微讲座速记武汉光庭朱敦尧教授：高精度地图和自动驾驶技术

汽车•创新港•智汇微沙龙第七讲全文发布！武汉光庭朱敦尧教授：高精度地图和自动驾驶技术。...

本期演讲内容：没有地图和定位技术，汽车导航系统就无法实现。没有高精度地图和高精度定位，自动驾驶技术将如何发展呢？自动驾驶技术对于高精度地图和定位的依赖业内有不同的看法，这不仅正常而且还将持续。目前，我们正处在完全这个问题的路上。1）国内外对于高精度地图的研究：定义和特点

Definition andfeatures about HAD

2）高精度地图和高精度定位技术的相互作用

Interactive between HAD and accuratelylocation

3）高精度地图和自动驾驶

HAD and autonomousdriving

4）高精度地图的技术发展

Contemporarydevelopment of HAD

5）高精度地图的产业发展特点

Features of HADindustry

朱敦尧：

1986年7月获武汉测绘科技大学（现武汉大学）制图系硕士学位

1993年赴日本东京大学攻读博士和博士后

1995年4月获日本东京大学土壤化学专业博士学位

2002年11月创办了光庭导航数据（武汉）有限公司和武汉光庭汽车电子有限公司

现任该公司董事长

湖北省首批入选国家“千人计划”专家

获2009年中央组织部“海外高层次创业人才”称号以下是本次微讲座的演讲内容速记整理：

主题：高精度地图和自动驾驶技术

时间：2016年9月20日

主讲：朱敦尧



大家晚上好！感谢上海汽车创新港的江南逸女士的邀请，也感谢群里各位同行的抬举，我是光庭公司的朱敦尧。今天我很荣幸和大家分享我们对于自动驾驶技术中相关的高精度地图有关技术发展的认识，希望通过这次机会抛砖引玉，为今后同行们在这个领域合作共赢。在此，我们愿意贡献光庭公司的积累、知识和智慧。

今天在这个讲座中，我们主要谈高精度地图这个话题。群里的各位对于高精度地图的定义和理解有各种各样不同的看法，其中有些同行是学地图出身的，也有很多同行不是学地图出身的，所以大家从不同的角度来看待高精度地图发展的问题是很自然的。


今天我主要谈五个方面的问题：

第一，谈一下高精度地图的定义和它的特征问题；

第二，谈一下目前各个国家在这个方面发展的基本状况；

第三，谈一下跟高精度定位的关系；

第四，谈一下高精度地图和自动驾驶之间的关系，我们主要是想去探讨高精度地图是如何作用，如何服务于自动驾驶技术。

最后，谈一下关于高精度地图现在业内的状况和今后的发展趋势。

这么多话题在这么短时间里面实际上不可能完全展开，而且有些课题本身也处于发展的前沿，所以我只是想利用这个机会把这些前沿的方向和我们思考的问题奉献给大家，希望在今后的不同场合、不同的活动中间，大家一块儿共同探讨这些技术，探讨这些发展，使得我们国家今后在高精度地图领域有主导或者是领先的地位。


第一，我想谈一下高精度地图的有关定义和特征。这个问题比较难，什么是高精度地图，高精度地图的作用是什么？目前应该来讲没有一个明确的定义。工业界从来也是如此，它们往往从实用主义的角度出发，从应用的角度出发，先把这个产品和技术做出来以后再回过头来总结和提炼，再来上升和升华到一个高度，给一个比较专门的、相对完整的定义。学术界不一样，首先从理论模型，从逻辑结构方面去思考这个问题。我觉得这两个方面都不矛盾，从不同的角度大家一块儿来探索对高精度地图精准的定义。

实际上高精度地图我们认为可以有不同的表达方式，比如说我个人就比较倾向于用“驾驶安全地图”或者用“驾驶辅助”这样一些限制性的定语来阐述高精度地图。当然高精度地图有精度比较高的一面，有一些特殊内容的一面。但是我必须说，关于高精度地图有两点：第一，定义还在形成之中；第二，特征还在探索之中。从我个人的经历来看，我从最早在大学的时候学习纸质地图的制作，到硕士研究生的时候开始接触早期的电子地图，到后来90年代比较早的介入到导航地图。到现在我们又有一个团队在做高精度地图，其实关于地图本身的定义也在不断的变化。我们想一下，如果我们现在给不出一个很好的完整的高精度地图的定义，我们可不可以从几个特征上来概括高精度地图的一些特点呢？

我想了很久，我想从以下三个方面来概括高精度地图和传统导航地图以及和其他地图不同的地方。第一点，它将服务于机器。传统的纸质地图可以作为量测的工具，作为视觉感知的载体，也可以作为科学研究的工具。导航电子地图可以作为导航，可以作为引导等等。但是我们高精度地图不需要给人看，它是服务于机器的，它是服务于人工智能，服务于机器视觉和机器理解的，所以在这点上跟传统的导航电子地图有很大的不一样。第二点，高精度地图是可变尺度的，也就是说所谓“高精度”，什么叫“高”？什么时候需要“高”？什么场景下需要什么样的高精度？这个地图是可以变尺度的，在不同的应用场景下对于不同的车辆，其实对于地图的精度需求是可变的。第三点，是高精度地图的动态和多维的概念。为什么日本的高精度地图研究不用HAD这个词，而用“Dynamic Map ”这个词，也说明了他们对于这个事物的理解，他们对市场的理解，是有他们自己独特的地方。他们认为地图在服务于自动驾驶时，对于数据的精度和内容的需求都是在变化的，很简单，移动车辆周围的地物和环境是按照不同的时间单位变化的。多维的概念我在微信讲堂上讲清楚，意思是如果把每一项内容信息（如驾驶员的血压、疲劳度、雾及雾霾程度等）作为一个维度叠加在二维地图上面的话，车辆在移动过程中，以自身位置（X，Y）为对象的一个N维的向量其维度是变化的。第四点，高精度地图的很多内容信息具有非量测性。



这张图是给大家总结和提炼出了目前不同国家在高精度地图方面研究的一些现状和趋势。几个主要的汽车发达国家，在高精度地图的研究方面和生产制作方面应该来讲有一定的先驱性。日本由SIP委员会主导，率先建立了一个组织，叫动态地图公司，由这个公司来联系国内的汽车厂商和地图制作的Tier1以及零部件供应商来共同探讨地图的标准，以及如何快速进行高精度地图制作、获得低成本，不要重复投资建设等这些问题。就我们所了解的情况而言，日本丰田公司自己已经完成了全国的高速道路网的高精度地图，在三年前已经完成了。德国也完成了全国的大部分高速公路和主干道路的高精度地图，宝马公司也给我们看过这样的演示。美国和欧洲的情况，是HERE公司和TOMTOM公司在为主进行，大家可以从他们每年年度的用户和技术交流大会上，看到他们所提供的最准确的数据。我们中国也有很多公司下大力气在高精度地图方面做一些先驱的研究和示范性的应用。不仅如此，GOOGLE、UBER也都在布局地图以及高精度地图产业。

应该来讲，中国在高精度地图方面的探索和技术的研发方面，和国外的差距不是太大。但是考虑到我们国家的特殊情况，一个是国土比较辽阔，高速公路总里程比较大，另外我们国内的建设比较快，道路变化比较迅速。所以我们国内的公司在制作高精度地图方面的过程、时间和投入等方面，可能要比美国、欧洲、日本都会要大一些。



高精度地图和高精度定位这是一个相互作用的话题，实际上在导航里面也存在着地图和定位的关系，没有地图就没有定位，定位反过来又必须跟地图进行匹配。其实在高精度地图和高精度定位的相互作用里面，也继承了这样一个传统，但是有一点我想跟大家说一下，就是关于定位精度的的问题，也在自动驾驶领域里面一个很特殊的问题。所谓定位精度一般来讲不必太去关心绝对的定位的精度，特别是在导航领域主要是讲相对定位的精度或者匹配定位的精度。前几天也有几个专家跟我谈，我们自动驾驶里面实际上要解决的问题不是高精度地图的问题，也不是高精度定位的问题，而是解决车辆不需要碰撞的问题。只要车不会和其他的物体发生碰撞，什么事情都是OK的。所以我们不要把目的和手段搞混了。高精度地图和高精度定位都是手段，不是目的，目的就是为了不让车碰。在这样一个情况下，所以从这个角度上看，所有的这些概念都可以有一些不同的理解，从而衍生不同的技术方法来解决问题。

总结来讲，在未来的自动驾驶领域里面，我刚才谈到了相对定位性的认识，但是同时我们必须强调高精度定位是基础，高精度定位和高精度地图的相互作用是自动驾驶领域里面一个非常重要的技术保证手段。









    这几张张图片集中想谈一下高精度地图和自动驾驶的关系。我们团队总结了一下，我们把高精度地图第一当作其他服务于自动驾驶系统传感器的补充和增强。这一点我想大家如果看过沃尔沃，看过奥迪的一些宣传片的话，大家一定有非常深刻的印象，就是在雪天，在雾霾天，在天气比较恶劣的情况下，有些传感器它的作用范围就比正常的情况下大大的降低。在这种情况下地图传感器有它非常不可替补的优势，这个时候服务于主动安全、服务于自动驾驶，地图的作用就大大被凸显出来。第二点，高精度地图可以作为一个驾驶个人行为、驾驶个人经验的一个累计器，可以服务于多维时空数据的挖掘，以及其他的一些诸如危险区的识别等等。我举一个例子，大型的卡车和普通的乘用车，它们对高精度地图的需求是不一样的，特别是在交叉口转弯的时候，由于两轮内轮的半径不一样，不同的驾驶者在控制汽车的转弯等方面的驾驶特征是不一样的。地图在服务于这样的安全驾驶辅助的时刻，可以有效帮助他们。



同时我想强调的是，在走向完全自动驾驶的过程中间，我们在相当的时期里面还处于一个L3、L4这样一个阶段。个人的驾驶行为和高精度地图的相互作用的分析挖掘、将会服务于我们的主动安全，服务于自动驾驶（很抱歉这里在课堂上没有说清楚，这里补充一个例子：不同的驾驶者在交叉路口的转弯特点都不一样，通过轨迹的学习和高精度地图的匹配，即使在其他传感器系统不是太精密的情况下，这个匹配的结果可以作用于主动安全系统辅助驾驶安全。第三点，我们认为在自动驾驶、自动决策和执行的过程中，高精度地图也可以起到非常好的一些作用。除了大家熟悉的一些ADAS功能以外，我举一个例子，就是在日本的东京核心区域，居民地非常密集，道路只有3.5米左右宽，很多地方都是单向行驶，交叉路口也没有红绿灯，老太太、小孩突然从巷子里穿过来，而且拐弯以后突然还有一个电线杆就在前面，等等这样一些非常复杂的道路的情况，这个时候因为他们没有城管，还有人在马路上摆摊，这样的情况都是非常要依赖于高精度地图而不能够依赖于传感器的，所以在这个时候决策的话，我们可以有预知，可以有预先的经验来给我们的控制器做控制处理。



最后一点，相对于普通的导航而言，高精度地图因为具备了一些车线级的道路的数据，有一些基于车线级的拓扑网，这样可以提供更加合理的、更加细致、精细的一次路线规划，对于车线级的导航，可以实现以前传统导航做不到的导航功能，能够使驾驶更安全。



关于高精度地图制作的过程，我也看到大家的一些问题，大家可能很关心高精度地图怎么制作？制作过程中间的工艺和制作过程的成本等等。实际上我们觉得严格的来讲，目前的测绘技术已经完全有提供制作高精度地图的技术保证，只是在成本、精度、速度方面如何提高的问题。







刚才我谈到了静态的高精度地图，实际上我们一再强调高精度地图还具有动态性，在不同的时空下面，在不同的场景下面，车辆对于地图精度的需求和内容性是不一样的。在不同的驾驶状态下，地图的精度和预警信息也可能不一样。





所以这张图很清晰反映了地图的四个层次，这四个层次是跟时间尺度相关，最底层是基本的地图库，这个基本上就是说比较静态的，不太随时间变化的信息；第二层是可预测的和计划的一些信息；第三层是以小时或者分钟为单位来更新的一些动态信息，如天气、交通。最高层就是我们常说的直接服务于汽车自动驾驶的，V2X的各种信息，这个信息对时间要求一般要以秒为单位。

大家问题中也涉及到动态数据更新的问题，其实，“更新”是从导航地图开始就是一个永恒的话题，也是围绕所有车厂和图商的一个非常头疼的问题。对于动态信息的更新也可以从三个侧面来看，从源数据的收集、数据的标准化、终端应用三个方面来共同看待今后的数据的更新和使用问题。











由于时间关系，关系高精度地图和产业发展的关系我就不多展开了。总而言之，高精度地图会形成一个大的新的产业，这个产业不仅仅服务于自动驾驶，也可能服务于未来人们对于整个道路和整个物联网的一些认识。我们今天做了一些探索，这些探索还远远不能够满足车厂对于我们的需求，也不能满足自动驾驶技术的需求，我相信有更多的同仁们在这个领域里面探索，一定会在未来有更好的发现和智慧贡献给业内。谢谢大家今天参加微信群的讲座，也感谢我的学生和我的同仁们为我这次讲座所做出的辛勤的劳动，他们制作了精美的PPT，再次感谢他们。

以下是微讲座主办方介绍：



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2016 SAECCE官方网站：www.saecce.com

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