地圖市場(chǎng)會(huì)逐步擴(kuò)大，高精地圖也會(huì)朝著精度更高、數(shù)據(jù)維度更多、覆蓋面積更廣的方向持續(xù)發(fā)展。

4 地圖應(yīng)用

傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖、ADAS地圖和高精地圖在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景有很多，而且各個(gè)地圖的應(yīng)用場(chǎng)景是不同的。

（1）限速提醒。

限速提醒可以有效降低因超速引起的交通事故的發(fā)生概率，一定程度上維護(hù)了交通秩序，盡可能地保障了車(chē)內(nèi)外人員的生命安全。

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖會(huì)根據(jù)車(chē)輛的位置，獲取車(chē)輛前方的速度限制信息，通過(guò)圖像或語(yǔ)音的方式提醒駕駛?cè)藛T，駕駛?cè)藛T結(jié)合實(shí)際路況調(diào)整車(chē)速到達(dá)合適的范圍。

2）ADAS地圖根據(jù)車(chē)輛的GPS信息得出車(chē)輛當(dāng)前位置和車(chē)輛前方的速度限制信息，并以報(bào)文的形式發(fā)送給ADAS應(yīng)用，最終提醒或輔助駕駛?cè)藛T在合適的位置進(jìn)行速度調(diào)整。

3）高精地圖和ADAS地圖的應(yīng)用類(lèi)似，霧天情況下，攝像頭的物體識(shí)別能力會(huì)受到很大的限制，在一些限速路段，如果不能精確識(shí)別道路的限速情況，就可能造成超速駕駛，甚至影響車(chē)輛安全。這時(shí)，高精地圖會(huì)根據(jù)車(chē)輛的位置，獲取地圖中對(duì)應(yīng)車(chē)道的限速情況，并將數(shù)據(jù)傳輸給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，保證駕駛的安全。

（2）彎道提醒。

彎道提醒對(duì)車(chē)輛的安全是十分重要的，彎道是車(chē)輛行駛過(guò)程中的盲區(qū)，也是交通事故易發(fā)的位置之一，彎道提醒可以讓駕駛?cè)藛T或車(chē)輛提前知道前方彎道的位置，提醒駕駛?cè)藛T注意彎道處的車(chē)輛、行人等，保證自身和他人的生命安全。

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖會(huì)將車(chē)輛前方的道路信息顯示在顯示屏上，并根據(jù)車(chē)輛的當(dāng)前位置實(shí)時(shí)更新。駕駛?cè)藛T根據(jù)顯示屏顯示的地圖信息和自身獲取的道路信息，控制車(chē)輛進(jìn)行相應(yīng)的減速、轉(zhuǎn)向等。

2）ADAS地圖根據(jù)車(chē)輛的GPS信息得出車(chē)輛的當(dāng)前位置和車(chē)輛前方的彎道信息，并以報(bào)文的形式發(fā)送給ADAS應(yīng)用，最終提醒或輔助駕駛?cè)藛T做出相應(yīng)的減速、轉(zhuǎn)向等。

3）高精地圖可以使自動(dòng)駕駛車(chē)輛提前得知前方的彎道信息，為車(chē)輛提供決策依據(jù)。當(dāng)車(chē)輛行駛在連續(xù)彎道上時(shí)，由于傳感器能力的限制，無(wú)法精確獲取前方的彎道信息，這時(shí)車(chē)輛的安全會(huì)受到嚴(yán)重的影響。而高精地圖可以為車(chē)輛提供感知范圍之外的彎道信息，如：曲率、車(chē)道線等，保證駕駛的安全性和舒適性。

（3）車(chē)道改變。

車(chē)輛在道路上行駛的過(guò)程中，改變車(chē)道是不可避免的，而錯(cuò)誤的車(chē)道改變可能會(huì)引發(fā)交通事故。地圖可以為駕駛?cè)藛T或車(chē)輛提供前方的車(chē)道信息，駕駛?cè)藛T或車(chē)輛可以綜合其他信息在合適的位置進(jìn)行變道。

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖通常提供的是道路級(jí)別的道路信息，提示駕駛?cè)藛T進(jìn)行道路切換。而駕駛?cè)藛T需要根據(jù)顯示屏顯示的道路信息和自身獲取的車(chē)道信息，結(jié)合自身的駕駛經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行車(chē)道變換。

2）ADAS地圖包含的車(chē)道信息有限，目前大多數(shù)圖商生成的ADAS地圖僅包含車(chē)道數(shù)量信息，如：四維圖新等。ADAS地圖根據(jù)車(chē)輛的GPS信息獲取車(chē)輛前方的車(chē)道數(shù)量信息，并以報(bào)文的形式發(fā)送給ADAS應(yīng)用，最終提醒駕駛?cè)藛T在合適的位置進(jìn)行合理的變道。

3）高精地圖可以給自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供車(chē)道級(jí)的道路信息。車(chē)輛在駕駛過(guò)程中進(jìn)行合適的車(chē)道變換可以節(jié)省駕駛時(shí)間，保障駕駛的安全，而車(chē)道切換離不開(kāi)高精地圖的車(chē)道信息。當(dāng)車(chē)輛在行駛過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前面有事故發(fā)生，這時(shí)需要變道，高精地圖可以根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前所在車(chē)道提供合適的變道信息，車(chē)輛結(jié)合傳感器采集的車(chē)道信息在合適的位置進(jìn)行相應(yīng)的變道。

（4）節(jié)能應(yīng)用。

車(chē)輛油耗是客戶(hù)購(gòu)車(chē)時(shí)比較關(guān)注的信息之一，隨著石油資源的消耗和石油價(jià)格的上升，客戶(hù)對(duì)車(chē)輛油耗的關(guān)注度越來(lái)越高。節(jié)能應(yīng)用可以降低車(chē)輛的燃油消耗量，使客戶(hù)的利益最大化。

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖可以為駕駛?cè)藛T提供最優(yōu)的行駛路徑。駕駛?cè)藛T參照導(dǎo)航地圖推薦的行駛路線可以有效地避開(kāi)擁擠路段，減少行車(chē)距離，從而降低車(chē)輛的燃油消耗量，達(dá)到節(jié)能的目的。

2）ADAS地圖根據(jù)車(chē)輛的GPS信息獲取車(chē)輛當(dāng)前位置及車(chē)輛前方道路的坡度、曲率等信息，并以報(bào)文的形式發(fā)送給ADAS應(yīng)用，ADAS應(yīng)用一方面可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行相應(yīng)的決策控制，如剎車(chē)控制、油門(mén)調(diào)節(jié)等，另一方面可以給駕駛?cè)藛T推薦合適的駕駛策略，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)輛節(jié)能。

3）高精地圖可以為自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供道路前方的坡度、曲率、實(shí)時(shí)天氣等信息，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將地圖信息和傳感器采集的信息結(jié)合，控制車(chē)輛獲取最優(yōu)的控制策略，使油耗降到最低。

（5）自適應(yīng)車(chē)燈。

通常情況下，在彎道處車(chē)輛車(chē)燈的照射方向是車(chē)輛行駛方向的正前方，而車(chē)燈的照射方向和彎道處道路的方向會(huì)形成一定的夾角，這時(shí)車(chē)輛的前方會(huì)出現(xiàn)部分盲區(qū)，會(huì)對(duì)車(chē)輛的安全造成一定的影響。自適應(yīng)車(chē)燈可以根據(jù)彎道的曲率調(diào)整車(chē)輛車(chē)燈的照射方向，減少盲區(qū)，如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)車(chē)燈

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖不包含道路的曲率信息，在彎道處主要依賴(lài)駕駛?cè)藛T自身的能力和駕駛經(jīng)驗(yàn)，對(duì)盲區(qū)的物體進(jìn)行判斷。

2）ADAS地圖會(huì)根據(jù)車(chē)輛的GPS信息獲取車(chē)輛當(dāng)前位置和車(chē)輛前方的曲率信息，并以報(bào)文的形式發(fā)送給ADAS應(yīng)用，最終控制車(chē)輛改變車(chē)燈方向。

3）高精地圖和ADAS地圖的應(yīng)用類(lèi)似，可以為自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供車(chē)輛當(dāng)前位置和車(chē)輛前方的曲率信息。行駛過(guò)程中，車(chē)輛會(huì)根據(jù)地圖提供的曲率信息，控制車(chē)燈的照射方向，盡可能減少車(chē)輛的盲區(qū)，增強(qiáng)車(chē)輛傳感器的識(shí)別能力，保障車(chē)輛、行人的安全。

（6）路徑規(guī)劃。

隨著道路狀況的復(fù)雜化，路徑規(guī)劃在車(chē)輛駕駛過(guò)程中顯得十分重要。路徑規(guī)劃可以為駕駛?cè)藛T或車(chē)輛提供一條合理的行駛路線，有效避開(kāi)道路擁擠路段、障礙物等，最終引導(dǎo)車(chē)輛快速到達(dá)目的地。

1）傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖可以根據(jù)車(chē)輛的當(dāng)前位置和目的地，根據(jù)駕駛?cè)藛T的需求規(guī)劃出合理的行車(chē)路線，避開(kāi)擁擠路段、事故路段等，引導(dǎo)駕駛?cè)藛T快速、安全地到達(dá)目的地。

2）ADAS地圖可以提供起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑規(guī)劃，最終通過(guò)圖像的形式展現(xiàn)給駕駛?cè)藛T。

3）高精地圖包含車(chē)道級(jí)的道路信息，它可以根據(jù)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的位置和目的地為車(chē)輛規(guī)劃出車(chē)道級(jí)的行駛路徑，同時(shí)高精地圖可以根據(jù)實(shí)時(shí)的道路信息進(jìn)行路徑的更新，避開(kāi)障礙物，保障車(chē)輛的安全。

5 應(yīng)用分析

從上述幾個(gè)場(chǎng)景可以看出，不同地圖的應(yīng)用場(chǎng)景是不同的，即使在相同的應(yīng)用場(chǎng)景下不同的地圖之間也是有差異的。而應(yīng)用場(chǎng)景的不同是由地圖自身的特點(diǎn)決定的，如下所示：

（1）精度不同。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的精度一般為10 m；ADAS地圖的精度一般為2 m～5 m；高精地圖的精度一般在10 cm以?xún)?nèi)。

（2）使用對(duì)象不同。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的使用對(duì)象是駕駛?cè)藛T；ADAS地圖和高精地圖的使用對(duì)象是機(jī)器。

（3）用途不同。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖為駕駛?cè)藛T提供導(dǎo)航、搜索等功能；ADAS地圖為ADAS應(yīng)用提供道路狀況預(yù)測(cè)等功能；高精地圖為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供輔助環(huán)境感知、定位、車(chē)道級(jí)路徑規(guī)劃等功能。

（4）地圖信息不同。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖主要包含實(shí)時(shí)道路信息、POI等信息；ADAS地圖在傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的基礎(chǔ)上添加了輔助信息，如坡度、曲率等；高精地圖描述車(chē)道線、交通標(biāo)志、實(shí)時(shí)路況、道路屬性等信息，包含了能夠影響駕駛的全部道路信息[4]。

6 結(jié)論

汽車(chē)行業(yè)主要應(yīng)用的地圖有傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖、ADAS地圖和高精地圖等。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖是汽車(chē)行業(yè)目前普遍應(yīng)用的地圖，主要為駕駛?cè)藛T提供道路規(guī)劃、引導(dǎo)駕駛?cè)藛T進(jìn)行規(guī)范駕駛等；ADAS地圖主要是輔助駕駛?cè)藛T進(jìn)行駕駛，可以使車(chē)輛更加節(jié)能、安全和舒適；高精地圖主要為自動(dòng)駕駛服務(wù)，可以有效彌補(bǔ)系統(tǒng)的缺陷，可能成為未來(lái)汽車(chē)行業(yè)重要的一部分。

[1] 沈建新.導(dǎo)航地圖發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析[J].智能城市,2018,4 (16):70-71.

[2] 王玉海,李興坤,張鵬雷,等.基于ADAS地圖的載貨車(chē)預(yù)見(jiàn)巡航實(shí)時(shí)優(yōu)化算法[J].汽車(chē)工程,2020,42(10):1335-1339+1411.

[3] 賀文.高精地圖:自動(dòng)駕駛商業(yè)化的“水電煤” [J].IT經(jīng)理世界, 2017(14):36-37.

[4] 王濤,陳艷麗,賈雙成.簡(jiǎn)述高精地圖的特點(diǎn)[J].軟件,2018,39 (09):183-187.

Research on Application Scenarios of Map in Automobile Industry

WANG Chenbo, LUO Pengfei, FENG Luoluo, NIE Tianzhu, ZHANG Ben

( Shaanxi Heavy Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

With the rapid development of automobile industry, user’s requirements for vehicle safety and intelligence are increasing. As a common service, map is one of the main factors affecting vehicle safety and intelligence. In order to study the application scenarios of different maps in the automotive industry, taking the traditional navigation map, ADAS map and high-precision map as the research object, this paper introduces the characteristics of various maps from the aspects of accuracy, use object, purpose, map information and industry development, and analyzes the functions of different maps in speed limit reminder, curve reminder, lane change, energy saving, adaptive lights, path planning and other scenarios, and discusses the service objects and application fields of different maps.

Traditional navigation map; ADAS map; High precision map

U495

A

1671-7988(2021)24-162-04

U495

A

1671-7988(2021)24-162-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.038

王琛博，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。羅鵬飛，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。