地圖在汽車行業的應用場景研究

王琛博，羅鵬飛，馮烙烙，聶天柱，張犇

地圖在汽車行業的應用場景研究

王琛博，羅鵬飛，馮烙烙，聶天柱，張犇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

隨著汽車行業的快速發展，用戶對車輛安全性和智能化的要求不斷提高。地圖作為一種比較常見的服務，是影響車輛安全性和智能化的主要因素之一。為了研究不同地圖在汽車行業的應用場景，文章以傳統導航地圖、ADAS地圖和高精地圖為研究對象，從精度、使用對象、用途、地圖信息、行業發展等方面介紹了各種地圖的特點，分析了不同地圖在限速提醒、彎道提醒、車道改變、節能、自適應車燈、路徑規劃等場景中的應用，淺談了不同地圖的服務對象和應用領域。

傳統導航地圖；ADAS地圖；高精地圖

前言

隨著科技水平的不斷提高，汽車行業正在向安全性、自動化、智能化等方向不斷發展，傳統導航地圖已經不能滿足汽車行業未來的發展需求。為適應汽車行業的發展趨勢，地圖向精度更高、維度更多的方向不斷發展，ADAS（高級輔助駕駛系統）地圖，高精地圖等也隨之出現在人們的視野。傳統導航地圖精度低，包含道路信息少，為駕駛人員提供基本的導航服務；ADAS地圖相對傳統地圖，導航精度提高1倍，并且引入道路屬性，為駕駛輔助和自動駕駛提供技術支撐；高精地圖不僅與ADAS地圖的側重點相同，而且精度更高，更適合自動駕駛等高要求的應用場景。

1 傳統導航地圖

傳統導航地圖是指含有空間位置地理坐標，能夠與空間定位系統結合，準確引導人或交通工具從出發地到達目的地的電子地圖。傳統導航地圖的精度一般為10 m，它包含目的地的信息，存有能夠用于引導的交通信息，而且需要提供實時的道路信息。

傳統導航地圖為駕駛人員提供了基本的道路導航服務，包括由起點到終點的行車路線規劃，車輛和地圖中道路的定位匹配，用于查詢目的地的POI（信息點）檢索等。傳統導航地圖包含的道路信息雖然能夠滿足駕駛需求，但仍然需要駕駛人員對道路的實際情況進行判斷，結合地圖信息完成駕駛。

隨著消費者用車需求多元化，駕駛人員對于車輛配置的要求也在逐漸提升，其中汽車導航是許多消費者購車時比較看重的。隨著新車裝配率的提升和汽車銷量的不斷增長，傳統導航地圖的市場規模不斷擴大[1]。

2 ADAS地圖

ADAS地圖是指滿足ADAS應用（如：ECU、TCU等）需要的地圖，其屬性和精度介于普通的導航電子地圖和高精度地圖之間。ADAS地圖的精度一般為2 m～5 m，它是在傳統的導航電子地圖的基礎上補充了一些坡度、曲率、航向等輔助信息，另外也包含了車道數量、道路類型等信息，并且道路的精度和形狀信息更加準確，但是這些信息的精度和高精地圖有一個數量級的差別。

ADAS需要利用安裝在車上的毫米波雷達、激光雷達、單/雙目攝像頭、紅外攝像頭等傳感器，完成輔助駕駛[2]。與傳感器相比，ADAS地圖可以提供范圍更廣且具有預測性的附加信息。此外，ADAS地圖可以補充毫米波雷達、激光雷達、單/雙目攝像頭、紅外攝像頭等傳感器提供的信息。如：傳感器無法判斷識別范圍之外的坡度、曲率等信息，如果結合ADAS地圖的坡度、曲率等信息，就可以更好地執行輔助駕駛。ADAS地圖會通過GPS信息獲取車輛當前位置，將車輛位置與地圖中車輛所在的道路進行匹配，獲取車輛所在道路前方的道路信息，并將道路信息發送給ADAS應用，在車輛到達未知路段之前通知或輔助駕駛員操作，讓汽車更加節能、安全和便利。

隨著消費者對汽車安全性、經濟性的重視度逐步提高，ADAS技術在汽車領域的應用會不斷增加。受益于ADAS技術的應用，ADAS地圖的市場規模將會不斷擴大。

3 高精地圖

高精地圖是指高精度、精細化定義的數字地圖。高精地圖的精度一般在10 cm以內，能夠精確地區分出不同車道的信息。它不僅包含了車道級的道路信息，如：車道線、車道中心線等，還包含了道路材質、車道限速等屬性信息以及交通標志等道路附屬物信息。

高精地圖是自動駕駛系統的重要組成部分，可以有效提升自動駕駛汽車的行駛安全度，強化自動駕駛系統的定位、感知等能力，它擴展了傳感器的檢測邊界，彌補了系統的缺陷[3]。

L3級別自動駕駛汽車滲透率的持續提升，給我國高精地圖市場提供了可觀的發展空間。目前，國內高精地圖領域領先企業包括四維圖新、高德以及百度等，由于技術壁壘、資質壁壘、資金壁壘等的限制，國內高精度地圖市場企業數量較少。隨著科技的發展，技術壁壘、資質壁壘等會逐漸被打破，高精地圖市場會逐步擴大，高精地圖也會朝著精度更高、數據維度更多、覆蓋面積更廣的方向持續發展。

4 地圖應用

傳統導航地圖、ADAS地圖和高精地圖在汽車行業的應用場景有很多，而且各個地圖的應用場景是不同的。

（1）限速提醒。

限速提醒可以有效降低因超速引起的交通事故的發生概率，一定程度上維護了交通秩序，盡可能地保障了車內外人員的生命安全。

1）傳統導航地圖會根據車輛的位置，獲取車輛前方的速度限制信息，通過圖像或語音的方式提醒駕駛人員，駕駛人員結合實際路況調整車速到達合適的范圍。

2）ADAS地圖根據車輛的GPS信息得出車輛當前位置和車輛前方的速度限制信息，并以報文的形式發送給ADAS應用，最終提醒或輔助駕駛人員在合適的位置進行速度調整。

3）高精地圖和ADAS地圖的應用類似，霧天情況下，攝像頭的物體識別能力會受到很大的限制，在一些限速路段，如果不能精確識別道路的限速情況，就可能造成超速駕駛，甚至影響車輛安全。這時，高精地圖會根據車輛的位置，獲取地圖中對應車道的限速情況，并將數據傳輸給自動駕駛系統，保證駕駛的安全。

（2）彎道提醒。

彎道提醒對車輛的安全是十分重要的，彎道是車輛行駛過程中的盲區，也是交通事故易發的位置之一，彎道提醒可以讓駕駛人員或車輛提前知道前方彎道的位置，提醒駕駛人員注意彎道處的車輛、行人等，保證自身和他人的生命安全。

1）傳統導航地圖會將車輛前方的道路信息顯示在顯示屏上，并根據車輛的當前位置實時更新。駕駛人員根據顯示屏顯示的地圖信息和自身獲取的道路信息，控制車輛進行相應的減速、轉向等。

2）ADAS地圖根據車輛的GPS信息得出車輛的當前位置和車輛前方的彎道信息，并以報文的形式發送給ADAS應用，最終提醒或輔助駕駛人員做出相應的減速、轉向等。

3）高精地圖可以使自動駕駛車輛提前得知前方的彎道信息，為車輛提供決策依據。當車輛行駛在連續彎道上時，由于傳感器能力的限制，無法精確獲取前方的彎道信息，這時車輛的安全會受到嚴重的影響。而高精地圖可以為車輛提供感知范圍之外的彎道信息，如：曲率、車道線等，保證駕駛的安全性和舒適性。

（3）車道改變。

車輛在道路上行駛的過程中，改變車道是不可避免的，而錯誤的車道改變可能會引發交通事故。地圖可以為駕駛人員或車輛提供前方的車道信息，駕駛人員或車輛可以綜合其他信息在合適的位置進行變道。

1）傳統導航地圖通常提供的是道路級別的道路信息，提示駕駛人員進行道路切換。而駕駛人員需要根據顯示屏顯示的道路信息和自身獲取的車道信息，結合自身的駕駛經驗進行車道變換。

2）ADAS地圖包含的車道信息有限，目前大多數圖商生成的ADAS地圖僅包含車道數量信息，如：四維圖新等。ADAS地圖根據車輛的GPS信息獲取車輛前方的車道數量信息，并以報文的形式發送給ADAS應用，最終提醒駕駛人員在合適的位置進行合理的變道。

3）高精地圖可以給自動駕駛車輛提供車道級的道路信息。車輛在駕駛過程中進行合適的車道變換可以節省駕駛時間，保障駕駛的安全，而車道切換離不開高精地圖的車道信息。當車輛在行駛過程中發現前面有事故發生，這時需要變道，高精地圖可以根據車輛當前所在車道提供合適的變道信息，車輛結合傳感器采集的車道信息在合適的位置進行相應的變道。

（4）節能應用。

車輛油耗是客戶購車時比較關注的信息之一，隨著石油資源的消耗和石油價格的上升，客戶對車輛油耗的關注度越來越高。節能應用可以降低車輛的燃油消耗量，使客戶的利益最大化。

1）傳統導航地圖可以為駕駛人員提供最優的行駛路徑。駕駛人員參照導航地圖推薦的行駛路線可以有效地避開擁擠路段，減少行車距離，從而降低車輛的燃油消耗量，達到節能的目的。

2）ADAS地圖根據車輛的GPS信息獲取車輛當前位置及車輛前方道路的坡度、曲率等信息，并以報文的形式發送給ADAS應用，ADAS應用一方面可以對車輛進行相應的決策控制，如剎車控制、油門調節等，另一方面可以給駕駛人員推薦合適的駕駛策略，最終實現車輛節能。

3）高精地圖可以為自動駕駛車輛提供道路前方的坡度、曲率、實時天氣等信息，自動駕駛系統將地圖信息和傳感器采集的信息結合，控制車輛獲取最優的控制策略，使油耗降到最低。

（5）自適應車燈。

通常情況下，在彎道處車輛車燈的照射方向是車輛行駛方向的正前方，而車燈的照射方向和彎道處道路的方向會形成一定的夾角，這時車輛的前方會出現部分盲區，會對車輛的安全造成一定的影響。自適應車燈可以根據彎道的曲率調整車輛車燈的照射方向，減少盲區，如圖1所示。

圖1 自適應車燈

1）傳統導航地圖不包含道路的曲率信息，在彎道處主要依賴駕駛人員自身的能力和駕駛經驗，對盲區的物體進行判斷。

2）ADAS地圖會根據車輛的GPS信息獲取車輛當前位置和車輛前方的曲率信息，并以報文的形式發送給ADAS應用，最終控制車輛改變車燈方向。

3）高精地圖和ADAS地圖的應用類似，可以為自動駕駛車輛提供車輛當前位置和車輛前方的曲率信息。行駛過程中，車輛會根據地圖提供的曲率信息，控制車燈的照射方向，盡可能減少車輛的盲區，增強車輛傳感器的識別能力，保障車輛、行人的安全。

（6）路徑規劃。

隨著道路狀況的復雜化，路徑規劃在車輛駕駛過程中顯得十分重要。路徑規劃可以為駕駛人員或車輛提供一條合理的行駛路線，有效避開道路擁擠路段、障礙物等，最終引導車輛快速到達目的地。

1）傳統導航地圖可以根據車輛的當前位置和目的地，根據駕駛人員的需求規劃出合理的行車路線，避開擁擠路段、事故路段等，引導駕駛人員快速、安全地到達目的地。

2）ADAS地圖可以提供起點到終點的路徑規劃，最終通過圖像的形式展現給駕駛人員。

3）高精地圖包含車道級的道路信息，它可以根據自動駕駛車輛的位置和目的地為車輛規劃出車道級的行駛路徑，同時高精地圖可以根據實時的道路信息進行路徑的更新，避開障礙物，保障車輛的安全。

5 應用分析

從上述幾個場景可以看出，不同地圖的應用場景是不同的，即使在相同的應用場景下不同的地圖之間也是有差異的。而應用場景的不同是由地圖自身的特點決定的，如下所示：

（1）精度不同。傳統導航地圖的精度一般為10 m；ADAS地圖的精度一般為2 m～5 m；高精地圖的精度一般在10 cm以內。

（2）使用對象不同。傳統導航地圖的使用對象是駕駛人員；ADAS地圖和高精地圖的使用對象是機器。

（3）用途不同。傳統導航地圖為駕駛人員提供導航、搜索等功能；ADAS地圖為ADAS應用提供道路狀況預測等功能；高精地圖為自動駕駛系統提供輔助環境感知、定位、車道級路徑規劃等功能。

（4）地圖信息不同。傳統導航地圖主要包含實時道路信息、POI等信息；ADAS地圖在傳統導航地圖的基礎上添加了輔助信息，如坡度、曲率等；高精地圖描述車道線、交通標志、實時路況、道路屬性等信息，包含了能夠影響駕駛的全部道路信息[4]。

6 結論

汽車行業主要應用的地圖有傳統導航地圖、ADAS地圖和高精地圖等。傳統導航地圖是汽車行業目前普遍應用的地圖，主要為駕駛人員提供道路規劃、引導駕駛人員進行規范駕駛等；ADAS地圖主要是輔助駕駛人員進行駕駛，可以使車輛更加節能、安全和舒適；高精地圖主要為自動駕駛服務，可以有效彌補系統的缺陷，可能成為未來汽車行業重要的一部分。

[1] 沈建新.導航地圖發展現狀和趨勢分析[J].智能城市,2018,4 (16):70-71.

[2] 王玉海,李興坤,張鵬雷,等.基于ADAS地圖的載貨車預見巡航實時優化算法[J].汽車工程,2020,42(10):1335-1339+1411.

[3] 賀文.高精地圖:自動駕駛商業化的“水電煤” [J].IT經理世界, 2017(14):36-37.

[4] 王濤,陳艷麗,賈雙成.簡述高精地圖的特點[J].軟件,2018,39 (09):183-187.

Research on Application Scenarios of Map in Automobile Industry

WANG Chenbo, LUO Pengfei, FENG Luoluo, NIE Tianzhu, ZHANG Ben

( Shaanxi Heavy Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

With the rapid development of automobile industry, user’s requirements for vehicle safety and intelligence are increasing. As a common service, map is one of the main factors affecting vehicle safety and intelligence. In order to study the application scenarios of different maps in the automotive industry, taking the traditional navigation map, ADAS map and high-precision map as the research object, this paper introduces the characteristics of various maps from the aspects of accuracy, use object, purpose, map information and industry development, and analyzes the functions of different maps in speed limit reminder, curve reminder, lane change, energy saving, adaptive lights, path planning and other scenarios, and discusses the service objects and application fields of different maps.

Traditional navigation map; ADAS map; High precision map

U495

A

1671-7988(2021)24-162-04

U495

A

1671-7988(2021)24-162-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.038

王琛博，就職于陜西重型汽車有限公司。羅鵬飛，就職于陜西重型汽車有限公司。