自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要HD高精地圖嗎？

本文來(lái)源：智車(chē)科技

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特斯拉（Tesla）公司的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)–Autopilot或FSD（Full auto driving）目前實(shí)際上還均屬于ADAS駕駛員輔助功能的范疇。關(guān)于什么才是真正的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，即使在特斯拉內(nèi)部也存在爭(zhēng)議，伊隆·馬斯克稱(chēng)之為自動(dòng)駕駛，而其律師在與政府車(chē)管部門(mén)的溝通中稱(chēng)之為純粹的輔助功能，而且目前尚無(wú)發(fā)展成為一個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的路線圖。

不過(guò)從特斯拉的官方角度來(lái)看，特斯拉仍在追求自動(dòng)駕駛，并在最近決定未來(lái)的特斯拉車(chē)型放棄使用雷達(dá)傳感器，僅僅依靠攝像頭來(lái)感知環(huán)境。其發(fā)布信息中包含了2個(gè)結(jié)論：

特斯拉稱(chēng)，同時(shí)使用攝像頭和雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的感知沖突，將使傳感器融合和決策出現(xiàn)問(wèn)題。

特斯拉仍將繼續(xù)不使用HD高精地圖，因?yàn)榫S護(hù)高精地圖將需要巨大的努力。

特斯拉關(guān)于這些問(wèn)題很難解決的認(rèn)識(shí)當(dāng)然是正確的，然而汽車(chē)行業(yè)的其他人似乎并不同意特斯拉的結(jié)論。

攝像頭優(yōu)于雷達(dá)嗎？

特斯拉強(qiáng)調(diào)特斯拉的攝像頭系統(tǒng)在任何情況下基本都是表現(xiàn)一流的傳感器，而雷達(dá)反而會(huì)增添不必要的錯(cuò)誤或造成不必要的延遲。許多其他汽車(chē)制造商并不同意這一觀點(diǎn)：雷達(dá)是一種“物理性”相當(dāng)強(qiáng)的傳感器，這意味著雷達(dá)的測(cè)量值（探測(cè)的反射率和傳播時(shí)間）可以快速描述對(duì)象物體及其距離，而不必通過(guò)許多算法處理輸入數(shù)據(jù)。對(duì)于攝像頭數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，情況恰好相反，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理和算法分割之前，攝像頭數(shù)據(jù)本身并不包含圖片中什么物體處于什么位置的特定數(shù)據(jù)。攝像頭數(shù)據(jù)需要通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理，才能產(chǎn)生有關(guān)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境信息。

此外，眾所周知，攝像頭和雷達(dá)這兩種系統(tǒng)在面對(duì)不同的對(duì)象和不同的情況下各有優(yōu)劣，這使得它們的組合能夠很好地彌補(bǔ)彼此的弱點(diǎn)。這也幾乎是除特斯拉以外的所有汽車(chē)OEM廠商的共識(shí)，而且雷達(dá)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直是量產(chǎn)車(chē)輛輔助系統(tǒng)的主流。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要高精地圖嗎？

現(xiàn)在來(lái)看看另一個(gè)問(wèn)題：高精地圖的必要性以及如何維護(hù)？

特斯拉AI負(fù)責(zé)人Karpathy正確地將高精地圖稱(chēng)為自動(dòng)駕駛汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，就像發(fā)動(dòng)機(jī)需要以大規(guī)模的加油站或充電站網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施一樣，自動(dòng)駕駛功能也需要高精地圖來(lái)精確定位自己，并在車(chē)道水平上精確導(dǎo)航。

高精地圖，也稱(chēng)為3D地圖，是一種高度精確的路線圖，具有很高的環(huán)境保真度，包含有關(guān)人行橫道、交通燈／標(biāo)志、路障等的準(zhǔn)確位置的信息。對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛來(lái)說(shuō)，它不能像人類(lèi)一樣通過(guò)人類(lèi)視覺(jué)補(bǔ)償普通地圖的不精確性，所以高精地圖對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛來(lái)說(shuō)是必須的。

幾年前，高精地圖是否會(huì)成為解決這個(gè)問(wèn)題的方案是一個(gè)懸而未決的課題，原因是制作和維護(hù)這些地圖是很困難的，尤其是大規(guī)模制作并維護(hù)地圖的情況下。然而，在過(guò)去的幾年里，除特斯拉之外的所有其他汽車(chē)制造商都意識(shí)到，出于安全原因以及駕駛員／乘客的舒適性考量，任何高于SAE L2級(jí)的系統(tǒng)都需要使用車(chē)載高精地圖。單靠實(shí)時(shí)計(jì)算和車(chē)載傳感器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠強(qiáng)大，是無(wú)法掌握道路的復(fù)雜的道路交通狀況。

通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō)，使用高精地圖的系統(tǒng)與不使用高精地圖的系統(tǒng)之間的差異類(lèi)似于經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)與完全不熟悉這座城市的司機(jī)之間的區(qū)別。

實(shí)際上，Karpathy也說(shuō)過(guò)特斯拉沒(méi)有使用高精地圖：“所有發(fā)生的事情，都是第一次發(fā)生在車(chē)?yán)?，基于圍繞在車(chē)上的八個(gè)攝像頭的視頻”。特斯拉的采取的方案確實(shí)非常有挑戰(zhàn)性，看看特斯拉最新發(fā)布的FSD V9的一些視頻，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這輛車(chē)犯了包括橫穿公交車(chē)道和橫穿實(shí)線進(jìn)入錯(cuò)誤車(chē)道在內(nèi)的多個(gè)錯(cuò)誤。

假如，像特斯拉這樣的OEM廠商發(fā)布了一個(gè)易出錯(cuò)的系統(tǒng)，而這種錯(cuò)誤又可以通過(guò)高精地圖數(shù)據(jù)得到緩解，并且如果在未來(lái)不使用高精地圖的情況下錯(cuò)誤會(huì)變本加厲，那么平心而論這確實(shí)是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的概念。至少，這需要全行業(yè)更仔細(xì)地審視其中的細(xì)節(jié)。

是什么讓使用高精地圖成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)？

那么，現(xiàn)在是什么讓在量產(chǎn)車(chē)中使用高精地圖成為極具挑戰(zhàn)的工作呢？畢竟，之前有一些公司已經(jīng)應(yīng)用高精地圖很多年了，其中包括Here Technologies、TomTom等大牌公司，當(dāng)然還有Ushr，幾年前它為通用汽車(chē)的Super Cruise系統(tǒng)提供了13萬(wàn)英里的美國(guó)公路高精地圖。

高精地圖還沒(méi)有成為一個(gè)基本選擇有很多原因，其中最主要的原因是創(chuàng)建高精地圖以及使其保持更新所需的成本和時(shí)間。

繪制一個(gè)大陸的整個(gè)公路網(wǎng)（這是主流車(chē)輛所需的規(guī)模）需要大量投資。根據(jù)原始設(shè)備制造商預(yù)測(cè)的車(chē)隊(duì)規(guī)模和使用地圖功能的費(fèi)率，每輛車(chē)由此產(chǎn)生的成本是巨大的，尤其是在汽車(chē)這個(gè)傳統(tǒng)上重視任何細(xì)小利潤(rùn)的行業(yè)。

中歐和西歐的公路合計(jì)有六位數(shù)的公里數(shù)

一旦第一批地圖完成生產(chǎn)，由于道路施工和類(lèi)似的建設(shè)工程，部分地圖將已經(jīng)過(guò)時(shí)。如果L2級(jí)L3級(jí)輔助系統(tǒng)依賴于要使用最新的地圖，這意味著高精地圖的更新周期要比普通導(dǎo)航地圖更新周期大大縮短。

因此，需要一個(gè)解決方案，不僅可以繪制100000多英里的道路，還需要一個(gè)能夠在任何必要的時(shí)間和地點(diǎn)繼續(xù)高效地重新繪制道路地圖，同時(shí)不會(huì)影響地圖質(zhì)量。

對(duì)于大多數(shù)從事高精地圖工作的公司來(lái)說(shuō)，這些要求與常規(guī)的做法有點(diǎn)不一致：通常的做法是使用特制的調(diào)查車(chē)或SUV，裝載高端傳感器硬件，每輛車(chē)的運(yùn)行成本在20萬(wàn)美元甚至30萬(wàn)美元以上。而且需要大量的投放這些繪制車(chē)輛以換取市場(chǎng)占有率，但是運(yùn)營(yíng)這樣一支規(guī)模龐大的車(chē)隊(duì)，從經(jīng)濟(jì)成本的角度來(lái)說(shuō)是不太現(xiàn)實(shí)的。因此，在某種程度上，特斯拉的分析是正確的。但是，在目前規(guī)模情況下，在預(yù)期的時(shí)間和成本限制內(nèi)創(chuàng)建和維護(hù)高精地圖的新技術(shù)已經(jīng)存在。

眾智成城：眾包高精地圖

2017年，芯片制造商英特爾以153億美元收購(gòu)了一家名為Mobileye的以色列公司，這是迄今為止對(duì)一家以色列科技公司的最大一筆收購(gòu)。Mobileye是一家生產(chǎn)攝像頭系統(tǒng)的汽車(chē)供應(yīng)商，為系列生產(chǎn)車(chē)輛中的ADAS功能提供助力，如防撞和盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。不過(guò)，它們的真正價(jià)值不僅僅在于公司的硬件。

根據(jù)該公司的數(shù)據(jù)，27家OEM廠商在300多個(gè)車(chē)型上安裝了Mobileye系統(tǒng)，這使得大多數(shù)主要道路上至少有一個(gè)攝像頭在一定程度上正常行駛。利用這一事實(shí)，Mobileye在云端從客戶車(chē)輛中獲取傳感器數(shù)據(jù)，將它們聚合到一個(gè)眾包的、不斷更新的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中，而無(wú)需單個(gè)專(zhuān)用調(diào)查車(chē)輛的輸入。換句話說(shuō)，系統(tǒng)的最終用戶成為他們自己的數(shù)據(jù)供應(yīng)商。

目前還沒(méi)有主流的L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以依靠Mobileye的方法來(lái)保證車(chē)輛脫手操作的安全。批量生產(chǎn)中使用的攝像頭（和其他傳感器）及其數(shù)據(jù)提供的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高精地圖系統(tǒng)所使用的精確度，目前尚不清楚有多少處理／標(biāo)注過(guò)程（processing／annotation process）可以（或應(yīng)該）完全自動(dòng)化。

這項(xiàng)技術(shù)可能還很年輕，但Mobileye方法的概念幾乎被認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向：一些OEM廠商和Tier 1供應(yīng)商正在開(kāi)發(fā)自己版本的高精地圖眾包系統(tǒng)，以擴(kuò)大和完善其產(chǎn)品組合。例如，豐田的Woven Planet剛剛宣布收購(gòu)地圖公司Carmera，此前，IT科技公司Nvidia今年早些時(shí)候宣布收購(gòu)DeepMap，進(jìn)一步突顯了其在汽車(chē)領(lǐng)域的雄心。

那么，如果L3級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛在2021年和2022年上市，但眾包高精地圖離真正成為主流還有幾年的時(shí)間，那么在此期間，它們將如何采購(gòu)？這就是高精地圖的另一種方法發(fā)揮作用的地方。

彌合鴻溝：今天如何大規(guī)模使用高精地圖

這時(shí)我們回到計(jì)算機(jī)視覺(jué)，特斯拉的傳感器選擇。如今的高精地圖領(lǐng)域確實(shí)是這種傳感器方法真正能發(fā)揮作用的領(lǐng)域，攝像頭是一種久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，優(yōu)質(zhì)的硬件價(jià)格低廉。此外，使用立體視覺(jué)（兩個(gè)攝像頭朝向同一方向，但彼此分開(kāi)安裝）能夠以比許多其他傳感器更高的分辨率計(jì)算三維深度圖像。

這種結(jié)合使得有可能用低成本的設(shè)備與高性能軟件處理來(lái)取代昂貴的硬件和專(zhuān)用車(chē)輛。特斯拉必須計(jì)算“首次在車(chē)?yán)锇l(fā)生的一切”，但高精地圖公司目前并沒(méi)有面臨這樣的挑戰(zhàn)。

在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，主流車(chē)輛輔助功能預(yù)計(jì)不會(huì)由實(shí)時(shí)高精地圖更新提供支持。因此，我們?nèi)匀豢梢允褂酶〉能?chē)隊(duì)，配備更好的攝像頭、GPS和運(yùn)動(dòng)傳感器，而不是原始設(shè)備制造商批量生產(chǎn)的產(chǎn)品——我們還可以在后期生產(chǎn)中處理其數(shù)據(jù)，應(yīng)用需要時(shí)間運(yùn)行的復(fù)雜算法。

那么，商業(yè)案例呢？是否真的有可能繞過(guò)調(diào)查車(chē)隊(duì)的高昂成本？答案是肯定的，如果你利用這樣一個(gè)事實(shí)，你可以采用易于使用、無(wú)需專(zhuān)門(mén)的工程know－h(huán)ow的測(cè)量硬件并建立一個(gè)系統(tǒng)。

如果你能讓你的裝備不依賴于車(chē)輛，并且對(duì)一個(gè)外行來(lái)說(shuō)足夠容易操作，你就能獲得一個(gè)有力的好處：你可以使用兼職司機(jī)和他們的私人車(chē)輛。工作模式與為AAA或Uber開(kāi)車(chē)的人相同，如果任何持有駕駛執(zhí)照的人都有資格成為調(diào)查駕駛員，并且可以使用低成本、自給自足的硬件，這些硬件可以將任何一輛車(chē)變成調(diào)查車(chē)輛，那么你就擁有了一支測(cè)繪車(chē)隊(duì)。這使得原始設(shè)備制造商能夠以符合汽車(chē)定價(jià)要求的成本，滿足當(dāng)前已經(jīng)面臨的地圖更新要求。

MMM模型：批量生產(chǎn)地圖

基于所有這些，我們可以劃分未來(lái)幾年高精地圖制作的3個(gè)可能階段。我們稱(chēng)之為MMM模型（Make，Maintain，Mass build／制造、維護(hù)、大規(guī)模生產(chǎn)）：

1．制造／Make：

創(chuàng)建高精地圖的第一個(gè)版本，至少適用于美國(guó)、歐洲大部分地區(qū)和日本的所有高速公路。這一覆蓋范圍將是進(jìn)入批量生產(chǎn)的功能的最低要求。這類(lèi)工作的大多數(shù)合同可能在未來(lái)12－24個(gè)月內(nèi)執(zhí)行。

2．維護(hù)／ Maintain：

保持高精地圖的第一個(gè)版本是最新的。很可能仍然使用HD高精等級(jí)的測(cè)量設(shè)備和處理方法，但成本低，周轉(zhuǎn)時(shí)間短（從知悉變化后約2周）。這種方法在當(dāng)今的技術(shù)中是具備可行性的，因此我們沒(méi)有理由在未來(lái)幾年拒絕它，為最后一步爭(zhēng)取時(shí)間。

3．大規(guī)模生產(chǎn)／ Mass build：

設(shè)計(jì)和實(shí)施一個(gè)端到端的解決方案，該解決方案允許采集量產(chǎn)車(chē)輛的車(chē)載傳感器數(shù)據(jù)，可靠地聚合和處理這些數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)地圖環(huán)境的變化，并相應(yīng)地更新地圖并將其反饋回到車(chē)隊(duì)。這很可能是這十年內(nèi)高精地圖的最終目標(biāo)，但是高精地圖的構(gòu)建還需要好幾年時(shí)間。

Mobileye今天似乎遙遙領(lǐng)先于許多其他玩家，即使沒(méi)有MMM模型提供的基石，Mobileye可能也會(huì)完成第3步。汽車(chē)行業(yè)是競(jìng)爭(zhēng)最激烈的行業(yè)之一，任何東西都不會(huì)長(zhǎng)期只有一個(gè)供應(yīng)商。而對(duì)于希望建立競(jìng)爭(zhēng)性報(bào)價(jià)的原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，有一個(gè)解決方案可以在不犧牲快速上市的前提下?tīng)?zhēng)取時(shí)間，將是一個(gè)好消息。

看看未來(lái)的眾包玩家喜歡哪種方法和理念會(huì)很有趣。Mobileye目前的戰(zhàn)略和其他市場(chǎng)參與者的發(fā)展讓人想起蘋(píng)果和微軟之間的早期競(jìng)爭(zhēng)。一方面，有一個(gè)封閉的端到端系統(tǒng)，提供高性能，但對(duì)用戶來(lái)說(shuō)這仍然是某種‘黑匣子＇，除了制造商設(shè)計(jì)的一切，不允許定制或個(gè)性化。

另一方面，我們可能會(huì)看到一個(gè)更加開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)，不同類(lèi)型的公司進(jìn)行合作：汽車(chē)制造商、傳感器制造商、軟件公司、地圖和電信公司，每一家公司都將各自的專(zhuān)業(yè)知識(shí)擺到桌面上。

我們非常期待看到將共同創(chuàng)建的開(kāi)放地圖解決方案。

原文：The road to everywhere： are HD maps for autonomous driving sustainable？

作者：TOM DAHLSTR?M， BUSINESS DEVELOPMENT MANAGER， ATLATEC