文/陳根

地圖是對刻畫與描述地球表面的各種現(xiàn)象的數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，它可以幫助人們通過這些可視化表達(dá)來認(rèn)識、記錄地理世界。因此，地圖是一種空間分析的模型，是一種基于空間聯(lián)系的空間思維體系，也是解決現(xiàn)實問題的有效手段。

對于人類駕駛員來說，傳統(tǒng)電子地圖的主要作用是導(dǎo)航，包括從A地到B地的路徑規(guī)劃、車輛和道路的定位匹配、POI檢索等，例如騰訊地圖、高德地圖、百度地圖等。

隨著自動駕駛產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，由于高精地圖提供的高精定位、超視距感知、車道級路徑規(guī)劃等服務(wù)能夠提升自動駕駛的安全性，使得其重要性獲得業(yè)界的普遍認(rèn)可，這也讓高精地圖成為自動駕駛行業(yè)的兵家必爭之地。

自動駕駛和高精地圖

高精地圖，通俗來講，就是精度更高、數(shù)據(jù)維度更多的電子地圖。精度更高體現(xiàn)在精確到厘米級別，數(shù)據(jù)維度更多體現(xiàn)在其包括了除道路信息之外的與交通相關(guān)的周圍靜態(tài)信息。而高精地圖的高精度、高粒度和實時性正是實現(xiàn)自動駕駛的重要條件。

從高精度來看，相比服務(wù)于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的傳統(tǒng)地圖而言，高精地圖最顯著的特點是其表征路面特征的精準(zhǔn)性。以道路為例，傳統(tǒng)地圖只需要做到米級精度即可實現(xiàn)GPS導(dǎo)航，但高精地圖需要達(dá)到厘米級精度才能保證無人車行駛安全。精準(zhǔn)的地圖對自動駕駛車的定位、導(dǎo)航、控制及安全至關(guān)重要。

一般來說，高精地圖需要絕對精度控制在2米以內(nèi)，相對精度在10cm以內(nèi)。絕對精度是供自動駕駛車進(jìn)行定位和地圖匹配用的，相對定位是供自動駕駛車控制方向盤的轉(zhuǎn)向角用的。絕對精度可以相對差一些，甚至10m左右的絕對精度也并不妨礙地圖匹配。在地圖匹配后，通過高精地圖周圍元素與攝像頭所識別的周圍元素進(jìn)行比對，可以進(jìn)一步得到更準(zhǔn)確的位置。

與汽車控制及精確定位有關(guān)的相對精度需要更精確一些。馬路上的車道線的寬度大約在20cm左右。所以，如果相對精度控制在10cm左右，可以讓行駛的車輛在自動駕駛的情況下不會越線，從而滿足自動駕駛車輛對高精地圖的精度要求。

不同地圖元素所需的精度是不同的。一般而言，由于車道線和方向盤控制直接相關(guān)，所以對于車道線的精度要求要高一些。對于車道線的周邊的桿、牌等對象元素來說則不然。此外，不同場景所面臨的精度要求也不同。例如，一般情況下，道路車線的絕對精度是正負(fù)1米，但是在隧道里，就不要求正負(fù)1米了。這是因為在隧道中，由于GPS信號較差，所以絕對定位無法做到正負(fù)1米。精度也與自動駕駛的需求有密切關(guān)系。不同階段的自動駕駛（Level1到Level5）的功能，會對精度有不同的需求。

從高粒度來看，高精地圖比傳統(tǒng)地圖粒度要高很多，主要表現(xiàn)在高精地圖的數(shù)據(jù)維度上。傳統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)只記錄道路級別的數(shù)據(jù)，包括道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等。高精度地圖不僅增加了車道屬性相關(guān)（車道線類型、車道寬度等）數(shù)據(jù)，還需要反饋給車輛例如道路前方信號燈的狀態(tài)、限高、禁行等，來保證車輛安全、正常行駛。

同時，高精度地圖還需要車道周圍的桿、標(biāo)志牌、隧道、天橋等信息作為輔助來實現(xiàn)車道級定位。更高級的高精度電子地圖會包含周邊道路環(huán)境的3D模型等空間信息。與桿、牌等對象信息所起的輔助定位作用一樣，通過這些高精度的3D模型，無人駕駛系統(tǒng)就可以通過比對車載GPS、IMU、LiDAR或攝像頭的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)更精確的定位，從而更精確地檢測、控制自動駕駛車輛的位置。此外，高精地圖需要繪制出信號失鎖區(qū)域。在信號失鎖區(qū)域，自動駕駛車需要提高攝像頭識別的靈敏度。

從實時性角度來看，高精度地圖對數(shù)據(jù)的實時性要求更高。根據(jù)博世在2007年提出的定義，無人駕駛時代所需的局部動態(tài)地圖（Local Dynamic Map）根據(jù)更新頻率劃分可將所有數(shù)據(jù)劃分為四類：永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率約為1個月），半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1小時），半動態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1分鐘），動態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1秒）。傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖可能只需要前兩者，而高精地圖為了應(yīng)對各類突發(fā)狀況，保證自動駕駛的安全實現(xiàn)需要更多的半動態(tài)數(shù)據(jù)以及動態(tài)數(shù)據(jù)，這大大提升了對數(shù)據(jù)實時性的要求。

在制作動態(tài)地圖時，為了實現(xiàn)盡可能高的實時性，需要增加高精數(shù)據(jù)的來源，一個較好的方法就是通過眾包。數(shù)據(jù)可以來源于政府的智慧城市和智慧交通上的業(yè)務(wù)、出租車的回傳數(shù)據(jù)、手機(jī)終端的回傳數(shù)據(jù)、自動駕駛車的回傳數(shù)據(jù)。

對于圖商來說，他們需要得到自動駕駛車的回傳數(shù)據(jù)來更新地圖。一種常見的合作模式是，圖商將高精數(shù)據(jù)提供給政府、車廠和普通用戶。用戶在使用之后，不斷向圖商傳回位置數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的閉環(huán)。

高精地圖的測繪限制

與傳統(tǒng)的電子地圖相比，高精度地圖由于精度更高，涵蓋的信息更廣，可以為車輛提供較傳感器更詳細(xì)的環(huán)境信息。因此，高精度地圖儼然成了自動駕駛汽車最核心的技術(shù)之一。但由于自動駕駛地圖提供的數(shù)據(jù)對于精度的要求，涉及到了空間信息安全，現(xiàn)行的法律以及政策在數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲存、使用以及表達(dá)上依然存在諸多限制，這也在一定程度上制約了高精度地圖的發(fā)展。

首先，高精度地圖的數(shù)據(jù)采集和制作都屬于測繪活動。根據(jù)《測繪法》定義，測繪是指“對自然地理要素或者地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進(jìn)行測定、采集、表述，以及對獲取的數(shù)據(jù)、信息、成果進(jìn)行處理和提供的活動”。

高精度地圖數(shù)據(jù)采集需要由專業(yè)采集車輛或眾包車輛對道路及其周邊地理要素或人工設(shè)施的特征（形狀、大小、空間位置）進(jìn)行實時采集、處理及提供，并且在后期高精度地圖的制作還要由圖商進(jìn)行編輯加工和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以符合《測繪法》對于測繪活動的定義。

由于地理信息涉及國家秘密，在中國從事高精度地圖測繪活動需要獲取導(dǎo)航電子地圖甲級資質(zhì)。根據(jù)公開信息，截至今年3月，擁有導(dǎo)航電子地圖甲級測繪資質(zhì)的單位僅有22家。這使得數(shù)據(jù)的采集和使用以及表達(dá)受到極大限制，部分企業(yè)由于現(xiàn)行法規(guī)限制，沒有測繪資質(zhì)就沒辦法采集、使用以及儲存這些空間位置信息，只能夠跟有資質(zhì)的圖商進(jìn)行合作。

另外，包括眾包采集，以及道路的高程、坡度、曲率，橋梁隧道的限高、限重等信息，按照現(xiàn)行政策，也有明確的限制。比如，在《基礎(chǔ)地理信息公開表示內(nèi)容的規(guī)定》中規(guī)定，快速路、高架路、引道、街道和內(nèi)部道路的鋪設(shè)材料、最大縱坡、最小曲率半徑不可公開。同時，也不能記錄涉密的地理信息數(shù)據(jù)（坐標(biāo)、高程等）。而車企對于這些數(shù)據(jù)又有很強(qiáng)的需求，這直接導(dǎo)致在自動駕駛中，坡度和高程無法直接使用，這將對地圖的便捷使用造成影響。

其次 ，高精地圖缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺。自動駕駛地圖不僅包含很高精度的道路靜態(tài)信息，未來可能還會包含交通事件以及道路施工等動態(tài)信息。基于這樣一個特性，其數(shù)據(jù)采集和更新成本將持續(xù)走高。

而隨著自動駕駛的發(fā)展，更多的汽車廠、圖商對高精地圖投入了越來越多的資源。奔馳、奧迪、寶馬收購了原本屬于Nokia的Here地圖，福特、上汽投資了CivilMaps，軟銀投資Mapbox。阿里巴巴收購了高德地圖，并大力投入高精地圖領(lǐng)域；騰訊入股了四維圖新，同時騰訊內(nèi)部成立了自動駕駛部門；百度將自動駕駛和高精地圖作為其AI戰(zhàn)略的抓手，并在2015年底就宣布了五年內(nèi)自動駕駛車輛實現(xiàn)量產(chǎn)。

這些廠商在發(fā)展高精地圖時，由于各自的數(shù)據(jù)格式并不相同，所以導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法方便地在彼此間進(jìn)行交互。同時，由于他們都把高精地圖當(dāng)作自己的核心競爭力，所以彼此的高精地圖不進(jìn)行共享，這就導(dǎo)致了每家圖商都要獨(dú)自采集全國的高精地圖數(shù)據(jù)，就進(jìn)一步提高了成本。此外，車廠也不情愿對圖商共享數(shù)據(jù)，這進(jìn)一步推高了高精地圖的采集成本，同時拖延了高精地圖的更新速度。

最后，是高精地圖技術(shù)上依舊面臨突破。由于高精地圖呈現(xiàn)的信息量相對較大，導(dǎo)致高精地圖在數(shù)據(jù)的采集上較普通電子地圖難度更高，采集周期更長。而目前高精地圖還無法做到國內(nèi)所有道路全面覆蓋，只能覆蓋部分高速公路及主要的城市道路。

另外，自動駕駛的程度越高，對數(shù)據(jù)內(nèi)容和精度的要求就會越高。以車道線的制作為例，可以利用深度學(xué)習(xí)的方法對激光點云進(jìn)行自動化識別來提取車道線，路面標(biāo)識也可以通過類似的自動化識別來實現(xiàn)。三岔或十字路口的車道拓?fù)涞臉?gòu)建，可以通過數(shù)據(jù)編譯來實現(xiàn)。

通過這些自動化處理的方式，可以降低高精地圖生產(chǎn)成本。由于自動識別的效率需要依賴算法的提升，所以這種效率的提升不是一個一蹴而就的過程，而是一個長期的過程。

由此可見，高精度地圖的產(chǎn)業(yè)化之路依舊道路且長。盡管如此，過去幾年該領(lǐng)域還是吸引了大批企業(yè)布局。放眼市場，除了傳統(tǒng)的圖商，像BAT等科技巨頭，BBA等傳統(tǒng)車企都在紛紛借助收購、投資或者合作等手段進(jìn)入高精度地圖領(lǐng)域。甚至還誕生了一大批初創(chuàng)型企業(yè)，如Momenta、寬凳、晶眾等。

在多方勢力角逐之下，高精度地圖的市場進(jìn)程節(jié)奏已然加快。隨著制造業(yè)和通訊技術(shù)的發(fā)展，大范圍、低成本地實現(xiàn)高精地圖生產(chǎn)指日可待。