上周我們開始帶領(lǐng)小白開發(fā)者學(xué)習(xí)“Udacity X Apollo自動(dòng)駕駛入門課程”，也收到了很多社區(qū)開發(fā)者的學(xué)習(xí)筆記，讓我們看到他們熱愛(ài)自動(dòng)駕駛、努力學(xué)習(xí)的信心。希望有更多開發(fā)者在學(xué)習(xí)課程的同時(shí)，記錄下學(xué)習(xí)要點(diǎn)，更快掌握Apollo自動(dòng)駕駛知識(shí)。

開發(fā)者筆記

本周我們將介紹高精地圖部分的主要內(nèi)容，這是Apollo定位、感知、規(guī)劃模塊的基礎(chǔ)。

與普通地圖不同，高精地圖主要服務(wù)于自動(dòng)駕駛車輛，通過(guò)一套獨(dú)特的導(dǎo)航體系，幫助自動(dòng)駕駛解決系統(tǒng)性能問(wèn)題，擴(kuò)展傳感器檢測(cè)邊界。目前 Apollo 內(nèi)部高精地圖主要應(yīng)用在高精定位、環(huán)境感知、決策規(guī)劃、仿真運(yùn)行四大場(chǎng)景，幫助解決林蔭道路GPS信號(hào)弱、紅綠燈是定位與感知以及十字路口復(fù)雜等導(dǎo)航難題。

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高精地圖與傳統(tǒng)地圖

當(dāng)我們開車時(shí)，打開導(dǎo)航地圖通常會(huì)給我們推薦幾條路線，甚至?xí)@示道路是否擁堵以及每條路線將花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間、交通管制，例如交通信號(hào)燈或限速標(biāo)志等，我們會(huì)根據(jù)地圖提供的信息來(lái)決定是在行駛中直行、左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)以及對(duì)周圍駕駛環(huán)境的評(píng)估。

而無(wú)人駕駛車缺乏人類駕駛員固有的視覺(jué)和邏輯能力。如我們可以利用所看到的東西和GPS來(lái)確定自己的位置，還可以輕松準(zhǔn)確地識(shí)別障礙物、其他車輛、行人、交通信號(hào)燈等，但要想讓無(wú)人車變得和人類一樣聰明，可是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。

這時(shí)就需要高精地圖了，高精地圖是當(dāng)前無(wú)人駕駛車技術(shù)不可或缺的一部分。它包含了大量的駕駛輔助信息，最重要是包含道路網(wǎng)的精確三維表征，例如交叉路口布局和路標(biāo)位置。

高精地圖還包含很多語(yǔ)義信息，地圖上可能會(huì)報(bào)告交通燈不同顏色的含義，也可能指示道路的速度限制，及左轉(zhuǎn)車道開始的位置。

高精地圖最重要特征之一是精度，手機(jī)上的導(dǎo)航地圖只能達(dá)到米級(jí)精度，而高精地圖可以使車輛能夠達(dá)到厘米級(jí)的精度，這對(duì)確保無(wú)人車的安全性至關(guān)重要。

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高精地圖與定位、感知規(guī)劃的關(guān)系

高精地圖用于定位

高精地圖是Apollo平臺(tái)的核心，許多無(wú)人駕駛車模塊都有賴于高精地圖，有了高精地圖我們就需要在該地圖上進(jìn)行自定位。這意味，需要弄清我們?cè)诘貓D上的位置，這就是定位——無(wú)人駕駛車輛在地圖上的確切位置。

首先車輛可能會(huì)尋找地標(biāo)，我們可以使用從各類傳感器收集的數(shù)據(jù)，如攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)收集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)查找地標(biāo)。車輛將其收集的數(shù)據(jù)與其在高精地圖上的已知地標(biāo)進(jìn)行比較，這一匹配過(guò)程是需要預(yù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合的復(fù)雜過(guò)程。

無(wú)人車的整個(gè)地位過(guò)程取決于高精地圖，所以車輛需要通過(guò)高精地圖明確它處于什么位置。

高精地圖用于感知

無(wú)人車也可以使用高精地圖來(lái)幫助感知，就像人的眼睛和耳朵會(huì)受到環(huán)境因素的影響一樣，無(wú)人車的傳感器也是如此。攝像機(jī)、激光雷達(dá)、雷達(dá)探測(cè)物體的能力，在超過(guò)一定距離后都會(huì)受到限制。在惡劣的天氣條件下或在夜間，傳感器識(shí)別障礙物的能力可能會(huì)受到進(jìn)一步限制。另外當(dāng)車輛遇到障礙物時(shí)，傳感器無(wú)法透過(guò)障礙物來(lái)確定障礙物后面的物體。這時(shí)，就需要借助高精地圖的幫助了。

即使傳感器尚未檢測(cè)到交通信號(hào)燈，高精地圖也可以將交通信號(hào)燈的位置提供給軟件棧的其余部分，幫助車輛做下一個(gè)決策。

另一個(gè)好處在于，高精地圖可幫助傳感器縮小檢測(cè)范圍，如高精地圖可能會(huì)告知我們?cè)谔囟ㄎ恢脤ふ彝＼嚇?biāo)志，傳感器就可以集中在該位置檢測(cè)停車標(biāo)志，被稱為感興趣區(qū)域ROI。ROI可幫助我們提高檢測(cè)精確度和速度，并節(jié)約計(jì)算資源。

高精地圖用于規(guī)劃

正如定位和感知依賴高精地圖那樣，規(guī)劃也是如此。高精地圖可幫助車輛找到合適的行車空間，還可以幫助規(guī)劃器確定不同的路線選擇，來(lái)幫助預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)道路上其他車輛將來(lái)的位置。

如高精地圖可幫助車輛識(shí)別車道的確切中心線，這樣車輛可以盡可能地靠近中心行駛。在具有低速限制、人行橫道或減速帶的區(qū)域，高精地圖可以使車輛能夠提前查看并預(yù)先減速。如果前方有障礙物，車輛可能需要變道，可幫助車輛縮小選擇范圍，以便選擇最佳方案。

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Apollo高精度地圖與構(gòu)建

Apollo高精地圖

Apollo高精地圖專為無(wú)人車設(shè)計(jì)，里面包含了道路定義、交叉路口、交通信號(hào)、車道規(guī)則，及用于汽車導(dǎo)航的其他元素。

高精度地圖可在許多方面為無(wú)人車提供幫助，如高精度地圖通常會(huì)記錄交通信號(hào)燈的精確位置和高度，從而大大降低了感知難度。

高精地圖不僅可以減少計(jì)算需求，還可以通過(guò)提供有關(guān)駕駛環(huán)境的詳細(xì)信息，來(lái)確保無(wú)人車的安全。保持這些地圖的更新是一項(xiàng)重大任務(wù)，測(cè)試車隊(duì)需要不斷地對(duì)高精度地圖進(jìn)行驗(yàn)證和更新。此外，這些地圖可能達(dá)到幾厘米的精度，這是水準(zhǔn)最高的制圖精度。

Apollo 高精地圖是最懂自動(dòng)駕駛的高精地圖，也是業(yè)界精細(xì)化程度最高、生產(chǎn)率最高、覆蓋面最廣的高精地圖。目前，Apollo 高精地圖的自動(dòng)化程度已經(jīng)達(dá)到了90%、準(zhǔn)確識(shí)別率達(dá)到了95%以上，預(yù)計(jì)2020年可以覆蓋全國(guó)所有的重點(diǎn)道路。

高精地圖有很多種格式，為了方便數(shù)據(jù)共享，Apollo高精地圖采用了OpenDRIVE格式，這是一種行業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，Apollo也對(duì)OpenDRIVE做出了改進(jìn)，進(jìn)而產(chǎn)生了ApolloOpenDRIVE標(biāo)準(zhǔn)，以便更適合無(wú)人車。

Apollo高精地圖的構(gòu)建

高精度地圖的構(gòu)建由五個(gè)過(guò)程組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對(duì)象檢測(cè)、手動(dòng)驗(yàn)證和地圖發(fā)布。

數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)龐大的密集型任務(wù)，近300輛Apollo測(cè)試車輛負(fù)責(zé)收集用于制作地圖的源數(shù)據(jù)，以便確保每次道路發(fā)生改變時(shí)，地圖均會(huì)得到快速更新。測(cè)試車輛使用了多種傳感器，如GPS、IMU、激光雷達(dá)、攝像機(jī)。Apollo定義了一個(gè)硬件框架，將這些傳感器集成到單個(gè)自主系統(tǒng)中，通過(guò)支持多種類的傳感器，Apollo收集各類數(shù)據(jù)將這些數(shù)據(jù)融合，最終生成高精度地圖。

數(shù)據(jù)處理指的是Apollo如何對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類和精簡(jiǎn)，以獲得沒(méi)有任何語(yǔ)義信息或注釋的初始地圖模板。

對(duì)于對(duì)象檢測(cè)，Apollo使用人工智能來(lái)檢測(cè)靜態(tài)對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行分類，其中包括車道線、交通標(biāo)志、甚至是電線桿，手動(dòng)驗(yàn)證可確保自動(dòng)地圖創(chuàng)建過(guò)程正確進(jìn)行并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。Apollo使手動(dòng)驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)能夠高效標(biāo)記和編輯地圖，在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對(duì)象檢測(cè)、手動(dòng)驗(yàn)證之后，高精地圖才能發(fā)布。

除高精地圖外，Apollo還發(fā)布了采用自上而下視圖的相應(yīng)定位地圖、三維點(diǎn)云地圖。

在構(gòu)建和更新地圖的過(guò)程中，Apollo使用眾包向公眾發(fā)布其數(shù)據(jù)采集工具，以便任何人都可以參與制作高精度地圖的任務(wù)，這加快了高精地圖制作和維護(hù)的過(guò)程。