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无人驾驶技术之——看不见的“传感器”高精度地图
物联中国
日期>2019-05-27 14:13:01来源:智车科技IV 点击:950
中央提醒:前面的分享,将无人车上所用到的主流传感器都做了介绍。这些传感器都是看获得,摸不着的什物。在无人车主动驾驶的过程中,另有一种看不见、摸不到的“传感器”也在发挥着弘大感化,它便是高精度电子地图。高精度电子地图也称为高分辨率地图(HD Map,High Definition Map),是一种专门为无人驾驶效劳的地图。与传统导...

前面的分享,将无人车上所用到的主流传感器都做了介绍。这些传感器都是看获得,摸不着的什物。在无人车主动驾驶的过程中,另有一种看不见、摸不到的“传感器”也在发挥着弘大感化,它便是高精度电子地图。

高精度电子地图也称为高分辨率地图(HD Map,High Definition Map),是一种专门为无人驾驶效劳的地图。与传统导航地图分歧的是,高精度地图除了能供给的途径(Road)级别的导航信息外,还可以或许或许供给车道(Lane)级别的导航信息。不管是在信息的丰富度还是信息的精度方面,都是远远高于传统导航地图的。

颠末过程下图,可以或许或许感性地看出传统导航地图与高精度电子地图的差别。

正文

谈论高精度地图,从三个方面睁开。首先必要理性地了解高精度电子地图是什么,它和传统地图真正的差别在哪;其次再讨论高精度地图在无人车领域是如何应用的;末了结合高精度地图这个行业聊一聊高精度地图所碰到的挑衅。

高精度地图是什么?

现阶段的高精度地图更多地被定义为:效劳于无人驾驶驾驶的地图。相比于传统地图的“定性”描述来说,高精度地图是一种“定量”的描述。

以坡度为例,传统地图能供给的仅仅是前方有上(下)坡这个信息,但无法供给上(下)坡的角度;

以弯道为例,传统地图供给的仅仅是前方有个比较“急”的弯道,但无法供给弯道的曲率半径;

以路口为例,传统地图供给的仅仅是前方路口有红绿灯这个信息,并不知道红绿灯的详细地位在哪。

...

高精度地图可以或许供给传统地图供给不了的精确数据,这便是高精度地图的“定量”描述。

这些定量描述对人类驾驶员驾驶汽车来说没有多大帮助,因为人类是高度智能化的个别,拥有极高的图像辨认、信息联想和学习能力,而这些能力这是目前无人驾驶“大脑”所不具有的。为了弥补无人驾驶“大脑”还不够聪慧的缺点,高精度地图挺身而出。

高精度地图可以或许或许为无人驾驶供给的内容如下:

车道级途径信息

传统导航地图只能供给途径级(Road)的导航信息,如下图最左侧所示。途径R1衔接着R2,R2同时衔接着R3和R4。而高精度地图可以或许或许供给车道级(Lane)的导航信息,这种导航信息可以或许或许精确到车道的衔接相干。如下图中央图所示Lane1连着Lane4,Lane4连着Lane8,;Lane3连着Lane6和Lane7,Lane7连着Lane10。

车道级别的途径信息可以或许或许解决在路口转弯时,无人车不知道必要转多大的角度和坚持多高车速的成就。如下图右侧绿虚线即为高精度地图为无人车供给的虚构车道线中央,只要提前变道到正确车道,并沿着虚构车道线地点的车道行驶,即可顺遂颠末过程路口。

途径先验信息

先验信息是指某些可以或许或许提前收集且短光阴内不会改变的信息。

仅依靠传感器的信息是很难感知车辆如今是处在高速公路上,还是处在通俗都邑途径上的;无穷速牌的路段,车速最高可以或许或许开多快;前方途径的曲率;所处路段的GPS信号强弱。这些都是传感器碰到机能瓶颈时,无法实时获得的信息。而这些信息却都是客观存在,不会随内部事物的变更而变更,因此可以或许或许提前收集,并作为先验信息传给无人车做决定。

图为高精度地图可以或许或许为无人车供给的某些先验信息。包含途径曲率、航向、坡度和横坡角。这些信息对付无人车的安全性和舒适性都至关重要。

感兴趣点

感兴趣点是POI(Point of Interest)的直译。在交通场景中能成为POI的东西有很多,比如:用中央点和多个外包络点描述的交通标志牌、高空标志、灯杆、红绿灯、免费站等;用一系列连续点所构成的链状信息描述的路沿、护栏、地道、龙门架、桥等。

高精度地图精确记载了这些POI的经纬度和高度,只要给定无人车的精确地位(经纬高),即可将各个POI相对付自车的地位计算进去。将这些POI信息的相对地位逆向投影到车载前视图像上,如下图所示。

到这个时候,确定有人问:高精度地图比传统地图多出如斯多的信息,容量确定很大吧?不不不。现阶段的高精度地图容量并不比传统地图大多少。为什么呢?

因为现阶段的高精度地图完全是为无人驾驶效劳的,而传统地图是为人类效劳的。高精度地图只用关怀与驾驶无关(途径、POI)的信息,并不关怀周边的商场有几层、超市的面积有多大、小饭馆有多少家。而这类信息刚好是人类更关怀的。恰是因为侧重点不一样,所以在容量方面并不会有太大的差别。


下图从要素、体系、用途方面加倍清楚地囊括了传统地图和高精度地图的侧重点:

高精度地图的应用

高精度地图只是一个静态的数据,在实际应用时,不行能一开端就将世界的地图导入到体系中,如许不只费时,而一嵴用体系很多资源。高精度地图的供给商(图商)除了供给高精度地图外,还会供给一个叫做“地图引擎”的软件。由这个软件卖力全体高精度地图的资源调剂,无人车只必要奉告“地图引擎”如今的大致地位和想要去的地方,“地图引擎”就会将这个过程中所要用到的高精度地图数据发布进去,供无人车应用。数据流如下图所示。

高精度地图的应用必要共同高精度的定位。

高精度定位,至少包含无人车以后的地位和航向角。地位是指无人车GPS天线装配地位地点的经度、纬度、高度;航向角,是指无人车车头的朝向与正北偏向的夹角。

实践上,已知两个点的经纬高,即可计算出两个点的相对地位。那为什么还必要供给精确的航向信息呢?

如下图所示,如果无人车想要实现沿高精度地图车道线直线行驶,在有正确的经纬高和航向角环境下,车道线的一系列点在无人车坐标系下的相对相干如下迹图中黑点)。根据车道线计划进去的轨迹(绿线)是与车道平行的直线。

试想一下,如果这时候航向值变得不准,比如偏了几十度。因为经纬高没有变更,因此车道线上的统统点距离无人车中央的距离是对峙不变的,但这些点会以中央旋转。获得的车道线在无人车坐标系下的相对相干如下图。

根据此车道线计划进去的轨迹,会让无人车认为必必要转一个角度能力实现车道对峙。最终构成的节制结果便是,无人车不停在原地打转。由此可见无人车的航向角是很重要的定位信息。

充足利用高精度地图的感化将对无人驾驶有如下帮助:

晋升无人车的感知能力

比如,在天气优越的环境下,车载传感器可以或许或许检测出车道线、障碍物、路沿、可通行空间等,但对付途径坡度、途径曲率的检测无能为力。这些数据有助于无人车的节制,刚好高精度地图可以或许或许供给。

再比如,当碰到暴雨/大雪/沙尘等恶劣天气,车载传感器很难感知到远处的障碍物、车道线信息。而定位+高精度地图的共同是可以或许或许供给诸如车道线、路沿和可通行空间这些信息的,增长体系的信息冗余。

结合车载传感器信息,晋升定位精度

之前曾介绍过现有的无人车高精度定位在某些环境下也会出现定位不准的环境。因此仅依靠GPS的定位计划靠得住性太差。

的谕用的定位办法是GPS+高精度地图+摄像机(激光雷达等)信息交融的定位办法。先看一个视频,了解一下的谑侨绾谓岷车载传感器信息做定位的。

首先根据GPS的数据(经纬高和航向)确定无人车大致处于哪条途径上,这个地位的可能与真实地位有5~10米的差距。

根据车载传感器检测的车道线(虚、实线)及途径边缘(路沿或护栏)的距离与高精地图供给的车道线及途径边缘做比对,然后修正无人车的横向定位。

根据车载传感器检测到的广告牌、红绿灯、墙上的标志、地上的标志(停止线、箭头等),与高精地图供给的同一途径特征(POI)停止匹配,进而修正纵向定位和航向。在没有检测到任何途径特征的环境下,可以或许颠末过程航位推算停止短光阴的地位推算。

无人车的定位算法通常采纳粒子滤波的办法,必要多个计算周期后,定位结果才会收敛,进而供给一个相对稳固的定位结果。粒子滤波的算法原理我会在随后的系列文章中介绍。

高精度地图的挑衅

挑衅一:高精度地图的众包

高精度地图虽然好用,但目前还无法大规模地临盆,大部分内外业处理还是由人工来实现标注和数据转化。而且仅仅靠地图公司的几十上百辆收集车在途径上收集,很难包管地图数据的实效性,即无法包管地图数据足够“新鲜”。

因此图商都盼望能在量产车的前装摄像头上做文章,让这款摄像头具有L2以上主动驾驶能力外,还可以或许或许将收集图像预处理后的数据传到云端,实现数据的更新。当一个地点的实际环境被足够多的私家车检测到与地图不符时,由图商确认信息后,对地图停止相应的更新。如许一来,地际据迭代地足够快,就能更好地效劳于高精度地图生态和无人车了。

挑衅二:高精度地图的政策

地图政策的这项挑衅仅存在于国内。

高精度地图和国防息息相干,因此高精度地图的收集和应用在国内是遭到严厉限制的。目前我国仅有14家单位具有甲级地图测绘天资,这就意味着,只要这14家图商具有高精度地图收集和应用的权利。无人驾驶初创公司如果想应用高精度地图,要么强依赖这14家图商,要么在司法的红线上做研究。

因为测绘天资政策的存在,我觉得外洋的无人驾驶技术想要染指中国的市场,并不是一件简略的工作。即便是博世这种Tier1中的大佬,没有国内图商的帮助,想要扩大他咱咱们的无人驾驶技术,依然会寸步难行。

结语

在高精度地图领域有一句很有意思的话,叫做Make the invisible visible。这句话可以或许作为本篇分享的总结。

这篇分享的内容基本上涵盖了大部分高精度地图的知识和其在无人车领域的应用。如果你对高精度地图另有什么疑问,可以或许或许在评论区留言互动。


出处:智车科技IV
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