高精度地圖的發(fā)展現(xiàn)狀與問題分析

【摘" 要】高精度地圖作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，尤其是在面對L3以上級別的自動駕駛系統(tǒng)中，高精度地圖已成為必不可少的組成部分。文章首先闡述高精度地圖對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要性和發(fā)展現(xiàn)狀，然后對高精度地圖的制作方法進行解析，最后總結(jié)出智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度地圖在發(fā)展中面臨的主要問題，希望能盡快打破高精度地圖發(fā)展的困境，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】智能網(wǎng)聯(lián)汽車；高精度地圖；GNSS定位；高精慣導(dǎo)

中圖分類號：U463.675" " 文獻標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）08-0062-03

Development Status and Problem Analysis of High Definition Map

HE Fujian1，JIANG Guokai1，JI Guotian2，TIAN Xiaodi1，WU Feiyan1，TANG Shasha1

（1.CATARC Automotive Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.；

2.China Automotive Technology and Research Center Co. Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】As an important basic technology of the intelligent connected vehicle technology industry，high-precision maps have become an indispensable part of the auto drive system above L3. The article first elaborates on the importance and current development status of high-precision maps for intelligent connected vehicles，then analyzes the production methods of high-precision maps，and finally summarizes the main problems faced by high-precision maps in the development of intelligent connected vehicles. It is hoped that the dilemma of high-precision map development can be broken down as soon as possible，providing some reference for the development of intelligent connected vehicle technology.

【Key words】intelligent connected vehicles；high precision maps；GNSS positioning；high-precision inertial navigation

作者簡介

和福建（1993—），男，工程師，碩士，研究方向為導(dǎo)航定位及V2X測試評價技術(shù)。

1" 高精度地圖的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的持續(xù)升溫，高精度地圖作為汽車感知周圍環(huán)境信息的重要組成部分，用于輔助安全駕駛決策和判斷，逐漸成為行業(yè)共識，尤其對高級別自動駕駛而言，高精度地圖已成為必選項。高精度地圖需要具備高精度、多要素、高“鮮”度等特點，它不同于以往傳統(tǒng)的導(dǎo)航地圖，因此在制作工藝上也與傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖有很大不同。然而，L4以上的自動駕駛汽車一直并未商業(yè)化落地，除激光雷達等車載傳感器等硬件成本居高不下之外，高精度地圖的發(fā)展可能也是制約因素之一[1-2]。

高精度地圖也稱為高分辨率地圖（High Definition Map，HD Map）是一種專門為自動駕駛服務(wù)的地圖。與傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖不同的是，高精度地圖除了能提供道路級別的導(dǎo)航信息外，還能夠提供車道級別的導(dǎo)航信息[3]。無論是在信息的豐富度還是信息的精度方面，都遠遠高于傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖，兩者的差異見表1。

高精度地圖可分為兩個部分：靜態(tài)高精度地圖和動態(tài)高精度地圖。靜態(tài)高精度地圖是基礎(chǔ)，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；動態(tài)高精度地圖則建立于靜態(tài)高精度地圖的基礎(chǔ)之上，它主要包括實時動態(tài)信息，既有其他交通參與者的信息（如道路擁堵情況、施工情況、是否有交通事故、交通管制情況、天氣情況等），也有交通參與物的信息（如紅綠燈、人行橫道等）。

截至2022年底，中國具備導(dǎo)航電子地圖制作甲級測繪資質(zhì)的企業(yè)僅有31家，數(shù)量較少，企業(yè)名單詳見表2，而真正具備高精度地圖測繪和生產(chǎn)能力的企業(yè)更是少之又少。

就現(xiàn)階段高精度地圖的投放與使用情況而言，目前量產(chǎn)項目主要集中在低速場景下停車場、高速公路以及封閉園區(qū)等自動駕駛場景，搭載了L2+以上相關(guān)自動駕駛功能（如自主代客泊車AVP、自動輔助導(dǎo)航功能NOA/NOP等）的量產(chǎn)車型已逐漸投放市場。無論是AVP還是NOP，這些功能的實現(xiàn)都需要車輛預(yù)先搭載了國內(nèi)相關(guān)應(yīng)用場景的高精度地圖[4]。

2" 高精度地圖的制作方法

與傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖不同的是，高精度地圖制作時數(shù)據(jù)精度要達到分米級，需要采集的道路要素更精細、更多元[5]。高精度地圖的制作可以分為：采集、加工和編譯與發(fā)布3個步驟，如圖1所示。

1）采集階段。采集需要一些傳感器來獲取數(shù)據(jù)，包括GNSS定位、高精慣導(dǎo)、高精度激光雷達、高清相機等設(shè)備。GNSS定位主要記錄車輛的位置信息和當(dāng)前的坐標(biāo)；高精慣導(dǎo)主要記錄車輛的角度和加速度信息；高精度激光雷達主要采集點云數(shù)據(jù)，包含了每個點的三維坐標(biāo)信息；高清相機主要采集路面標(biāo)志、車道線等道路要素信息。

2）加工階段。首先采用點云數(shù)據(jù)生成原始的地圖，再把數(shù)據(jù)進行拼接與合并，生成一張完整的地圖，常用的點云配準技術(shù)有ICP（Iterative Closest Point，迭代最近點）和NDT（Normal Distribution Transform，正態(tài)分布變換）算法，可以把點云的姿態(tài)進行變換和融合。然后點云拼接好后，利用深度學(xué)習(xí)結(jié)合圖像處理的方法進行特征融合和建模，再在道路上標(biāo)出路沿、車道線、紅綠燈、路口等信息，對一些特殊場景算法可能會誤判，還是需要人工進行標(biāo)識。最后生成一張高精度地圖。

3）編譯與發(fā)布階段。主要工作是將高精度地圖的數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，發(fā)布后對地圖進行更新。

3" 高精度地圖發(fā)展面臨的問題

高精度地圖除了在智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛時提供導(dǎo)航作用外，還為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全行駛發(fā)揮了極大作用。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)涌入高精度地圖行業(yè)，高精度地圖行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展，但也面臨一些問題。

1）尚無明確的高精度地圖政策。國內(nèi)高精度地圖的要素定義、審圖手續(xù)、加密偏轉(zhuǎn)等，目前仍沿用傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的相關(guān)政策規(guī)定。隨著高級別自動駕駛的出現(xiàn)和快速發(fā)展，高精度地圖的應(yīng)用需求越來越迫切，高精度地圖的相關(guān)政策急需明確和完善。目前政策法規(guī)也僅允許對部分高快速公路、封閉園區(qū)的高精度地圖開放審圖號，一般城市道路的高精度地圖審圖號依舊難以獲取。

2）已有規(guī)定和法律法規(guī)不適用自動駕駛。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖的管理措施應(yīng)用于高精度地圖的管理要求，如不允許在地圖文件和服務(wù)平臺發(fā)布高程信息，且坡度信息只允許按照等級發(fā)布等，制約了自動駕駛對復(fù)雜道路的高精度適應(yīng)性要求。國家出于安全考慮，對高精度地圖的生產(chǎn)、使用做了很多規(guī)定，在一定程度制約了高精度地圖的發(fā)展。

3）高精度地圖未形成統(tǒng)一的標(biāo)準要求。目前國內(nèi)多數(shù)地圖數(shù)據(jù)都是按照NDS等歐美規(guī)范輸出，且存在因主機廠需求大量定制的情況。各個圖商之間的交換格式不統(tǒng)一，缺乏互通性，對用戶自由選擇和政府監(jiān)管造成了障礙[6]。目前高精地圖市場參與者眾多，有傳統(tǒng)圖商、造車新勢力/主機廠商、國外供應(yīng)商、國內(nèi)創(chuàng)新企業(yè)等，地圖投入制作各有特色，行業(yè)資源重復(fù)投入現(xiàn)象明顯。

4）普通道路制作效率低、成本高。中國目前高速公路里程約30萬公里，道路總里程約600萬公里。普通道路的制作效率只有高速道路制作效率的十分之一，而制作價格接近高速公路的10倍。普通道路設(shè)施多、交通標(biāo)志類型多、要素密度大，嚴重制約了效率。路口交通規(guī)則復(fù)雜，需要人工判定，無法大幅度提升自動化水平。因此需要盡快突破普通道路的采集技術(shù)。

5）生產(chǎn)效率低、成本高。眾包地圖是提高生產(chǎn)效率的一個方法，但無法保證采集的可靠性和一致性。目前國內(nèi)高精度地圖制圖方式多樣，只有極少數(shù)圖商有能力采用“一次采集底圖+眾包更新”的方式來進行地圖制作與更新，也就是利用搭載有激光雷達、GNSS、IMU等專業(yè)測繪設(shè)備的傳統(tǒng)采集車來采集一張全國高精度地圖底圖，地圖更新時則采用足夠數(shù)量的眾包車輛來采集數(shù)據(jù)進行比對與更新（受制于激光雷達的裝車成本高昂），這樣在保證地圖“鮮”度的同時也降低了地圖制作成本。

4" 總結(jié)

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車級別的不斷發(fā)展，對高精度地圖的依賴會越來越高，因此急需要解決高精度地圖的發(fā)展瓶頸，打破阻礙發(fā)展的技術(shù)壁壘，以便能更好滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車量產(chǎn)向更多、更大規(guī)模城市拓展的需求。

參考文獻：

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[4] 陳穎. 淺談高精度地圖在自動駕駛中的應(yīng)用[C]//中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會. 衛(wèi)星導(dǎo)航定位與北斗系統(tǒng)應(yīng)用2017——深化北斗應(yīng)用 開創(chuàng)中國導(dǎo)航新局面. 北京：測繪出版社，2017：134-137.

[5] 劉建平，鄭陽，鄭望曉. 高精度地圖的應(yīng)用和更新方案[J]. 汽車實用技術(shù)，2021，46（12）：27-29.

[6] 黃琛，尹彤，王建明. 高精度地圖標(biāo)準化建設(shè)探討[J]. 中國標(biāo)準化，2021（21）：89-93.

（編輯" 凌" 波）