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自动驾驶汽车和克服道路测绘的不足

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自动驾驶汽车的功能安全标准规定,在任何传感器(激光雷达、雷达、摄像头等)发生故障时都必须提供冗余。虽然雷达、激光雷达等传感器可以为物体检测提供冗余,但对于摄像头而言,只有高精度地图才能作为冗余的来源,以便帮助自动驾驶车辆将其扫视的外部景象与存储在存储器中的地图进行比较,从而做出正确的决策。

所需要的不仅仅是地图,这些汽车还需要周围环境的三维视图,一个不断更新、精确到分米的三维视图。这些详细的地图,有时称为“高清”地图,将包含路面和周围环境(包括树木、消防栓或环境中其他物体的位置)的图像等内容。

但是,道路测绘的不足仍然是有待克服的问题之一。此类地图正在开发中,但收集精确的城市三维数据并使这些数据保持最新状态,过去都是极其昂贵和耗时的;地图制作商力求在成本与效益之间寻求最佳的平衡点,从而以合理的价格获得必要的质量。此外,高清地图只有在支撑它们的数据是最新的情况下才有用。因此,必须尽快在地图上反映出道路发生的任何改变。

很明显,如果不采用某种众包方式,以要求的更新速率维护这些地图是不可能的。众包数据可以来自客户车辆上的摄像头或雷达传感器,也可以来自第三方,这些第三方希望他们的驾驶员获得本地地图上所需的要素 - 一组与道路关联的地标,以便利用道路网络基础设施的连通性。问题是,当一辆自动驾驶汽车在街道上巡航时,它每天可以收集超过 1 万亿字节的数据并发送到云端。在汽车的许多传感器都提供如此详细信息的情况下,尝试通过互联网等网络发送如此巨量的信息是不现实的,也是不经济的。

高清地图包括两种不经常改变的东西,例如车道宽度的标记、停车标志的位置、交通信号和人行天桥,以及需要更新以反映当前道路状态的要素。如果不掌握有关道路上最细微变化的信息,例如一夜之间开始的新建设项目和伴随这些项目而来的任何临时交通规则,可能会产生灾难性的后果。

这些地图不同于谷歌地图、苹果地图等,因为它们是为机器而不是人类绘制的。为人类绘制的地图可能有点不精确,因为地图不知道人行道和街道的区别,但人类知道。

最终,所有的自动驾驶车辆都将有助于建立一个近乎实时更新的集合数据库。Mobileye 已承诺利用来自其合作伙伴(包括日产、大众和宝马)的道路体验管理 (REM) 平台摄像头数据,创建这样一个数据库。Mobileye 将从 300 万辆汽车的 EyeQ4 前置摄像头收集数据,这些数据将被编译成一个数据库,以供驾驶员辅助系统和自动驾驶系统使用。

当一辆汽车精确地知道它在哪里时,它就可以沿着其存储器中预定的路线行驶,因此简化了驾驶过程。由此看出,基于全球导航卫星系统 (GNSS) 的绝对定位将始终是自动驾驶的核心。高精度 GNSS 技术能够为自动驾驶车辆提供分米级的精度,以确保车辆保持在其车道上,或与其他车辆保持安全的距离。

对高清地图的需求意味着,无论一家公司的自动驾驶技术多么先进,它都必须与能够绘制自动驾驶车辆将要行驶的每条道路的详细地图的人合作。这项工作将需要那些处于自动驾驶汽车生态系统不同末端的公司之间建立新型的合作和伙伴关系。

例如,Momenta 和 Analog Devices (ADI) 达成了战略合作协议,以推进自动驾驶车辆用高清 (HD) 地图的开发。作为合作的一部分,Analog Devices 的惯性测量单元 (IMU) 将用于改进 Momenta 的 L3 高速公路匝道到匝道解决方案和 L4 全自动驾驶解决方案中的测绘系统设置和技术升级。在恶劣的天气条件下,或者当 GPS 信号丢失时,IMU 对于提供高精度的测绘输出至关重要。

定位技术专家 TomTom 正在与 Denso 合作开发其自动驾驶车辆软件平台。TomTom 的高清地图将与 Denso 的车载传感器(例如摄像头和雷达)配合使用,以增强全自动驾驶系统的定位、感知和路径规划功能。作为这次合作协议的一部分,Denso 将向 TomTom 的自动驾驶车辆端到端测绘系统和高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 提供经过处理的传感器数据,从而实时更新 TomTom 的高清地图。为此,将会生成名为“Roadagrams”的众包地图更新,用于确保高清地图反映道路的真实情况。

为了获得适合自动驾驶的详细地图,激光雷达制造商 Velodyne 最近收购了 Mapper.ai 的测绘和定位软件以及知识产权资产。Mapper 技术将使 Velodyne 能够为其定向视图 Velarray 激光雷达传感器快速开发 Vella 软件。Velarray 是第一款安装在挡风玻璃后面的 Velodyne 嵌入式固态激光雷达传感器。

在日本,Dynamic Map Platform Co. 收购了美国 Ushr, Inc. 的所有股份,并开始向日本和美国市场的广大用户提供绝对精度为 15 cm 和相对精度小于 1 cm 的高清三维数字地图。通用汽车已经将 Ushr 的高清地图集成到其超级巡航系统中,该系统本身就是第一款在乘用车上应用的自动驾驶功能。Ushr 目前的数据库覆盖了北美约 20 万英里的收费高速公路;据说数据库中每年的道路变化量在 6,000 到 8,000 英里之间。

所有几乎实时为自动驾驶车辆或 ADAS 软件提供实际路况的系统都依赖于它们随时了解车辆的位置。先进的 GNSS 设备可以帮助提供高清三维街道地图,并且能够提供大范围的具有足够精确位置坐标的地形图,以实现所有这些重要的应用。

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