高精度地圖如何進行資料播發？如何與自動駕駛控制器進行資訊互動？

高精地圖作為自動駕駛系統不可或缺的頂級感測器配置，在自車環境感知方面，可以提供大量有效的靜態環境資訊以及部分動態環境資訊，可為自動駕駛控制器省去許多算力並進行實時計算。在定位方面，與GPS、北斗等全球衛星導航方式結合，幫車輛定位其精確位置。在駕駛規劃方面，由於高精地圖包含實時、高精度的交通訊息，可精確幫助自動駕駛系統進行駕駛規劃。對於高精地圖的基礎採集原理、建圖原理及輸出訊號等已經有不少文獻進行過相應的分析說明，本文著重從自動駕駛開發的角度說明高精地圖如何進行資料播發，自動駕駛控制器如何對來自乙太網的高精地圖訊號進行轉化，以確保轉化後的資料能夠為其所用。此外，文章會詳細講解根據高精地圖的輸出資料，如何進行自動駕駛圍欄設定。



高精地圖播發與資料重構

當高精地圖資訊以一定的形式播發出來時，自動駕駛控制器如何對該高精地圖資訊進行利用是自動駕駛系統架構的資料感知處理單元需要首先處理的問題，即地圖資料傳遞到ADAS系統應用需要一個分解、傳輸再重構的過程，如下圖表示了相關的播發和重構原理圖。



AHP（ADAS Horizon Provider）即電子地平線，作用是為ADAS 應用提供超視距的前方道路和資料資訊。提取地圖及位置資訊生成ADAS Horizon資料，透過匯流排傳輸到ADAS控制器，ADAS控制器中有一個重構單元AHR（ADAS Horizon Reconstructor），AHR用於解析AHP 發出的訊息並重建地圖資料，供終端 ADAS 應用模組使用。即將收到的資料進行重構變成ADAS系統可以看懂的資料。目前ADASIS已釋出V3版本支援包含車道在內的高精地圖資料，支援車載以太匯流排傳輸。



高精地圖資料播發原理

高精地圖實際是一種數字地圖，用各種細節級別來表示對於世界的抽象。比如當對道路進行建模時，需要以不同的曲線表示無岔路的直道，而以連線點的方式來表示岔路節點，而以各種不同的連線及節點組合一起構成道路網路的拓撲結構，隨後在利用世界座標系進行座標定位。



上圖為一個簡單的T型交點表示現實中車道簡化模型。紅色點表示數字地圖中的節點，紅色和黃色的線表示了各節點之間的連結性。為了更加真實的表示路網結構，將類似十字路口或其他更為複雜的情況簡化為一個簡單的抽象檢視。隨即透過一定的要素（如位置、連線關係等）把零散的地圖要素表達成一幅完整的地圖加以描述。為了更好的對高精地圖資料播發原理進行說明，需要對當前高精地圖常用的播發要素進行說明如下：

專案

資料型別

資料元素

1

全域性資料資訊

包含國家、地區、時區、圖商、地圖版本、資料狀態、駕駛方向（靠左/靠右）、單位制式（米/英里）

2

區域性資料資訊

①路網拓撲：所在路徑ID、子路徑ID、岔路與主路夾角②車道模型：車道編號、數量、寬度、型別、車道轉換（分離/合併）③車道連線：初始的路徑ID和車道編號、新的路徑ID和車道編號④車道線：車道線編號、型別（護欄等連續線型物體也用此訊號表達）⑤車道幾何：橫坡、縱坡、曲率、航向角⑥導航路徑：是否為導航路徑（需要和導航關聯）⑦地理圍欄：地理圍欄內、地理圍欄外且提醒、地理圍欄外功能退出⑧道路等級、道路構成、隧道、交通標誌、訊號燈、地面標誌、收費站⑨動態資訊：天氣、施工、交通事件（活動、管制）、動態交通流（擁堵）

3

路徑控制資訊

ADAS範圍是對車輛前方環境的一種預測樹檢視，它被描述為不同路徑的集合和周圍的數字導航地圖資料。預測樹是由多條路徑連線而成，每條路徑都代表道路的一部分，並透過交叉點（交叉口）和其他路徑連線起來。一旦車輛移動並更改其位置，預測檢視也會更改:可能會刪除一些經過的路徑，或者增加一些新的路徑。在自動駕駛系統控制過程中，應用高精地圖比較廣泛的場景包含如下一些：其一，高精地圖需要告知自動駕駛系統當前車輛處於何種位置，該位置下週邊環境怎樣？其二，高精地圖需要結合駕駛員設定的導航資訊，告知自動駕駛系統從當前時刻開始，下一步車輛應該從道路的何種路徑行駛透過。為了對如上兩步中的過程進行完善，我們需要對行駛過程中相關的元素分別進行概括分析如下：a)節點PathNode及路徑朝向HeadingAngle：道路分支節點，可用於表達場景網路拓撲下的路徑關係，他可以區分自動駕駛系統控制下的各條行駛路徑間的關係，其相關的資訊包括分支點相對於當前道路位置的偏移量NodeOffset、子路徑編號SubpathID、分岔路與主路間的夾角α/β。該夾角從右向左分別從0°增加到360°，其中α=180°時，表示沿著當前方向沒有分支點，當α=180°時，表示該子路徑與自車行駛路徑相反。



b)路徑ID：如下圖羅列出當前車輛可以透過的可行使路線。實際上，在高精地圖進行路徑規劃中會包括駕駛路線及所有可能的路線，每條路徑分配有相應的編號即PathID，該編號根據是否存在分支節點會隨時生成相應的主路徑與子路徑，其中主路徑MainID是指車輛當前行駛位置到分支節點間的行駛路徑，子路徑SubID是指在節點後的分叉路徑。行駛過程中是透過不斷地尋找在各個節點處相同地路徑編號PathId，作為規劃下一時刻的行駛過程。如下圖所示，以前述路徑交叉節點為分界點，可以描繪出不同的行駛路徑，併為各個路徑進行編號。如下圖表示了4條不同的路徑。



c)偏移量NodeOffset:偏移量具體是指自車當前位置距離前方關鍵點的距離，這裡的距離是一個相對量，而計算該距離的過程是兩個絕對值相減的過程，如下圖表示了當前車輛位置（這裡稱作座標原點）與關鍵點的偏移量表達，其中針對交叉節點分割的兩條路徑，分別計算不同的路徑偏移，如果是非主路上的路徑偏移則需要計算兩個部分偏移進行疊加，一部分是岔路點到車輛當前位置的偏移距離offet1，一部分是岔路點到子路徑關鍵點的路徑偏移offset2；總體偏移量為以上兩者的總和：即offset_path2=offset1+offset2；



高精地圖實際時針對當前位置實時動態的向前播發一定距離的地圖資料，實際資料播發過程以車道模型為基本單元，在車道模型屬性中的車道數量、車道線、車道型別變化的地方設定斷點，一般設定斷點間的距離為100-600米左右，由此需要保證車輛前方有至少2km左右的資料，如果有岔路出現，則對該岔路標識的子路徑播發500-1km左右的距離。如下圖所示，表示了高精地圖向前播發資料的位置及原理。



此外，為了節省記憶體空間，需要對無用資料佔用的快取空間進行定時清理，刪除車輛後方（或稱拖尾）的一些無用地圖資料，刪除過程一般採用限定拖尾範圍距離的方式進行，即自車的行駛距離超過該拖尾範圍距離時，執行刪除指令。這裡要注意的是，需要確保刪除的拖尾不能是當前車輛正在透過的行駛路徑。d)車道模型LaneModel在現實世界中，至少要有一條車道來描述一條路。車道通常是道路上的一個橫向分隔區域，供車輛朝一個方向行駛。每個路段都可以透過車道數和行駛方向來描述。在水平面上傳輸的所有車道組可以包括所有可想象的車道型別。從一段路到另一段路，特別是在十字路口，車道相互連線。每條車道都有屬性和幾何描述，車道模型概要檔案包含描述特定路徑上的車道的資訊。對於每個車道，它包括關於車道號、方向、過渡和車道型別的資訊，以及描述車道邊界的兩個線性物件識別符號。一般的，車道模型包含不同的型別，如普通車道、應急車道、公交車道、超車道、加速車道、非機動車道等。車道的方向和連線描述了道路的邏輯檢視，再次呈現出地平線路徑的一部分。識別車道的方法是在駕駛方向上從右到左從1開始計數，包括肩道(如果要表示肩道)。作為高精資料的車道模型是按照一定規則打斷後播發的基礎單元，包含了車道型別、編號、轉化關係等資訊。



e)車道連線屬性Lane Connectivity車道連線屬性表示了一個車道模型到下一個車道模型之間的車道連線關係。他可以對不同車道之間建立有效的連線關係，也可以對同一車道內的有效車道與無效車道之間建立分隔關係。首先透過對車道路徑按照一定的距離進行打點分割，將分割的兩段車道線進行編號排序，排好序的車道屬性作為車道行駛路徑連線的規劃點表達（車道編號：LaneNumber，車道所在路徑編號：PathID）。



f)導航路徑規劃 Navigation Path Planning導航路徑規劃實際是高精地圖接收導航地圖傳送的駕駛員設定目的地資訊進行路徑規劃的過程，它包含對當前車輛位置的探測，車輛下一時刻形式位置的預測，並對該預測出的路徑打上標籤傳送標誌訊號給自動駕駛中央控制器以進行相應的車輛軌跡規劃。當前車輛定位完成後，分別生成了兩段可行使路徑，隨後在設定了導航路徑後，分別為該兩段路徑打上標籤，當某段路徑屬性與當前位置路段屬性一致時，則將兩端同一屬性的路徑標實為下一時刻需要行駛的路徑。如下圖，表示了當前車輛位置處路段屬性為Path_1_Label=1，下一時刻兩條不同路徑的屬性標籤分別為Path_2_Label=0，Path_3_Label=1，Path_4_Label=0，此時Path_1_Label=Path_3_Label，則表示車輛需要沿著Path_3進入岔路口。這裡需要注意的是，導航資料播發是透過從檢測到前方特殊特殊路徑開始生成。比如前方一定距離PreDis後有匝道，則從該時刻開始進行路徑預測。



如上路徑軌跡預測播發過程如下：

i.導航地圖根據人的指令（如目標POI點）規劃出全域性行駛路線（道路級）；

ii.然後將規劃的“行駛路線”給到高精地圖；

iii.高精地圖基於“行駛路線”計算出“車道級路徑規劃”；

iv.再將“車道級路徑規劃”給到自動駕駛控制器輔助決策區域性路徑規劃。

g)車道資訊Lane Information車道資訊包含了基本車道資訊及車道幾何資訊。基本車道資訊包括了車道編號（行車方向從右向左，編號遞增）、車道置信度（包含高、中、低等多類別）、車道型別（車道線、中心線、籬笆、護欄、牆等）、車道顏色（白、黃、橙、藍、綠、灰、左白右黃、左黃右白等）、車道線型（單實線、單虛線、短虛線、雙實線、雙虛線、左實右虛、右實左虛、導流線等）等要素。車道幾何資訊包括了車道線編號、車道邊界座標、車道中心線座標、車道曲率、車道縱坡度、車道橫坡度、車道航向。



自動駕駛地理圍欄設定

地理圍欄是高精地圖針對自動駕駛功能設定的電子圍欄，用於限定自動駕駛車輛在該範圍內的啟用控制前提條件，當車輛處於地理圍欄內時可以確認開啟自動駕駛功能，當車輛處於地理圍欄外時，自動駕駛功能退出或禁止開啟或觸發相應的報警功能。



一般情況下能夠利用高精地圖設定的地理圍欄規則如下，地理圍欄包括兩個部分，其一是特殊場景標識的禁行區，地理圍欄外的特殊場景設定包括道路等級、道路構成、收費站、檢查站、收費站、檢查站、施工/禁行/被借用、交通燈、曲率、橫坡、縱坡等。如上圖中表示出了比較典型的駛出地理圍欄的標識。其二是禁行區外的距離延長區，該區域內是對地理圍欄的確認判斷區，可作為自動駕駛的報警區。



總 結

真正高精地圖播發的資料一般是以乙太網資料格式進行傳送，而在自動駕駛控制器看來是無法直接利用起來的，除開訊號格式不一致外，訊號也需要經過包含一系列資料解析的方式進行資料重構。本文重點講解高精地圖如何進行播發及自動駕駛控制器如何在資料處理單元進行重構的過程，對於真正自動駕駛控制是十分關鍵的過程控制。