【举世报资讯】车载导航简史 - 从卫星定位地图到高精地图

 行业动态     |      发布时间:2022-08-01 21:25:39 | 作者:体育bob

  在前面《浅谈高阶智能驾驭-领航辅佐的技能与开展》中,咱们介绍了领航辅佐的功用和开展前景,而大多数主机厂完结领航辅佐,都需求依据高精度地图。今日就简略介绍一下,车载导航的简史 - 从服务人的卫星定位地图到服务车的高精地图。

  导航,幻想一下咱们身处一个彻底生疏的当地,想要去另一个当地,咱们首要需求处理三个问题:1. 我在哪儿(定位) 2. 我的意图地在哪儿 3. 我要怎样曩昔(途径规划)。

  要处理“我在哪儿”的问题,也便是定位。定位分为相对定位和肯定定位。在GPS呈现之前,咱们的定位办法都是相对定位,比方说依据某座山,某条路,某条河,比照前人测绘出来的地图,来判别咱们身处什么方位。咱们日常日子中,假如不凭借导航软件的话,人类的思想习惯便是经过视觉调查周围的环境,某栋楼,某个地标,某个车道标志等来判别自己所在的方位。

  相对定位的局限性在于,假如视觉场景中没有相对标志性的物体,人类就无法判别自己在什么方位了。比方沙漠,草原,森林,或许未开发的修建比较少的市郊,或许城市的楼房修建群,此刻人的视觉规划内都是千人一面的场景,天然无法判别自己的方位。而GPS的呈现就处理了这个问题。

  GPS 的全称是导航星测时和测距全球定位体系,简称全球定位体系(Global Position System,GPS)。咱们经常在文章中看到的GNSS,是全球卫星导航体系(GNSS)是卫星导航的总称,是除了GPS以外,还包括现在俄罗斯的GLONASS、我国的斗极,欧洲的伽利略这四大导航体系。

  GPS定位的根本原理是依据高速运动的卫星瞬间方位作为已知的起算数据,选用空间间隔后方交会的办法,确认待测点的方位。这个原了解说起来比较杂乱(其实我也没太看懂),咱们能够简略了解为,天上有至少24颗卫星,确保咱们在地球恣意一个方位都能至少接纳到4颗卫星的信号,经过4颗卫星相对地球的方位,定位出咱们相关于地球的肯定方位,也便是咱们初中地舆学过的经度和纬度。

  有了GPS今后,咱们就能够完结电子导航了。榜首代电子导航大约呈现在2000年左右,其时的电子导航地图还需求先将所在城市的地图下载到本地。车载GPS导航体系内置的GPS天线收到GPS的数据信息,结合贮存在车载导航仪内的电子地图,经过GPS卫星信号确认的方位坐标与此相匹配,进行确认轿车在电子地图中的方位。

  ·无法实时更新。这时分的导航地图根本上都是以TF卡方法本地存储的。所以每隔一段时刻需求去4S店下载更新地图,并且每次更新还需求收费。

  ·因为运用离线地图,没有实时路途交通数据,路途规划时无法考虑实践路途的拥堵状况。

  跟着互联网的开展,呈现了第二代电子导航,也便是咱们现在日常运用的电子导航,根本处理了这两个问题。首先是本地数据联网,引入了大数据和云核算,规划路途时能够考虑实时交通,还能预估路上所需时刻。一起更新地图能够经过OTA进行,2-3个月就能够更新一次,根本满意日常需求。

  GPS的呈现,算是处理了肯定定位的问题。可是,GPS的精度一般只要10米级。要知道规范城市路途宽度为3.5m-3.75m,双向4车道宽度也便是15米左右。这就意味着,只是依托GPS定位,只能判别车子在哪条路上,无法判别车子在哪条车道上,车主驾驭时就会遇到变道不及时,走错车道等状况。所以,咱们需求寻求其他技能来完结更精确的定位。

  RTK( RealTime Kinematic),实时动态丈量技能,是以载波相位观测为依据的实时差分GPS(RTDGPS)技能,它是丈量技能开展路程中的一个打破,它由基准站接纳机、数据链、 流动站接纳机三部分组成。 在基准站上安顿1台接纳机为参阅站, 对卫星进行接连观测,并将其观测数据和测站信息,经过无线电传输设备,实时地发送给流动站,流动站GPS接纳机在接纳GPS卫星信号的一起,经过无线接纳设备,接纳基准站传输的数据,然后依据相对定位的原理,实时解算出流动站的三维坐标及其精度(即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H,加上基准坐标得到的每个点的WGS-84坐标,经过坐标转化参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海提高H)。(以上来自)

  是不是觉得每个字都看得懂,但连成语句今后彻底看不懂?不要紧,我也看不懂。我在网上找了一张图。能够简略了解为:添加了一些固定的基站,这些基站相当于一个肯定定位的参阅系。基站邻近的移动物体能够从基站收到信号,结合自身收到的GPS信号,然后纠正自身卫星定位成果,完结亚米级定位。RTK的供货商国内榜首的便是千寻方位,全国树立超越2600个地基增强站,这个能够在许多方位能够掩盖高精度定位。对了,千寻也是阿里巴巴出资的,持股占比41.9%。

  定位问题处理了,可是咱们日常运用手机导航的时分也会发现,在许多当地,比方天桥,地道,楼房,手机APP会提示GPS信号弱。这时分,就需求IMU惯性导航定位来辅佐了。

  IMU(Inertial Measurement Unit),即惯性丈量单元,用于丈量物体三轴姿势角(或角速率)以及加速度。运用惯性元件(加速度计)来丈量运载体自身的加速度,经过积分和运算得到速度和方位,然后到达对运载体导航定位的意图。组成惯性导航体系的设备都安装在运载体内,作业时不依靠外界信息,也不向外界辐射能量,不易遭到搅扰,是一种自主式导航体系。()

  简略了解:幻想你走进了一个乌黑的地道里,假定你估量自己每秒中跨出去一步,一步间隔为0.5米,你心中默念10秒,那么你能够预算自己此刻的方位间隔地道口为5米。这样,尽管你看不见周围物体,但仍然能够知道自己大致方位。当然,因为步长的差错和读秒的差错,走得越远,跟实践方位的差错就越大。

  上面的场景是一个一维空间的运动,把这个场景替换为三维的,经过IMU得到的线速度和角速度,咱们就能够知道自己在三维空间中的相对方位。这便是惯性导航的原理。

  惯性导航能够完结对GPS的补偿,在一些GPS信号比较弱,或许GPS更新频率较低的场景下,能够完结一段时刻内的自主导航。当然,这个时刻不能太长,不然就不精确了。

  而跟着自动驾驭技能的呈现,高精度地图(High definition)需求也应运而生。传统地图是服务于人,首要起到辅佐驾驭员判别大致方位的效果,车辆的操控仍是由驾驭员来操作,因而其精度一般只需求做到10米级。而自动驾驭轿车需求精确知道车辆在路上的方位,这个方位需求精确到在哪个车道,跟路旁边隔离带,马路牙子间隔多少,这就要求地图的精度越高越好,乃至需求做到厘米级。高精度地图含有很多路途矢量元素信息(车道线方位、类型、宽度等)以及车道周边的固定目标信息(交通信号灯、交通标志、障碍物、路旁边地标等),构成对路网精确的三维表征(厘米级精度),比方路面的几许结构、路途标明线的方位、周边路途环境的点云模型等。高精度地图在L3等级以上的辅佐/自动驾驭承当着重要使命:

  ·定位,将车载GPS、IMU、LiDAR或摄像头号的数据和高精度地图数据进行匹配,然后确认车辆的方位;

  ·了解路况,导航体系能够精确认位地势、物体和路途概括,然后引导车辆行进;尤其在传感器受环境影响失灵的状况下(大雾、冰雹、大雨),高精度地图仍可全天候作业,能够供给自动驾驭所需信息;

  ·看的更远,协助自动驾驭车辆对超出视界规划的路况进行处理。别的,高精度地图比起传统地图,新鲜度要求极高。依据博世提出来的界说,无人驾驭时代所需求的部分动态地图数据依据更新频率能够划分为四类:永久静态数据(更新频率为1个月)、半永久静态数据(频率为1小时)、半动态数据(频率为1分钟)、动态数据(频率为1秒)。

  说了这么多,能够简略了解为:传统地图服务的是人,人能够依据对突发事件和信息进行加工处理。而高精度地图服务的是机器,核算机做出正确决议计划需求依据实时的精确的信息的输入,因而要求地图的高精度,和高频率更新。

  2000年,丰田曾向外泄漏,一套丰田轿车电子导航体系,在日本的价格折合人民币1万多元。而我国的轿车商场从2000年开端进入一个高速添加期,从2001年的年产200多万辆添加到了2009年的千万辆等级,年均添加速度达21.6%。到2010年末,我国轿车产量和销量更是双双打破了1800万辆。这使得电子地图成为一座金矿。在那个智能手机还未呈现的时代,图商靠着轿车生意活得十分润泽。2013年,在导航前装商场,四维图新接连七年分走超60%的商场比例,而凯立德则在后装商场拿到了超越70%的比例。

  电子地图这座金矿很快招引了互联网巨子。2013年阿里收买了高德。百度地图直接倒贴钱给手机厂商让他们预装百度地图,逼得高德地图也不得不给手机厂商补助。

  2013年8月,百度忽然宣告,本来收费30元的百度导航APP永久免费,且对现已付费用户全额退款。约4小时后,高德地图也宣告导航免费。免费战略直接导致高德2013年全年亏本1.55亿元。

  互联网巨子对战,旁人遭殃。从前的导航巨子凯立德坚持收费形式,一直到2016年才恋恋不舍的给用户免费运用,但商场比例现已丢光。2017年凯立德接连三年亏本,亏本额度高达1.85亿元,于2018年重新三板退市。另一个导航一哥四维图新,从从前的前装商场70%比例,2018年下跌到38%(数据来历:新浪财经)。

  高精地图需求的是动态和半动态数据,但现在市面上的产品还很难做到如此实时。现在的高精地图,例如高德和百度等,只掩盖了全国的高速公路及城市快速路,也只能做到3个月更新一次。

  而限制图商们高精度地图掩盖规划和更新频率的,便是本钱。其本钱首要分以下几大块:

  首先是地图收集本钱,光是一辆搭载了很多激光雷达、高清摄像头号传感器的地图测绘车,就往往需求百万元乃至上千万。据网上材料显现,一辆收集车搭载6台CCD相机,环形散布5个,顶部一个,每个摄像头像素500万,总像素3000万,收集数据精度约50CM。别的,车辆后备箱内放置工况机,首要是为了存储和处理拍照回的相关路途数据用。高德相关作业人员介绍,搭载该摄像头组合的收集车是现在高德数据收集车的主力,6个摄像头能收集到路途相关信息的全景画面。因为激光扫描仪及与其匹配的定位定姿仪的本钱极高,该高精度地图收集车的硬件本钱约800万。

  高德在2015年一口气置办了五六辆测绘车,组成了一支车队。但光靠这么几辆车,就连把首要城市跑一遍都不实际。

  我国具有全国际最杂乱的城市路途体系,即使是各个互联网巨子,也烧不起钱把全国的地图扫完。大部分图商都是从高速公路开端,这也是为什么现在领航辅佐根本上只能在部分高速公路路段运用。

  高精地图对数据的“鲜度”要求十分高,需求完结日更乃至分钟级的更新,这样才干确保数据的精确,防止因为数据更新不及时而让轿车做出过错的决议计划。图商不可能为了更新地图,让收集车再去跑一遍。功率上无法满意更新频率的要求,本钱上更是不可能承当得起。业界一致是高精度地图的更新需求依托众包,便是把地图更新的使命交给路途上行进的很多非专业收集车辆,运用车载传感器实时检测环境改变,并与高精度地图进行比对,当发现路途改变时,将数据上传至云渠道,再下发更新给其他车辆,然后完结地图数据的快速更新。下图便是国外Mobileye的高精度地图众包收集计划。

  最终,是车牌这道槛。地图职业触及国家机密,要自主制造高精度地图,有必要具有相关资质。据泰伯网不彻底统计,现在共有31家企业获批导航电子地图制造甲级测绘资质。

  不过,甲级测绘车牌存在有效期,到期后需求复审。而现在国家关于地图测绘资质的监管正在收紧。一个欠好的音讯是,本年3月份,天然资源部发布了导航电子地图制造甲级测绘资质复审换证成果,小鹏出资的智途科技,上汽旗下的中海庭,春风的立得空间,以及Momenta等8家企业都还未经过。

  前文剖析了高精度地图的门槛——本钱问题。那么,为什么互联网巨子纷繁入局高精度地图。高精度地图的商场预期有多大呢?

  这儿我翻到了一份来自国泰君安证券2018年的剖析陈述。剖析以为:因为高精度地图详细收费形式及金额仍未彻底确认,因而陈述中较保存的选用前期1000元license、100元年服务费作为猜测根底,保存估量2025年正常状况使用于L3自动驾驭轿车的高精度地图工业空间为30亿元,达观状况下为50亿元,失望状况为9.4亿。

  惋惜,2019年4月11日,高德,高德决定在“自动驾驭开发测验阶段高精度地图数据免费”的方针根底上,即日起大幅下降高精地图数据在车型量产阶段的商业化使用价格,许诺规范化高精地图每车年费价格不超越100元。

  高德一起许诺,跟着后续搭载辅佐驾驭、自动驾驭功用车型规划的不断添加,每年还将供给不低于2%的降本起伏。

  据业界人士泄漏,其他图商一般会签到7-800元/车/年。高德此举一会儿将价格拉到了商场价的15%。

  跟互联网产品相同,高精地图具有显着的双方网络效应:用户越多,数据越完好,地图的质量就越高,然后能招引更多的用户。这样的产品,天然合适独占。

  前文现已说到高精度地图的保护首要靠众包。关于高精度厂家来说,先拿到订单并完结落地,有利于下降本钱,然后下降价格,招引更多的订单,扩展的自己优势。搭载高精度地图的自动驾驭车辆配有行车记录仪,在车辆行进进程傍边即可收集数据信息回传至图商处完结更新,不再需求别的雇佣车辆。因而,优先拿到高端车厂订单的图商能够运用搭载高精度地图和行车记录仪的轿车来动态更新数据,更快下降本钱,再经过降价招引中低端车厂,不断扩展自己的优势。

  总而言之,越早拿到更多的订单并完结落地,越简单下降本钱并提高地图新鲜度,然后获取更多订单,赢者通吃。

  据IDC数据显现,2020年百度、四维图新(腾讯持股)、易图通、高德(阿里)商场比例占比分别为28.07%,21.61%,16.15%和13.07%。四家算计占到78.9%。高精地图边沿本钱简直为零,未来职业集中度提高是必然趋势。

  互联网大厂在这一范畴持续打起了一向以来的价格战,没有背靠大厂的其他草创公司,很难经得起这样烧钱。高精度地图的未来竞赛,恐怕仍是会环绕BAT三家打开,留给其他入局者的时机并不多。

  大部分车厂在布局自动驾驭时,都以为高精度地图是完结自动驾驭必不可少的部分。

  在Twitter上,马斯克现已不止一次表明过,依靠高精度地图的自动驾驭处理计划太过于针对清晰且详细的路况,一旦去到高精地图没有掩盖的区域或因施工、事端导致的路途调整就没用了,然后就失掉“自动驾驭”的含义了。

  特斯拉的FSD把摄像头的视觉体系作为中心,选用的是视觉+毫米波雷达的感知计划,识别出周围环境来判别车辆的相对方位。这种办法跟人类驾驭员的思想办法比较像,因而也有一部分人以为:高精度地图不可能确保不时更新,特斯拉的FSD才是自动驾驭的终极处理计划。

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