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高精地圖對自動駕駛有多重要?和一般導航地圖有何區別?

作者:陳光
上汽集團 | 高精度地圖&環境建模工程師
量子位 已獲授權編輯發布
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在社交媒體上紅極一時的Tesla AutoPilot功能,並還沒有達到自動駕駛的L3的級別。其在高速公路上的自動駕駛技術可以理解為:ACC自適應巡航 + LKA車道保持輔助。

那為什麼達不到L3甚至以上的級別呢?答案是:沒有高精度地圖。

Q:為什麼沒有了高精度地圖,自動駕駛寸步難行?

A:因為高精度地圖不僅僅是地圖,更給了無人車上帝視角。

1.感測器的性能邊界

車載感測器的性能邊界指的不僅是測量範圍,還有面對不同環境時表現出來的感知缺陷。

比如激光感測器檢測效果穩定,但在面對大範圍的塵土時,也無能為力。我司在測試時就發現,如果前面一輛渣土車飛馳而去,引得塵土滿天飛時,無人車發現「面前」全是障礙物。

再比如高解析度攝像機能檢測圖像中的物體,而且窄視場的攝像機,可以檢測很遠的距離。但是面對豪雨/大雪等惡劣天氣,很難檢測到正確的車道線/障礙物/馬路牙子等信息。

下圖為tesla的感測器配置及感測器感知範圍,扇形角度表示感測器的視場角,扇形半徑表示感測器的最大檢測距離。可見,最遠距離的檢測感測器是窄視角的前向視覺感測器。

2.先驗信息缺失

先驗信息是指某些可以提前採集且短時間內不會改變的信息。

僅依靠感測器的信息是很難感知車輛現在是處在高速公路上,還是處在普通城市道路上的;無限速牌的路段,車速最高可以開多快;前方道路的曲率;所處路段的GPS信號強弱,這些都是感測器遇到檢測盲區時,無法實時捕獲的信息。

而這些信息是客觀存在,不會隨外部事物的變化而變化,因此可以提前採集,並作為先驗信息傳給無人車做決策。

圖為高精度地圖可以為無人車提供的某些先驗信息。包括道路曲率、航向、坡度和橫坡角。

3.路口處的路徑規劃

路口處的路徑規劃一直是自動駕駛領域較為頭疼的問題。

很多大牛為了讓汽車能正常地開過路口用盡渾身解數。當然也有簡單粗暴的方法,比如Waymo(前Google無人車團隊),從他們的宣傳視頻,大致可以推斷他們使用的方法是「高精度地圖+高精度定位+管道內行駛」的方式過路口的(純屬猜測)。

Q:高精度地圖的加入可以給無人駕駛帶來哪些幫助?

A:高精度地圖是無人駕駛技術的催化劑,這麼說一點都不過分。

1.能極快地實現L3級別的自動駕駛

簡單粗暴地使用高精度地圖+高精度定位,可快速地實現某些特定場景下的自動駕駛。這裡的高精度地圖可以理解為一個「管道」,無人車只要保證自己在「管道」內行駛即可(參考waymo的綠色「管道」)。使用高精度定位,告訴車在管道的哪個地方,就可以自動駕駛啦。

馭勢科技和白雲機場合作開發的無人駕駛車在機場這種特定場景完全就可以使用這種方法。而且通過圖片可以看出這車裝了差分GPS,如果再加上RTK設備,就是可以達到戶外厘米級的定位了。

2.提高無人車舒適性

舒適性是評判自動駕駛好與壞,最重要的元素之一。

前面提到過,由於感測器的性能邊界,導致場景中的部分信息是無法感知到的。而這些信息(如道路曲率、坡度角)的缺失又會對無人車的縱向、橫向規劃控制產生較大影響,乘客會感覺車輛的控制不如「老司機」開得平穩,而一旦舒適性缺失,有再多牛X功能也是徒勞。

3.提高系統性能

感測器對感知到的信息做處理時,一般會選定一個感興趣區域(ROI,Region of Interest)再在此區域內進行數據處理。比如相機檢測行人時,大部分處於天空的圖像是可以不用考慮的,所以著重處理圖像的下半部分即可。

對於檢測紅綠燈狀態,必須在整幅圖像中搜索,因為攝像機不可能知道圖像的哪個地方會出現紅綠燈。但是如果有了高精度地圖信息,我就可以通過高精度定位和高精度地圖得到ROI。

根據定位和地圖的數據,無人車可以知道前方、兩側是否有交通標誌牌,及紅綠燈的位置,就可以降低演算法的複雜度,減少系統的計算負荷,進而提升系統性能。

下圖是通過定位和高精度地圖,標記出的ROI,ROI區域包括車道線位置、交通標誌牌位置、紅綠燈位置等。

Q:高精度地圖和一般的導航地圖有什麼區別?

A:導航地圖是給人看的地圖,高精度地圖是給機器看的地圖。

人類開車,只需要知道前方路口有沒有紅綠燈,路口有幾車道,該左轉還是右轉,即可穩定控制汽車。而無人車不僅要知道有沒有紅綠燈,還要知道在自車坐標系下的(X, Y, Z);不僅要知道是左轉還是右轉,還得知道左轉和右轉的路徑線。

目前的控制系統還不具備人類這麼高的智能度,所以只有給予控制系統更多的輸入信息,才能讓無人車控制汽車更接近人類。

簡單從道路POI這個兩點來比較一下導航地圖和高精度地圖的區別。

對於道路屬性,導航地圖只需要給出道路路網這個級別的數據即可,而高精度地圖會給出這個道路中有幾條車道,這些車道的線是虛線還是實線,車道是普通道路還是匝道等更多維度的信息。如下圖。

肯定有人疑問,既然高精度地圖擁有這麼多信息,那容量肯定比導航地圖大很多吧。

答案是:No

導航地圖是給人使用的,它對信息的精度沒那麼高,但是在信息的豐富程度上比高精度地圖大得多。

導航地圖不僅要有基本的道路信息,還要具備地圖中的各種信息點(POI,Point of Interest)的信息,比如建築物尺寸、數量、建築物的用途(醫院or商場)等。單純這些POI信息就比高精度地圖車道及常用特徵的數據複雜太多,而且數據量也不小。

因此,目前來說,高精度地圖和導航地圖的容量大小是不分伯仲。

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