“智慧地图”赋能自动驾驶

2019年底,自然资源部、工业和信息化部和北京市政府签约开展车联网(智能网联汽车)和自动驾驶地图应用试点。自动驾驶及其地图应用引起社会高度关注。高精度地图作为自动驾驶感知系统中重要的一环,是实现自动驾驶的重要条件。那么,自动驾驶地图在政策、管理和技术等方面存在哪些问题?又将如何解决?请看——

新生业态背后的巨大市场

1月9日,京东集团子公司——京东叁佰陆拾度电子商务有限公司导航电子地图制作甲级资质申请在自然资源部网站公示完成,成为我国第22家可以合法制作自动驾驶地图的公司。此前,四维图新、高德、百度、腾讯、易图通等21家单位均获得了这一含金量极高的资质。

导航电子地图甲级资质是绘制自动驾驶地图的必要条件,借助该资质,京东将可以深入开展与自动驾驶相关的业务研发,逐鹿自动驾驶市场。

自动驾驶技术是关联包括5G、人工智能、激光雷达传感器、地图等众多领域技术协同创新的重要载体,对推动国家创新、提升交通安全、重塑产业生态、实现节能减排等具有重大战略意义。

交通是社会的动脉,在科技水平日新月异的时代,智慧交通是经济社会发展的必然产物。目前,以美国、欧盟、日韩等为代表,都将自动驾驶汽车作为汽车产业发展的重要方向,纷纷加快产业布局通过政策支持、技术研发、标准法规、示范运行等综合措施加快推动产业化发展。谷歌、优步等为代表的互联网公司和通用、戴姆勒、宝马、奥迪、特斯拉等为代表的汽车制造商均投入巨资,积极布局自动驾驶产业。

我国也高度重视自动驾驶发展。2019年6月,中国国家主席习近平会见德国总理默克尔,表示要加强两国在自动驾驶领域的创新合作。工信部、交通运输部、公安部、科技部等国家部委,以及北京等十余省(区、市)都先后出台了相应的政策,北京、上海、浙江等省市则积极建设智能网联汽车测试试验区推动相关技术研发。中国本土几乎全部大型车企和德系、日系、美系部分车企,以及百度、高德、腾讯、四维图新、华为、滴滴、小马智行、初速度等自动驾驶方案商和图商,都纷纷在国内通过多种形式加速布局并开展相关测试及试验。

回顾自动驾驶地图产业的发展,人们可以清晰地看到两大行业的迅速融合——国外各大传统汽车厂商在布局自动驾驶业务时,几乎无一例外地投资或收购了高精度地图公司,而诸多地图公司更是早早就盯住了自动驾驶的巨大市场蛋糕。

早在2012年前后,国内的高德、百度、四维图新等老牌导航电子地图制作企业提前布局自动驾驶地图业务。随着自动驾驶投资热潮涌现,其他导航电子地图资质企业、互联网公司、汽车企业及专业自动驾驶地图创业公司,也都纷纷加入到自动驾驶地图市场的角逐当中。他们大体分为四类:一是导航电子地图图商,如四维、高德、百度、易图通等;二是专业自动驾驶地图创业公司,如Momenta、宽凳、Deepmap等;三是车企扶植的地图企业或如被上汽控股的中海庭、吉利汽车亿喀通旗下自动驾驶地图团队;四是其他获得导航电子地图资质的公司,如华为、江苏智图等。

自动驾驶的发展依赖地图

自动驾驶的发展离不开地图。

人类驾驶是通过眼睛、耳朵等器官去感知车身周边环境,凭借道路记忆或传统导航地图,依靠驾驶经验及技巧保证汽车安全行驶并到达目的地。自动驾驶系统用传感器替代了人类感官,用地图替换了人的道路记忆,用软件、云计算、深度学习等替代了驾驶经验及技巧。

精准的自身位置评估和周边环境感知是自动驾驶汽车上路行驶的基础,自动驾驶地图作为各类感知系统中重要的一环,能够为车辆行驶行为决策提供精确定位以及精准车道预测,可避免因传感器在沙尘、雨雪、浓雾等极端气候下发生误判,保证自动驾驶车辆在复杂环境下的安全。在目前阶段,自动驾驶地图还可以帮助降低自动驾驶车辆对于“昂贵”传感器的依赖,以相对较低的成本实现更加安全的驾驶。因此,自动驾驶地图是现阶段实现自动驾驶技术的重要条件,已成为国内外自动驾驶技术研发单位的共识,并将在今后一个较长时期内成为影响自动驾驶产业化发展的重要因素。

目前自动驾驶地图包含道路属性(车道数、施工状态等)、车道模型(车道线、曲率/坡度、中心线、车道属性变化等)、交通设施模型(交通信号灯、斑马线、停止线、交通标志等)等内容。未来,基于高速移动传输技术,还可以在自动驾驶地图之上叠加实时动态交通状况等诸多信息,为自动驾驶车辆构建一个映射现实的虚拟道路环境模型,实现车路协同,为自动驾驶车辆规划行驶路径,躲避拥堵和交通障碍。

尽管目前各图商制作的自动驾驶地图在表现形式上存在差异,包括矢量高精地图、栅格图、激光雷达占位图、反射率图等,但有一点是一致的:与传统导航电子地图相比,自动驾驶地图的内容、形态、制作工艺等存在较大差别,且复杂度更高。

在自动驾驶地图中,不同数据内容所需的精度要求是不同的,如车道、绿化带等。另一个令人关注的是更新问题——自动驾驶地图的更新频率要比传统导航电子地图高得多。

按国际通行标准,自动驾驶可分为六级,分别以L0-L5 从低到高表示。其中L3级将实现有条件的全自动驾驶,达到L5 级时将实现在所有道路及情况下的完全自动驾驶。显然,从未来发展来看,自动驾驶地图行业还将迎来更加强劲的市场动能:当前各大图商所制作的自动驾驶地图大多数是面向L3级及以下自动驾驶汽车。从L3到L4再到L5,随着自动驾驶技术难度的递增,对所依赖地图的需求也将发生质的飞跃。

全域城市级自动驾驶的“德清示范”

浙江德清,因2018年11月首届联合国世界地理信息大会在此举行而家喻户晓。2019年,浙江省发改委印发《德清县创建省级自动驾驶与智慧出行示范区实施方案(2019~2020年)》,德清成为全域城市级自动驾驶与智慧出行示范区及国家级车联网先导区。

据有关人士介绍,德清的全域城市级自动驾驶与智慧出行示范区包括建设智能基础设施建设先行区、全域城市级自动驾驶测试区、自动驾驶应用示范区、自动驾驶和智慧出行产业集聚区、智能交通与自动驾驶规制创新区。

德清县采用政府引导和社会投资相结合的方式,在全县进行5G、车联网、感知网络等基础设施建设,实现5G通信网络在城乡全覆盖。进行道路基础设施智能化改造,规划建设卫星地面增强站、LTE-V2X、5G-V2X 路侧单元,实现交通道路通信设施、视频监控设施、交通信号灯、交通标识标线等互联互通,具备路网全域感知能力,满足车路协同和高级别自动驾驶测试与应用需求。

同时,规划建设封闭式测试区和开放道路测试区,形成完备的“封闭测试区-开放测试道路-应用场景区”三层测试验证能力,为自动驾驶和智慧出行提供真实有效的测试和应用环境。以测试区和场景建设为依托,在全县开展较大规模、多领域、多场景应用和商业化示范,推动L3级别及以上自动驾驶车辆在公交、物流、网约车、特种作业车辆、景区巴士等10种以上特定场景下的示范和商业化应用。以自动驾驶测试和商业化应用为核心,实现产业上下游联动发展,聚集国内外一批企业、高校和科研机构落户德清,吸引行业资源、资金和高端人才集聚,形成产业集群。

针对自动驾驶测试与应用,德清县搭建研究平台,在流程再造、标准制定、相关法律等方面率先进行研究,形成研究成果,为自动驾驶技术未来商业化应用、智能交通与智慧城市建设提供判断依据,也为国家在技术路线选择、战略规划、法律政策等方面决策提供参考。

如今,地理信息技术已经渗透到德清全域城市级自动驾驶与智慧出行示范区及国家级车联网先导区建设的方方面面。比如城市高精度数字路网为自动驾驶提供超视距感知信息,北斗地基增强定位系统为自动驾驶提供道路及路口快速定位、路径分析等高精度定位综合服务。而德清地理信息产业园拥有涵盖装备制造、芯片研发、数据生产、产品开发、软件研制和信息服务完整的地理信息产业链,这些都可为示范区城市出行数据中心、地理信息网建设提供支撑。

2019年11月,“德清自动驾驶与智慧出行示范区自动驾驶基础地理信息数据成果”在第十三届中国智慧城市大会上隆重发布,这也是全国首个城市级自动驾驶基础地理信息成果。

据负责这一项目的浙江省第一测绘院高级工程师毛卫华介绍,其成果主要是德清县城市级自动驾驶与智慧出行示范区城区场景范围内100公里自动驾驶基础地理信息数据及产品规格说明书。在近一年的探索实践中,项目建立了自动驾驶基础地理信息数据模型/标准、构建了自动驾驶基础地理信息数据生产工艺流程、应用了多项自动驾驶基础地理信息数据辅助生产技术。

“项目成果整体反馈非常好,但同时,客户也对自动驾驶地图提出了一些具体要求:希望自动驾驶数据采集、制作和更新的周期尽量缩短,如施工路段的地图数据更新时间是否保证1~2天内,甚至实时。”毛卫华说。

自动驾驶地图应用面临诸多挑战

实践是发现问题和解决问题的最佳途径。

毛卫华认为,当前需要突破的关键技术主要集中在两方面:一类是与提升效率、控制成本相关的技术,涉及传感器成本的降低、数据处理自动化程度以及数据处理速度的提高,目前算法、人工智能、机器学习是主要研究方向;另一类是如何快速发现路况变化,实时更新自动驾驶基础地理信息数据的技术,目前以大数据分析、众包采集更新的方式来解决该问题是比较热门的研究方向。

与技术相比,法规和政策更是自动驾驶地图产业发展面临的重要挑战。

作为一名基层人员,毛卫华希望,与自动驾驶领域高精度自动驾驶基础地理信息数据采集生产应用相关的安全、保密政策及法律法规能加快建立健全,对自动驾驶产业的发展进行规范和引导;在保障国家安全的前提下,开放部分与自动驾驶密切相关的敏感信息。

自动驾驶地图的法规政策问题在国际上一直存在,只是各国尚未针对自动驾驶地图进行专门立法,自动驾驶地图的制作和使用仍然适用于各国测绘地理信息法律法规。根据2016年出台的《关于加强自动驾驶地图生产测试与应用管理的通知》,我国也仍然将自动驾驶地图作为导航电子地图进行管理,但这一与传统意义上的导航电子地图有了较大差异的新生事物,还存在诸多亟待解决的问题。目前,企业普遍比较关心的主要有数据采集使用管理、内容和标准、安全保密、公开地图内容表示等。同时,在《国家地理信息产业发展规划(2014~2020年)》等规划中均没有涉及自动驾驶地图内容,希望能研究出台自动驾驶地图国家层面的产业发展规划,引领这一新兴业态的健康发展。

携手推进高精地图产业发展

问题是时代的声音,问题是工作的导向。解决这些自动驾驶地图产业发展中的问题,唯有调动各方力量和资源携手共进。

在2019年8月5日自然资源部召开的地理信息企业家座谈会上,自然资源部就表达了对自动驾驶地图这一地理信息新产品、新业态的高度重视。

就在2019年的最后一天,国家智能网联汽车创新中心建设启动会暨车联网和自动驾驶地图应用试点签约活动在北京经济技术开发区举行——自然资源部与工信部、北京市政府将在此基础上进一步通力合作,在确保地理信息安全的前提下,支持北京市在北京国家智能汽车与智慧交通(京冀)示范区亦庄基地封闭测试场,以及北京经济技术开发区内选定的开放道路针对自动驾驶地图在政策、管理和技术等方面开展创新和试点工作。

据了解,自然资源部以“支持创新、包容审慎,先试先行”为原则,在守住国家安全底线、尊重经济和技术规律的基础上,从制约产业发展的难点入手,一方面着重研究涉及国家安全的地理信息数据向产业界开放的边界,把握好尺度,做到既保障国家安全,又能让产业界最大限度地利用公共地理信息资源,拓展产业发展空间;另一方面,通过研究行业监管政策的调整与改革,不断激发市场活力,促进企业间的良性竞争与合作,使市场在资源配置中起决定性作用。

据有关人士透露,自然资源部正委托武汉大学、同济大学、北京建筑大学等单位对有关行业标准进行制修订。目前,自动驾驶地图保密处理技术适用性论证已经完成,相关的资质规定正在修订当中。

其实,未来涵盖自动驾驶在内的“智慧出行”,对地理信息的需求将包含方方面面,除地图服务外,还需要未来全球导航卫星系统提供高精度、抗干扰的实时定位服务,需要低成本的惯性导航系统、激光雷达测距系统等等,这些都是地图测绘行业未来需要努力的方向。

中国测绘学会副理事长兼秘书长彭震中在2019年12月召开的一次以“中国智能驾驶与高精地图协同创新”为主题的研讨会上表示,随着智能汽车和自动驾驶行业的快速发展,对地图和高精度定位的技术升级和跨界融合提出了挑战。“这也是继导航电子地图和互联网地图之后又一次对地图测绘行业在认知、技术、融合和产业发展上的一次机遇。”

“政、事、企在技术储备、组织和协调各方力量上各有优势和侧重,在集聚资源、攻关克难上各有所长。我们要站在国家立场和自然资源管理的新平台上,以开放的心态,推动不同部门、不同单位、不同科研机构、不同企业之间的合作,动员和调动各方力量和资源,共同推进自动驾驶地图工作,为中国自动驾驶产业发展作出贡献。”一位业内人士表示。      

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