高精度地图,从入门到入行

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咱们讲讲地图在 ADAS 实现的技术方案以及 ADASIS 的工作原理。

乘着自动驾驶的这股热风,ADAS 概念越来越为人们所熟知,ADAS 产品也越来越普及,车厂与供应商们也都脑洞大开不断研发各种新的 ADAS 产品,提供越来越安全、轻松、环保的驾驶体验。例如:ACC、FCW、LKA、前车灯跟随等等。

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ADAS 的实现离不开车辆上的各种如摄像头和雷达等感知传感器,但无论是多么豪华的传感器都是有其感知的局限性,或者称为感知范围。如果能够让车辆获取到更远地方的数据,那么 ADAS 的功能必然可以得到增强。

如何得到远方的数据呢?

在目前的技术条件下,获取远方数据的方式有很多,比如 V2X 技术,通过前方车辆或道路两旁的 V2X 设备想车辆发送路况信息;

又或者通过云技术也可以实现,从云端下发车辆收集的道路信息。但是这些方式都存在建设成本相对较高、建设周期长的问题。

这时候地图被人们发掘出来,经过导航软件的普及欧美、日本、中国的电子地图实际上基本比较成熟,由于 ADAS 对地图的精度要求不是很高,和普通的导航电子地图精度要求差不多,只不过需要追加一些 ADAS 属性,比如曲率、坡度、Heading Angle、更加精确的车道数量等属性,制作成本相对不高。地图在 ADAS 系统中是作为一种特殊的传感器融入系统的 ( Map Sensor ) ,提供道路先验知识。

目前应用比较成功的宝马 ASR ( Adaptive Speed Recommendation ) ,ASR 在减速的区域,会提前 50-300 米提醒用户减速,提前提醒的距离会依据目前车速、汽车刹车速度及司机反映时间。 在有转弯 ( curve ) 的路段,要考虑路宽、车道数目、整个路况等,ASR 会综合以上因素计算合理的汽车速度。

ADAS 系统包括感知系统、通信系统、决策系统和控制系统,地图信息如何在车辆的各个子系统中传输。为了消除各图商、ADAS 零部件供应商之间协议的差异,并且更有利于 ADAS 地图的推广。图商、车厂、ADAS 零部件供应商联合起来成立了 ADASIS Forum 制定地图与 ADAS 系统之间的通信协议,也就是 ADASIS。

ADASIS 全称 Advanced Driver Assistance Systems Interface Specifications,即是 ADAS 的接口说明。ADASIS 定义了地图在 ADAS 中的数据模型及传输方式,以 CAN 作为传输的通道。现在 DASIS Forum 被划入 ERTICO ( ITS Europe,欧洲的智能交通组织 ) 。

目前 ADASIS 已经发布了 v1 和 v2 版本。

在 ADASIS v1 中,系统会根据车辆当前位置以及最终目的地,提取所有的路径规划方案,将其中最为优先的路径称为最可能路径,而其他方案为备份方案。所有的方案都会被提取并进行重构,并最终给出选择哪条路径以及如何驾驶通过的建议,传递到不同的 ADAS 系统中,导致系统中传递的数据量过大,并没有真正被车厂量产,相反,越来越多的企业摈弃 v1 而推出了自己的通信方案。v1 并不是一个成熟的协议,但验证了技术可行性。

由于 ADASIS v1 的不成熟严重影响了 ADASIS 的推行。所以 ADASIS Forum 开始讨论为什么其他企业不愿意使用 ADASIS v1。最终,在排除企业内部因素之外,分析出这些企业不愿意使用 v1 的最主要原因在于标准过于复杂。复杂的通讯协议以及要求传输的数据过多,会让开发者在数据提取单元与重构单元上花费大量的时间与成本,尤其是在量产车型上,这显然是不被车厂接受的。因而,ADASIS Forum 着手准备 ADASIS v2 ( 第二版 ADASIS ) ,着重在降低系统占用的 CAN 总线资源,以及使用最小原则提取并重构数据。目前 ADASIS v2 已经被多家车厂采用。

宏观上 ADASIS v2 结构中包含以下几个部分:

ADAS Horizion Provider:地图信息提供者,负责数据组织与发送

ADAS Protocol:ADASIS 协议

ADAS Application ( ADAS Horizion Reconstructor ) :ADAS 应用,负责数据接收与解析及数据的使用。

CAN Bus 作为信息传送的通道

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在 ADASIS v2 中,传输依照单路径 ( Path ) 概念。也就是传递数据的时候只选择最有可能行驶的一条路径 ( 实际上是地图上规划出来的路径 ) ,对于可能存在的备选路径,则以路径中的交叉路口 ( stub ) 来表示。每个交叉路口之间的路径称之为路段,路段被视为构成路径的基本单元,以每一个路段为单位,再进行数据的分析与利用。

ADASIS v2 Data Model

路段上属性则通过 Profile 和 Segment 来描述。Segment 描述路段大部分相同的属性,Profile 则描述剩余的属性,同时对属性数据进行压缩。另外传输数据时也不是每次发送所有数据,而是查询到数据变更或有新的数据才发送。这种数据组织与发送的方式去掉了大量冗余数据,减轻了通信负荷。

最后还有 Position 用来实时描述当前位置。

ADAS Horizion Provider 遵循 ADASIS 协议将以上信息发送到 CAN 总线上。ADAS Application ( ADAS Horizion Reconstructor ) 选择性的从 CAN 总线上获取自己有用的信息,重构地图,完成自己的应用。这样一来,ADAS 地图数据可以有效的传输到使用端,并且车辆改造最小,对 CAN 总线的影响也最小,最重要的是一切都是符合车规要求。

不过,随着地图数据量的丰富,尤其进入到高精度地图时代,以及今后 ADAS 或自动驾驶的需要,都会对传输的数据量和传输频率提出更高要求,这时 ADASIS v2 也显现出他的不足。好在 ADASIS Forum 也在研究 ADASIS v3,以及基于车身以太网的传输方式,所以对于未来的实现方式,我们拭目以待。

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