生成高精地圖的過程需要采集大量的數(shù)據(jù)，我們的采集途徑包括：GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、IMU（慣性測(cè)量單元）、輪速計(jì)、激光雷達(dá)點(diǎn)云以及攝像頭圖像。

1. 什么是高精度地圖

高精度地圖，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(jí)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。

高精度地圖將大量的行車輔助信息存儲(chǔ)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些信息可以分為兩類。第一類是道路數(shù)據(jù)，比如車道線的位置、類型、寬度、坡度和曲率等車道信息。第二類是車道周邊的固定對(duì)象信息，比如交通標(biāo)志、交通信號(hào)燈等信息、車道限高、下水道口、障礙物及其他道路細(xì)節(jié)，還包括高架物體、防護(hù)欄、數(shù)目、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等基礎(chǔ)設(shè)施信息。

高精度道路導(dǎo)航地圖應(yīng)用分析

以上這些信息都有地理編碼，導(dǎo)航系統(tǒng)可以準(zhǔn)確定位地形、物體和道路輪廓，從而引導(dǎo)車輛行駛。其中最重要的是對(duì)路網(wǎng)精確的三維表征（厘米級(jí)精度），比如路面的幾何結(jié)構(gòu)、道路標(biāo)示線的位置、周邊道路環(huán)境的點(diǎn)云模型等。有了這些高精度的三維表征，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以通過比對(duì)車載的 GPS、IMU、LiDAR 或攝像頭的數(shù)據(jù)精確確認(rèn)自己當(dāng)前的位置。另外，高精度地圖中包含有豐富的語義信息，比如交通信號(hào)燈的位置和類型、道路標(biāo)示線的類型、以及哪些路面是可以行使等。

2. 高精度地圖的特點(diǎn)

高精度道路導(dǎo)航地圖和普通導(dǎo)航地圖對(duì)比示意圖

與一般電子導(dǎo)航地圖相比，高精度地圖不同之處在于：

（1）精度：一般電子地圖精度在米級(jí)別，商用 GPS 精度為 5 米。高精度地圖的精度在厘米級(jí)別（Google、Here 等高精度地圖精度在 10-20 厘米級(jí)別）。

（2）數(shù)據(jù)維度：傳統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)只記錄道路級(jí)別的數(shù)據(jù)：道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等。高精度地圖（精確度厘米級(jí)別）：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)，更有諸如高架物體、防護(hù)欄、樹、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。高精度地圖能夠明確區(qū)分車道線類型、路邊地標(biāo)等細(xì)節(jié)。

（3）作用&功能：傳統(tǒng)地圖起的是輔助駕駛的導(dǎo)航功能，本質(zhì)上與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)化的紙質(zhì)地圖是類似的。而高精度地圖通過“高精度+高動(dòng)態(tài)+多維度”數(shù)據(jù)，起的是為自動(dòng)駕駛提供自變量和目標(biāo)函數(shù)的功能。高精地圖相比傳統(tǒng)地圖有更高的重要性。

（4）使用對(duì)象：普通的導(dǎo)航電子地圖是面向駕駛員，供駕駛員使用的地圖數(shù)據(jù)，而高精度地圖是面向機(jī)器的供自動(dòng)駕駛汽車使用的地圖數(shù)據(jù)。

（5）數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性：高精度地圖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求更高。根據(jù)博世在 2007 年提出的定義，無人駕駛時(shí)代所需的局部動(dòng)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(gè)月），半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為 1 小時(shí)），半動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為 1 分鐘），動(dòng)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(duì)各類突發(fā)狀況，保證自動(dòng)駕駛的安全實(shí)現(xiàn)需要更多的半動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，這大大提升了對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。

高精度地圖=高鮮度+高精度+高豐富度。不論是動(dòng)態(tài)化，還是精度和豐富度，最終目的都是為了保證自動(dòng)駕駛的安全與高效率。動(dòng)態(tài)化保證了自動(dòng)駕駛能夠及時(shí)地應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，選擇最優(yōu)的路徑行駛。高精度確保了機(jī)器自動(dòng)行駛的可行性，保證了自動(dòng)駕駛的順利實(shí)現(xiàn)。高豐富度與機(jī)器的更多邏輯規(guī)則相結(jié)合，進(jìn)一步提升了自動(dòng)駕駛的安全性。

3. 高精度地圖的分類

導(dǎo)航地圖&ADAS 地圖&無人駕駛地圖

導(dǎo)航地圖、ADAS 地圖和 AD 所需要的地圖各不相同。

（1）對(duì)于導(dǎo)航地圖而言，街道名稱是比較重要的信息，但對(duì)于 ADAS 和 AD 地圖確并非如此。

（2）道路曲率對(duì)于 ADAS 應(yīng)用至關(guān)重要，對(duì)于自動(dòng)駕駛也是必需的，但導(dǎo)航地圖并不需要道路曲率數(shù)據(jù)。

（3）道路的幾何特征對(duì)于導(dǎo)航、ADAS 和 AD 地圖都是適用的。

（4）不同地圖級(jí)別和地圖精度的背后是不同級(jí)別的智能駕駛以及不同級(jí)別的精度需求。

高精地圖與導(dǎo)航地圖的關(guān)聯(lián)關(guān)系

不同級(jí)別的高精度地圖，在精度和信息量上也有差別。例如，在安全環(huán)境下使用的基礎(chǔ) ADAS 地圖只需要精度達(dá)到米量級(jí)，而 HAD 級(jí)別高精度地圖的精度則能達(dá)到厘米量級(jí)。在數(shù)據(jù)量方面，基礎(chǔ) ADAS 地圖只記錄高精道路級(jí)別的數(shù)據(jù)（道路形狀、坡度、曲率、鋪設(shè)、方向等），HAD 級(jí)別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)，更有諸如高架物體、防護(hù)欄、樹、道路邊緣類型、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。

4. 在無人駕駛中的應(yīng)用

作為無人駕駛的記憶系統(tǒng)，未來的高精度地圖將具備三大功能。

（1）地圖匹配。由于存在各種定位誤差，電子地圖坐標(biāo)上的移動(dòng)車輛與周圍地物并不能保持正確的位置關(guān)系。利用高精度地圖匹配則可以將車輛位置精準(zhǔn)的定位在車道上，從而提高車輛定位的精度。

高精度地圖在地圖匹配上更多的依靠其先驗(yàn)信息。傳統(tǒng)地圖的匹配依賴于 GPS 定位，定位準(zhǔn)確性取決于 GPS 的精度、信號(hào)強(qiáng)弱以及定位傳感器的誤差。高精地圖相對(duì)于傳統(tǒng)地圖有著更多維度的數(shù)據(jù)，比如道路形狀、坡度、曲率、航向、橫坡角等。通過更高維數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)合高效率的匹配算法，高精度地圖能夠?qū)崿F(xiàn)更高尺度的定位與匹配。

（2）輔助環(huán)境感知。對(duì)傳感器無法探測(cè)的部分進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)行實(shí)時(shí)狀況的監(jiān)測(cè)及外部信息的反饋 ：傳感器作為無人駕駛的眼睛，有其局限所在，如易受惡劣天氣的影響，此時(shí)可以使用高精度地圖來獲取當(dāng)前位置精準(zhǔn)的交通狀況。

原理：1）通過對(duì)高精度地圖模型的提取，可以將車輛位置周邊的道路、交通、基礎(chǔ)設(shè)施等對(duì)象及對(duì)象之間的關(guān)系提取出來，這可以提高車輛對(duì)周圍環(huán)境的鑒別能力。2）一般的地圖會(huì)過濾掉車輛、行人等活動(dòng)障礙物，如果無人駕駛車載行駛過程中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前高精度地圖中沒有的物體，這些物體大概率是車輛、行人和障礙物。

高精度地圖可以看做是無人駕駛的傳感器，相比傳統(tǒng)硬件傳感器（雷達(dá)、激光雷達(dá)或攝像頭），在檢測(cè)靜態(tài)物體方面，高精度地圖具有的優(yōu)勢(shì)包括：

所有方向都可以實(shí)現(xiàn)無限廣的范圍。

不受環(huán)境、障礙或者干擾的影響。

可以“檢測(cè)”所有的靜態(tài)及半靜態(tài)的物體。

不占用過多的處理能力。

已存有檢測(cè)到的物體的邏輯，包括復(fù)雜的關(guān)系。

（3）路徑規(guī)劃。對(duì)于提前規(guī)劃好的最優(yōu)路徑，由于實(shí)時(shí)更新的交通信息，最優(yōu)路徑可能也在隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)高精度地圖在云計(jì)算的輔助下，能有效地為無人車提供最新的路況，幫助無人車重新制定最優(yōu)路徑。

高精度地圖的規(guī)劃能力下沉到了道路和車道級(jí)別。傳統(tǒng)的導(dǎo)航地圖的路徑規(guī)劃功能往往基于最短路算法，結(jié)合路況為駕駛員給出最快捷 / 短的路徑。但高精地圖的路徑規(guī)劃是為機(jī)器服務(wù)的。機(jī)器無法完成聯(lián)想、解讀等步驟，給出的路徑規(guī)劃必須是機(jī)器能夠理解的。在這種意義上，傳統(tǒng)的特征地圖難以勝任，相對(duì)來說高精度矢量地圖才能夠完成這一點(diǎn)。矢量地圖是在特征地圖的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步抽象、處理和標(biāo)注，抽出路網(wǎng)信息、道路屬性信息、道路幾何信息以及標(biāo)識(shí)物等抽象信息的地圖。它的容量要小于特征地圖，并能夠通過路網(wǎng)信息完成點(diǎn)到點(diǎn)的精確路徑規(guī)劃，這是高精度地圖使能的一大路徑。

5. 高精度地圖產(chǎn)業(yè)

由于高精地圖是鏈接人、車、路等各種交通參與者的紐帶，車企、Tier1、地圖廠商、初創(chuàng)公司、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、芯片廠商等圍繞高精地圖開展了各種各樣的合作，共同推進(jìn)高精地圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

高精度地圖采集測(cè)繪數(shù)據(jù)的方式，全球主要有兩大技術(shù)路線。一種以谷歌、HERE 的地圖測(cè)繪車為代表。例如，HERE 高精度測(cè)繪車上的激光雷達(dá)傳感器可以一秒內(nèi)感知約 60 萬個(gè)掃描點(diǎn)(包括周邊建筑物、樹木等);在一天內(nèi)，測(cè)繪車能夠收集和處理超過 100G 的數(shù)據(jù)。另一種則以特斯拉的“車隊(duì)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)”(Fleet Learning Network)為代表，相當(dāng)于利用量產(chǎn)車，把測(cè)繪任務(wù)“眾包”出去，調(diào)動(dòng)整個(gè)車隊(duì)的所有傳感器來收集數(shù)據(jù)，并通過云技術(shù)上傳到中央數(shù)據(jù)庫，最終每一輛車都是地圖數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者，也是獲得者。該方法彌補(bǔ)了由于測(cè)繪車數(shù)量不足，而造成的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新緩慢的缺點(diǎn)。

2015 年，奧迪、寶馬、Daimler 聯(lián)合起來斥資 31 億美元購買諾基亞 Here 地圖，為研發(fā)高精度道路導(dǎo)航地圖做準(zhǔn)備。2011 年寶馬的 3 系(參數(shù)|圖片) Track Trainer ，2014 年奧迪的 RS7(參數(shù)|圖片) 都利用高精度道路導(dǎo)航地圖技術(shù)在 Laguna Seca 和 Hockenheim 成功跑完了賽道。從 2016 年開始，很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)通過收購的方式獲取地圖數(shù)據(jù)資源，然后結(jié)合自身算法、云計(jì)算能力生產(chǎn)高精度道路導(dǎo)航地圖，如 Google、Uber、百度、阿里等。同時(shí)，車企也開始依賴第三方地圖服務(wù)，2017 年初，Mobileye 與大眾、寶馬和日產(chǎn)簽署協(xié)議，前者將為三家汽車巨頭提供地圖產(chǎn)品，而汽車廠商將負(fù)責(zé)為 Mobileye 提供更多的地圖數(shù)據(jù)?；谖恢玫男滦头?wù)已經(jīng)是大趨勢(shì)。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出的促進(jìn)智能交通發(fā)展的“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通實(shí)施方案已經(jīng)正式發(fā)布。地圖的服務(wù)對(duì)象不再僅僅是人類，而是慢慢向機(jī)器過渡，這對(duì)地圖的精度、內(nèi)容結(jié)構(gòu)和計(jì)算模式等都提出了新的要求。

國(guó)外的高精地圖主要有 Here、TomTom、Waymo（原 Google 地圖）等老牌圖商，其中 Waymo 的高精地圖目前僅用于自己的無人車披露信息非常少。此外因?yàn)槊绹?guó)的地圖測(cè)繪政策限制較少，因此成為高精地圖創(chuàng)業(yè)者的天堂，比較有名的初創(chuàng)公司 DeepMap、CivilMaps、lvl5、Carmera。初創(chuàng)企業(yè)往往有一個(gè)自己主打的算法技術(shù)，比如 CivilMaps 能將 1T 的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮到 8MB，Carmera 融合攝像頭和激光雷達(dá)的圖像獲得更好的傳感效果等。但是云端的存儲(chǔ)、運(yùn)算、通信能力是初創(chuàng)企業(yè)普遍的短板。另外 Uber、通用 Cruise 等也都在布局高精地圖。

和美國(guó)不同，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)因?yàn)橛休^為嚴(yán)格的地圖測(cè)繪政策限制，目前擁有“導(dǎo)航電子地圖資質(zhì)單位名單”的企業(yè)有 22 家。。國(guó)內(nèi)的地圖行業(yè)呈現(xiàn)三足鼎立的狀況，百度地圖、高德（阿里）、四維圖新（騰訊），其背后是互聯(lián)網(wǎng)巨頭對(duì)地圖入口的爭(zhēng)奪。