面向高精地图的局部相对位置动态生成方法及其应用_费雯凯.pdf

书书书2023 年第 6 期费雯凯:面向高精地图的局部相对位置动态生成方法及其应用引文格式:费雯凯 面向高精地图的局部相对位置动态生成方法及其应用J 测绘通报，2023(6):1-5 DOI:10 13474/j cnki 11-2246 20230159面向高精地图的局部相对位置动态生成方法及其应用费雯凯(北京华为数字技术有限公司，北京 100095)摘要:面向路侧智能设备与搭载高精地图的自动驾驶车辆之间信息共享、传输的应用场景，本文提出一种高精度相对位置动态生成和表达的方法。该方法依托高精地图通用关键信息进行编、解码，通过几何匹配技术实现相对位置信息传输，提升了高精度位置信息传输的安全性和不同地图间的兼容性;给出了完整的信息生成方法、编码解码流程方案，并取得了良好的试验效果。关键词:自动驾驶;位置信息传输;位置参考方法;通用参考点;几何匹配;高精地图中图分类号:P28文献标识码:A文章编号:0494-0911(2023)06-0001-05Method and application of dynamic generation of local relative positionbased on high precision mapFEI Wenkai(Beijing Huawei Digital Technologies Co，Ltd，Beijing 100095，China)Abstract:For the application of information sharing and transmission between roadside intelligent devices and self-driving vehiclesequipped with high precision maps，this paper proposes a method of dynamic generation and expression of high precision relativepositions The method relies on the common key information of high precision map to encode and decode，and realizes relative locationinformation transmission through geometric matching technology，which improves the security of high precision location informationtransmission and the compatibility between different maps This paper gives a complete information generation method，encoding anddecoding flow scheme，and obtains good experimental resultsKey words:autonomous driving;location information transmission;location reference method;common reference point;geometricmatching;high precision map随着交通领域汽车智能化、信息网联化的快速发展，人们的出行方式发生着重大变革。智能驾驶系统在技术研究及落地应用过程中，路侧智能设备成了扩展智能汽车视野、实现交通信息共享、增加通行效率和安全系数的重要途径。路侧智能设备可以将交通环境信息同步给附近智能汽车，如交通事故、交通拥堵等交通事件，以及交通参与者的实时运动信息等，以辅助智能汽车实现高效、安全的行驶策略1-2。交通信息共享中涉及位置坐标信息，且面向自动驾驶功能的应用需要使用高精度位置坐标信息。目前业界对于位置信息的传输存在诸多现实问题:高精度绝对位置坐标传输容易引入地理信息安全隐患3-5，需要探索安全的位置表达技术;现有路侧传输位置数据的精度是面向导航地图的协作式交通领域，无法完全满足自动驾驶功能的位置精度需求;传输的位置信息需要满足搭载不同图商地图车辆的兼容性和通用性;传输信息需要具备在传输带宽和计算时效性等限制下的可实现性。因此，探索具备安全性、通用性、可用性的高精度位置表达技术是推动自动驾驶相关应用落地的重要环节。目前，国际上针对相对位置表达的研究已取得了一定成果。文献 6 提出了根据位置参考点表达道路和路口等不同场景下事件位置的方法，但未提出选择参考点的具体方法，难以解决跨图商的兼容性问题;OpenLR7、AGORA-C8-9 等系统采用了具有跨图商兼容性的基于几何匹配的位置确定方法，但存在编码信息量大、计算复杂度高、对高精地图的适配性差等问题，因此在服务自动驾驶的交通信息共享领域存在推广难度。本文提出一种高精度相对位置动态生成和1收稿日期:2023-03-09;修回日期:2023-04-18作者简介:费雯凯(1989)，男，硕士，高级工程师，研究方向为自动驾驶地图、定位技术。E-mail:kevin_fee foxmail com测绘通报2023 年第 6 期表达的方法。该方法面向路侧智能设备与搭载高精地图的自动驾驶车辆之间信息共享的应用场景，依托高精地图关键信息进行编码，通过几何匹配技术避免表达绝对位置坐标的安全性问题，同时满足跨图商兼容性、低编码量、低计算量等应用需求。1整体技术方案概述在位置信息传输过程中，定义数据发送端为编码端，数据接收端为解码端。编码端和解码端均装载高精地图，可由不同图商提供。编码端将所获取交通事件的位置信息进行编码，解码端接收后进行解码，从而获取位置信息。编解码两端的信息传输过程不涉及绝对位置坐标，交通事件位置以局部相对位置进行表达。因此相对位置的参考点设计是该方案的核心，需要综合考虑坐标安全性、地图兼容性和可用性等要求。系统整体框架如图 1 所示。图 1系统框架编码端的执行流程具体如下。(1)识别动态事件，获取绝对位置信息。(2)通过编码端搭载的高精地图获取若干个锚点(anchor point，AP)。锚点定义为高精地图中通用要素的关键几何位置点，锚点之间的几何关系以相对坐标进行表达，如图 2 中红色坐标系及红色虚线。(3)根据制定的计算规则，通过多个锚点位置信息动态计算通用参考点(common reference point，CRP)。如图 2 所示，蓝色虚线中 AP3、AP4、AP5 为用于生成 CRP 的锚点。(4)计算涵盖所有锚点的地理范围信息，如图 2中黄色虚线范围。(5)交通事件位置使用基于通用参考点的相对位置表达，如图 2 中绿色坐标系及绿色虚线。(6)整体数据编码发送。解码端的执行流程具体如下。(1)接收整体数据编码信息。(2)通过地理范围信息和解码端搭载的高精地图获取所有备选锚点。(3)在划定地理范围内，对编码端发送的锚点和解码端生成的备选锚点进行几何匹配，获得匹配结果。(4)利用编码端约定的计算规则和匹配成功的锚点计算参考通用参考点实际绝对位置坐标。(5)通过通用参考点和交通事件的相对位置还原交通事件的绝对位置。图 2编码关键信息2编码端详细方案设计2.1锚点选取在高精地图中选取锚点时，一般遵循以下原则:通用性，各图商制图规格或数据采集中一般均包含该类型的点;固定性，该类型的点在地图中一般较少发生变化;确定性，对点的定义明确，不存在模糊不清的语义理解;精确性，点的位置精度较高，各图商制图差异引入的误差较小。如定义车道线物理线的中心线与停止线物理线的中心线的交点为一种锚点类型，左转待转区停止线的端点为另一种锚点类型，两种锚点均满足通用性、固定性、确定性、精确性等原则要求，如图 3所示。图 3锚点示意各类型锚点可以概括为高精地图中点要素，线要素的端点、交点、变换点，以及面要素的顶点、中心点等10-12。应用中可根据需求对锚点类型进行细化。选取的锚点在编码和计算通用参考点的过程22023 年第 6 期费雯凯:面向高精地图的局部相对位置动态生成方法及其应用中需要包含锚点的重要信息，包括锚点个数、各锚点的类型信息、各锚点的相对坐标信息。其中各锚点的相对坐标信息为，以锚点序列中的第 1 个锚点为原点，其他锚点坐标为相对该原点的局部东北天直角坐标系中位置坐标(x，y)。因此，编码后的锚点信息不包含绝对位置坐标，仅包含锚点类型和锚点间的相对位置关系等重要信息，避免传输中的高精度位置信息的安全隐患，该信息将用于解码端的解码过程。2.2通用参考点计算通用参考点一般定义为多个锚点的几何中心，通过锚点坐标计算获得，如选取其中 3 个锚点构成的几何中心作为通用参考点(如图 4(a)所示)，极端情况下选取其中一个锚点直接作为通用参考点(如图 4(b)所示)。图 4CRP 示意因此，编码端的编码信息需包含计算通用参考点所使用的锚点序号，以便解码端解码计算通用参考点坐标。2.3锚点地理范围信息获取编码端计算获取可以覆盖所有锚点的地理范围，该范围使用绝对位置坐标形式。解码端在所给的地理范围内进行锚点匹配。地理范围信息与锚点的配合使用，使得所传输的交通参与者、交通事件等位置数据不含绝对位置坐标，且仅搭载高精地图的终端可以进行锚点位置解码，从而保证了传输过程中高精度位置信息的安全性，同时降低了计算量，提高了解码端的解码效率。2.4交通信息相对位置表达编码端获取的交通信息绝对位置数据可以转换为相对通用参考点的相对坐标，该坐标随交通信息的其他属性信息等传输给解码端。其中计算相对坐标时，解码端可根据其搭载的高精地图获取锚点的绝对位置，同时利用通用参考点与锚点的相对位置，计算交通信息相对通用参考点的局部相对坐标。因此，在编码信息的传输中，交通信息的相对位置信息如需解码，需要依赖通用参考点的位置，而通用参考点的位置信息解码需要依赖锚点信息，锚点信息依赖于高精地图，可以装载高精地图的设备一般满足安全合规要求且受控，从而保障了高精位置信息传输的安全性。同时，动态编码的灵活性支持锚点、通用参考点选取时的实时动态更新，进一步保证了位置数据安全。3解码端详细方案设计3.1备选锚点获取解码端根据编码端给出的锚点地理范围，在自身装载的高精地图中搜索所有与编码端锚点类型相符的锚点作为备选锚点。因编码端和解码端装载的高精地图可能存在不同，备选锚点与编码锚点相比，可能存在多余或缺失等情况。因此，编码端可以适当提供较多的锚点，具备冗余性，从而提升解码端的匹配成功率。3.2几何匹配编码锚点和解码备用锚点之间需要利用锚点类型信息和相对几何关系信息进行匹配，获得编、解码锚点的一一对应关系。因编码传输信息中不包含锚点的绝对位置信息，因此解码端在几何匹配中获取锚点对应关系后，可在自身装载的高精地图中获取匹配成功的锚点的绝对位置坐标，从而为后续的交通信息位置解码提供基础。例如，已获取编码锚点和解码备用锚点，并获得最优几何匹配结果，如图 5 所示。其中，AP1、AP2、AP3、AP4、AP6 为匹配成功的点对，AP7、AP8为备用锚点中未匹配点，AP5 为编码锚点中未匹配点。解码端可从高精地图中获取匹配成功点的绝对位置坐标，同时具备各锚点之间的相对位置坐标，从而可以直接计算还原所有锚点的绝对位置坐标。即使在匹配过程中，AP5 点因解码端地图无对应点而未匹配成功，其绝对坐标仍可通过已匹配成功的其他锚点坐标及编码信息中 AP5 与其他锚点的相对坐标计算得出。因此，多锚点的几何匹配方案既避免了绝对位置传输，又提高了匹配的冗余性和容错性，即使在编、解码两端地图存在部分锚点不同的情况下，仍能准确恢复锚点坐标位置信息。3.3通用参考点信息还原解码端根据编码信息中通用参考点所使用的锚点序号，获取对应锚点的绝对位置信息，按照编3测绘通报2023 年第 6 期码端的通用参考点计算规则进行计算，即可获取通用参考点的绝对位置信息。图 5锚点几何匹配3.4交通