分析高精度道路導(dǎo)航地圖的發(fā)展現(xiàn)狀

高精度道路導(dǎo)航地圖具有更加豐富細(xì)致的道路信息，可以更加精準(zhǔn)地反映道路的真實(shí)情況。與傳統(tǒng)地圖相比，它的圖層數(shù)量更多，圖層內(nèi)容更加精細(xì)，具有新的地圖結(jié)構(gòu)劃分。正是因?yàn)楦呔鹊缆穼?dǎo)航地圖豐富的信息含量，使得它具有龐大的數(shù)據(jù)量，而傳統(tǒng)的集中式大數(shù)據(jù)處理模式無(wú)法滿足它的計(jì)算需求。本文分析了高精度道路導(dǎo)航地圖的發(fā)展現(xiàn)狀：已進(jìn)入高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但發(fā)展過(guò)程中仍面臨著一些需要解決的問(wèn)題。

2015年，奧迪、寶馬、Daimler 聯(lián)合起來(lái)斥資31億美元購(gòu)買諾基亞 Here 地圖，為研發(fā)高精度道路導(dǎo)航地圖做準(zhǔn)備。2011年寶馬的3系 Track Trainer ，2014年奧迪的RS7 都利用高精度道路導(dǎo)航地圖技術(shù)在 Laguna Seca 和 Hockenheim 成功跑完了賽道。

從2016年開(kāi)始，很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)通過(guò)收購(gòu)的方式獲取地圖數(shù)據(jù)資源，然后結(jié)合自身算法、云計(jì)算能力生產(chǎn)高精度道路導(dǎo)航地圖，如Google、Uber、百度、阿里等。

同時(shí)，車企也開(kāi)始依賴第三方地圖服務(wù)，2017 年初，Mobileye 與大眾、寶馬和日產(chǎn)簽署協(xié)議，前者將為三家汽車巨頭提供地圖產(chǎn)品，而汽車廠商將負(fù)責(zé)為 Mobileye 提供更多的地圖數(shù)據(jù)。

基于位置的新型服務(wù)已經(jīng)是大趨勢(shì)。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出的促進(jìn)智能交通發(fā)展的“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通實(shí)施方案已經(jīng)正式發(fā)布。地圖的服務(wù)對(duì)象不再僅僅是人類，而是慢慢向機(jī)器過(guò)渡，這對(duì)地圖的精度、內(nèi)容結(jié)構(gòu)和計(jì)算模式等都提出了新的要求。

高精度道路導(dǎo)航地圖特點(diǎn)

1 地圖精度

普通導(dǎo)航地圖的精度在5 m左右，只描繪道路的位置和形態(tài)。而高精度道路導(dǎo)航地圖的絕對(duì)精度要求優(yōu)于1 m，相對(duì)精度達(dá)到10~20 cm，包含了車道、車道邊界、車道中心線、車道限制信息等非常豐富的信息。

?高精度道路導(dǎo)航地圖

?普通導(dǎo)航地圖

2 地圖內(nèi)容結(jié)構(gòu)

高精度道路導(dǎo)航地圖更加真實(shí)地反映道路的實(shí)際樣式，包含更多的圖層數(shù)量和道路數(shù)據(jù)，圖層描繪也更加細(xì)致。高精度道路導(dǎo)航地圖擁有更加準(zhǔn)確的道路形狀，每個(gè)車道的坡度、曲率、航向、高程等數(shù)據(jù)也被添加進(jìn)來(lái)。

另外，車道之間的車道線情況（虛線、實(shí)線、單線和雙線）、車道線顏色（白色、黃色）、道路隔離帶、隔離帶材質(zhì)、道路箭頭、文字內(nèi)容和所在位置在高精度道路導(dǎo)航地圖中都需要詳盡描述。

3 計(jì)算模式

高精度道路導(dǎo)航地圖的數(shù)據(jù)量是普通地圖的105倍甚至更多，目前以云計(jì)算為核心的集中式大數(shù)據(jù)處理模式不能滿足需求。高精度道路導(dǎo)航地圖的大數(shù)據(jù)處理模式可以采用“眾包+邊緣計(jì)算”的模式。

高精度道路導(dǎo)航地圖結(jié)構(gòu)

道路地圖是對(duì)實(shí)際道路進(jìn)行反映，通過(guò)特定圖 層來(lái)描繪特定類別，然后將圖層疊加進(jìn)行路面表達(dá)。終端上顯示的導(dǎo)航地圖往往由10多層甚至20多層不同分辨率的圖片組成，當(dāng)用戶進(jìn)行縮放時(shí)，程序根據(jù)縮放級(jí)數(shù)，選擇不同分辨率的瓦片圖（用方格來(lái)模擬實(shí)體），拼接成一幅完整的地圖。高精度道路導(dǎo)航地圖也是如此，只是它在普通電子地圖的基礎(chǔ)上包含了更多的圖層數(shù)量，且每一圖層的描繪更加精細(xì)。

高精度道路導(dǎo)航地圖由四個(gè)部分的數(shù)據(jù)構(gòu)成，分別是道路網(wǎng)數(shù)據(jù)、車道網(wǎng)數(shù)據(jù)、安全輔助數(shù)據(jù)和道路交通設(shè)施數(shù)據(jù)。這四類數(shù)據(jù)構(gòu)成的地圖結(jié)構(gòu)內(nèi)容根據(jù)地圖精度不同顯示的內(nèi)容也就不同，以下是其基本結(jié)構(gòu)劃分和顯示內(nèi)容示例。

?地圖結(jié)構(gòu)內(nèi)容劃分示意圖

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道路網(wǎng)主要是由道路基準(zhǔn)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于描述道路的幾何形態(tài)、表達(dá)與道路設(shè)施間的關(guān)系。

?高精度道路導(dǎo)航地圖道路網(wǎng)示意圖

高精度道路導(dǎo)航地圖道路網(wǎng)包括道路基準(zhǔn)線、道路基準(zhǔn)線連接點(diǎn)和路口等圖層。

車道網(wǎng)記錄路網(wǎng)中每個(gè)獨(dú)立車道的相關(guān)屬性，用于車道級(jí)的道路顯示、定位、路徑規(guī)劃和駕駛策略輔助。它包括車道級(jí)道路、車道級(jí)道路連接點(diǎn)、車道級(jí)道路形狀點(diǎn)等圖層。

安全輔助數(shù)據(jù)和道路交通設(shè)施數(shù)據(jù)是對(duì)車道 安全數(shù)據(jù)和車道上的其他交通設(shè)施進(jìn)行描述，用于輔助車道級(jí)定位和顯示，例如曲率、航向、縱橫坡度等。

道路交通設(shè)施數(shù)據(jù)則包括交通標(biāo)識(shí)、路側(cè)設(shè)施和固定地物等信息。

高精度道路導(dǎo)航地圖研究現(xiàn)狀

目前在輔助駕駛系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域使用高精度道路導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)的研究較多。例如根據(jù)高精度道路導(dǎo)航地圖進(jìn)行信息行為和車輛定位的研究，在輔助駕駛和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中使用高精度道路導(dǎo)航地圖信息并在其上進(jìn)行自動(dòng)駕駛車道軌跡引導(dǎo)方法的研究。

而關(guān)于建立高精度道路導(dǎo)航地圖的方法研究也有很多。

通過(guò)配備GPS-RTK的采集車沿特定線路采集數(shù)據(jù)；使用激光雷達(dá)與廣角攝像頭結(jié)合的方法提取道路信息，加上配備高精度全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）則能夠達(dá)到10cm精度，但這種采集方案成本較高。

也有研究者提出使用低成本傳感器創(chuàng)建車道級(jí)地圖的方法，通過(guò)全球定位系統(tǒng)+慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS/INS）緊耦合進(jìn)行定位，從正射影像圖中獲取相關(guān)地圖信息。

應(yīng)用需求分析與建模

高精度道路導(dǎo)航地圖需求模型可劃分為6層。

?高精度道路導(dǎo)航地圖應(yīng)用分析

1“互聯(lián)網(wǎng)+”智能導(dǎo)航

為了提高道路使用效率、緩解擁堵，很多新的交通管理措施不斷被實(shí)施。例如多乘員車道（HOV車道）、潮汐車道等。

HOV車道僅供乘坐至少某一規(guī)定乘客數(shù)的車輛通行。潮汐車道是指可變車道，即某一條車道在不同時(shí)段內(nèi)行駛方向會(huì)發(fā)生變化。

這些新的交通管理方案的實(shí)施主要是通過(guò)車道來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而高精度道路導(dǎo)航地圖可以精準(zhǔn)反映這些信息，為人們提供智能導(dǎo)航服務(wù)。

2“互聯(lián)網(wǎng)+”智能交管

道路交通執(zhí)法管理具有很多難題，尤其是在執(zhí)法取證和事故應(yīng)急處理方面。而高精度道路導(dǎo)航地圖可以提供新的技術(shù)手段來(lái)解決交通執(zhí)法管理中的困難。

交警執(zhí)法領(lǐng)域：車道級(jí)違法行為指移動(dòng)目標(biāo)相對(duì)于地面車道或其他移動(dòng)目標(biāo)而言，相對(duì)位置移動(dòng)在一個(gè)車道級(jí)別內(nèi)的、違反交通法規(guī)的行為，如不按規(guī)定車道行駛等。由于數(shù)據(jù)采集困難和現(xiàn)場(chǎng)還原困難導(dǎo)致這些行為目前難以執(zhí)法取證。而高精度道路導(dǎo)航地圖可以精準(zhǔn)反映車輛行駛在哪一條車道上，因此可以對(duì)車輛是否有車道級(jí)違法行為做出準(zhǔn)確判斷。

保險(xiǎn)理賠領(lǐng)域：高精度道路導(dǎo)航地圖包含豐富細(xì)致的車道信息，因此可以精準(zhǔn)反映車輛的行駛狀態(tài)，并且在地圖上將事故的全過(guò)程進(jìn)行還原，從而可以幫助保險(xiǎn)人員對(duì)事故進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3“互聯(lián)網(wǎng)+”輔助駕駛/無(wú)人駕駛

無(wú)人駕駛領(lǐng)域要求地圖在幾何上具有更細(xì)的粒度，細(xì)致地刻畫道路上每個(gè)車道的詳細(xì)信息。而在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上，也要求準(zhǔn)確表達(dá)車道之間的連接關(guān)系。高精度道路導(dǎo)航地圖包含多個(gè)層次的幾何拓?fù)鋽?shù)據(jù)，可以滿足面向輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的不同層次的運(yùn)用需求。

此外，高精度道路導(dǎo)航地圖還包含動(dòng)態(tài)要素。動(dòng)態(tài)要素包括兩種，一種是半實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)要素，它在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域主要用于進(jìn)行全局的路徑規(guī)劃；另一種是實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)要素，主要指動(dòng)態(tài)障礙物，它主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)局部路徑規(guī)劃。