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高深智图刘澍泉:如何利用高精度地图打造数字交通地层基础?(附演讲速记)

2020-11-28 10:41 雷锋网   

近日,雷锋网新智驾邀请了高深智图亚太区总经理刘澍泉作为【高精度地图的上车元年】云峰会的系列主讲嘉宾,作分享高精度地图的落地实践、面临的挑战以及未来的商业发展模式。

以下为刘澍泉的演讲全文,新智驾做了不改变原意的编辑:

大家好,我是高深智图亚太区总经理刘澍泉,很高兴有机会跟大家分享我们在智慧交通领域的近况和创新。

我分享的议题有以下几部分:第一是数字化交通建设背景的分享,第二是高精地图与数字化交通,我会重点阐述智慧道路与数字孪生的关系、交通控制网络基础云平台,以及车路协同V2X解决方案。最后会给大家展示一些高深智图的成功案例。

首先来看一下什么叫数字化交通。从中国角度来看,车和路都有比较明确的定位,也就是说,中国不会跟海外一样走单车智能道路,而是更多去做车路协同。因为中国的车部署量非常大,只有通过车路协同,才能让更多车辆享受智慧道路带来的便利,加速自动驾驶的落地。据一些分析报告显示,通过车路协同的方式,能够加速自动驾驶2~3年左右的落地时间。

交通领域新基建是,利用数字化、信息化、智能化等新技术手段,赋能交通基础设施,使道路具备精准的感知、精确的分析、精细的管理和精心的服务,从而更好支持未来的复杂交通形态。

在这个过程中,如何把数字化、网络化、智能化叠加到已有的物理交通设施之上,是我们要思考的一个问题。通过叠加的方式,达到高质量的新型交通建设。如此一来,就可以支持自动驾驶汽车、无人物流、智慧港口、智慧枢纽等建设。

2019年提出交通强国,今年也提出了交通新基建,可以看到中国政府对于交通侧改革,对于满足公众出行和大众管理有极大的需求,并且做了很多努力。

高深智图认为,数字交通首先是一个数字孪生平台,要有一个高精度的交通地理信息平台。这里会涉及到三张图,一张图是建设图纸,还有一张GIS图纸,这是给管理指挥来用的,第三张图就是高精地图。

通过这三张图纸打造的数字孪生,完成交通要素的全3D化、数字化建设,同时面向这些基础设施进行数字化的全生命周期管理。以此通过数字孪生影响真实世界,进行资产管理。

除了把这些静态数据生产出来,同样也要有一个现实感知网络的建立。这个感知网络实际上非常重要,它通过重点的感知网络部署,能够让路侧单元感知到实时车流、交通事故,或者是特定的一些道路养护情况,快速指导联动其他信息系统,辅助进行快速的故障处理。

可以看到,高精地图其实是一个静态的数字世界,而感知网络是一个动态的数字世界,静态世界和动态世界要结合起来,才完成一个虚拟化的数字孪生。

交通控制网络基础建设里边,涉及到了ETC的智能化、众包数据融合。所以车路协同是路端感知和单车端感知的精准叠加,通过叠加把数据服务提供到应用端,再通过应用端的研判,将结果推送到车端。

而交通信息网络(包括5G网络、北斗网络)可以将这些信息上传到云端,通过V2X服务云控平台进行场景类研判,然后面向三个领域提供数字化服务。

第一个领域是个人的数字化出行助手,就是日常的出行服务类应用,比如滴滴打车、高德地图,它实际上是一个能够给个人提供精准出行的出行助手

第二个领域是面向数字化物流,提供干线物流的服务能力,实现基于高速公路的辅助驾驶和自动驾驶。

第三是面向现代治理,当下交管部门也有现代化的管理手段,结合V2X方案,可以把它做到数字化、智能化。如此一来,可以提高生产效率,同时也提升了研判的准确度。

高深智图是一家做高精地图的公司,那么高精地图和数字交通规划有什么关系?

可以看到,高精地图是智慧道路的一个3D还原,也称数字化还原。通过高精地图把道路信息、路侧传感器信息,障碍物、交通参与物信息,完全映射到了虚拟的数字空间。这个数字空间是三维的,带有相对坐标和绝对坐标,可以提供物体的精准定位。这是我们理解的高精地图和智慧道路之间的一个关系。

这张地图是我们在美国拉斯维加斯赌城周边生成的数字孪生地图。通过数字化设施采集到城市周围信息,可以把整体的3D环境重建出来,能够实现道路两侧的所有交通参与物的全要素数字化,并且原来导航地图里没有特别强调的属性特征比如车道线交通标志,我们也可以通过高精地图生产出来。

所以物理世界里一个真实的城市路网,在虚拟世界里也可以有一个3D的点云图。从本质来看,高精地图它更多是一个云服务。通过云服务,能够实现指定道路、指定位置、指定区域的动态更新。

可以这样想,如果把地图切成任意小块,每一小块都有独立的ID。可以根据这一小块发现一些变化,然后把这些增量信息回传到云端处理,用增量更新的方式去把原来的地图替换下来,补充新的地图。

这样来看,其实可以把高精地图和道路养护相结合。

常规的道路养护车和众包车辆在路上走的时候,可以发现地图上有变化,就可以把数据上传到云端,然后在云端进行加载计算,生成一个更新版本的地图。最后可以通过下派的方式传回到原来的地图上,进行新地图的发布。

通过这套动态更新机制,我们可以在区域指定道路进行更新,也可以按照时间进行强制更新,实现需要维护的物理设施和虚拟设施的一一对应。

这也是数字世界和虚拟世界之间的相互干涉。实际上,我们通过地图的动态采集、众包更新、云服务的方式完成单向的“当物理世界变化,虚拟世界可以对等变化”环节。后面我们会结合案例给大家讲,虚拟世界如何影响物理世界。

所以高精地图是虚拟世界里的静态数字基础设施。大家可以看到,这是一个路侧单元的集合,里边包括了长焦摄像机、雷达、鱼眼等传感器,根据不同的覆盖范围进行感知。比如相机会捕捉从50米到450米左右的动态物体,鱼眼会捕捉交通路口的行人、自行车。

这些设备实际上是给道路增加了眼睛和感知,能看到路上的实时交通流、天气变化、温度湿度、大雾、路面结冰等情况。这些信息和高精地图的结合,可以准确知道车辆故障、行人,到底处在地图空间的哪个位置,也就是帮助事件增加一个位置属性,然后进行精准研判。

所以除了把摄像头等传感器标定对齐、同样要把灯杆的坐标(绝对坐标和相对坐标)在地图里标定。标定好以后就可以知道灯杆在地图里的覆盖范围。比如一辆车可能在距离灯杆450米的时候产生故障,系统就可以精确捕捉到它的位置,就可以把拖车叫来精准地停在车辆面前。

这类感知设备在高速公路上会越来越多。国内的几条智慧高速已经把这种设备以较大的密度铺开了,可以做到每1000米部署两个或者三个,实现全道路的感知。

这种智能设备其实在桥梁隧道上的会有更好的应用,因为它能够主动发现事件,提高安全效率。特别是在隧道里边,当隧道着火,会产生强有毒的气体。通过这套设备,发现了一些问题,就可以把问题通过云平台、边缘计算网络,发布到指挥大屏上、路侧提示仪上,手机上车机上,做到人机共驾、车路协同。

我们一直认为,车路协同是车端感知和路端感知的精准融合。通过精准融合,才有可能计算所有故障,潜在发生的交通事故。众包的数据更新对于地图的更新来说是一个非常关键的点。

针对这方面,我们也做了一个新的产品HDR,它是一个低成本、高效率的,通过视觉进行数据更新的产品和解决方案。

大家可以看到右侧的图,这个图实际上只用了矢量数据,也就是二维高精地图数据。蓝色是原有的地图数据,绿色是现实的感知结果。如果绿色和蓝色之间能够精准匹配,那么地图特征就没有变化。如果现实的感知结果和地图数据不能精准匹配,就会发现这里有变化,这是一个变化检测的过程。

通过变化检测,我们会把里边的图像信息存下来,发布到云端,进行检验。检测完了以后,我们会做一个发布管理,更新一个新的版本,把矢量地图下发到车端上来。

随着L2级别、L3级别的车越来越多,各式各样的车都具备了视觉能力。我们把这种视觉能力结合现有的高精地图,能做到众包更新,完成数字世界和物理世界的一一对应,更新频率越来越高。这也数字化交通里非常重要的一个环节。

接下来跟大家分享一下,数字化交通里如何做数字孪生的建设。

高深智图推出了一个基于车路协同的整体解决方案。车路协同要完成车路云三端的协同。车和路之间是通过路侧单元来感知车流的变化,可以在边缘服务器上进行计算,然后把计算结果传递给指挥单元比如信号机去调控红绿灯。有一些宏观调控需要宏观计算,比如整体车流的优化,整体路径的规划,这类服务要通过RSU传到云端服务。

云端是一个云化的大数据平台,不仅要进行路侧单元这类的设备管理、道路事件管理,还要做基于高精地图的动态更新、发布、版本维护,还要把各种信息下发到车上,让车机、导航终端看到最新的地图。

所以它可以为车端提供碰撞预警,盲区预警、编队行驶、动态限速这些服务。当路侧感知到车辆的动态实时变化信息之后,会把优化的结果再传到云端优化。如此一来,就会变成物理世界和虚拟世界的周而复始的相互影响过程。

所以高精地图是车路协同里非常重要的一个桥梁,是数字孪生里最重要的介质。可以这么说,高精地图融合了车端和路侧的感知,在统一的坐标空间里进行交通研判,也可以进行人工智能的训练预测,完成物理世界和虚拟世界的双向干预,从而形成当下最优的交通预测。然后通过数据的积累,持续进行模型化训练,提高交通通行效率,保障通行安全。

这是我们以高精度地图为核心车路协同方案的抽象框架图。整个框架图分为云、路和车三端,不同的端侧有不同的模块。

从车端来看,分为后装和前装车。如果要有众包更新能力,大部分的模块都要装到前装车上,会把地图模块、感知模块都融合起来。如果是后装车的话,基本是高精度地图模块的使用。但给人使用和给机器使用,方式是不太一样的,里面的模块不是也会有所不同。

在路端层面,首先要给路侧增加感知单元比如智慧灯杆,这类感知单元负责传输以及下载。地图服务可以通过相关协议,在离灯杆非常近的情况下,可以动态把地图下载下来。此外,路端还包含一些应用比如雷达、定位服务等。

我们可以对感知设备进行一些灵活的组合。假如一个16路的边缘服务器,可以带16路的信号输入,配合16路的感知单元,然后感知单元里再带一些人工智能芯片,将一些信息传递到边缘服务器上来。如果边缘服务器处理不了,还可以把它传递到云端来,通过诱导屏进行信息的发布。

云端方面,则是分为V2X Server和AI训练平台,AI训练平台实际上是人工智能的范畴,可以用来做整个训练集数据的存储,算法的发布调优,然后做一些碰撞预测、算法管理、数据管理等工作。

而在V2X Server里面,主要管理路侧单元设备的状态、拓扑、地图的下发版本、设备的标定、事件的发布等。

可以看到,车、路、云是通过高精地图来打通的,只有通过高精地图的打通,才能在统一坐标系中进行研判,做到真正的协同。

那么高深智图提供的产品,如何满足车路协同方案里的功能需求?

实际上,我们提供的是中间这一层,提供了数据采集的能力,包括地图引擎、生产制作发布系统、三维展示平台。整套产品从数据采集到数据使用,我们可以把放在公有云上,也可以把它做在私有云或者混合云上。这样能够满足交通侧、整车厂不同客户对于计算安全的不同的要求。

而在架构上层,我们能够通过这套软硬结合的架构,满足车路协同、智慧城市、自动驾驶、智慧园区里的要求。

下面是我们能给大家提供的产品。

第一是数据采集产品。高深智图提供的是一个开箱即用的软硬件一体化设备,由车载的传感器,工控机、采集软件和车载电源组成。通过这套设备,我们可以做到设备和车之间是松耦合的,保证了数据采集的灵活性。

这套设备可以交给客户端,由客户进行数据采集,而我们可以提供采集路线、路径规划、如何使用软件,如何通过软件进行采集完的数据校验,如何在校验后把数据用在线的方式或是离线数据拷贝的方式,传回到云端。

这是我们比较独特的能力,可以支持整车厂、高速公路公司建完第一轮高精地图的底图的生产,同时进行数据的动态更新、资产维护等。

所谓资产的维护是什么?指的是在道路巡检过程中,发现哪些路灯杆有可能缺失、哪些路灯杆被撞、两侧建筑物有哪些形变,都可以通过这样一套设备进行数据采集到。

第二个产品是地图引擎。地图引擎是把数据采集产品生成的原始数据进行自动化的分布式处理软件。数据处理完以后,首先要把原始数据拿过来进行校验,进行点云对齐、点云分类、自动删除车辆等工作。然后再去做体制化的过程,把它去点云数据做压缩、坐标转换、点云融合,然后生成一张3D点云图。

生成的3D点云图就可以给L4级自动驾驶,或是基于激光雷达的典型定位服务客户使用,他们可以直接通过3D点云图进行车辆的自定位。

目前这个软件还是一个内部版本,我们已经做到了2.0版本,可以为客户进行地图引擎的离线化部署,部署到客户的机房里。比如主机厂希望是在测试场里构建一些场景,但这些场景可能每天都在变,今天可能做一些刹车实验,明天可能做一些V2X的实验,这时候就需要我们有一个快速的研发迭代,迭代过程中需要自己的车天天扫描数据,看看地图有没有变化。

另一方面,有了变化的数据以后,客户可以通过我们的软件在他自己的服务器上运算更新出新的地图。比如当我们做完3D图层以后,我们会为客户的制图员提供一个软件工具。里边有一些自动化工程,像标识标牌分类等都可以完成自动化的操作。但有一些可能需要人为干预,比如地图的编译、发布、特殊特征的提取、质检等。

所以地图生产制作发布系统和地图引擎这些产品可以做成单机版,做到客户的私有云里。如果客户希望只是使用这个服务,我们也支持在云端进行服务推送。

第三个产品是我们的三维展示平台。刚才提到的地图,可以提供给交通管理者做三维展示的管理大平台。通过管理大平台实时监控动态车流信息,进行一些动态的事件发布。同时也可以看到,我们可以把这些服务发布到车端,然后通过车机展示一些地图以及导航定位服务。所以我们从地图采集、地图生产、地图发布到地图的整个生命周期都能提供相应服务。

那么在智慧道路上,怎么做多车协同?

这就涉及动态导航了。动态导航可以分为两部分,一部分是给指挥大屏使用。比如在单车的视角中,结合高精地图,并且把动态地图下发到车端,就可以做到基于车道线级别的形式指引。另一部分则是可以把一些提醒信息直接下发到车机上,驾驶员可以基于这些信息去做辅助驾驶,有意识的降速,避让拥堵环境等。

下面给大家看一下我们的一些案例展示。

在北京一个车路协同的场景下面,我们在路侧中间安装了路侧单元,里面包含了摄像头、激光雷达信息。整个城市的路网图是由高深智图建成的。我们拿到城市路网图之后,然后根据实物大小去做了3D渲染,形成一个3D的立体模型。

基于展示的立体模型,再通过路侧单元对交通流的实时感知结果,把交通流情况精准地映射到地图空间里,实现地图和车辆的精准匹配。基于这些,我们可以提供车辆盲区预警、碰撞预警,主动避让、主动限速等。

特别是极端天气情况下,我们可以根据路侧单元,根据V2X的服务、前车车牌号,后车车牌号等,把建议的行驶速度下发到车辆,完成编队行驶的场景应用。

另一个案例还没完全渲染完,但非常代表了中国交通的特点,就是北京的四惠桥。它是一个多层立体的交通枢纽,这种交通枢纽的定位、以及高精地图制作,难度还是很大的。

可以看到,这张图的路面上已经是非常整洁。左上角的展示了真实的场景,可以和地图进行匹配。如果有视觉算法,可以直接用左上角图的摄像头能力完成定位服务。如果没有视觉定位算法,也可以用融合定位的算法,用3D点云图进行融合定位。如果只有RTK这类服务,也可以结合矢量地图去做一些辅助驾驶功能。

这也从侧面验证了高精地图和数字交通的孪生关系。

最后一个案例是苏州高铁新城做车路协同二期时,我们提供的一个软件服务。里面包括我们的高精地图服务、路侧单元通过路侧单元的感知能力,把动态的交通流实时展示在路端,然后基于路端,我们去做一些动态预警。

总地来说,当下中国做出行服务、交通、做自动驾驶的都离不开路。如何让路变得聪明?

第一,要完成数字化的静态虚拟设施建设;第二把动态的感知网络、交通信息叠加到地图上;第三云控平台作为大脑来计算可能产生的交通事故,通过地图下发或者交给交管部门进行宏观干预,面向三大领域:个人出行助手,企业数字化物流、政府的现代化管理,最终实现各种各样的智慧交通应用繁荣,包括动态导航、自动配送、Robotaxi等,通过众人拾柴火焰高的方式层层叠加,把各自的能力发挥到最高,才能支持中国的数字化交通建设。

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责任编辑: 4114RWL

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