4.2　高精地圖概述與數(shù)據(jù)特征

高精地圖將大量的行車(chē)輔助信息存儲(chǔ)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些信息包括道路數(shù)據(jù)，如車(chē)道線的位置、類(lèi)型、寬度、坡度和曲率等車(chē)道信息；還包括道路周邊對(duì)象信息，如交通標(biāo)志、交通燈、障礙物、高架橋、防護(hù)欄、路牌等基礎(chǔ)設(shè)施信息。

4.2.1　高精地圖與傳統(tǒng)電子地圖的差異

高精地圖雖然是從傳統(tǒng)電子地圖發(fā)展而來(lái)的，但也有如下不同之處。

1. 精度

傳統(tǒng)電子地圖的精度在米級(jí)別；高精地圖的絕對(duì)精度在20厘米級(jí)別，相對(duì)精度在10厘米以下級(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)，如道路形狀、坡度、曲率、方向等。高精地圖則增加了車(chē)道級(jí)別數(shù)據(jù)，如車(chē)道線類(lèi)型、車(chē)道寬度等，還包括車(chē)道限高、障礙物、高架橋、防護(hù)欄、路邊地標(biāo)等大量目標(biāo)數(shù)據(jù)。

3. 使用對(duì)象

傳統(tǒng)電子地圖是面向駕駛員的，供駕駛員使用的地圖數(shù)據(jù)；而高精地圖是面向機(jī)器的，供汽車(chē)自動(dòng)駕駛使用的地圖數(shù)據(jù)。

4. 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性

高精地圖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求更高。傳統(tǒng)電子地圖可能只需要靜態(tài)數(shù)據(jù)或路況信息，而高精地圖為了應(yīng)對(duì)各類(lèi)突發(fā)狀況，保證自動(dòng)駕駛的安全實(shí)現(xiàn)，需要更多的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，這大大提高了對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一些信息每小時(shí)甚至每分鐘都在變化，高精地圖如果無(wú)法及時(shí)納入這些信息，就會(huì)影響用戶(hù)的使用體驗(yàn)。因此，高精地圖應(yīng)該如何進(jìn)行更新、頻率是多少、突發(fā)性的事故如何在地圖上表現(xiàn)，都是需要解決的問(wèn)題。

總體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)電子地圖起到的是輔助駕駛的導(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(lèi)似的；而高精地圖通過(guò)提供高精度、高動(dòng)態(tài)、多維度數(shù)據(jù)，為自動(dòng)駕駛提供自變量和目標(biāo)函數(shù)，發(fā)揮著更高的重要性。

4.2.2　高精地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

傳統(tǒng)電子地圖多依靠拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，將各類(lèi)現(xiàn)實(shí)中的元素作為地圖中的對(duì)象疊加于地圖上，而將道路存儲(chǔ)為路徑。而高精地圖，為了提升存儲(chǔ)效率和機(jī)器的可讀性，地圖在存儲(chǔ)時(shí)被劃分為不同的矢量層和對(duì)象層。

4.2.3　高精地圖數(shù)據(jù)格式

2009年，大型汽車(chē)制造商及Tier1供應(yīng)商建立了NDS（Navigation Data Standard，導(dǎo)航數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)），設(shè)計(jì)了通用導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)模型與格式。2012年，首批使用NDS的系統(tǒng)上市。NDS將地圖數(shù)據(jù)組織成獨(dú)立的構(gòu)架模塊。NDS第一版僅支持與導(dǎo)航相關(guān)的數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，目前已經(jīng)支持與ADAS（Advanced Driving Assistance System，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）相關(guān)的數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，并將其擴(kuò)展為支持自動(dòng)駕駛的內(nèi)容。所有導(dǎo)航數(shù)據(jù)都屬于一個(gè)特定的building block（建筑區(qū)塊），而一個(gè)building block能提供NDS的一個(gè)具體功能。典型的building block包括：① 路徑規(guī)劃（Routing）；② 命名；③ 全局預(yù)覽（overview）；④ 基本地圖顯示；⑤ 興趣點(diǎn)（POI）；⑥ 語(yǔ)音，等等。由于空間尺度的不同，數(shù)據(jù)在building block中可以劃分為不同level（級(jí)別），大尺度空間的數(shù)據(jù)放在high level（高級(jí)別）中，而細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)則放在low level（低級(jí)別）中。

Autoware所使用的高精地圖，以前是VMF（Vector Map Format，矢量數(shù)據(jù)格式），現(xiàn)在已經(jīng)是Lanelet2格式。Lanelet2格式基于Liblanelet已知格式改進(jìn)，并設(shè)計(jì)為可在基于XML的OSM（OpenStreetMap，開(kāi)放街道地圖）數(shù)據(jù)格式上表示。Lanelet2地圖層次劃分為：物理層（physical layer，可觀測(cè)到的真實(shí)元素）；關(guān)聯(lián)層（relational layer，與物理層相關(guān)聯(lián)的車(chē)道、區(qū)域及交通規(guī)則）；拓?fù)鋵樱╰opological layer）。

國(guó)際通用的OpenDrive高精地圖標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)階段應(yīng)用甚廣。一個(gè)OpenDrive節(jié)點(diǎn)通常包括一個(gè)header（頭部）節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)road（道路）節(jié)點(diǎn)與junction（路口）節(jié)點(diǎn)。而道路中心線幾何參考、車(chē)道寬度、交通標(biāo)志和交通燈都從屬于road節(jié)點(diǎn)下。junction節(jié)點(diǎn)下，通過(guò)連接道路，將輸入路口的兩條不同道路連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)路口呈現(xiàn)。OpenDrive高精地圖標(biāo)準(zhǔn)具有軌跡坐標(biāo)系統(tǒng)（Track System）和慣性坐標(biāo)系統(tǒng)（Inertial System）。慣性坐標(biāo)系統(tǒng)可以指定坐標(biāo)參考系統(tǒng)，如WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，以提供三維坐標(biāo)空間參考。軌跡坐標(biāo)系統(tǒng)以道路參考線（Reference Line）為核心，表現(xiàn)道路和各種物體的位置和屬性。OpenDrive高精地圖標(biāo)準(zhǔn)為高精地圖提供了矢量式的存儲(chǔ)方式，相比傳統(tǒng)的堆疊式容量更省，在云同步方面也擁有優(yōu)勢(shì)。OpenDrive高精地圖標(biāo)準(zhǔn)中慣性坐標(biāo)系統(tǒng)和軌跡坐標(biāo)系統(tǒng)的關(guān)系參見(jiàn)圖4-2。

4.2.4　高精地圖數(shù)據(jù)采集和制作

數(shù)據(jù)采集是高精地圖的基礎(chǔ)與核心，采集方式對(duì)高精地圖的精度和地物豐富程度起決定性作用。目前，高精地圖數(shù)據(jù)采集主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案：移動(dòng)測(cè)繪車(chē)采集和無(wú)人機(jī)航測(cè)。主流圖商均采用移動(dòng)測(cè)繪車(chē)采集的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方式需要搭載激光雷達(dá)、GNSS傳感器、慣性測(cè)量單元傳感器、全景相機(jī)等，具有作業(yè)效率高、道路信息采集全面的優(yōu)勢(shì)。也有一些圖商采用無(wú)人機(jī)航測(cè)與地面控制點(diǎn)相結(jié)合的方式，基于獲取的厘米級(jí)數(shù)字正射影像圖可生產(chǎn)絕對(duì)精度達(dá)到分米級(jí)的高精地圖，具有作業(yè)靈活、高效、不受路況限制的優(yōu)勢(shì)。圖商可以在前期進(jìn)行專(zhuān)業(yè)采集，后期可采用眾包模式更新相關(guān)道路信息，兩者的融合是目前可行的技術(shù)路線。

在主流的通過(guò)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)建立高精地圖的方法中，其數(shù)據(jù)精度主要通過(guò)組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算精度、點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成精度、數(shù)據(jù)采集精度等來(lái)保證。組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)采用專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)處理，軟件具有GNSS差分解算、POS松組合解算、POS進(jìn)組合解算、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)平滑等功能，同時(shí)可以對(duì)數(shù)據(jù)精度的好壞進(jìn)行預(yù)估。點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成前，設(shè)備都已經(jīng)過(guò)精確的標(biāo)定，為后期高精度激光點(diǎn)云的生成提供保障。為了保證數(shù)據(jù)采集精度，專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)具有快速的自動(dòng)提取功能，系統(tǒng)的自動(dòng)提取功能包括兩個(gè)過(guò)程：一級(jí)模型提取和二級(jí)模型提取。一級(jí)模型是在對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行構(gòu)件提取、自動(dòng)探面、探線、提取特征線并矢量化的結(jié)果，二級(jí)模型是在一級(jí)模型提取的特征面和特征線的基礎(chǔ)上得到具有現(xiàn)實(shí)意義的實(shí)體，實(shí)現(xiàn)了分層分類(lèi)和實(shí)體化，并且擁有幾何屬性，便于后期分析。從多次匹配點(diǎn)云到矢量提取和編輯參見(jiàn)圖4-3。