高精地圖作為自動駕駛系統(tǒng)不可或缺的頂級傳感器配置，在自車環(huán)境感知方面，可以提供大量有效的靜態(tài)環(huán)境信息以及部分動態(tài)環(huán)境信息，可為自動駕駛控制器省去許多算力并進行實時計算。在定位方面，與GPS、北斗等全球衛(wèi)星導航方式結(jié)合，幫車輛定位其精確位置。在駕駛規(guī)劃方面，由于高精地圖包含實時、高精度的交通信息，可精確幫助自動駕駛系統(tǒng)進行駕駛規(guī)劃。對于高精地圖的基礎(chǔ)采集原理、建圖原理及輸出信號等已經(jīng)有不少文獻進行過相應(yīng)的分析說明，本文著重從自動駕駛開發(fā)的角度說明高精地圖如何進行數(shù)據(jù)播發(fā)，自動駕駛控制器如何對來自以太網(wǎng)的高精地圖信號進行轉(zhuǎn)化，以確保轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)能夠為其所用。此外，文章會詳細講解根據(jù)高精地圖的輸出數(shù)據(jù)，如何進行自動駕駛圍欄設(shè)置。
高精地圖播發(fā)與數(shù)據(jù)重構(gòu)
當高精地圖信息以一定的形式播發(fā)出來時，自動駕駛控制器如何對該高精地圖信息進行利用是自動駕駛系統(tǒng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)感知處理單元需要首先處理的問題，即地圖數(shù)據(jù)傳遞到ADAS系統(tǒng)應(yīng)用需要一個分解、傳輸再重構(gòu)的過程，如下圖表示了相關(guān)的播發(fā)和重構(gòu)原理圖。
AHP（ADAS Horizon Provider）即電子地平線，作用是為ADAS 應(yīng)用提供超視距的前方道路和數(shù)據(jù)信息。提取地圖及位置信息生成ADAS Horizon數(shù)據(jù)，通過總線傳輸?shù)紸DAS控制器，ADAS控制器中有一個重構(gòu)單元AHR（ADAS Horizon Reconstructor），AHR用于解析AHP 發(fā)出的消息并重建地圖數(shù)據(jù)，供終端 ADAS 應(yīng)用模塊使用。即將收到的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)變成ADAS系統(tǒng)可以看懂的數(shù)據(jù)。目前ADASIS已發(fā)布V3版本支持包含車道在內(nèi)的高精地圖數(shù)據(jù)，支持車載以太總線傳輸。
高精地圖實際是一種數(shù)字地圖，用各種細節(jié)級別來表示對于世界的抽象。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，而以連接點的方式來表示岔路節(jié)點，而以各種不同的連線及節(jié)點組合一起構(gòu)成道路網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，隨后在利用世界坐標系進行坐標定位。
上圖為一個簡單的T型交點表示現(xiàn)實中車道簡化模型。紅色點表示數(shù)字地圖中的節(jié)點，紅色和黃色的線表示了各節(jié)點之間的連結(jié)性。為了更加真實的表示路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將類似十字路口或其他更為復雜的情況簡化為一個簡單的抽象視圖。隨即通過一定的要素（如位置、連接關(guān)系等）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數(shù)據(jù)播發(fā)原理進行說明，需要對當前高精地圖常用的播發(fā)要素進行說明如下：
項目 |
數(shù)據(jù)類型 |
數(shù)據(jù)元素 |
1 |
全局數(shù)據(jù)信息 |
包含國家、地區(qū)、時區(qū)、圖商、地圖版本、數(shù)據(jù)狀態(tài)、駕駛方向（靠左/靠右）、單位制式（米/英里） |
2 |
局部數(shù)據(jù)信息 |
①路網(wǎng)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(shù)量、寬度、類型、車道轉(zhuǎn)換（分離/合并）
③車道連接：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、類型（護欄等連續(xù)線型物體也用此信號表達）
⑥導航路徑：是否為導航路徑（需要和導航關(guān)聯(lián)）
⑦地理圍欄：地理圍欄內(nèi)、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(gòu)成、隧道、交通標志、信號燈、地面標志、收費站
⑨動態(tài)信息：天氣、施工、交通事件（活動、管制）、動態(tài)交通流（擁堵）
|
3 |
路徑控制信息 |
除開基礎(chǔ)路網(wǎng)拓撲信息外，包括新增路徑信息（父路徑ID、子路徑ID、新增路徑ID、分支點位置）；刪除的路段信息（路徑ID、刪除點位置） |
ADAS范圍是對車輛前方環(huán)境的一種預測樹視圖，它被描述為不同路徑的集合和周圍的數(shù)字導航地圖數(shù)據(jù)。預測樹是由多條路徑連接而成，每條路徑都代表道路的一部分，并通過交叉點（交叉口）和其他路徑連接起來。一旦車輛移動并更改其位置，預測視圖也會更改:可能會刪除一些經(jīng)過的路徑，或者增加一些新的路徑。在自動駕駛系統(tǒng)控制過程中，應(yīng)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(tǒng)當前車輛處于何種位置，該位置下周邊環(huán)境怎樣？
其二，高精地圖需要結(jié)合駕駛員設(shè)置的導航信息，告知自動駕駛系統(tǒng)從當前時刻開始，下一步車輛應(yīng)該從道路的何種路徑行駛通過。
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(guān)的元素分別進行概括分析如下：
a)節(jié)點PathNode及路徑朝向HeadingAngle：
道路分支節(jié)點，可用于表達場景網(wǎng)絡(luò)拓撲下的路徑關(guān)系，他可以區(qū)分自動駕駛系統(tǒng)控制下的各條行駛路徑間的關(guān)系，其相關(guān)的信息包括分支點相對于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。
如下圖羅列出當前車輛可以通過的可行使路線。實際上，在高精地圖進行路徑規(guī)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(yīng)的編號即PathID，該編號根據(jù)是否存在分支節(jié)點會隨時生成相應(yīng)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(jié)點間的行駛路徑，子路徑SubID是指在節(jié)點后的分叉路徑。行駛過程中是通過不斷地尋找在各個節(jié)點處相同地路徑編號PathId，作為規(guī)劃下一時刻的行駛過程。如下圖所示，以前述路徑交叉節(jié)點為分界點，可以描繪出不同的行駛路徑，并為各個路徑進行編號。如下圖表示了4條不同的路徑。
偏移量具體是指自車當前位置距離前方關(guān)鍵點的距離，這里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（這里稱作坐標原點）與關(guān)鍵點的偏移量表達，其中針對交叉節(jié)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(guān)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(tài)的向前播發(fā)一定距離的地圖數(shù)據(jù)，實際數(shù)據(jù)播發(fā)過程以車道模型為基本單元，在車道模型屬性中的車道數(shù)量、車道線、車道類型變化的地方設(shè)置斷點，一般設(shè)置斷點間的距離為100-600米左右，由此需要保證車輛前方有至少2km左右的數(shù)據(jù)，如果有岔路出現(xiàn)，則對該岔路標識的子路徑播發(fā)500-1km左右的距離。
如下圖所示，表示了高精地圖向前播發(fā)數(shù)據(jù)的位置及原理。
此外，為了節(jié)省內(nèi)存空間，需要對無用數(shù)據(jù)占用的緩存空間進行定時清理，刪除車輛后方（或稱拖尾）的一些無用地圖數(shù)據(jù)，刪除過程一般采用限定拖尾范圍距離的方式進行，即自車的行駛距離超過該拖尾范圍距離時，執(zhí)行刪除指令。這里要注意的是，需要確保刪除的拖尾不能是當前車輛正在通過的行駛路徑。
在現(xiàn)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(qū)域，供車輛朝一個方向行駛。每個路段都可以通過車道數(shù)和行駛方向來描述。在水平面上傳輸?shù)乃熊嚨澜M可以包括所有可想象的車道類型。從一段路到另一段路，特別是在十字路口，車道相互連接。
每條車道都有屬性和幾何描述，車道模型概要文件包含描述特定路徑上的車道的信息。對于每個車道，它包括關(guān)于車道號、方向、過渡和車道類型的信息，以及描述車道邊界的兩個線性對象標識符。一般的，車道模型包含不同的類型，如普通車道、應(yīng)急車道、公交車道、超車道、加速車道、非機動車道等。
車道的方向和連接描述了道路的邏輯視圖，再次呈現(xiàn)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(shù)，包括肩道(如果要表示肩道)。作為高精數(shù)據(jù)的車道模型是按照一定規(guī)則打斷后播發(fā)的基礎(chǔ)單元，包含了車道類型、編號、轉(zhuǎn)化關(guān)系等信息。
e)車道連接屬性Lane Connectivity
車道連接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接關(guān)系。他可以對不同車道之間建立有效的連接關(guān)系，也可以對同一車道內(nèi)的有效車道與無效車道之間建立分隔關(guān)系。首先通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接的規(guī)劃點表達（車道編號：LaneNumber，車道所在路徑編號：PathID）。
f)導航路徑規(guī)劃 Navigation Path Planning
導航路徑規(guī)劃實際是高精地圖接收導航地圖發(fā)送的駕駛員設(shè)置目的地信息進行路徑規(guī)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，并對該預測出的路徑打上標簽發(fā)送標志信號給自動駕駛中央控制器以進行相應(yīng)的車輛軌跡規(guī)劃。
當前車輛定位完成后，分別生成了兩段可行使路徑，隨后在設(shè)置了導航路徑后，分別為該兩段路徑打上標簽，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簽分別為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。
這里需要注意的是，導航數(shù)據(jù)播發(fā)是通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后有匝道，則從該時刻開始進行路徑預測。
i.導航地圖根據(jù)人的指令（如目標POI點）規(guī)劃出全局行駛路線（道路級）；
ii.然后將規(guī)劃的“行駛路線”給到高精地圖；
iii.高精地圖基于“行駛路線”計算出“車道級路徑規(guī)劃”；
iv.再將“車道級路徑規(guī)劃”給到自動駕駛控制器輔助決策局部路徑規(guī)劃。
基本車道信息包括了車道編號（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）、車道類型（車道線、中心線、籬笆、護欄、墻等）、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。
車道幾何信息包括了車道線編號、車道邊界坐標、車道中心線坐標、車道曲率、車道縱坡度、車道橫坡度、車道航向。
地理圍欄是高精地圖針對自動駕駛功能設(shè)置的電子圍欄，用于限定自動駕駛車輛在該范圍內(nèi)的激活控制前提條件，當車輛處于地理圍欄內(nèi)時可以確認開啟自動駕駛功能，當車輛處于地理圍欄外時，自動駕駛功能退出或禁止開啟或觸發(fā)相應(yīng)的報警功能。
一般情況下能夠利用高精地圖設(shè)置的地理圍欄規(guī)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(qū)，地理圍欄外的特殊場景設(shè)置包括道路等級、道路構(gòu)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(qū)外的距離延長區(qū)，該區(qū)域內(nèi)是對地理圍欄的確認判斷區(qū)，可作為自動駕駛的報警區(qū)。
真正高精地圖播發(fā)的數(shù)據(jù)一般是以以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式進行發(fā)送，而在自動駕駛控制器看來是無法直接利用起來的，除開信號格式不一致外，信號也需要經(jīng)過包含一系列數(shù)據(jù)解析的方式進行數(shù)據(jù)重構(gòu)。本文重點講解高精地圖如何進行播發(fā)及自動駕駛控制器如何在數(shù)據(jù)處理單元進行重構(gòu)的過程，對于真正自動駕駛控制是十分關(guān)鍵的過程控制。
