我國高精度地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及政策建議

吳喜慶 吳征 周怡博

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

主題詞：高精度地圖 自動駕駛汽車 汽車產(chǎn)業(yè) 政策

IDC International Data Corporation

NDS Navigation Data Standards

ASAM Association for Standardization of Automation and Measuring Systems

AI Artificial Intelligence

1 前言

隨著汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化加速融合發(fā)展，與之密切相關(guān)的高精度地圖顯得愈發(fā)重要。高精度地圖先進的自身位置評估和周邊環(huán)境感知是自動駕駛汽車安全行駛的基礎(chǔ)，在感知道路交通環(huán)境中具有與傳感器同樣不可或缺的作用，這也是越來越多的企業(yè)開始對此布局，行業(yè)熱度持續(xù)提升的原因。行業(yè)普遍認(rèn)為對于L3 級和以上級別的自動駕駛汽車而言，高精度地圖將是高級自動駕駛必備的、具有基礎(chǔ)設(shè)施性質(zhì)的選項。

本文對我國高精度地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢進行分析，并從政策角度提出相關(guān)發(fā)展建議，促進產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量健康發(fā)展。

2 基本概念

2.1 功能定義

高精度地圖是指絕對精度和相對精度在亞米級且專門服務(wù)于自動駕駛汽車的電子地圖，主要擁有匹配定位、輔助環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和車輛控制輔助的基本功能。高精度地圖可以幫助車輛獲取更為準(zhǔn)確、有效、全面的當(dāng)前位置和交通狀況，并為自動駕駛汽車規(guī)劃最優(yōu)行駛路線，同時在部分路況下還可以提供道路的先驗信息輔助車輛控制，提高駕駛的安全性和舒適性，并實現(xiàn)智能化的節(jié)能效果。

2.2 結(jié)構(gòu)層級

高精度地圖按結(jié)構(gòu)分為2 個層級：靜態(tài)高精度地圖層和動態(tài)高精度地圖層。其中，靜態(tài)高精度地圖層處于底層，一般由含有語義信息的車道模型、道路部件、道路屬性3類矢量信息，以及用于多傳感器定位的特征圖層構(gòu)成，是目前行業(yè)研究的重點；動態(tài)高精度地圖層則建立在靜態(tài)高精度地圖層基礎(chǔ)之上，主要包括實時動態(tài)信息，如道路擁堵、施工、交通事故、交通管制、天氣、紅綠燈、人行橫道等。

2.3 信息分類

作為自動駕駛決策的基礎(chǔ)感知系統(tǒng)之一，高精度地圖的數(shù)據(jù)信息至關(guān)重要，主要包括道路信息、規(guī)則信息和實時信息。道路信息為道路模型、道路部件和道路屬性，規(guī)則信息和實時信息是在道路信息基礎(chǔ)上疊加，包含對駕駛行為的限制以及從車聯(lián)網(wǎng)獲取的實時道路信息（表1）。高精度地圖通過高精度匹配定位引入環(huán)境信息，可以為車輛提供超越傳感器感知距離的環(huán)境感知能力。李智等進行了高精度地圖在車路協(xié)同中的應(yīng)用探索，證明了高精地圖不僅能夠讓自動駕駛車輛提前感知前方超視距范圍內(nèi)的動態(tài)信息，還能給駕駛員、道路管理者提供可視化的工具。

表1 高精度地圖信息分類

3 發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 市場方面

根據(jù)IDC《高精度地圖解決方案市場份額》研究報告顯示，2020 年我國高精度地圖市場總量達到4.74 億元，增速達70%，市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。百度、四維圖新、易圖通、高德、Here 等地圖廠商憑借先發(fā)優(yōu)勢進入行業(yè)前5 名，市場份額分別為28.07%、21.61%、16.15%、13.07%和7.8%。排名前5 的企業(yè)市場份額合計達到86.7%，市場集中度較高。其中，除Here 為外資企業(yè)外，其余主要為自主高精度地圖企業(yè)，如圖1所示。

圖1 2020年我國高精度地圖市場份額[3]

3.2 企業(yè)方面

由于地圖行業(yè)涉及國防信息安全，我國高精度地圖測繪并不對國外圖商開放，國外圖商業(yè)務(wù)主要面向出口汽車領(lǐng)域，政策壁壘為我國高精度地圖企業(yè)創(chuàng)造了穩(wěn)定的發(fā)展契機。截至2021年底，我國具備導(dǎo)航電子地圖制作甲級測繪資質(zhì)的企業(yè)有30 家（表2），數(shù)量仍然較少，而真正具備高精度地圖測繪和生產(chǎn)能力的企業(yè)則更少。其中，百度已完成超過300 000 km全國高速公路和超過50 個城市1～7 級道路的高精度地圖采集，業(yè)務(wù)覆蓋全球209 個國家和地區(qū)；高德在2018年與凱迪拉克合作推出SUPER CRUISE超級智能駕駛系統(tǒng)，成為全球第一個將高精度地圖應(yīng)用于智能駕駛技術(shù)的企業(yè)；四維圖新也在2019年與寶馬中國簽訂面向L3級自動駕駛的高精度地圖量產(chǎn)訂單，并已實現(xiàn)量產(chǎn)上市。

表2 我國導(dǎo)航電子地圖甲級測繪資質(zhì)企業(yè)（截至2021年底）

3.3 技術(shù)方面

高精度地圖核心技術(shù)主要在于數(shù)據(jù)采集，當(dāng)前高精度地圖企業(yè)主打數(shù)據(jù)采集技術(shù)路線有2種：一種專業(yè)采集，另一種是眾包采集。專業(yè)采集是企業(yè)利用專業(yè)采集車和采集設(shè)備，由專業(yè)采集員駕駛車輛對道路進行數(shù)據(jù)采集（表3）。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，需要采集員對同一條道路進行多次數(shù)據(jù)采集。因此，專業(yè)采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定性強且準(zhǔn)確度高，但對設(shè)備和人員技術(shù)要求高，時間和資金投入較多。國內(nèi)代表企業(yè)主要有四維圖新、百度、高德、華為等。眾包采集主要通過用戶駕駛車輛的傳感器，或其它低成本的傳感器硬件，對道路進行數(shù)據(jù)采集并傳到云端，進行數(shù)據(jù)融合來完成高精地圖的制作。該產(chǎn)品技術(shù)路線主要被初創(chuàng)科技公司所采用，如寬凳科技、初速度等。

表3 國內(nèi)外高精度地圖企業(yè)技術(shù)路線

4 面臨問題

高精度地圖作為高等級自動駕駛必備的功能選項，重要性不言而喻，但當(dāng)前我國高精度地圖產(chǎn)業(yè)仍存在一些問題亟待解決。

（1）在地圖內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式、發(fā)布傳輸、更新管理、安全性等方面還沒有形成行業(yè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。高精度地圖目前國際上以歐洲為主導(dǎo)，主要的地圖數(shù)據(jù)格式有 NDS 和 OpenDRIVE。NDS 由寶馬、大眾、戴姆勒等知名國際汽車廠商、系統(tǒng)商以及數(shù)據(jù)商為主導(dǎo)成立并共同開發(fā)，目前已經(jīng)有超過60 家企業(yè)、供應(yīng)商和高校機構(gòu)加入該標(biāo)準(zhǔn)，包括百度、高德、Here、TomTom 等。OpenDRIVE 由德國 ASAM 標(biāo)準(zhǔn)化組織負(fù)責(zé)維護，主要面向交通與駕駛方面，將車道、道路、信號燈以及路面屬性標(biāo)準(zhǔn)化。百度高精度地圖采用了OpenDRIVE 數(shù)據(jù)格式。但是上述主流的地圖標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)格式是基于歐洲道路設(shè)計，難以完全覆蓋我國復(fù)雜多變的交通環(huán)境與道路特征。

（2）高精度地圖制作及更新維護成本高。高精度地圖成本主要包括數(shù)據(jù)采集和編譯制作，傳統(tǒng)地圖制作需要使用激光雷達、攝像頭、毫米波雷達等高成本的采集設(shè)備和采集車，并配合大量人力投入地圖的編譯制作。據(jù)相關(guān)機構(gòu)測算，制作一個普通道路高精度地圖每公里費用需要數(shù)千元，而制作一個高速雙向道路的高精度地圖費用則高達30 萬元?？紤]后期高頻率的更新需求，高精度地圖企業(yè)還需要對數(shù)據(jù)采集、制圖產(chǎn)線、數(shù)據(jù)管理與云服務(wù)方面進行長期性戰(zhàn)略投入，并探索高效的生產(chǎn)方式控制成本。

（3）分析數(shù)據(jù)量大和更新頻率高成高精度地圖技術(shù)主要難點。高精度地圖采集會涉及到大量的道路和實時數(shù)據(jù)，同時隨著自動駕駛技術(shù)的不斷進步，對數(shù)據(jù)更新頻率的要求將進一步提高。在數(shù)據(jù)量方面，寬凳科技表示其云端預(yù)處理數(shù)據(jù)量為600～800 GB∕天，Waymo 地圖測繪車一天內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量約為1 TB。值得注意的是，此類數(shù)據(jù)主要是靜態(tài)圖層信息，并不包括實時交通參與者等動態(tài)圖層信息。在更新頻率方面，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為高精度地圖后期的更新維護才是核心競爭點。國家相關(guān)部門的審核批示是無法跳過的環(huán)節(jié)，因此一般按照一年發(fā)布4版高精度地圖，按季度的頻率進行更新。而博世將高精度地圖數(shù)據(jù)更新頻率劃分為4類：

①永久靜態(tài)數(shù)據(jù)更新頻率為1 個月；

②半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)更新頻率為1 h；

③半動態(tài)數(shù)據(jù)更新頻率為1 min；

④動態(tài)數(shù)據(jù)更新頻率為1 s。

由此可知，高精度地圖的數(shù)據(jù)量之大和更新頻率之高將是其量產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難點。

（4）高精度地圖商業(yè)盈利模式還不清晰，仍處于探索期。傳統(tǒng)車載導(dǎo)航地圖收費采用許可（License）模式，并根據(jù)車輛檔次實行差異化收費。從當(dāng)前已量產(chǎn)應(yīng)用的商業(yè)訂單來看，高精度地圖也主要通過License 模式收費，同時加收一定更新服務(wù)費。由于高精度地圖以云平臺作為服務(wù)載體，未來有望擺脫傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的收費模式，而采用按單位時間(年費)或者按數(shù)據(jù)量(服務(wù)費)的方式進行收費。除此之外，高精度地圖還有一種“免費”模式，即圖商向用戶免費提供軟件產(chǎn)品，用戶向圖商提供車輛采集到的數(shù)據(jù)，地圖價格即為用戶采集數(shù)據(jù)的價值?；诟呔鹊貓D生產(chǎn)成本高、更新頻率慢的問題，此種方式或是未來收費模式發(fā)展的重要方向。

5 政策建議

在我國自動駕駛汽車快速發(fā)展背景下，高精度地圖作為產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)需要進一步鞏固和加強，建議國家層面從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、行業(yè)管理、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和技術(shù)創(chuàng)新方面提供政策支持，促進產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

（1）進一步明確高精度地圖產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)。在《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》體系框架下，細化高精度地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，制定可操作、可執(zhí)行的實施路徑及保障措施。同時，探索建立我國高精度地圖產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，加強高精度地圖與整車、自動駕駛系統(tǒng)、感知傳感器等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)主體的協(xié)同合作，打造完整、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

（2）完善高精度地圖信息安全法規(guī)與資質(zhì)監(jiān)管方式。依托現(xiàn)有導(dǎo)航地圖相關(guān)法規(guī)政策，明確高精度地圖在數(shù)據(jù)收集、傳輸、存儲、使用以及信息表達方面的要求，采取地理信息保密處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)安全防護手段，嚴(yán)格防止信息數(shù)據(jù)泄露，保障信息數(shù)據(jù)安全。同時，調(diào)整和優(yōu)化高精度地圖行業(yè)監(jiān)管方式，完善高精度地圖測繪資質(zhì)許可制度，縮短地圖審查批準(zhǔn)周期，規(guī)范數(shù)據(jù)采集和研發(fā)測試行為，支持有資質(zhì)企業(yè)與整車企業(yè)開展地圖測繪合作，促進商業(yè)化發(fā)展。

（3）加快建立高精度地圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系。打破企業(yè)間技術(shù)保護壁壘，依托整車與高精度地圖企業(yè)，重點圍繞高精度地圖生產(chǎn)技術(shù)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)安全等領(lǐng)域制定出系統(tǒng)性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加快建立符合我國道路場景的高精度地圖標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，形成高效的數(shù)據(jù)交互與信息共享體系。

（4）鼓勵高精度地圖技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。進一步加強新型高精度地圖和新型測繪技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。支持基于5G 車聯(lián)網(wǎng)與AI 技術(shù)的高精度地圖云存儲、實施更新和眾包采集技術(shù)，提高地圖生產(chǎn)自動化程度，提升車聯(lián)網(wǎng)通訊效率和定位精度，完善傳感器融合識別算法，降低制圖與服務(wù)成本，實現(xiàn)完全實時化高精度地圖市場化應(yīng)用。