高精地图制图

安全移动、环保节能一直是人们对交通社会的理想，从上世纪90年代开始，汽车企业不断发展，包括倒车雷达、360度成像、车道偏离提示以及ACC定速巡航等功能，最终的技术形态就是自动驾驶。

 

根据SAE International（国际自动机工程师学会，原美国汽车工程师学会）的分级方法，将自动驾驶分成了5级。

 

到了L3及其以上级别，自动驾驶汽车需要自动感知检测道路环境，决策控制车辆。这就需要有高精地图的支持了，在传感器在检测到道路上有多少条车道、车道方向、红绿灯变化等相关信息后，然后对比高精地图，便可清晰地判断车辆所处的位置。

 

高精地图市场方兴未艾

 

 

根据高盛对全球高精地图市场的预判，到2020年该市场将达到21亿美元；到2025年，市场规模会扩大到94亿美元。因此，未来15年高精地图行业将进入黄金发展期。

 

假设仅通过向车厂(或出行运营商)按年收取服务费，2017年国内汽车保有量是2.17亿辆,按每辆车每年收100元服务费,市场规模超过200亿元。

 

正是由于该行业有着广阔的发展前景，无论是车企还是传统图商、科技公司都不想错失这一难得的机会。老牌图商纷纷拓展自身的业务范围，涉足高精地图领域，还有众多初创企业应运而生。

 

Here 、TomTom 、Waymo、高德、四维图新等国内外老牌图商都在着力开拓高精地图市场；如DeepMap、CivilMaps、lvl 5等初创企业也开始向高精度地图进军；滴滴、Uber这样的出行服务商也开始利用车队优势抢滩高精地图。

 

 

车企、零部件巨头和科技巨头们也通过收购等方式入局，比如奥迪、宝马、戴姆勒三大车企联合收购Here，后又引入了 Intel 、博世、大陆等企业的投资；上汽除了入股武汉光庭，增资控股中海庭，还投资国外高精度地图初创企业Civil Maps、Deepmap，同时还和Mobileye开展特征地图REM的技术合作。

 

百度2013年开始研发高精地图，还与国际地图厂商TomTom联合开发，后收购长地万方；阿里巴巴2014年收购高德地图，还曾投资易图通；腾讯2014年收购四维图新的股份并投资了导航测绘企业科菱航睿。

 

此外，国内近两三年出现了一批高精地图初创企业，如宽凳科技、Momenta、Wayz.ai、极奥等，并均获得了大笔资金注入。

 

高精地图能干什么

 

 

高精地图英文名HD Map(High Definition Map)，是一种具备高定位精度、能实时更行数据的地图。

 

高精地图所含有的道路交通信息元素更加丰富和细致，包含准确的道路形状和每个车道的坡度、曲率、高程，侧倾的数据。每条车道和车道之间的车道线，是虚线、实线还是双黄线，线的颜色，道路的限高、隔离带、隔离带的材质甚至道路上的箭头、文字的内容，所在位置都会有描述。

 

高精地图可以为自动驾驶汽车提供精确的定位信息和丰富的道路元素数据信息，提供每条车道厘米级精度三维几何信息和属性，精确规划行驶路线；在摄像头看不清或雷达检测不到的地方，及时反馈数据；并能精确识别交通标志、标线等上百种目标。

 

高精地图定位的绝对精度误差值可控制在一米范围内，相对位置精度误差值可控制在15厘米左右，更新频率在日、小时甚至分钟级别。

 

自动驾驶的核心为感知、决策和控制，高精地图既是感知系统里的一部分，又是决策体系里重要软件模块，服务于智能驾驶决策控制器，是决策重要一环。

 

 

可以说，高精地图是自动驾驶中的必需品，是车联网的核心，上接汽车、车载设备制造商，下接内容/服务提供商，拥有巨大的增值空间。

 

传统导航地图可以提供的位置服务（LBS，Location Based Services），我们平时用的导航、周边商业服务等都是基于位置服务，高精度地图也是一样，最重要的也是提供“高精度地图服务”， 为自动驾驶汽车指引方向，帮助自动驾驶汽车认知周边，进行决策。

 

可以说，自动驾驶是未来高精度地图的首个完整落地场景，但高精度地图的服务对象，可绝对不止自动驾驶汽车，还有物流行业、智慧城市、共享出行等等。

 

BBA收购Here， Google收购Waze，软银愿景基金投资MapBox，百度收购长地万方，阿里巴巴收购高德，腾讯收购科菱航睿、入股四维图新，上汽集团收购中海庭，巨头们之所以进军地图领域，可不是仅仅要获得一套高精地图，而更看重的是地图带来的各式各样的服务，以及服务带来的巨大利益。

 

对于致力于高精地图的公司，由于公司的目标不同，发展方向也不一样。比如高德、Carmera、lvl 5则更偏向高精度地图产品；CivilMaps、Ushr、Deepmotion等更注重绘制3D高精地图的硬件和配套软件系统； DeepMap等企业，做的是一站式制图外包服务商。

 

高精地图与众包

 

 

高精地图分静态地图、动态地图，拥堵、交通事故、天气等很多动态信息可以通过众包车辆来获取。语义地图和特征地图也可通过多视几何、摄影测量、深度强化学习以及云雾计算等方式来生成。大量数据共享、挖掘、分析和融合也可以用来提升地图的精度和可信度。

 

前不久，亿欧网曾对目前较著名的15家高精地图厂商进行盘点，从采集模式来看，2/3的企业采用的是众包制图模式，众包可以说已经是高精地图行业的一个趋势。

 

 

只有TomTom、百度地图、高德地图等5家企业使用集中制图的方式来绘制高精地图，这些企业多是传统图商，且多有科技巨头背景。

 

这些传统图商通常具有深厚的地图行业功底和经验，对行业标准跟踪及时，理解透彻；具有架构有完整的规模化组织，具备测绘资质。它们完整的地图生产体系和质量控制能力；会采用成熟的技术生产高精地图，可控性高。

 

而那些高精地图新势力，大多采用低成本众包的方式进行地图数据采集，它们擅长使用摄像头、雷达等传感器技术，基于图像的识别能力相对突出，擅长从图像中提取高精地图要素，并利用人工智能技术加以合成。

 

集中制图和众包制图并不是完全对立割裂的。老牌地图公司拥有多年的地图采集经验和生产技术，一般都具备集中制图和众包制图的双重能力，它们一般会将众包制图作为高精地图动态数据部分的补充。

 

 

高德汽车事业部总裁韦东向汽车商业评论介绍，高德为自动驾驶提供的高精地图解决方案是一个完整体系，包括了地图及定位系统、云服务、车辆控制系统、车载硬件甚至车载信息娱乐系统之间的多向交互。

 

 

高德高精地图数据不受天气、光线探测距离等因素的影响，可以突破常规传感器有效距离达到超视距感知。同时，高精地图还借助汽车传感器识别各类静态地物，然后将这些物体与高精地图上记录的物体进行比对，从而确定车辆在道路上的精确位置和姿态。

 

 

高德高精地图的基础部分采集主要是由专业采集设备完成的，一套采集设备成本高达800万元，配备两个高频单线激光雷达、6个工业级摄像头、一个GNSS天线以及IMU等设备，是目前国内精度最高的高精地图采集设备，相对精度在10厘米之内。

 

 

公司还和精准位置服务商千寻位置合作，提供“高精度地图+高精度定位”综合解决方案。采集的数据经过千寻等优质的差分资源解算，生成3D激光点云；再经过自动化辅以人工生产和质量控制，最终生成的高精地图，包含车道模型（车道、车道连接关系，车道和道路属性），以及定位用的各种静态物体（路牌、杆状物、地面标识、桥、龙门架等）。

 

 

高德2014年正式开始面向商业化量产的高精度地图开发，既拥有专业采集队伍，也拥有UGC、来自政府的数据、来自行业的数据，已经实现了由专业采集车辆、行业车辆和公众车辆组成的多级采集系统。通过智能云调度，其地图能够实现快速适宜的采集车辆组合、调派，对道路交通进行实时、快速的收集和反馈。

 

韦东表示，对于高精地图产品来说，制作地图只是完成了10%的工作，另外90%的实力竞争是在数据迭代更新上。

 

例如为自动驾驶提供动态、实时的数据服务，如动态交通信息、智慧红绿灯等交通设施信息、施工等临时或突发信息等动态数据，这部分就更适合由众包制图模式来实现。

 

目前高德已完成覆盖中国超过32万公里的高速及城快公路的高精地图数据采集，普通道路条件下横向误差和纵向误差在7厘米以内，高速/城市环路条件下横向误差6厘米，纵向误差5厘米以内。

 

2018年6月，凯迪拉克发布的全球首个实现高速公路释放双手驾驶的量产智能驾驶系统——Super Cruise，就使用了由高德地图提供的高精度地图数据。

 

但韦东认为，目前高德的商业项目客户对高精地图的质量要求极高。传统的地图生产方式可以稳定实现这一要求，对只采用低成本众包完成高精地图的采集的方案仍持疑议。

 

例如纯摄像头单一采集方案对采集例如坡度、横坡、准确的曲率、应付遮挡等可能还需要更多考验才能获得业界的广泛认可。

 

而对于地图领域初创公司，众包制图则成为创业方向和“标准”解决方案。

 

 

作为全国首家提出用数据众包自动生产高精度地图的公司，极奥科技对低成本众包独立完成高精地图制作充满信心。

 

极奥科技成立于2015年， 2017年3月获得数百万元投资，投资方为行早金融。同年12月完成数千万人民币Pre-A轮融资，投资方为软银中国资本(SBCVC)。

 

极奥CTO王雪坤是前四维图新的产品总监，曾主导了导航产品FunDrive和车联网产品WeDrive的开发，同时还曾负责宝马、沃尔沃、马自达等车企的项目工作。

 

 

通过三年的积累，极奥的数据众包平台已经覆盖中国300多个城市。如今，每天新增里程轨迹超过2亿公里，众包车辆将近1000万辆。其“时空智能地图”分为交通设施层（路网、车道线、交通标志），环境层（利用时间维度判断路灯何时开闭），行为层（周围车辆行人的运动情况）。

 

极奥的众包主要有两种方式，一是专业众包线，利用以双目摄像头及IMU惯性导航为主的高精度测绘采集套件，和一些运营车辆如物流车、客车、商务车合作，用这些车辆来做高精地图基础数据采集。二是后装众包线，与后装硬件、行车记录仪等厂商合作，利用后装设备中4G卡，回传视频、图片的轨迹，主要用来完成地图的更新。

 

通过专业众包车队和后装众包的双向拟合，极奥的高精度地图已经达到横向5-20厘米，纵向5-10厘米，高度5-20厘米的精度。

 

 

极奥的众包数据包括了轨迹数据、视频数据、雷达数据以及车内传感器数据。基于众包形成了一套完整的高精地图技术流程：

 

首先是轨迹数据的处理，先把不同的轨迹分到不同的高度层内，然后开始形状构建，完成初步的拓扑构建，再进行二次形状构建。最后，根据拓扑和形状完成车道构建，形成整个车道级拓扑网络。

 

其次是视觉数据的处理，先是通过人工智能技术去识别地物，识别车辆、行人车辆组合、地面车道线，还有限高标志、交通指示灯、交通护栏、车道线距离、前方行车、后方超车、侧方汇车等。单帧准确率达到91%，场景识别率达到100%。

 

 

然后再进行三维场景重构，目的是重构精确的高度、坡度、曲率、航向和回旋曲线，利用三维场景重构去补充车道级拓扑精度，再用地物与车道挂接，最后得到高精度地图。

 

通过车道级拓扑、地物识别与三维重构的挂钩，三者间相互补充、相互依赖。最后生产出来的高精度地图是包括了覆盖全国300多个城市和30万公里主干路网，包括200多种地图属性和45个地图核心要素，人工智能地图平台自动化率在90%以上，能实现以小时为单位的高频更新。

 

 

据王雪坤介绍，众包所生产出的高精度地图与传统测绘方式生产的高精度地图一样，完全可以提供包含地图发布、地图更新、地图查询、高精度定位、车道级路径规划、自动驾驶决策在内的全套地图服务，从而为自动驾驶提供更好的行驶决策和最核心的技术支撑。

 

该众包运营采用了B2B模式，参与众包的企业、运营车辆安装高精度测绘采集套件或后装模块，帮助极奥完成高精地图的数据采集；极奥则为企业提供基于高精度地图的服务，比如物流的精准成本预估模型，ETA模型等，或是帮助后装硬件企业提高产品附加值，降低后装硬件成本等。

 

据王雪坤介绍，极奥高精地图目前用户主要分两大类，一类是车企，以国际车企为主，极奥目前已经进入了某德系一线主机厂的供应商体系，合作覆盖L2到L4级别的研发层面。此外，还包括上海大众、一汽、威马等合资车企及自主品牌。另一类是在物流、共享出行、出行服务，智慧城市等方面，包括类SaaS、类API调用的客户。

 

众包制图的前景

 

众包制图有着集中制图不具备的特点：

 

首先，成本低廉，且可以实时更新。

 

中国有600多万公里的道路数据，如果完全按照专业测绘的方式采集，所花的费用将是个天文数字，如果在高精度基础地图的基础上通过众包的方式来更新信息，获得城市细道路数据，将会实现低成本和可量产。

其次，众包制图在效率上更高。

 

靠地图公司自己车队采集或者通过购买等渠道获得的数据不可能覆盖所有行驶场景。而众包制图参与的车辆比集中制图多得多，数据量也丰富得多，能大大提高制图的效率。

 

众包制图的方式改变传统地图的数据采集、测绘、制图工作，通过不断的技术迭代完成精确而丰富的地图数据生产及更新。

 

不过，高精地图众包也面临着一系列的问题。

 

 

首先，众包制图没有行业标准。标准对于地图行业非常关键，目前众包数据标准在国际上以欧洲为主导，包括ADASIS等和Sensoris一些标准。目前行业标准制定的进度有些滞后，高精地图目前一直没有国家标准和行业标准。

 

其次，众包制图与更新在我国面临法律法规的限制。

 

根据我国测绘法对测绘行为的定义，企业性质的大范围带GPS和不带GPS的地理数据搜集都属于测绘行为，数据需要由甲级导航电子地图资质的图商来收集处理。

 

导航或自动驾驶汽车搜集车端带GPS数据都属于测绘行为，如果GPS数据需要加工成图，需要有资质的企业来进行数据的搜集和加工；如果GPS数据用于对接监管平台，需要通过有资质的图商对数据进行管理和监管。

 

对于不带GPS的数据，比如影像、视频等，如果是大范围的、企业性质的采集也属于测绘行为，因此这并不是所有的人、图商或者车厂能够采集的领域。

 

地图公司要想在国内进行高精地图的采集制作，必须拥有“导航电子地图资质”的甲级测绘资质。而目前国内拥有导航电子地图资质单位名单的企业有14家：四维图新、高德、长地万方、凯立德、易图通、城际高科、国家基础地理信息中心、科菱航睿、光庭信息、浙江省第一测绘院、江苏省基础地理信息中心、灵图、立德空间信息、滴图科技。

 

另外，高精地图数据涉及国家机密，基础地图生产、地图数据存储、地图更新、地图出版销售等等各个环节也都有资质的限制，这对众包制图来说是个难以解决的问题，除非国家放宽相关政策。

 

第三，众包制图模式复杂，数据源多样，处理过程要求高。

 

 

要想运作起一套高精度地图采集的众包模式，首先要有大量的、数量级至少在数十万的车辆作为数据源；其次，对数据还需要有一定的标准、规格要求，与原有的高精度地图系统兼容；第三，每辆车每天采集的数据可能会达到数百GB，车辆需要有强大的通信能力以对数据进行上传；第四，需要有强大的云端平台储存、计算海量的数据。

 

自动驾驶车辆采用的传感器的种类很多，有图像传感器、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达及生物传感器，性能的差异非常大，不同传感器涉及的众包数据精度也会不同，算法也会影响最终精度，多传感器数据融合技术仍存在着一些技术壁垒。

 

综上所述，如果只以集中制图的方式采集数据，无论是数据量还是投入的资金，都将是天文数字。而仅仅依靠众包绘制高精地图，精度有待提高，数据整合技术还存在瓶颈，对于无测绘资质的新创公司来说，还有法律法规的限制。

 

两种制图方式的结合，可能才是高精地图实现商业化的必经之路。对于拥有大量地图资源和甲级测绘资质的老牌图商来说，与政府交管部门有长期深入的合作关系、与车企也有紧密的合作关系，即使未来国内测绘政策能够允许一般社会车辆参与众包数据采集，传统图商在这场竞争中也更具优势。

 

 

另外，中国的城市交通非常复杂，超大城市众多，国内几大地图厂商都已经在高精地图领域储备了充足积累，而从头开始收集数据，对于新创企业肯定压力巨大，也完全没有必要。

 

如果业界能够制定统一的行业标准，采用相同的数据采集格式，将数据采集开源，充分利用道路上的汽车资源，以“集中”方式形成一个基础的高精度地图网，再采用“众包”的方式进行数据的更新维护，实现数据的共享，可能会让高精地图实现更低的成本和更早的量产。