自动驾驶高精度地图特征分析及发展展望

1 引言

智能网联汽车是新一代人工智能技术的典型应用，需要有中国方案的智能网联汽车，包括计算、车载终端、云控、高精度动态地图、信息安全5个基础平台，能更好地满足中国的道路信息基础设施、联网运行的要求，进而实现自动驾驶。地图是智能网联汽车实现自动驾驶的关键组成部分，包括导航电子地图、高级辅助驾驶地图和高精度地图。

高精度地图也称作自动驾驶地图、自主导航地图、高精地图、智能高精地图、智能汽车基础地图等。高精度地图的图层数量更多，图层内容更加精细，具有新的地图结构划分，包括可增量更新的七层自动驾驶地图模型、注重模型统一标准的通用化高精地图数据模型、结合地图学理论和应用需求的智能高精地图信息传输模型、四层一体化高精地图模型等多种类型。作为支撑自动驾驶的时空数据集，高精度地图具有高精度（高地图数据精度）、高丰富度（高地图数据类型）、高实时性（高地图更新频率）等特点，多用于定位、规划与感知模块，是智能网联汽车实现自动驾驶的全新地图数据范式。

本文浅析自动驾驶高精度地图全生命周期中的多维特征，介绍高精度地图深圳市试点实践经验，针对高精度地图发展现状提出建议。

2 高精度地图多维特征

自动驾驶高精度地图是地图科学与汽车工业力量融合产生的新对象，在学术研究、政府管理和产业应用等领域都引发热点思考，在其数据采集（感知数据类型多样）、地图构建（方法多元）、地图更新（众源更新技术多种）、地图应用（方式多类）、地图管理（地图审核流程智能、地图管理模式创新）等全生命周期流程中逐步呈现出一些典型特征。

图1 高精度地图多维特征

高精度地图数据集使用的传感器和特点

表1 高精度地图数据集使用的传感器和特点

数据集	主要传感器	特点
KITTI	灰度/彩色相机、激光雷达、GPS、IMU	包含市区、乡村和高速公路等场景
Cityscape	双目相机	包含50个城市，春、秋、夏3个季节的街区场景
Mapillary Vistas	彩色相机	覆盖北美和南美，欧洲，非洲，亚洲和大洋洲
Waymo Open	彩色相机、激光雷达	覆盖25个城市，包含城市、郊区、白天/黑夜、黎明/黄昏、晴天和雨天
nuScenes	彩色相机、激光雷达、毫米波雷达、GPS、IMU	覆盖城市、住宅区、郊区、工业区等场景，涵盖白天、黑夜、晴天、雨天、多云等天气
ApolloScape	激光扫描器、摄像头、IMU/GNSS	使用专业采集车，激光雷达点云密度高，相机方位姿态准确度高
Argoverse	彩色相机、双目相机、激光雷达	包含290 km的带有几何形状和语义信息的高精度地图数据
CADC	彩色相机、激光雷达	全球首个针对寒冷环境的数据集
CULane	彩色相机	覆盖10个城市的公路、城市和乡村场景

图2 构建高精度地图相关方法的技术流程

高精度地图众源更新技术路线

图3 高精度地图众源更新技术路线

主要步骤为：① 通过车载相机、激光雷达、GNSS、IMU等传感器以及交互通信设施，获取车端语义数据、车端轨迹数据及车端通信数据，路侧语义数据、路侧图像数据和路侧视频数据，第三方平台数据（交通数据和天气数据）；② 对采集得到的众源数据，进行数据汇聚与预处理，包括解析、清洗、标准化和评价，统一数据类型及标准；③ 采用目标检测、图像分割、三维重建或多源融合等方法进行静态语义分析、交通路况分析和动态事件分析；④ 通过差分匹配完成静态地图更新，并将实时交通信息、动态交通事件入库；⑤ 对地图进行质量检查与合规处理，应用于自动驾驶系统辅助感知、高精定位、路径规划和辅助决策功能。

高精度地图模块化和端到端应用方式

图4 高精度地图模块化和端到端应用方式

表2 高精度地图模块化和端到端应用方式的差异

应用方式	感知	定位	预测	规划、决策	控制
模块化应用	丰富先验信息 更全面 地图+传感器	厘米级精度 更精准 地图+传感器	动态信息 更安全 传感器	道路网络信息 更合理 地图+传感器	曲率及坡度 更平稳 传感器
端到端应用	导航电子地图/高级辅助驾驶地图、动态感知数据 实时动态、云端仿真测评性能强、在线计算效率高、无需人工标注数据

高精度地图在线智能审核方法

图5 高精度地图在线智能审核方法

在线智能审图方法能够简化审图流程，提升地图更新频率，提高地图审图的准确性和智能化水平，为自动驾驶应用提供更优质的地图数据支持。图商节点，包括数据接入和数据处理（标准化、分类分级、加密脱敏）由审图系统完成审图；审图节点，利用部署在资质方的子系统进行智能审图，审图无问题允许进行安全传输，有问题则打回修改；政府节点，接收到审图系统发送的数据，进行专家抽检确认后，发放审图号，完成数据备案。

智能汽车基础地图标准体系

图6 智能汽车基础地图标准体系框架图

3 政企学研结合：以深圳市试点实践为例

为落实国务院关于开展营商环境创新试点工作的意见，在确保安全的前提下，探索高精度地图面向智能网联汽车开放使用，自然资源部在北京、上海、广州、深圳、杭州、重庆6个城市开展智能网联汽车高精度地图应用试点。深圳市作为试点城市之一，出台了国内首部关于智能网联汽车管理的地方法规《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》，以打造全国首个面向智能网联汽车全城开放的示范城市为目标推进试点工作。

图7 高精度地图深圳市试点实践经验

目前高精度地图相关建设主体在安全合规的发展诉求和技术能力等方面存在差异，这导致安全监管要求重心所在有别。下一步，深圳市将面向智能网联汽车测绘地理信息相关数据多层级潜在风险，充分考虑企业差异化诉求，设计多元化服务方案，从测绘资质、采集安全、存储安全、地图审核、保密处理、道路测试等方面引导企业合规建设，推动企业执行部省关于维护测绘地理信息安全的要求。

4 总结与展望

地图演变从最初的纸张形式逐渐发展为视频、动画等新媒体形式，到如今步入高精度地图应用时代，既反映了技术的不断创新，也呈现出地图在信息表达和多类应用的显著进步。本文浅析了高精度地图感知数据类型多样、地图构建方法多源、众源更新技术多种、地图应用方式多类、地图审核流程智能、地图管理模式创新等多维特征，并介绍了深圳市试点实践经验，确信高精度地图未来空间十分广阔，将成为地图学或地理信息科学十分活跃的学科增长点之一。高精度地图当下还有许多问题有待研究。