高精度地图在自动驾驶中的应用

摘要：自动驾驶作为近年来汽车行业中最为热门、最具前沿性的一个词语。自动驾驶作为一系列技术的整合运用，主要是为了有效将众多技术进行融合，在无人驾驶的情形下安全行驶。随着自动驾驶的深入研究，很多技术行业开始加入这一热门行业，其中高精度地图作为自动驾驶产业中不可缺少的一种传感器，获得广泛运用。所以，文章当中从高精度地图的关键技术特征出发，分析自动驾驶关键技术点，探究高精度地图在自动驾驶中的应用策略。

关键词：高精度地图;自动驾驶;应用

精度地图可以给自动驾驶汽车带来更为精准的定位、可以辅助环境感知、提高自动驾驶的安全程度。高精度地图与传统的电子地图不一样，高精度地图为自动驾驶提供优质的服务，包括大量的行车辅助信息，道路交通信息，元素丰富精细，绝对坐标的精度非常高，可以给自动驾驶提供更为完善的环境信息，为定位路径的规划带来了重要的参考依据。

一、高精度地图的关键技术特征

（一）几何高精度

高精度地图中测绘精度作为核心指标。过去的导航地图的测绘精度在米级别，而高精度地图的测绘精度必须要在厘米级别。现如今虽然没有明确的标准规定，可普遍上认为高精度地图的绝对精度要控制在5-20cm之间，这样才能让自动驾驶车辆维持在5-20cm之间的定位误差。

（二）丰富的属性信息和语义信息

高精度地图中包括道路网络、周边环境丰富的信息，从而来支持车辆进行感知定位以及规划控制。从形式上来讲，传统的导航地图采用的时2D地图，而高精度地图则能够完整记录地物的3D信息、拓扑关系以及路况。

比如道路网数据，传统的导航地图单纯对道路级别数据进行记录，而高精度地图增加了更为详细的道路限制属性，延伸描述到车道级，详细对每个独立车道相关的网络口、宽度、限制、虚拟连接线等属性进行记录，并且还记录了交通控制设备的三维位置，以及高架物体、防护栏、道路标志线等静态道路元素的几何形状。

（三）现势性

高精度地图中的数据要及时展开更新，要保证高度的现势性，高精度地图为了可以应对车辆在行驶中所出现的多种突发情况，确保能够安全进行自动驾驶，需要非常多的瞬时动态数据和高度动态数据，更新的频率要提高到分甚至秒级别。

二、自动驾驶关键技术点

（一）环境感知

自动驾驶车辆搭载着多种不同的传感器，比如GPS、摄像头等等，及时对所获取的数据展开处理和分析，并且把不同传感器中的数据展开融合，感知车辆所处的环境，为后续工作打好基础。

（二）车辆精准定位

自动驾驶汽车的基础即精准导航，获取车辆于外部环境的位置关系，利用车身状态感知确定车辆位置。主流的定位方法运用的时GPS惯导组合定位法。

（三）决策与规划

这一关键技术点需要依托环境感知以及导航系统的信息，通过部分特定的条件，如不出现碰撞、安全抵达终点等，对汽车的行驶路线进行规划。决策的算法可以分为三种不同的线路：第一，基于神经网络;第二，基于设定规则;第三，基于因果推理。神经网络计算量巨大，决策过程中存在黑箱的性质，所以可能会出现安全隐患。在规则决策方式的基础上，在多种不同的环境下，无法全面对各种可能性进行涵盖。而使用因果推理时，采用贝叶斯网络分类事件，发挥出透明模块化的优点，技术难点很多，算法还不成熟。

（四）控制与执行

自动驾驶汽车行驶的基础是车辆的控制系统，其中包括对车辆的纵向以及横向的控制。其中纵向控制，就是要对车辆的驱动以及制动进行有效控制。横向控制，即通过调整车辆方向盘的角度以及控制好轮胎力，从而跟踪自动驾驶汽车的路径。常用的控制方法包括传统的PID控制法，还包括许多先进的控制法，比如自适应控制、模糊控制等，而模型预测控制也属于一种运用较多的最优控制方法。

三、高精度地图在自动驾驶中的应用

成熟的自动驾驶技术，可以自动对自身位置进行识别，确定好自动驾驶的具体路线，可以完全的通过汽车自身顺利完成全部的驾驶任务，从而顺利确保行驶的安全程度，可以应对多种情况，从而更加平稳舒适地将人送到目的地。这些，就需要高精度地图在自动驾驶中的应用。

（一）精确定位

自动驾驶的系统功能架构中，高精度地图与定位功能密切相关，与感知模块迥乎，支持规划与控制模块。高精度定位包括道路级、车道级别定位、高精度纵向定位以及航迹推算，结合高精度地图信息，实现对地理围栏的判断。首先，道路级别的定位，是能够准确判断车辆所在的道路，包括以下的场景，但是不只是局限在这几个场景中：高速公路、封闭城市快速路旁的高速或者城市快速路等;其次，车道级别的定位就是可以在正确定位道路级别的基础上，准确对车辆所在车道进行判定，其中包括紧急车道、换道中的车辆位置。接着，高精度纵向定位就是实现对车辆的精准纵向定位。最后的航迹推算主要是把轮速、方向盘转角等信息展开车辆行驶轨迹的推算，在短距离中相对位置的计算精度比较高。

（二）辅助决策

高精度地图可以补充传感器所无法探测的部分，能够检测实时状况，反馈外部信息，从而全面获取周边环境信息，帮助自动驾驶汽车预先感知路面的复杂信息，比如坡度、曲率以及航向等，从而有效规避风险，为无人驾驶提供新的路况，规划车道级别路径。特别是在规划全局的路径中，会出现传感器探测不到的位置，高精度的地图所具备的丰富道路信息元素就能够有效进行弥补。

（三）智能调速转向

自动驾驶汽车中运用高精度地图顺利知道到达目的地所需要行驶的路径，车边虚实线的具体位置，交通信号灯的设置情况，限速标识，掉头标识，车边全部障碍物，经过路段是否出现堵塞、禁行等情况，准确无误地判断下面是否要进行车速调整、更换车道、刹车、转向、掉头、更换线路等。高精度地图在自动驾驶中的应用，可以强化了交管部门对车辆的监督管理，避免出现酒驾、疲劳驾驶等问题，降低了交通事故出现率，让人们的出行变得更加方便。当前的中海庭就是把高精度地图与自动驾驶汽车进行良好结合，中海庭所提供的高精度地图能够辅助自动驾驶车辆达到自动驾驶技术的第L4及以上，实现在部分封闭及半封闭场景如高速公路，封闭园区港口的自动驾驶。当前的自动驾驶汽车从发展到成熟，与高精度地图的发展有着不可分割的联系，高精度地图技术的成熟也让自动驾驶基础迈向成熟，最终要让自动驾驶汽车投入到社会中，面向大众。

综上所述，自动驾驶汽车中高精度地图作为比较重要的一部分，已经成为自动驾驶汽车发展成熟的一大重要标志。当前，高精度地图在自动驾驶中主要发挥出可以精准定位、辅助决策、智能调速和转向、躲避障碍物等作用，未来我们要更加关注怎样给自动驾驶汽车带来更加高精度、高丰富程度、高新颖性的动态地图，提供更加高效地运用高精度地图，与越来越多的汽车厂商深入合作，促使所开发的高精度地图能够充分满足自动驾驶汽车的需要。

参考文献：

[1]刘秋平. 浅谈基于深度学习的自动化视觉道路要素提取技术在自动驾驶中的应用[C]. 中国卫星导航定位协会、武汉市人民政府.卫星导航定位技术文集（2020）.中国卫星导航定位协会、武汉市人民政府：中国卫星导航定位协会，2020：52-54.

[2]王冕.面向自动驾驶的高精度地图及其应用方法[J].地理信息世界，2020，27（04）：109-114.

[3]潘霞，张庆余，朱强.高精度地图在自动驾驶领域的作用及意义解析[J].时代汽车，2019（04）：49-50+53.

[4]申泽邦. 面向自动驾驶的高精度地图优化和定位技术研究[D].兰州大学，2019.

[5]曾之泰.高精度地图在自动驾驶技术发展中的应用[J].中国高新科技，2018（24）：28-30.

[6]李鑫慧，郭蓬，戎辉，唐风敏，华一丁，何佳.高精度地图技术研究现状及其应用[J].汽车电器，2019（06）：1-3.

[7]仲躋炜，陈大吾，朱峰.基于北斗高精度定位和车道级高精度地图的车辆监控平台设计与实现[J].全球定位系统，2015，40（04）：50-55.

作者简介：

邵泉（1989.10-）女，汉族，籍贯湖北，本科学历，助理工程师 ，研究方向——高精地图