傳統拓撲地圖

我們先了解下傳統拓撲地圖，這是從地圖app里截出來的圖，從這張圖我們可以得到很多信息：

◆拓撲信息：我們可以從地圖里辨認出北清路的主干道，以及了解到北清路能延伸向哪些其他道路等，這些都是人們可辨認的拓撲信息。

◆各類 POI（信息點）：我們能看到許多 POI 信息，包括中關村壹號-A1座，拉卡拉大廈等。

◆地圖的用戶是人。

◆米級精度：地圖精度是米級別的，對于人類使用這已經足夠了，因為人會自覺判別周圍的環境，做出自己的變化。

但是這些信息對于自動駕駛的車輛來說，是不是必要的、準確的或者足夠的呢？

一個自動駕駛典型場景

上圖展示了一個典型的駕駛場景——假設我們正在駕駛的車輛是后面的白車，可以看到我們前方有輛自行車，那么對于白車而言，可以有兩個決策：跟車或者變道。

對于自動駕駛車輛來說, 它作出變道決策需要知道很多具體的信息：

◆在哪條車道上以及當前車道的具體位置。

◆是否有隔壁車道，如果沒有車道你是變不過去的。

◆是否允許變道，車道的類型，車道線是虛線還是實線，變道距離是否足夠長，變道后是否能夠達到終點。

自動駕駛車輛不能像人一樣做出各種復雜的動作，這時就需要有一些先驗的約束條件，那么這些先驗信息都可以從地圖中來。

HD Road Graph如何應用于自動駕駛

HD Road Graph （高精道路圖）也是高精地圖的一部分，又叫做拓撲地圖。HD Road Graph 以厘米級精度來描述道路細節，主要包含：車道類型、車道連通性、交通標注/交通燈、人行橫道、道路幾何特征、其他語義信息。

大家可以看一下上圖左側，每一條路都已精細到車道，包括直行或左轉的車道，當然也包括周邊的一些幾何信息。總體上你會發現高精地圖上的信息要比傳統地圖大很多。

感知系統+高精地圖

高精地圖在自動駕駛里有很多應用，首先是與感知系統相結合。例如，高精地圖里會描述紅綠燈所在位置，當自動駕駛車輛到達路口后，可以根據當前的位置，更加準確地識別前方的紅綠燈。

上圖左邊是一個普通的道路場景，而右邊則是安裝有幾十盞紅綠燈的特殊場景（其實現實情況基本不存在），在這種極端情況下，人類都很難分辨在哪個路口對應哪盞紅綠燈。但如果前期在離線地圖上就能把這個對應信息驗證準確，無疑將對自動駕駛的安全性、可靠性起到很大幫助。

決策規劃+高精地圖

我們再來看下高精地圖在決策規劃方面的應用。前面我提到了一個典型駕駛場景，以及在此情況下，自動駕駛車輛的行駛需要得到一個全局的路徑信息以及變道所需要的信息。

上圖右側的地圖強調了綠化帶，這其實為自動駕駛提供了語義信息。而地圖里包含的語義信息將幫助自動駕駛做出更好的行駛決策。

還是以綠化帶為例，當自動駕駛車輛能夠提前知道旁邊是綠化帶，它便可以做一些先驗的決策，例如可以提前判斷在行駛中是否有行人、車輛直接從對向車道穿過來。這不僅提升了決策的準確性，也使得系統性能得到提升，因為自動駕駛車輛此時不需要過多關心對面車道的物體，計算量也因此減少。通過上面的例子，你會發現先驗信息對自動駕駛決策來說必不可少，并且非常關鍵。

高精地圖生成與發布

當前高精地圖生成發布用到的流程（Pipeline）一般分為以下幾個環節：

◆數據收集，地圖信息的采集。

◆數據清洗/聚合。

◆自動化識別，把地圖里的必要信息處理出來，包括車道線、紅綠燈、十字路口等等各種信息。

◆人工檢查/標注，現有的算法還做不到100%的自動抽取，所以仍會加入人工檢查和標注的環節。

◆后處理和驗證，整個數據出來之后，還需要進行后處理和驗證。處理的最終目的是保證提供的地圖信息是準確的，假設一個紅綠燈位置標錯了或者自動識別錯了，那可能會導致路測過程中會出現安全隱患，所以驗證環節是很重要的部分。

◆Release（發布），驗證通過后，將會進行數據的發布（Data Release），所有數據會納入統一的管理中，每一版本Release的地圖的質量已得到嚴格驗證。

這是一個常規的發布流程。現實中整個路網結構是不斷往外擴張的，且周圍環境會有變化，所以也會有增量的更新。

成本與挑戰

前面簡單介紹了整個HD Road Graph的生成發布流程，我們來看下HD Road Graph可能會遇到的問題與挑戰。

成本

◆厘米級別的精度：需要各類傳感器（LiDAR、Cameras、GNSS/IMU），上圖右邊是蘋果的地圖車，大家可以看到上面裝了很多傳感器，顯然制造這樣一輛高精地圖車輛的成本不低。

◆數據量：海量存儲資源和計算資源。

◆覆蓋范圍：當地圖從局部區域逐步向外擴張，例如從中關村壹號附近地區，擴張到海淀區，再到北京市，甚至是半個中國，這其中涉及的硬件成本和人力成本等，都會相應增加。

復雜性挑戰

第二個是高精地圖的復雜性帶來的挑戰。復雜性體現在地圖Data Model（數據模型）需要包含三部分信息：

◆語義信息，從上圖里的標志牌示例圖可以看出，目前道路存在各式各樣的交通標記。因此，高精地圖需提高語義信息的準確性，并且盡可能提高覆蓋度。

◆空間信息，上圖中的立交橋是以復雜聞名的西直門立交橋——有人說，即使借助導航軟件，你都未必能夠從縱橫交錯的道路中準確找到下一條你要行駛的車道。因此挑戰就是如何能夠把整個空間信息描述好，集成到地圖中去。

◆時間信息，北京有一些潮汐街道，早高峰和晚高峰走的方向是不一樣的；或者某些公交車道在早高峰的時候只允許公交車行駛，其他車輛禁止使用。這類時間信息也需要包含進地圖里。

當三類信息準確地整合進高精地圖時，決策規劃模塊和感知模塊才能有效地運作。

拓展性挑戰

◆自動駕駛車輛每行駛一公里會產生GB級別的原始數據，處理這些數據會使得功能架構面臨很大的挑戰。

◆地圖更新方面，從“天”級別到“小時”級別再到“分鐘”級別的更新，對應的整體功能架構是不一樣的。

實時性挑戰

交通管制、環境變化等怎么反饋到HD Road Graph上？假設今天某條路修路，對于人類駕駛員而言，他可以選擇繞過這條路。對于自動駕駛而言，這樣的信息如何反饋到行駛過程呢？是靠人去反饋，還是系統自動去識別？得到反饋之后，怎么實時更新到地圖數據里？

所以說，自動駕駛需要打通offline（線下）到online（線上）的環節，及時更新到我們正在運行的自動駕駛車輛里去。