在手機(jī)導(dǎo)航還未出現(xiàn)的年代，很多人出行主要依靠紙質(zhì)地圖，有人希望地圖可以描述得很詳細(xì)，這樣可以獲得更多的交通信息；而有人覺(jué)得靠眼睛看路牌，再問(wèn)問(wèn)路人會(huì)更加方便；還有一些人習(xí)慣看一些簡(jiǎn)圖或者保留關(guān)鍵信息的手繪地圖，這樣可以更加清晰明了地獲取關(guān)鍵信息。

將這些習(xí)慣類比到自動(dòng)駕駛汽車，恰好可以對(duì)應(yīng)到自動(dòng)駕駛行業(yè)不可不提的地圖技術(shù)，在自動(dòng)駕駛技術(shù)誕生初期，高精度地圖的使用非常火熱，但隨著技術(shù)的發(fā)展，很多企業(yè)開(kāi)始追求無(wú)圖的方案，直到現(xiàn)在，又有一些企業(yè)開(kāi)始推出“輕圖”的技術(shù)，為何自動(dòng)駕駛地圖發(fā)展會(huì)如此折騰？

為什么早期自動(dòng)駕駛都要“有圖”？

高精度地圖（我們常說(shuō)的“有圖”）的核心價(jià)值在于它把道路上車道的精確位置、車道之間的連接關(guān)系、固定的交通標(biāo)志、路緣線、停車線等等靜態(tài)信息提前告訴了車子。這些信息可以讓車輛定位和路徑規(guī)劃的難度大幅度降低。舉個(gè)簡(jiǎn)單的類比，如果你去一個(gè)陌生城市開(kāi)車，有一張?jiān)敿?xì)的導(dǎo)航圖你就知道哪條是車道、哪條不能拐、哪兒是禁止停車的路段，開(kāi)起來(lái)要省心得多。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來(lái)說(shuō)也是一樣，把環(huán)境的一部分“固定”下來(lái)，機(jī)器只要去處理動(dòng)態(tài)的那一部分（行人、其他車輛、臨時(shí)障礙），系統(tǒng)的整體復(fù)雜度和驗(yàn)證難度都會(huì)下降。高精度地圖還能在夜間或惡劣光照下彌補(bǔ)攝像頭的不足，定位精度也能達(dá)到車道級(jí)別，這對(duì)某些需要高可靠性的場(chǎng)景非常重要。

但是想要提前把“世界”畫好其實(shí)有很多問(wèn)題需要解決。地圖不是一次性做完的，也很難保持最新?tīng)顟B(tài)，道路施工、臨時(shí)標(biāo)志、路面變更都會(huì)讓地圖信息過(guò)期，這就要求高精度地圖可以隨時(shí)更新。此外，做一張覆蓋城市乃至國(guó)家級(jí)的高精度地圖，成本會(huì)非常高，要用激光雷達(dá)、車隊(duì)采集、大量后處理和人工校驗(yàn)。如果真的能做“畫”完高精度地圖，其數(shù)據(jù)量也是非常大的，實(shí)時(shí)把它同步到每輛車需要帶寬和云端支持。正是出于這個(gè)原因，很多企業(yè)在自動(dòng)駕駛落地時(shí)，會(huì)思考一個(gè)問(wèn)題，那就是在所有場(chǎng)景里都用這種“厚圖”是否劃算？

無(wú)圖思路的技術(shù)細(xì)節(jié)，靠“看”和“學(xué)”來(lái)替代地圖？

面對(duì)高精度地圖的高成本，一部分企業(yè)選擇盡量少用或不用地圖，依靠車載傳感器和大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練來(lái)讓車輛“自己看清楚世界”。這條路的技術(shù)就對(duì)包括強(qiáng)大的攝像頭感知、穩(wěn)健的多傳感器融合、以及海量的場(chǎng)景數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練等方面提出了要求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，無(wú)圖方案把問(wèn)題交給感知和學(xué)習(xí)，讓攝像頭、雷達(dá)實(shí)時(shí)感知車道線、信號(hào)燈、行人等；讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)會(huì)在各種復(fù)雜情況下做出正確判斷。

為了讓無(wú)圖方案更可靠，需要做一些工作來(lái)增強(qiáng)模型的穩(wěn)健性和可用性。比如用仿真和數(shù)據(jù)增強(qiáng)來(lái)擴(kuò)充訓(xùn)練數(shù)據(jù)，針對(duì)罕見(jiàn)場(chǎng)景做專項(xiàng)收集；通過(guò)多模態(tài)融合（把攝像頭、毫米波雷達(dá)、IMU等信息融合）來(lái)彌補(bǔ)單一傳感器的短板；再輔以在線學(xué)習(xí)和車隊(duì)數(shù)據(jù)回傳，讓系統(tǒng)不斷迭代。無(wú)圖的優(yōu)勢(shì)是部署快、覆蓋范圍廣，不需要事先把每條路都畫好，特別適合希望迅速擴(kuò)展服務(wù)的公司。

無(wú)圖看起來(lái)比較適合自動(dòng)駕駛技術(shù)大面積落地，但是對(duì)某些邊緣場(chǎng)景（比如路標(biāo)被遮擋、標(biāo)線模糊、復(fù)雜交叉口）對(duì)模型的泛化能力要求極高；端到端學(xué)習(xí)的“黑盒”特性也讓故障回溯和監(jiān)管審查變得困難。這就要求在技術(shù)落地前必須用大量測(cè)試、冗余設(shè)計(jì)和安全邊界來(lái)彌補(bǔ)這些不足，這在實(shí)踐中并不容易。

輕圖的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只保留“關(guān)鍵骨架”？

輕圖（也叫稀疏地圖）試圖在“有圖”和“無(wú)圖”之間找到平衡。它不追求把每一塊路面、每個(gè)路樁都詳細(xì)刻錄，而是只保存對(duì)車輛決策最關(guān)鍵且變化慢的信息。輕圖通常包含車道中心線的拓?fù)潢P(guān)系、重要路口的連接信息、某些固定的交通規(guī)則點(diǎn)位和少量地標(biāo)性特征。相比全密度點(diǎn)云，輕圖的數(shù)據(jù)量小得多，更新頻率也可以更低。

生成輕圖的流程也比較工程化，先用車隊(duì)的LiDAR、攝像頭、IMU等設(shè)備采集路測(cè)數(shù)據(jù)，再用視覺(jué)里程計(jì)或SLAM算法做初步配準(zhǔn)，接著用自動(dòng)化工具提取車道線與拓?fù)�，最后加少量人工校�?yàn)。為了降低維護(hù)成本，輕圖常常配合在線變化檢測(cè)機(jī)制，即行駛車輛上報(bào)與地圖不一致的區(qū)域，云端自動(dòng)比對(duì)后決定是否需要人工復(fù)核或差分更新。這樣既保留了地圖對(duì)定位與規(guī)劃的結(jié)構(gòu)性支持，又把大部分更新工作交給自動(dòng)化流程完成，成本更可控。

輕圖通常作為結(jié)構(gòu)化先驗(yàn)供自動(dòng)駕駛汽車定位和規(guī)劃使用，實(shí)時(shí)感知負(fù)責(zé)檢測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)和可變信息。比如在匝道并線時(shí)，輕圖提供車道連接關(guān)系，規(guī)劃模塊據(jù)此生成安全的軌跡，而攝像頭與雷達(dá)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍車輛并進(jìn)行避讓。這種分工讓自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在保持一定魯棒性的同時(shí)，避免了高精度地圖帶來(lái)的沉重運(yùn)維負(fù)擔(dān)。

地圖方案應(yīng)該如何選？

地圖方案并不沒(méi)有最優(yōu)選擇，很大程度上會(huì)取決于業(yè)務(wù)場(chǎng)景與商業(yè)模型。如果產(chǎn)品是限定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行（如廠區(qū)、園區(qū)、封閉高速），投入高精度地圖并結(jié)合多傳感器冗余往往是最穩(wěn)妥的路徑，因?yàn)檫@些場(chǎng)景能用較少的路段覆蓋就實(shí)現(xiàn)高可用性和可驗(yàn)證性。但如果產(chǎn)品希望快速鋪開(kāi)到城市乃至全國(guó)，輕圖或無(wú)圖能夠顯著降低前期投入和擴(kuò)張阻力。

未來(lái)自動(dòng)駕駛地圖可能朝著“分層與融合”而不是某一路線的方向發(fā)展。地圖會(huì)做分層處理，靜態(tài)且穩(wěn)定的要素放到地圖里，變動(dòng)頻繁的要素交給實(shí)時(shí)感知；地圖制作與更新也會(huì)越來(lái)越自動(dòng)化，利用變更檢測(cè)、車隊(duì)數(shù)據(jù)差分和云端差分更新來(lái)降低人工成本。同時(shí)，無(wú)圖路線在感知、模型驗(yàn)證以及可解釋性方面的研究會(huì)繼續(xù)推進(jìn)，讓二者的邊界或?qū)⒃絹?lái)越模糊。

最后的話

地圖不是“靈丹妙藥”，也不是“多余負(fù)擔(dān)”。把地圖看成系統(tǒng)里的一個(gè)模塊，與感知、定位、規(guī)劃和驗(yàn)證體系一起設(shè)計(jì)，才能在成本、可靠性和擴(kuò)張速度之間找到合適的平衡。選擇哪種地圖策略，很大程度上取決于你要解決的場(chǎng)景、愿意承擔(dān)的成本以及你對(duì)擴(kuò)張速度與安全邊界的偏好。短期內(nèi)我們會(huì)繼續(xù)看到各種路線并行，這不僅是技術(shù)多樣性的必然，更是行業(yè)逐步成熟前必須經(jīng)歷的復(fù)雜博弈。

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       原文標(biāo)題 : 從“有圖”到“無(wú)圖”再到“輕圖”，自動(dòng)駕駛地圖選擇為何這么折騰？