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高精地圖對自動駕駛來說有多重要?在自動駕駛上和一般的導航地圖有什麽區別?

2021-11-15數位

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。

那為什麽達不到L3甚至以上的級別呢?答案是:沒有高精度地圖。

Q:為什麽沒有了高精度地圖,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.傳感器的效能邊界

車載傳感器的效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。

比如雷射傳感器檢測效果穩定,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。再比如高分辨率攝影機能檢測影像中的物體,而且窄視場的攝影機,可以檢測很遠的距離。但是面對暴雨/大雪等惡劣天氣,很難檢測到正確的車道線/障礙物/馬路牙子等資訊。

下圖為tesla的傳感器配置及傳感器感知範圍,扇形角度表示傳感器的視場角,扇形半徑表示傳感器的最大檢測距離。可見,最遠距離的檢測傳感器是窄視角的前向視覺傳感器。

圖片出處: Tesla’s 360 Vision: The Future is Here - Your Personal Research Assistant | PreScouter

2.先驗資訊缺失

先驗資訊是指某些可以提前采集且短時間內不會改變的資訊。

僅依靠傳感器的資訊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訊號強弱,這些都是傳感器遇到檢測盲區時,無法即時捕獲的資訊。而這些資訊是客觀存在,不會隨外部事物的變化而變化,因此可以提前采集,並作為先驗資訊傳給無人車做決策。

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

圖片出處:未來汽車大講堂 - 網易雲課堂 高精地圖,自動駕駛的必由之路

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),從他們的宣傳視訊,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)。

圖片出處:網易公開課 無人駕駛汽車是如何看清路況的

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,這麽說一點都不過分。

1.能極快地實作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,可快速地實作某些特定場景下的自動駕駛。這裏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。而且透過圖片可以看出這車裝了差分GPS,如果再加上RTK裝置,就是可以達到戶外厘米級的定位了。

圖片出處:馭勢未來 UISEE 無人駕駛擺渡車商業化試營運圓滿成功

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,由於傳感器的效能邊界,導致場景中的部份資訊是無法感知到的。而這些資訊(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.提高系統效能

傳感器對感知到的資訊做處理時,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,大部份處於天空的影像是可以不用考慮的,所以著重處理影像的下半部份即可。

圖片出處:【視訊】當碰瓷的人遇到行人檢測系統…...

對於檢測紅綠燈狀態,必須在整幅影像中搜尋,因為攝影機不可能知道影像的哪個地方會出現紅綠燈。但是如果有了高精度地圖資訊,我就可以透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復雜度,減少系統的計算負荷,進而提升系統效能。

下圖是透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。

圖片出處:未來汽車大講堂 - 網易雲課堂 高精地圖,自動駕駛的必由之路

Q:高精度地圖和一般的導航地圖有什麽區別?

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,還要知道在自車座標系下的(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麽高的智慧度,所以只有給予控制系統更多的輸入資訊,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

對於道路內容,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資訊。如下圖。

圖片出處:未來汽車大講堂 - 網易雲課堂 高精地圖,自動駕駛的必由之路

肯定有人疑問,既然高精度地圖擁有這麽多資訊,那容量肯定比導航地圖大很多吧。

答案是: No

圖片出處:未來汽車大講堂 - 網易雲課堂 高精地圖,自動駕駛的必由之路

導航地圖是給人使用的,它對資訊的 精度 沒那麽高,但是在資訊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資訊,還要具備地圖中的各種資訊點(POI,Point of Interest)的資訊,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資訊就比高精度地圖車道及常用特征的數據復雜太多,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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