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高精度道路导航地图标注的进展与思考
发布时间：2018-07-04作者：地图标注来源：地图标注点击：
传统导航地图标注在日常日子中首要被用于导航和查询地理信息，出行的人群是其首要效劳方针。依据人类本身的视觉辨认才能和逻辑思维才能，许多路途信息都被精简。跟着互联网年代的高速展开，更多依据方位的新式效劳和职业被提出，例如「互联网+」智能交通、无人系统等。
国家展开和变革委员会提出的促进智能交通展开的「互联网+」快捷交通施行计划现已正式发布。这些效劳都是依托互联网来展开的，因而地图的效劳方针不再仅仅是人类，而是渐渐向机器过渡，这对地图的精度、内容结构和核算方式等都提出了新的要求。
（一）地图精度
一般导航地图的精度在5m左右，只描绘了路途的方位和形状，没有反映路途的细节信息，无法精确知道车辆所在方位。
而高精度路途导航地图的肯定精度要求优于1m，相对精度到达10-20cm，包含了车道、车道鸿沟、车道中心线、车道约束信息等非常丰厚的信息，如图1所示。
（二）地图内容结构
高精度路途导航地图愈加真实地反映路途的实践款式，因而包含更多的图层数量和路途数据，图层描绘也愈加细致。高精度路途导航地图不只具有更高精度的坐标，还拥有愈加精确的路途形状。一起，每个车道的斜度、曲率、航向、高程等数据也被添加进来。
别的，车道之间的车道线情况（虚线、实线、单线和双线）、车道线色彩（白色、黄色）、路途隔离带、隔离带原料、路途箭头、文字内容和所在方位在高精度路途导航地图中都需求详尽描绘。
（三）核算方式
高精度路途导航地图的数据量是一般地图的10^5倍乃至更多，现在以云核算为中心的集中式大数据处理方式现已满意不了需求。
跟着物联网和5G通讯技能的快速展开，云端协同的核算办法——边际核算被提出，一起众包的使命发布方式也被运用于多个职业。因而高精度路途导航地图的大数据处理方式能够选用「众包+边际核算」的方式。
相关现状
跟着智能交通和自动驾驭范畴的飞速展开，现有的一般导航地图在内容、精度和完好性方面都无法满意高层次的运用需求。针对路途的高精度电子地图被逐步提出并得到了广泛的认同。
现在在辅佐驾驭系统和自动驾驭范畴运用高精度路途导航地图数据的研讨较多。例如依据高精度路途导航地图进行信息行为和车辆定位的研讨，在辅佐驾驭和自动驾驭系统中运用高精度路途导航地图信息并在其上进行自动驾驭车道轨道引导办法的研讨。
而关于树立高精度路途导航地图的办法研讨也有许多，例如经过装备GPS-RTK的收集车沿特定线路收集数据；运用激光雷达与广角摄像头结合的办法提取路途信息，加上装备高精度全球卫星导航系统（GNSS）则能够到达10cm精度，但这种收集计划本钱较高；也有研讨者提出运用低本钱传感器创立车道级地图的办法，经过全球定位系统+惯性导航系统（GPS/INS）紧耦合进行定位，从正射印象图中获取相关地图信息。
现在国内外从事高精度电子地图的测绘和出产的单位也逐步增多。在Google以及Daimler的无人驾驭轿车的研发过程中，高精度电子地图都是重要的组成部分[12]。2015年，奥迪、宝马、Daimler 联合起来斥资31亿美元购买诺基亚Here地图，为研发高精度路途导航地图做准备。
2015年，高精度路途导航地图现已运用于特定场景，2011年宝马的3系Track Trainer，2014年奥迪的RS7都利用高精度路途导航地图技能在Laguna Seca和Hockenheim成功跑完了赛道。
从2016年开端，许多互联网企业经过收购的方法获取地图数据资源，然后结合本身算法、云核算才能出产高精度路途导航地图，如Google、Uber、百度、阿里等。一起，车企也开端依靠第三方地图效劳，2017年初，Mobileye与大众、宝马和日产签署协议，前者将为三家轿车巨子供给地图产品，而轿车厂商将负责为Mobileye供给更多的地图数据。
需求剖析与建模
本文从「互联网+」智能交通运用及未来20年无人系统职业展开的典型运用场景出发，将高精度路途导航地图区分为6层树立需求模型，如图2所示。
（一）「互联网+」智能导航
跟着城市环境的不断建造，为了进步路途运用效率、缓解拥堵，许多新的交通办理办法不断被施行。
HOV车道仅供乘坐至少某一规则乘客数的车辆通行。潮汐车道是指可变车道，即某一条车道在不一起段内行进方向会发生变化。这些新的交通办理计划的施行首要是经过车道来完成的，而高精度路途导航地图能够精准反映这些信息，为人们供给智能导航效劳。
（二）「互联网+」智能交管
路途交通法律办理具有许多难题，尤其是在法律取证和事端应急处理方面。而高精度路途导航地图能够供给新的技能手法来处理交通法律办理中的困难。
1.交警法律范畴
车道级违法行为法律取证是路途法律范畴的一个难点问题。车道级违法行为指移动方针相对于地上车道或其他移动方针而言，相对方位移动在一个车道等级内的、违背交通法规的行为 [13]，如不按规则车道行进等。
因为数据收集困难和现场复原困难导致这些行为现在难以法律取证。而高精度路途导航地图能够精准反映车辆行进在哪一条车道上，因而能够对车辆是否有车道级违法行为做出精确判别，满意车道级违法行为法律取证的需求。
2.稳妥理赔范畴
车险理赔职业长时刻遭到骗保行为的困扰，耗费了许多的人力物力。这是因为稳妥人员往往只能查勘过后证据，无法判别事端的全过程。高精度路途导航地图包含丰厚细致的车道信息，因而能够精准反映车辆的行进状态，而且在地图大将事端的全过程进行复原，然后能够协助稳妥人员对事端进行精确判别。
（三）「互联网+」辅佐驾驭/无人驾驭
无人驾驭范畴要求地图在几许上具有更细的粒度，细致地描写路途上每个车道的详细信息。而在拓扑网络上，也要求精确表达车道之间的衔接联系。高精度路途导航地图包含多个层次的几许拓扑数据，能够满意面向辅佐驾驭和自动驾驭的不同层次的运用需求。
除此以外，高精度路途导航地图还包含动态要素。动态要素包含两种，一种是半实时的动态要素，它在自动驾驭范畴首要用于进行大局的途径规划；另一种是实时的动态要素，首要指动态障碍物，它首要运用于自动驾驭系统完成部分途径规划。
高精度路途导航地图的结构与核算
（一）高精度路途导航地图结构
路途地图是对实践路途进行反映，经过特定图层来描绘特定类别，然后将图层叠加进行路面表达。终端上显现的导航地图往往由10多层乃至20多层不同分辨率的图片组成，当用户进行缩放时，程序依据缩放级数，选择不同分辨率的瓦片图（用方格来模仿实体），拼接成一幅完好的地图。高精度路途导航地图也是如此，仅仅它在一般电子地图的根底上包含了更多的图层数量，且每一图层的描绘愈加精密。
高精度路途导航地图由四个部分的数据构成，分别是路途网数据、车道网数据、安全辅佐数据和路途交通设备数据。这四类数据构成的地图结构内容依据地图精度不同显现的内容也就不同，其根本结构区分和显现内容示例，如图4所示。
路途网首要是由路途基准线网络构成，用于描绘路途的几许形状、表达与路途设备间的联系。高精度路途导航地图路途网示意图，如图 5 所示，它包含路途基准线、路途基准线衔接点和路口等图层。
车道网记录路网中每个独立车道的相关特点，用于车道级的路途显现、定位、途径规划和驾驭战略辅佐。它包含车道级路途、车道级路途衔接点、车道级路途形状点等图层，如图6所示。
安全辅佐数据和路途交通设备数据是对车道安全数据和车道上的其他交通设备进行描绘，用于辅佐车道级定位和显现，例如曲率、航向、纵横斜度等。
路途交通设备数据则包含交通标识、路侧设备和固定地物等信息。
（二）核算方式
高精度路途导航地图描绘的路途信息愈加丰厚，包含的细节更多，因而它的数据量也愈加巨大。传统导航电子地图每千米的数据量约是1KB，而高精度路途导航地图每千米的数据量大约是100MB，是传统导航地图的10^5倍。而且高精度路途导航地图中的数据类型杂乱多样，数据量急剧添加，而且数据处理的实时性要求较高。
所以现在以云核算模型为中心的集中式大数据处理方法现已不能满意高精度路途导航地图的数据核算要求，需求树立新的核算模型。本文提出「众包+边际核算」模型作为高精度路途导航地图核算方式。
高精度路途导航地图的数据收集使命很艰巨，需求收集车跑过每一条路途，然后上传数据绘图。首要，这需求花费许多的时刻；其次，路途上的一些信息会发生变化，高精度路途导航地图需求坚持周期性数据更新，再次收集许多信息又是重复的，且耗费更多的资源。
笔者以为能够选用众包的方法处理这些问题，高精度路途导航地图的用图者一起也能够是绘图者。经过众包的方法，将数据收集设备装在运用高精度路途导航地图的车辆上，其在行进时边用图边收集数据，而且将获取到的数据上传。这种方法能够很好地满意城市街道需求一周更新一次来反映其构造和新的交通方式的需求。美国的Mapper公司现已选用这种方法来获取地图数据。
跟着物联网和5G通讯技能的快速展开，有别于传统云核算的全新核算方式——边际核算被研讨者们提出。边际核算是指在网络边际履行核算的一种核算模型，边际核算中边际的下行数据表示云效劳，上行数据表示高精度路途导航地图效劳，而边际核算的边际是指从数据源到云核算中心途径之间的恣意核算和网络资源[14,15]。
该核算办法是一种在接近物或数据源头的网络边际侧，交融网络、核算、存储、运用中心才能的敞开渠道，就近供给边际智能效劳，满意职业数字化在灵敏联接、实时事务、数据优化、运用智能、安全与隐私维护等方面的关键需求。
图7高精度路途导航地图边际核算模型参阅结构
针对高精度路途导航地图的情况，在边际式核算中，因为数据量的添加以及对实时性的需求，需将原有云中心的核算使命部分迁移到网络边际设备上，以进步数据传输性能，确保处理的实时性，一起降低云核算中心的核算负载。本文研发了高精度路途导航地图边际核算模型参阅结构，如图7所示。
考虑
（一）标准系统结构
现在国内外从事高精度路途导航地图的测绘和出产的单位逐步增多，但各作业单位的技能水平、选用的仪器设备、作业办法、数据处理和效果方式各不相同。不同企事业单位选用的标准也不一致。
图8高精度电子地图标准系统结构
这对高精度路途导航地图的办理和同享带来了问题，因而亟需加强高精度路途导航地图标准系统结构的拟定。高精度电子地图标准系统结构是构成高精度电子地图标准系统的根本单元。它包含地图根底标准、云整合标准、运用效劳标准和检测鉴定标准四个部分，如图8所示。
（二）隐私与安全
出于对国家安全的考虑，许多国家对公共地图的信息收集与制作也有诸多规则，包含精确度、测绘区域、组织和人员等诸多约束条件。因而需求进一步标准公共地图信息收集与高精度路途导航地图数据维护方针，在保证信息安全和鼓舞高精度路途导航地图技能展开之间，找到最佳平衡点和处理计划。
（三）坐标系统的敞开问题
传统导航地图都有约定俗成的电子地图版本检查和加偏移办法等加密手法，可是现在这些地图加密手法与高精度路途导航地图之间存在矛盾。因而，在未来的展开中要对高精度路途导航地图怀有立异性思维，实践运用的导航定位效劳都是部分的，或许能够尝试用相对坐标系处理定位精度安全问题。
（四）及时精确地进行数据更新
传统导航地图因其商业地图公司及时、精确地进行数据更新，然后保证导航效劳的精确性。而高精度路途导航地图的更新过程除了路途/车道的几许信息外，还包含交通要素在内的许多数据更新。而且，高精度路途导航地图本身就包含巨大的数据量，假如每次都经过原始收集手法进行数据更新，将会导致过多冗余数据和过高的本钱。因而在未来的高精度路途导航地图展开中，选用众包手法取得用户手上的许多及时数据，是一种愈加快捷、低廉、牢靠的数据更新手法。