边梦月 刘强
北京联合大学应用文理学院 北京华为数字技术有限公司
摘要：信息技术的发展对地图提出了新的更高要求，无论是在精度、覆盖范围还是更新频率等方面，传统地图都有着很大局限性，在此背景下，高精度地图概念应运而生。经过近几年的研究和开发，有关高精度地图的研究已经取得了一系列成果，尤其在对汽车驾驶、导航、决策等活动上起到至关重要的作用。本文以高精度地图的研究进展、应用现状、发展难点等方面为切入点，介绍了高精度地图技术的研究现状，并展望了高精度地图的技术研究和发展趋势。
关键词：高精度地图、研究进展、发展趋势、应用
引言
国际制图协会（ICA）公布的关于地图的概念中，认为地图是一种工具，它能够通过视觉、数字或触觉方式，抽象或具体的展示现实世界的地理信息 [1]。随着信息技术的发展，“互联网+”的概念和人工智能(AI)的快速发展和应用，此类以位置服务为基础的行业迎来了发展的春风。传统地图的精度、覆盖范围和更新频率已不能满足社会各领域的新需求，因此提出了高精度地图的概念[2]。相较于传统地图，高精度地图的突出优势就是涵盖了大量丰富的信息，包括辅助驾驶和语义信息，能够精确及时地反映绝对坐标信息和展示道路特征，最高精度能够达到亚米级别[3,4]。
近年来，高精度地图技术研究的进步有效推动了自动驾驶汽车相关决策和规划的发展，为其提供了重要支持。得益于宽松的政策监管，国外地图产业发展迅速，美国很早就开始了高精度地图的研究，不仅有传统导航企业例如Mapbox，还有众多新企业加入其中，包括Waymo、Ushr、通用汽车、福特、Civil Maps、Deepmap。日本政府与民间产业基金共同成立投资基金，日本创新网络公司、三菱电机、丰田等企业共同成立Dynamic Map Planning公司，致力于高精度地图投入应用，促进产业发展[5,6]。德国通用汽车投资的测绘公司Ushr利用激光雷达和相机完成了21万公里高速公路的高精度测绘[7]。Here、TomTom等多家传统地图制造商，已经扩大了他们的业务，并投资于高精度地图的研发和生产[8]。随着高精度地图的发展，国内越来越多的企业开始进行高精度地图的规划和布局[9]。由于技术壁垒较高,根据19年底的最新数据，被评为甲级测绘资质的企业中，三家企业“三分天下”——分别为百度地图、高德地图和四维图新。纵观当前国内外相关领域的发展，都可以发现高精度地图研究仍处于发展初期，还有很大探索空间。
一、关于高精度地图
高精度地图是一种包含道路网格结构信息的厘米级精度的特殊地图，其主要应用领域包括仿真实验、规划路径、定位功能以及环境感知等。高精度定位是将在线获取的环境特征与预先构建的高精度地图相匹配，准确捕获当前位置信息，在地图上准确显示；传统的通过摄像头、雷达等工具无法快速精确捕捉环境信息，而在高精度地图当中，其包含大量三维语义信息，如交通灯、交通标志等，可以缩小目标的检测范围，降低感知维度;高精度地图上的路网信息可以规划出从起点到终点的厘米级最优路径;在高精度地图技术的支持下，可以通过仿真实验减少实车实验的成本，短算法开发时间。高精度地图又可以按照功能和性质分为两大类，即静态地图和动态地图。前者具体包括车道路线、支线、中心线、道路方向、配套设施、具体曲率等，能够即使捕获道路信息，向驾驶员提供详细准确地参考信息，提示变道以及路线；后者包括道路行驶相关的动态变化信息，如实时交通信息、交通控制状况、气象服务内容等，动态信息是实时变化的，随着时间和路线可以提供实时服务，有效帮助规划路线[5]。
二、高精度地图应用现状
1.高精度地图在自动驾驶中的应用
自二十世纪七十年代开始，发达国家和地区就已经着手研究汽车自动驾驶，目前该领域国际研究当中，居于领先地位的是美国和德国。美国国家层面鼓励自动驾驶技术的发展，给予了宽松开放的政策支持，在自动驾驶发展的国家当中，美国的相关初创企业最多。而相较于美国，我国对于高精度地图领域的发展要求很高。首先，因为地理数据的特殊性，数据安全性和保密性关系到国家安全和稳定，因此必须要甲级资质企业才有资格参与，这是中国国情决定的。其次，高精度地图在外部采集和内部产业中都涉及到较高的技术含量，尤其是数据才集合处理方面的技术门槛很高，必须要深入学习相关技术理论，包括相关的处理加工，都需要大量经费成本。
自动驾驶领域想要发展，高精度地图是核心技术之一，它能够有效帮助精确定位，根据不同车型提供决策建议，帮助导航以及提供航行转向等方面的支持 [10]。高精度地图在自动驾驶方面的重要作用和优势体现在以下方面：
第一，高精度地图具有丰富的静态地理信息，能够准确识别静态目标，及时精准地提供信息支持，弥补了过去传感器在此方面的劣势。
第二，高精度地图存储的客观道路信息数据非常丰富，数据库强大，这些数据能够使用较长时间。
第三，利用高精度地图的丰富数据信息，能够将外部道路信息、交通环境基本还原，为后续的感知和计算提供有效支撑。
2.高精度地图在智慧交通中的应用
交通是城市的血液，为城市发展提供重要基础。城市的进步和发展使得道路环境越发多样、庞杂，智能交通的发展受到了社会的关注，交通行为产生的海量数据在现代智能交通的研究和应用中起着举足轻重的作用[11]。智能交通领域当中，高精度地图的重要地位体现在以下几方面：
第一，高精度的地图数据能够清晰地显示现有的交通设备和交通状况，为城市交通深度智能交通的自动采集、分析和发布提供有力的数据保障。
第二，通过车道边界、红绿灯、刺刀、交通标志、交通标线、停车场等要素的唯一化，建立与红绿灯控制系统、交通流数据和视频数据、停车场信息等之间的动态数据关系，构建道路执法机制，优化事故处理流程，满足智能交通管理的要求。
第三，利用现有的高精度静态数据驱动实时交通流、路况等动态数据对车辆行驶时间和路线进行评价和预测，并建立相应的交通网络模型。
利用交叉口、交叉口等重要节点，在最短时间内是最佳路径，根据交通波分布理论、交通负荷等确定路径的动态交通流模型和优化算法，有效推动运行效率的提升，降低安全隐患，实时控制，道路要素，实现智能引导。
三、高精度地图发展困境
1.数据安全问题
测绘活动涉及国家秘密，高精度地图数据的获取必须要进行严格的把关限制。相关企业若要从事该领域研究，必须首先依法获得测绘资质，达到资质要求后按照规定开展测绘活动。目前，自动驾驶地图主体限制在国内企业范围内，国外企业若想参与研究必须要和符合要求的国内企业合作开展。随着国外企业的纷纷加入，如何进一步加强地理信息的安全管理是一个需要关注的问题。绘图过程中，必须重视信息安全问题。在地图绘制阶段，相关的地理数据要严格按照要求谨慎使用，严防泄露，具体操作需要通过专用安全传输通道上传云端，云端上需要加密处理，相关工作人员使用时必须要先通过身份认证，通过授权验证后才可以访问及操作处理。制作过程中也需要做好监督管理，做好网络隔离，避免数据泄露。
2.高精度数据审核问题
现阶段我国还没有标准的数据格式和统一的数据管理平台。因此行业中还存在一些普遍性问题，例如需要高昂的信息采集成本、信息更新缓慢等。未来高精度地图的发展中，将会用更新迅速的数字串表达形式。当前地图评审模式仍有很多不足，审核模式有待进一步优化。
3.测绘资质相关法律法规问题
目前，我国仍没有专门的法律法规对高精度地图进行专门的监督管理，现有法规主要对导航电子地图进行监管，将高精度地图作为其衍生产品管理。2016年，原国家测绘局发布了《关于加强自主驾驶地图制作、测试和应用管理的通知》，其中提到自主驾驶地图制作资质管理是指导航电子地图制作资质管理。规定相关地图制作单位开展自主驾驶地图研究时必须独立开展相关测绘工作，并取得测绘成果[12]。
四、高精度地图发展趋势
1.高精度地图众包更新
中国有数百万公里的公路和大量的数据，仅靠专业的测绘团队负责收集数据的话，时间成本、经济成本都会非常高。众包模式基于高精度地图进行后续处理优化，已成为保证地图准确性和新鲜度的有效解决方案。众包模式在更新高精度地图时能够批量操作，有效提升更新效率，同时成本较低，从而成本推动高精度地图产业发展的必不可少的重要方面，未来发展中需要重视推动众包模式的规范化、标准化发展。
2.相关法律法规的完善
高精度地图的各个方面都有详细的地图数据，涉及到空间信息的安全，甚至关系到国家安全，现有的法律政策在高精度地图数据的采集、传输、存储等方面都存在很大的缺陷，使用和表达规则不够明确。因此，有必要进一步完善相关法律法规和技术手段，在确保信息安全的前提下，实现高精度地图的开发应用。
3.建立数据标准与共享平台
当前我国所使用的数据标准大体都是参考欧美道路设计研究成果设定的。以采集模式、交换格式、物理存储格式等标准为重点，完善和建立符合我国道路场景的数据标准，着力建立我国特有的规范化数据标准，大力推动自动驾驶技术的进步。着力建立统一完善的数据管理平台，推动及时高效的采集数据及评估诊断信息，真正实现数据共享。
作者一姓名：边梦月
性别： 女
学历：硕士研究生
籍贯：山东省淄博市
出生年月：1993.4.10
现有职称：无
研究方向：地理信息科学、大数据分析
参考文献
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[2]王冕.面向自动驾驶的高精度地图及其应用方法[J].地理信息世界,2020,27(04):109-114.
[3]梁宗正,童杨.高精度地图国内外发展现状及对策[J].科技中国,2021(01):13-16.
[4]潘霞,张庆余,朱强.高精度地图在自动驾驶领域的作用及意义解析[J].时代汽车,2019(04):49-50+53.
[5]自动驾驶地图与定位技术产业发展报告[J].智能网联汽车,2019(03):58-67.
[6]王祥,袁宇璋,王成,张芬,王立国.高精度地图定位在高速公路自动驾驶系统中的应用[J].上海汽车,2020(08):12-17.
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[11]王印海,崔志勇.智慧交通发展急需交通数据科学[J].城市交通,2019(3):8-10.
[12]秦志嫒,琚晶,贾宁.关于高精度地图测绘资质的若干思考[J].汽车与配件,2020(10):68-70.