高清地图：为自动驾驶汽车提供动力的新时代地图

专为自动驾驶而构建的地图通常称之为高精地图（High Definition Maps），这些地图在厘米级别,一般具有极高的精度，阅读本文将了解有关高精地图的一些基本内容。你将了解到高精地图的定义，为什么自动驾驶需要高精地图，如何制作高精地图，高精地图如何存储，等等基本问题，对高精地图有着全面且基础的认识。

什么是高清地图？

高精地图是指就是精度更高的，数据维度更多的电子地图，精度高一般是指在厘米级别，数据维度更多是指与一般的电子地图相比，不仅仅有道路信息之外，并且包含了与交通有关的周围的静态信息.

为什么自动驾驶需要如此精确的地图形式呢？在大多数情况下，自动驾驶对错误的容忍度可能较高，但是在某些情况下，在通往某一地方的道路上行驶时，一侧实际上是悬崖，自动驾驶在那里是没有错误的余地的，因此我们认为地图必须是非常精确的，并包含更多的环境信息，这些地图不仅包含了车道的位置，道路的边界的位置，并且还希望知道边界曲线的位置以及高度等等。

为什么需要高清地图？

导航设备和手机中使用的数字地图显然已经不能满足自动驾驶的需求了，因为这些地图很简单，主要给人类使用，这些手机中使用的地图在导航时可以理解简单的指令，在这个自动驾驶的时代，机器和机器人需要在道路上做出决策，因此需要专门为机器人系统构建的一套新的地图。

尽管机器人有能力做一些比人类更高效的事情，但是人类仍然要聪明的很多，在驾驶和导航方面，实时的决策能力是人类独特的优势，例如人类在面临十字路口的突发事件做出的决策对于机器人来说是十分困难的。那么有了高精地图就可以根据厘米级别的定位，可以帮助车辆做出更好的决策

如何制作高清地图？

制作具有高精地图是一件复杂且需要工的工作，既有硬件组件也有软件组件。硬件组件通常是指在车顶周围有很多传感器。这些传感器对于地图创建和地图更新非常有用。比如：摄像头，LiDAR，GPS，IMU和雷达等传感器组合在一起。这些传感器通常还帮助在无传感器的情况下为自动驾驶汽车提供冗余信息。

当需要自动驾驶汽车精确定位时，诸如摄像头之类的视觉传感器通常会受到限制。而LiDAR传感器在这里精确测量3D空间中的深度或距离。因此，LiDAR和摄像头通常可以协同工作，每秒运行快速运行多次。如果汽车通常以70英里/小时的速度行驶，则传感器也以这种高速收集大量数据。在这种情况下，汽车将同时使用和创建地图。

另一部分是软件。软件部分要为硬件提供数据的收集和记录，并且数据信息一般是可共享。

先进的传感器使自动驾驶汽车更高效的使用传感器的组合，有助于捕获创建高清地图所需的数据。传感器的主要类型包括摄像机，远程雷达，中短距离LiDAR和超声波。

高清地图组成？

根据Lyft的说法，高清地图分为五层。它们是基本图（标准定义图），几何图，语义图，图先验图和实时知识

几何地图由原始传感器数据组成，这些原始传感器数据由激光雷达，各种相机，GPS和IMU的原始传感器数据收集而来。输出是一个密集的3D点云，并且此数据经过后处理以生成存储在几何图中的派生地图对象。

语义地图层通过添加语义对象而建立在几何地图层上。语义对象可以是2D或3D，例如用于安全行驶的车道边界，交叉路口，停车位，停车标志，交通信号灯等。这些对象包含丰富的信息，例如交通速度，车道变更限制等。

地图先验层包含动态信息和人类行为数据。例如交通信号灯的变化顺序，典型一天中信号灯的平均等待时间，停车场上车辆的概率，停车场上车辆的平均速度等。自治算法通常会消耗这些先验信息。模型作为输入或功能，并与其他实时信息结合。

实时知识层是地图中最顶层，可以动态更新，其中包含实时交通信息。该数据还可以在自动驾驶车队之间实时共享。

高清地图在自动驾驶中的意义是什么？

从高度上讲，运行自动驾驶汽车的软件包括包含四个组件或者说是模块.

第一部分是感知系统；你可以将其视为人类的眼睛。它试图查看汽车行驶的道路上的东西，例如，看到有人横过马路，看到信号从红色变为绿色等等，

另一部分称为定位模块：定位模块会告诉汽车您在3D空间中的位置以及周围的实际情况。例如，系统说您距人行道150厘米，此时，“规划与控制”模块将启动并说：

“好吧，我要减速，然后在下一个交叉路口停下来。”

然后第四个组件是mapping组件，您可以想象mapping系统在三个组件之上，如前所述。地图和定位紧密地结合在一起，不断地比较您在地图上的位置。它需要知道应该在哪个位置中并告诉区别。比如，如果我知道应该有一个十字路口和一个人行横道，并且看到一个移动的物体横穿它，那可能是行人。

创建高清地图需要几辆车？

一辆汽车无法真正绘制整个世界的地图。问题不仅在于如何创建地图，还在于如何维护地图以反映道路上的变化。为此，多辆汽车需要在同一条道路上行驶，并且这些数据将从多辆汽车上的多个驱动器汇总而来。您在道路上拥有的汽车数量越多，收集到的数据就越多，高清地图的质量就越高。

创建高清地图所产生的成本是一个巨大的挑战，因为我们无法通过蜂窝网络发送大量数据。解决此挑战的方法是将实时共享的信息与不需要实时共享的信息进行分类。因此，真正影响驾驶行为的事物需要与其他可能受到影响的汽车共享和分发，例如已知的道路事故，雨季的山体滑坡，正在进行的道路建设等。

HD地图如何存储？

现在正在收集大量数据，并且一旦我们在路上有更多的自动驾驶汽车，将来还会收集更多数据。这里就是云计算的用武之地，并且99％的计算都在此完成。

但是，每辆汽车将继续拥有自己的存储单元或存储，人们称之为边缘计算。因此，每辆汽车都将拥有自己的存储和计算能力，因此每辆汽车都可以独立做出自己的决定，即使它处于脱机状态也应该可以正常运行。在那种情况下，地图每秒都会被其他软件堆栈（例如感知系统，计划和控制系统）连续调用多次。变更检测模块需要启动以检查与系统已存在的地图看起来有什么不同，并确定是实时分发或将其发送到边缘计算过程的真正重要变更，然后激活主动的数据收集过程并在云中共享该数据。

HD地图的法律问题是什么？

地图始终具有土地法律的问题，地名问题，法律问题，可以显示哪里的地图，不可以显示哪里的地图等等。尽管数字地图如今已广泛使用，但世界上仍有一些国家对其地理空间数据进行严格监管，甚至禁止导出地理空间数据。

对于高清地图，这将是一个巨大的挑战，因为政府法规尚不明确。由于汽车具有高分辨率的LiDAR，然后摄像头不断扫描街道并看到私人车道等区域，因此会有各种敏感度。因此，能够保护人们的隐私并遵守政府的法规从安全角度考虑，并确保对数据进行充分的加密，以确保不会意外泄漏，这是需要解决的一些关键领域。在某些国家/地区，政府现在开始活跃起来，在这方面既要保护隐私方面，又要推进自动驾驶技术。尘埃落定还需要几年的时间，我们看到技术和政策立场将采取行动。

为什么说高清地图时代的地图正在爆炸？

这些年来，我们倾向于尽可能简化地图。到地理边界，到海洋，再到道路。但是现在地图正在爆炸性的朝着不同的方向发展，并且减少了使用和创建地图之间的实际时差，汽车将具有共享信息的能力，这在以前的地图情况下是不可能的。有了连续采集高精地图的功能，地图绘制现在将变得更有生机。

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排版：particle 供稿：being_young博客

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