解读自动驾驶与测绘地理信息的联系及挑战

积极应对自动驾驶

对测绘地理信息管理带来的新挑战

 近日，全国政协第十二届全国委员、浙江吉利控股集团董事长李书福提交了《关于审慎开放地图精准测绘，降低自动驾驶技术发展壁垒的提案》，网友们对此众说纷纭。针对当前大家所关注的主要问题，国家测绘地理信息局测绘发展研究中心组织调研组赴有关单位开展专题调研。本文将从以下三个方面来探讨自动驾驶对管理带来的新挑战。　　

一自动驾驶与测绘地理信息的关系

　　(一)自动驾驶概述

　　自动驾驶汽车技术的研发最早可追溯到上个世纪60年代 ，在本世纪初呈现出接近实用化的趋势。根据美国汽车工程师协会(SAE)和美国高速公路安全局(NHTSA)的分级标准，自动驾驶的分级如表1所示，其中SAE 3-5级(NHTSA 3-4级)才能称得上自动驾驶。目前，研发自动驾驶技术的主要有两股力量：一是以谷歌、百度等为代表的互联网巨头，二是传统汽车制造商，如宝马、通用等。据国内外媒体报道和业内认知情况，谷歌在全球自动驾驶领域处于绝对领先地位，绝大多数厂商仍处于SAE 2-3级的研发阶段。

　　表1 自动驾驶的分类

　　(二)自动驾驶与测绘地理信息之间的联系

　　人类驾驶是通过眼睛、耳朵等感官去感知车身周边环境，凭借道路记忆或传统导航地图，依靠驾驶经验及技巧保证汽车安全行驶并到达目的地。自动驾驶是用传感器替代了人类感官，用地图替换了人的道路记忆，用软件、云计算替代了驾驶经验及技巧。无论是人类驾驶还是自动驾驶，其核心都在于获取车辆位置及相关信息，包括绝对地理位置及由周边环境所确定的相对位置。显而易见，自动驾驶技术与测绘地理信息密不可分，主要包括以下三个方面。

　　自动驾驶是一项测绘活动。自动驾驶技术依赖传感器对车辆周边环境信息进行感知，并建立实时模型。感知由车载传感器完成，包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达等，这些传感器搭配GPS可实时获取探测物体的位置信息。这一行为实质上是对汽车周边所有可探测物体(车辆、行人、地标等)的形状、大小、空间位置的采集及处理。根据《中华人民共和国测绘法》第一章第二条“本法所称测绘，是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及对获取的数据、信息、成果进行处理和提供的活动”，自动驾驶行驶过程中本身就是一项测绘活动。

　　自动驾驶离不开高精度地图。目前，主流的自动驾驶解决方案分为两个不同的技术路径，一是“强地图”，完全依赖高精度地图等提供先验知识，传感器将感知的环境信息模型与高精度地图匹配以确定车辆位置，并探测障碍;二是“强感知”，降低地图精度要求，将其作为传感器的补充，传感器感知周边环境并建立实时环境模型，依靠深度学习理解传感器信息并做出反应控制车辆。前者在当前技术水平下可行性更高，后者技术尚待突破。经过调研，目前大部分研发自动驾驶技术的企业都在逐步转向“强地图”模式，高精度地图已成为自动驾驶商业化应用的必要条件。国内外厂商对自动驾驶所需的高精度导航电子地图的绝对精度要求普遍为1米，相对精度需要达到20厘米。此外，高精度地图不仅要有高精度绝对坐标，同时还需要准确的道路形状、坡度、曲率、航向、高程、侧倾等数据，车道线属性、道路车标箭头、文字等内容均需在地图上进行描述。

　　自动驾驶需要高精度的定位服务。目前，车载导航定位设备或手机导航的定位精度普遍在10米以上，用于辅助驾驶员做导航使用，对于自动驾驶而言是远远不够的。自动驾驶汽车需要精准地感知它所处的绝对位置，如果精确到车道线，甚至需要厘米级的定位精度 ，对于行驶安全而言，米级以上的误差往往都是致命性的。

二自动驾驶对测绘地理信息工作带来的挑战

　　(一)自动驾驶对导航电子地图保密处理技术带来的挑战

　　自动驾驶需要高精度(亚米级甚至厘米级)地图作为基本保障，目前主流汽车制造商对于高精度地图的相对精度要求大约在0.1-0.2米。按照现有的地理信息安全保密规定 以及《导航电子地图安全处理技术基本要求》(GB20263-2006)，导航电子地图在公开出版、销售、传播、展示和使用前，必须进行空间位置技术处理，也就是通常说的地形图非线性保密技术处理。该技术能够将地理空间信息精度降至国家安全要求的范围以外，保证相对精度(两目标间的距离、方向值)仍然保留在相应比例尺地图规范的精度范围之内。根据当前的技术测试结果，这一非线性保密处理技术对地图相对精度的影响最小也在米级，难以满足未来自动驾驶需要。因此，自动驾驶的产业化发展将对导航电子地图安全使用处理技术创新带来严峻挑战。

　　(二)自动驾驶对转变测绘基准信息服务方式带来的挑战

　　根据国内外自动驾驶的实践情况，自动驾驶汽车在行驶过程中需要精准地感知其所处的绝对位置。目前，这一定位精度大约在1米左右，如果考虑到未来的产业化发展，即在任何道路上都能使安全系数达到最理想状态，则需要厘米级的定位精度作为有效支撑。从技术原理和实际运行的角度来看，仅靠全球导航定位系统难以保障汽车高速运行状态下的厘米级定位，需要辅助使用卫星导航定位基准站(CORS)系统。而我国目前尚未全面有效推开现代测绘基准(CORS系统)的社会化应用，还无法为自动驾驶提供有力支撑。测绘基准信息服务将面临自动驾驶领域快速发展的强烈需求。

　　(三)自动驾驶对传统导航电子地图生产模式带来的挑战

　　与自动驾驶地图(HAD MAP)相比，传统导航电子地图(SD MAP)的工作内容、工作程序等相对更为简单，不需要准确测量车道的各种属性、以及各类路边对象等信息(见表2)。在未来的自动驾驶时代下，必将给传统导航电子地图生产模式带来新的挑战，不仅涵盖工作内容，同时也涉及整个作业流程和人员规模等问题。

　　表2 HAD MAP与SD MAP在工作内容上的差异　　

　　(四)自动驾驶对地理信息安全保密制度建设带来的挑战

　　高精度自动驾驶地图不同于传统导航电子地图，是自动驾驶汽车安全系统的重要组成部分，对于自动驾驶汽车的辅助环境感知、定位、车道级路径规划、车辆控制必不可少，同时其内含的道路曲率、坡度、横坡、高程等数据信息对于自动驾驶车辆计算加速度控制油门、刹车，以及转向控制等具有至关重要的作用。目前，这些属性信息按照成果保密的相关法律法规不能在高精度地图中公开使用(见表3)。

　　另外，自动驾驶在行驶过程中会通过车载三维激光雷达等设备实时感知并形成车辆周围的高精度真实三维影像，这也与相关保密制度规定要求不相适应(见表3)。因此，自动驾驶的产业化发展将给现行的测绘地理信息保密政策制度带来强烈冲击。

　　表3 国家关于地图影像地理信息公开使用的有关要求

　　(五)自动驾驶对测绘地理信息监督管理方式带来的挑战

　　一方面，根据自动驾驶工作原理，自动驾驶汽车在行驶过程中会利用自带存储器实时记录并存储带有高精度绝对位置坐标的真实三维影像，其实际用户是广大的消费者。这其中将隐含巨大的安全风险，将对未来地理信息安全监管方式带来空前的挑战。另一方面，自动驾驶汽车获得实时真实三维影像必须传送至后台服务器进行相应的保密技术处理，才能与已经过保密技术处理的高精度自动驾驶图形成匹配，进而达到自动驾驶要求。这一过程中每时每刻都将产生大量的涉密地图数据和信息，也将面临地图审核的要求，而现有的仍以人工为主要手段的地图审核模式显然无法满足这种要求。因此，自动驾驶必将对未来的地图审核方式带来空前的挑战。

三推动测绘地理信息更好服务自动驾驶产业化发展的有关建议

　　基于上文的研究分析，建议加快与自动驾驶相关的测绘地理信息技术、标准、政策、制度的创新研究，着力推动和服务自动驾驶的产业化发展。

　　(一)加快推进导航电子地图保密处理技术创新

　　高度重视导航电子地图保密处理技术的重要性，进一步加强地形图非线性保密处理技术研发，在确保地图空间位置信息的绝对精度符合国家安全要求的前提下，重点解决经过非线性保密技术处理后的地图相对精度难题，使其能够充分满足自动驾驶地图对相对精度的要求。在实践工作层面，建议加快组建由公益性科研单位牵头、测绘地理信息企业深度参与的研发团队，借助各种有效渠道积极申请科研专项经费支持，深入开展实验论证，为技术攻关提供有力保障。

　　(二)加快推动现代测绘基准的社会化应用服务

　　根据国内外媒体报道，目前在自动驾驶领域处于全球绝对领先地位的谷歌公司，从2009年项目启动到2016年5月31日，谷歌各类自动驾驶汽车已经在自动模式下累计行驶了260万公里，虽然发生了共计12起各种事故，但是谷歌方面表示没有一起事故是由自动驾驶汽车引起。谷歌自动驾驶的发展，与美国的CORS系统的开放使用政策密不可分。因此，想要推动我国自动驾驶的产业化发展，一方面必须加快全国范围的现代测绘基准的社会化应用，尽快整合政府部门主导建设的2200多个CORS站以及公司企业建设的1200余个CORS站，形成全国统一的CORS服务标准，创新CORS服务机制。另一方面，应结合自动驾驶的现实需要，进一步加强CORS站建设，实现对全国道路网络的有效覆盖。

　　(三)加快研制自动驾驶地图生产技术标准规范

　　目前，根据自动驾驶工作原理和国内外业已开展的实践情况，生产自动驾驶地图需要更为详细和准确的道路和车道各种属性信息、以及各类路边对象等信息(见图1)。因此，建议加快相关技术标准的研制工作，包括具体的生产内容、生产工艺、安全保密处理措施等内容，加快形成满足自动驾驶需要的高精度导航电子地图生产模式。　　

　　图1 自动驾驶地图的测量内容

　　(四)加快创新测绘地理信息安全监督管理方式

　　做好测绘地理信息安全保密政策制度的立、改、废、释工作，在国家总体安全观的前提下，实时准确把握全球地理信息安全态势，理清不同形势下地理信息安全保密的重点内容，加快相关保密政策制度完善进程，为我国自动驾驶的产业化发展提供有力保障。着力加强地理信息安全监管手段创新，注重依靠法律、行政等强制性手段，解决自动驾驶情况下的各类地理信息安全隐患。加强地图审核模式创新研究，加快开展地图自动化审核技术研究，创新自动驾驶地图行政审批制度，使其能够充分满足自动驾驶模式下地图每次更新都审图的现实要求。（文/国家测绘地信局测绘发展研究中心）

       说明：本文转自【国家测绘地信局测绘发展研究中心】，版权归其所有，本平台仅做学习交流之用。

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