何时能到Level,高精地图在无人驾驶领域的作用及现状解析

原标题:硅谷投资人齐蕾:自动驾驶商用年之际,为什么高清地图尤为重要?

高精地图作为无人驾驶领域的稀缺资源以及刚需,在整个领域扮演着核心角色,可以帮助汽车预先感知路面复杂信息,如坡度、曲率、航向等,结合智能路径规划,让汽车做出正确决策。

自动驾驶什么时候上路?目前还处于什么位置?什么时候实现全自动驾驶?

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本文由浩数资本整理编写完成,并引用了部分券商研报,文末可查看资料来源。

先来一张各大车企自动驾驶技术的分级图,大致了解一下目前已经量产的自动驾驶技术哪家强

图片来源:视觉中国

1 高精地图在无人驾驶领域的作用

奔驰:这儿有点挤啊…

钛媒体注:“我个人不认为技术在未来的5年可以直接通过车厂把自动驾驶的车卖给消费者,但更可行的方式是说,要么是车厂自己组织自己的车队,要么跟车厂的管理者一起合作运行这种B2B自动驾驶车队。”

在7月28日,由钛媒体集团举办的“钛媒体 2018T-EDGE 科技生活节”中,Emerge
Venture
Partners管理合伙人齐蕾表示她认为2018年是自动驾驶商业元年、落地年和生死年。

而在我们踏入自动驾驶商用年之际,齐蕾认为目前导航设备及手机中搭载的电子地图并不能很好地应用于自动驾驶技术中。这时,专为满足行业需求的高清地图变得愈发重要了起来。

跟人类驾驶员的驾驶过程一样,自动驾驶也需要经过感知、高精定位、决策、控制四个步骤。人类的感知通过眼睛、耳朵,自动驾驶则通过激光雷达、毫米波雷达、摄像头、惯导系统等传感器。接着是高精定位,人通过将看到听到的环境信息与记忆中的信息对比,判断出自己的位置和方向,自动驾驶则需要将传感器搜集的信息跟储存的高精地图对比,判断位置和方向。最后人类驾驶员思考判断后操控汽车开向目的地。自动驾驶通过人工智能算法决策做出车道及路径规划,给制动、转向、加速等控制器下达指令,控制车辆开往目的地。在自动驾驶过程中,高精地度起到了高精度定位、辅助环境感知、规划与决策等功能。

沃尔沃:隔壁那位兄弟,你踩着我脚了…

导航设备及手机中搭载的谷歌地图或者Waze这样的电子地图,基本上都是为了人类而设计的。在自动驾驶时代,机器和机器人需要在汽车飞驰的道路上做出重要的驾驶决策。

高精度定位:把自动驾驶汽车上传感器感知到的环境信息与高精地图对比,得到车辆在地图中的精确位置,这是路径规划与决策的前提。

特斯拉:唉,无敌是多么寂寞

正是因此,我们需要一系列专门为机器设计的全新地图——能够以3D的形式展现出自动驾驶汽车周围的环境,并且不断地更新、具有厘米级别的精确度。

辅助环境感知:在高精地图上标注详细道路信息,辅助汽车在感知过程中进行验证。比如车辆传感器感知到前方道路上的坑洼,可以在跟高精地图中数据对比,如果地图中也标记了同样的坑洼,就能起到验证判断的作用。

奥迪:Tesla,你对力量一无所知

在我们踏入自动驾驶商用年之际,高清晰度地图(HD Map)变得愈发重要了起来。

规划决策则:是利用云平台了解传感器感知不到区域的路况信息,提前避让。

自动驾驶从L2到L5是一个相对漫长的过程,现已发布的量产车型中有处于L3的奥迪A8、处于L2.5的Tesla、还有处于L2的凯迪拉克CT6等。

高清地图专门为自动驾驶的行业需求而制作,它们能在3D场景中展现现实中的道路状况。它们能够提供厘米级别的精确度,除了汽车的传感器之外,它也能用于预测路上行人及汽车的动作。它们还能提供更多粒度级别的丰富信息,比如车道相关信息、交通标识、交通信号灯、交通限行信息等等,保证最高的鲁棒性。

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那么每一级别之间具体的区别和需要克服的难点到底又有哪些?那就一级一级细细道来。

这类高清地图能够给定位、感知、规划、控制提供关键信息。

2 高精地图与普通导航地图的区别

按照国际惯例,谈论自动驾驶级别时必须上一张SAE的分级图。

举个例子,在地标和联通性上的一点小的改动,都可能带来一个错误的路线决策。我们需要一个集合了各种不同传感器的组合来保证一个鲁棒的系统,避免由于某类传感器失效而影响最终的决策,比如摄像头、激光雷达、GPS、IMU以及各种雷达。

高精地图与现在常见的导航地图相比有很大不同,主要体现在使用者不同、用途不同、所属系统不同、要素和属性不同。导航地图的使用者是人,用于导航、搜索。而高精地图的使用者是计算机,用于高精度定位、辅助环境感知、规划与决策。因此导航地图在车内属于车载信息娱乐系统,带显示屏,而高精地图属于车载安全系统,不需要屏幕。要素跟属性方面,导航地图仅包含简单道路线条、信息点、行政区划边界,而高精地图包含详细道路模型,包括车道模型、道路部件、道路属性和其他的定位图层。

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另外,信息的共享及不断的更新也让我们能拥有一个鲁棒的分布式系统。当搭载了适合的设备后,不同的自动驾驶汽车可以共享高清地图——毕竟,指望一辆车来绘制整个世界的高清地图也是不现实的。

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下面我用给大家解释一下

我们需要在同一条道路上行驶的不同自动驾驶汽车,然后再将不同汽车上不同行驶时段的信息聚合起来。越多自动驾驶汽车在路上行驶,就能收集更多的信息,最终也就能带来更高质量的高清地图。

(资料来源:高德,中信建投证券研究发展部)

各个级别到底代表着什么样的技术

高清地图解决方案上的变化检测模组让机器能够找到每一次的信息里,有哪些跟系统现有信息不同的部分,并且判断这是不是一个重要的改变,是否需要实时地发布更新,或者把它推送到边缘计算程序,并启动主动数据收集程序,在云端分享数据。

高精地图分为两个层级,最底层的是静态高精地图,上层是动态高精地图。

哪些指标能立刻区分汽车属于哪个Level

自动驾驶汽车主要需要四大部分:

静态高精地图中包含了车道模型、道路部件、道路属性和其他的定位图层,这是现阶段图商重点在做的。首先高精地图要满足车道级的自动驾驶导航,因此需要包含道路细节信息,如车道线、车道中心线、车道属性变化等,比如能让汽车知道哪些区域是虚线能够变道。此外车道模型中还需要包含道路的曲率、坡度、航向、横坡等数学参数,好让车辆能够准确的转向、制动、爬坡等。这些信息构成了车道模型。还需要包含交通标志牌、路面标志等道路部件,还要标注出特殊的点如
GPS 消失的区域、道路施工状态等。

为什么Level越高,对技术的要求越高

  • 高清地图:它能告诉自动驾驶汽车,怎么从A点到B点、目的地应当有什么地标、驾驶时应该遵循什么规则
  • 定位:通过它来确认我在哪?我身边有什么?
  • 感知:现在我能看见什么?
  • 规划及控制:我应该做些什么?

高精地图由静态地图和动态地图组成

SAE Level 0:No Automation

传统的高清地图提供商一般来说都是靠专门的测量车队来完成地图的测绘。这不仅需要专门的司机,而且由于花费甚巨,很难规模化。

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准确来说,现在我们已经很难看到 Level 0
的汽车了。要么早已报废,要么法规都禁止其上路了。无自动化意味着诸如ABS这种现在看来最基本的配置都没有。极端一点,你可以认为Level
0的车就是四个轮子加一个沙发。

在自动驾驶高清地图的新时代,测绘会变成一个更加“有机”的过程——所有的自动驾驶汽车其实是在使用高清地图的同时,创造高清地图。

(资料来源:高德,中信建投证券研究发展部)

SAE Level 1:Driver Assistance

一个能够大范围部署的高清地图需要满足这四个要求:

静态高精地图包含的属性

生活中常见的车基本都属于Level 1。Level 1
称为驾驶员辅助系统,所有在驾驶员行驶过程中,对行车状态有干预的功能都叫驾驶员辅助,都属于Level
1。

  1. 可规模化;
  2. 持续更新;
  3. 鲁棒性很高、很准确;
  4. (最初时刻)高度可定制化。

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比如最基本的ABS,以及在ABS基础上升级而来的ESP,还有高速路段常用的定速巡航、ACC自适应巡航功能及LKA车道保持辅助。

现有的为了L4、L5级别的自动驾驶准备的产品大部分都来自一些有悠久历史的地图供应商,比如TomTom和HERE。他们用的都是传统的测绘车队。假如马上需要上路的话,他们提供的服务及产品可以说是挺合适的,毕竟他们有迄今为止最广泛的地图覆盖范围。

(资料来源:中信建投证券研究发展部)

大家买车时,在底盘功能介绍中看到的各种英文缩写,或多或少都是属于SAE
规定的Level 1。

不过,最大的问题在于,他们的地图很难维护,而且也无法满足经常更新的要求。

高精地图包含曲率、坡度、航向、横坡等数学属性

SAE Level 2:Partial Automation

好几个像MobileEye这样以摄像头为主打的自动驾驶公司号称他们也能提供高清地图。

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Level 2和Level 1最明显的区别是系统能否同时在车辆横向和纵向上进行控制。

不过它们大部分都指的是L3级别的高清地图,大部分都是高速公路上。而L4、L5级别的自动驾驶汽车需要根据它们不同传感器(主要是激光雷达、雷达和摄像头)的配置来建造它们自己的高清地图。

(资料来源:高德,中信建投证券研究发展部)

如果一个车辆能同时做到ACC+LKA(自适应巡航+车道保持辅助),那么这辆车就跨进了Level
2的门槛。2018款的凯迪拉克CT6拥有的半自动驾驶系统“Super
Cruise”就是典型的Level 2级别。

不过在我看来,在规模化之后,自动驾驶汽车上这样的高清地图应该会变得非常常见,就像现在汽车或手机上的地图一样。

在静态高精地图之上,还需要增加动态高精地图,比如道路拥堵情况、施工情况、是否有交通事故、交通管制情况、天气情况等动态交通信息。由于路网每天都有变化,如整修、道路标识线磨损及重漆、交通标示改变等。这些变化需要及时反映在高精地图上以确保无人车行驶安全。实时高精地图有很高的难度,但随着越来越多载有多种传感器的无人车行驶在路网中,一旦有一辆或几辆无人车发现了路网的变化,通过与云端通信,就可以把路网更新信息告诉其他无人车,使其他无人车更加聪明和安全。

视频中可以看到,该车并不具备主动超车的功能。即目前的Super
Cruise仅能实现单一车道内的加减速。

它们还需要支持实时更新——每当有新的信息在地图上出现时,它们需要实时、持续地分享它们对周围环境的理解。另一方面,当自动驾驶汽车能够收集大量数据后,也能够让我们更多地获取分析结果及智能化的解读。

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再来说说自动驾驶话题下不得不提的特斯拉。正如我在《互联网公司和汽车企业都在开发自动驾驶,你更看好谁?》中提到的那样,特斯拉过度夸大了他们系统所具备的能力。

虽然美国在自动驾驶及高清地图技术方面处于领先地位,中国仍有在L4级别的自动驾驶商用创新及市场部署上引领全球的机会。这其中,有六个主要因素:

3 高精地图等商业模式

为什么称 Tesla 目前的 AutoPilot 为 Level 2.5?

1、在中国政府的行业政策下,自动驾驶具有国家战略性意义;

转变交付模式,图商转型服务商

因为特斯拉具备换道功能。驾驶员在确保安全的情况下,拨动转向灯杆,车辆即可依据该信号实现换道。也就是说,特斯拉的换道操作并不是全自动的,而是把这一块对环境感知的需求交给了人。特斯拉收到变道信号后会由车判断是否可安全变道后才会执行。比如前后车距离太近、实线都不会变道的。

2、在中国,由于数据保密,一些自动驾驶行业的核心技术会限制某些外国玩家的垄断性地位,比如自动驾驶软件系统及高清地图;

动态地图需要实时更新,这使得图商传统的销售离线的 license
的商业模式开始出现转变。为了满足高精地图的实时更新,需要多级采集体系,采用自由采集体系、行业采集体系、社会采集体系多方融合的方式来完成。

难点:Level 1 ~ Level 2

3、从执行速度上来看,汽车相关的政策法规更新可能会比其他国家更快:当地政府同意进行公共道路测试:百度在乌镇,景驰在安庆(2018)、约15家自动驾驶企业能够在半开放道路上测试;

自由专业采集体系是图商自己的高精专业采集车、全景 ADAS
采集车上路采集,方法跟第一步静态高精地图的生产一样。其次是行业采集生态,如物流车、出租车等车辆上的
GPS
、摄像头等传感器能传回实时的道路轨迹和路况信息,这也是现在导航地图中采集交通动态信息的方法之一。

1.汽车横向控制和纵向控制配合的舒适性

4、当地政府对自动驾驶企业的大力支持;

众包模式,特别是UGC
模式的重要性在未来将不断提高。在自动驾驶时代,每辆车上的激光雷达、摄像头等传感器都在实时采集道路信息,这些采集的信息上传云平台后进行数据处理,通过激光点云识别技术、运用深度学习方法的图像识别技术以及大数据的处理能力实现自动化验证及人机交互式验证实现动态高精地图的实时更新。

单独的横向控制或纵向控制技术已经十分成熟,那么两者同时控制时,如何将舒适性做到最优,这就是当前遇到的挑战。

5、中国的OEM厂商有很清晰的自动驾驶商业化计划,并且非常愿意合作共赢;

高精地图需要实时更新的特性打破了过去图商只是向主机厂或者车载信息娱乐企业销售
License
的商业模式,开始向地理信息数据服务商转型。而且重要性也大幅上升,传统汽车中,导航地图只是车主选配的功能。在自动驾驶汽车里,高精地图是不可或缺的核心部件。图商在产业链中的角色正在逐渐从传统汽车时代的供应商转变为自动驾驶时代的重要参与者、合作者、服务商。当然图商的商业模式在从
license 向service
的转型过程中还有很多问题需要克服。比如如果汽车的交付模式没有变,依然是主机厂通过
4S 店将车辆销售给客户的钱货两清模式,那么后续地图服务的费用该如何收取。

2.通知驾驶员接管车辆的时机选择

6、中国人工智能和自动驾驶人才辈出。仅在IJCAI-2018(全世界最大的人工智能大会)上,46%被接受的论文来自于中国。

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Level
2的系统并不具备较高级别的自动驾驶功能,需要驾驶员实时监控并做好接管的准备。如何以最友好的和最恰当的交互方式通知驾驶员接管车辆,而不影响到驾驶员的心情,需要人机交互攻城狮费尽心思。

【钛媒体作者介绍:齐蕾,Emerge Venture Partners管理合伙人、Alliance
Ventures全球投资主管,关注中美汽车产业投资。她参与并投资了共享租车公司Getaround、人工智能公司Vicarious、高精度地图公司Deepmap、自动驾驶公司Tron.ai、新能源公司Gur
Energy Lab等知名创新企业。】返回搜狐,查看更多

(资料来源:高德,中信建投证券研究发展部)

SAE Level 3:Conditional Automation

责任编辑:

转变合作模式,高精地图向 C 端延伸

有条件自动驾驶是指在某些特定场景下进行自动驾驶。比如全新奥迪A8在他们的宣传视频中就限定了十分常见的场景——堵车,该功能叫作Traffic
Jam Pilot,功能描述如下:

除了向车厂或者自动驾驶出行服务商提供地理信息数据服务这种 B
端的业务,高精地图也会向 C 端延伸。

当车速小于或等于60公里/小时,用户可以启动道路拥堵状况下的自动驾驶功能。在当地法律允许的情况下,车辆会完全接管驾驶任务,直到系统通知用户再次接管。这也是目前在全球范围内,在实现量产的车型中拥有的最高级别的自动驾驶能力。

因为地图是用户获取信息的核心入口之一,特别是在自动驾驶这种场景下,乘客通过车载地图搜索周边的商店、酒店、电影院等,选为目的地后让车辆自动行驶过去。甚至可以直接在地图上查看商店的评价,并下单支付,实现流量的多途径变现,从而将现在移动互联网的生态完美的移植到自动驾驶时代。

仔细想想,这些功能特斯拉通过升级软件也能实现,为什么只有Audi
A8敢宣称自己达到 L3 呢?

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