报告｜高精动态地图基础平台参考架构和技术路线
文章来源：2021年《智能网联汽车》杂志1月刊
发布时间：2021-03-05
高精地图，是指精度可达到厘米级，包含道路信息、车道信息、道路附属设施等静态信息与实时路况、交通事件等动态信息，具有高精度、高鲜度、高丰富度的导航电子地图，可为智能网联汽车感知、规划、决策、控制提供依据。
智能网联汽车对高精地图有精确性、实时性与安全性需求，同时主管部门为保障国家地理信息安全，对高精地图有安全监管需求，亟需标准化的公共服务平台支撑行业发展与地理信息安全监管。因此，高精动态地图基础平台成为智能网联汽车行业发展的必要基础。本报告围绕高精动态地图基础平台的内涵、参考架构、技术路线等展开阐述，并提出了未来发展的建议。
作者及单位信息｜杨殿阁 江昆 清华大学；李庆建 王艳 国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司；蔡忠亮 武汉大学；费昀 北京四维图新科技有限公司；桂宁 北京百度网讯科技有限公司高精地图在自动驾驶中发挥着至关重要的作用。高精地图，是指精度可达到厘米级，包含道路信息、车道信息、道路附属设施等静态信息与实时路况、交通事件等动态信息，具有高精度、高鲜度、高丰富度的导航电子地图，可为智能网联汽车感知、规划、决策、控制提供依据。高精地图可以分为四个基本层级，如图1所示，由底层到上层分别为静态地图、准静态地图、准动态地图和动态地图，其中静态地图与准静态地图属于高精静态地图，准动态地图与动态地图属于高精动态地图。高精动态地图基础平台是智能网联汽车行业发展的必要基础。高级别自动驾驶对地图的精度和要素完整性要求很高，同时对数据传输的实时性和安全性的要求也很高。随着智能网联汽车技术的发展，智能化和网联化两大技术路径的融合，可以通过平台来协调各方关系，打通高精地图所需的各类数据接口，实现动态数据的汇聚，可以加快解决高精地图更新的实时性问题。此外，国家统一监管的高精动态地图基础平台是保障我国地理信息安全的必要措施。高精动态地图基础平台主要包括硬件平台、系统软件、功能软件、安全体系和工具链，以硬件平台、系统软件、安全体系和工具链支撑基础平台的功能软件，构建动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理四项核心能力，可支撑政府监管和满足智能网联汽车对高精动态地图与定位的需求，并最终推进智能网联汽车的产品研发、检测认证、行业管理以及智慧出行等需求的生态建设。（一）高精动态地图基础平台是“车、路、云”动态数据汇聚平台高精动态地图基础平台基于“车、路、云”动态数据，构建智能网联汽车及道路交通地理信息系统在线服务体系，是整车企业、图商高精地图在线更新的重要支撑，满足智能网联汽车技术链和产业链的动态数据需求。高精动态地图基础平台将设计动态数据汇聚的标准化通讯协议，将定义基于自动驾驶动态数据的应用场景。高精动态地图基础平台是构建车、路、云、网等数据信息连接的交互平台，是信息安全传输、地理信息合规管理以及数据安全推送的基础平台，可支撑着智能网联汽车的数据安全和应用安全，确保地图数据安全传输、存储、处理与推送。（三）高精动态地图基础平台是面向车、路地图应用的智能数据推送平台高精动态地图基础平台支撑车辆、路侧的地图实时更新，基于人工智能技术实时分析车辆、路侧需要的静态地图及动态地图信息，精准且实时的推送有效信息，同时建立地图服务质量监控系统，不断优化数据推送服务质量及隔离异常服务，构建面向车、路地图应用的智能数据推送平台。（四）高精动态地图基础平台是支撑国家地理信息安全的监管平台高精动态地图基础平台是智能网联汽车产业化的重要基础保障，有效支撑政府部门对地图加密与审核的政策性处理，支撑自然资源部、交通运输部、网信办、地方政府等主管部门对国家地理信息数据的安全监管，支撑各地方政府智能交通的安全监管与调度。（五）高精动态地图基础平台引入新角色（Tier1.5），定位产业合作域，协同产业突破共性问题。高精动态地图基础平台将建立OEM、Tier1（图商）与政府部门之间的纽带和桥梁，共同突破高精地图共性关键核心技术，推动相关政策、法规、标准的建立和完善，高精动态地图基础平台产业定位如图2所示。一方面，高精动态地图基础平台打通高精度动态数据产业，汇聚车端、路侧端和第三方平台动态数据，促进动态数据资源共享，以此推动多源动态数据融合，推动高精地图实时更新，推送高精动态地图服务，满足整车企业对高精地图的实时性、安全性与精准性需求；另一方面，高精动态地图基础平台建设了高精动态地图数据合规传输、存储、应用的安全体系，推动数据安全合规技术论证，推动高精地图实时加密与审图，支撑政府部门服务监管，满足主管部门对地理信息安全监管的需求。高精动态地图基础平台，定位于Tier1.5，具备动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理四项核心能力，支撑智能网联汽车技术链和产业链协同。平台基于云计算技术，充分考虑了我国地理信息安全的要求和智能网联汽车对于数据实时性的需求，具备平台性、兼容性、标准化、定制化、异构性、安全性的特点，支撑“中国方案”的智能网联汽车发展。高精动态地图基础平台汇聚车端、路侧端和第三方平台动态数据，提供数据安全传输、安全存储等合规服务以及数据推送服务，支撑智能网联汽车高精地图技术链和产业链协同发展。高精动态地图基础平台建设连接整车企业、图商等产业主体的合作领域，支撑以图商为主体的高精地图竞争领域，为整车企业提供高精动态地图更新等专项应用服务，满足智能网联汽车对高精地图的实时性、精准性、安全性需求，同时支撑政府对地理信息安全的服务监管。高精动态地图基础平台以硬件平台、系统软件、安全体系和工具链支撑基础平台的功能软件，功能软件向上支撑应用软件开发，如图4所示。高精动态地图基础平台参考架构的硬件平台主要包括基础设施虚拟化；系统软件主要包括应用容器、中间件和运维监控等功能；功能软件主要包括动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理四项核心能力。安全体系主要包括安全管理流程和制度、用户数据及地图数据的安全管理体系及核心技术。工具链支撑高效的研发流水线，主要包括开发代码入库前、入库后、上线后各阶段的质量保证。硬件平台为基础设施层提供计算、存储及网络基础设施。不同类型服务器分池部署，提供业务需要的各种类型服务器，并进行资源虚拟化统一调度。高精动态地图基础平台采用分布式存储，为云主机提供块级别数据磁盘，统一资源调度。高精动态地图基础平台网络按分区模块划分，分为管理服务区、计算资源区、存储资源区、网络服务区、云平台安全区和互联网出口区，除互联网出口区，其它各区通过核心交换机进行互联。系统软件为平台服务层，提供系统应用的基础运行环境和公共的中间件服务。其主要服务模块描述如表1所示。动态数据汇聚平台汇聚车端、路侧端、第三方平台动态数据，支撑高精静态地图和动态地图更新。智能网联汽车数据主要包括车辆运行数据、车辆动力学数据、雷达数据、视觉数据、V2X数据、高精静态地图数据、预测数据、规划数据及控制数据。智能路侧数据主要包括RSU数据、视觉数据、感知数据、动态信号灯数据等。第三方平台数据主要包括交通信息数据、天气预报数据、运营车辆数据等，需要基于应用需求对动态数据进行数据筛选、精细化分类和数据管理。高精静态地图和动态地图的安全推送及精准推送。静态地图和动态地图的推送有两种形式，一种是利用无线网络将地图信息推送给车端和路侧端，一种是下发给路侧边缘云再推送给车辆。数据推送平台需要确保地图数据的传输安全性和车辆推送的精准性，为智能网联汽车提供准确、实时、安全的静态地图和动态地图。可以根据车辆和路侧所在空间位置或车辆路径规划结果，按需向车辆和路侧推送地图信息，为车辆提供超视距的地图信息感知能力。支撑地图在线加密和审核流程，支撑主管部门在线加密和审图模块运行，满足高精地图实时更新需求及汽车功能安全等级要求。同时为监管部门提供日志与审计管理，为各地方政府提供智能交通安全监管与调度。数据接入合规、数据存储合规、地理信息安全合规、数据发布合规、数据应用合规。从动态数据接入到高精静态地图与动态地图更新发布，全链路实现安全合规管理，保证国家地理信息安全、用户数据安全、地图应用安全。将建立数据安全、应用安全、账户安全、监控及运营安全等安全管理流程和制度，保证监管合规要求。2.高精动态地图基础平台将基于云平台的安全架构建立安全体系数据安全是平台用户的生命线，数据采集安全、数据传输安全、数据处理安全、数据交换安全、数据存储安全、数据销毁安全贯穿高精动态地图平台数据流转的整个生命周期。工具链支撑高精动态地图基础平台持续开发、持续集成、持续交付、持续部署及持续测试的流水线规范、环境及自动化。工具链支撑高精动态地图基础平台的测试完整性以保证产品质量，提高开发流水线运行速度、灵活性，且有效性避免阻塞发生，提高环境一致性，提前暴露线上问题等。作为智能网联汽车行业发展的必要基础，高精动态地图基础平台将融合智能化和网联化两大技术路径，协调各方关系。一方面，作为“车、路、云”动态数据汇聚平台，高精动态地图基础平台将打通高精地图所需的各类数据接口，实现“车、路、云”等多源动态数据的汇聚，构建智能网联汽车及道路交通地理信息系统在线服务体系，支撑整车企业、图商高精地图在线更新，解决高精地图更新的实时性问题，满足智能网联汽车技术链和产业链的动态数据需求。另一方面，高精动态地图基础平台承担着支撑数据安全、支撑国家地理信息安全监管的任务。高精动态地图基础平台是构建车、路、云、网等数据信息连接的交互平台，通过提供信息安全传输服务、地理信息合规管理服务、数据安全推送服务以及服务监管，支撑智能网联汽车数据安全、应用安全，确保地图数据安全传输、存储、处理与推送。同时，高精动态地图基础平台将有效支撑政府部门对数据的安全保障和地图加密与审核的政策性处理，支撑各地方政府智能交通安全监管与调度，为智能网联汽车产业化提供基础保障，从而有效加速智能网联汽车产业进程。结合平台定位及产业现状，高精动态地图基础平台将依托高精地图应用示范项目及示范区域，以试点探索形成动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理等技术体系并完成技术论证，同时推动相关标准的制定。在此基础上，通过示范项目推广，完善相关技术体系，以实践反馈完善相关标准。最后逐步推广高精地图应用示范模式，进一步完善技术体系，推进相关法规、政策、标准、规范的完善。2025年左右，基于高精地图应用示范项目及示范区域建设，构建高精动态地图基础平台，形成动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理等技术体系并完成技术论证。提供数据安全存储、数据安全传输等服务，支撑以专业采集为主要数据来源，动态数据生成为补充的地图数据更新模式。实现静态数据周更新，局部静态数据和动态信息小时级更新。在高精度基础地图数据标准、规范、接口、动态数据共享体系等方面，建立相关团体、地方及国家标准，实现高精地图数据模型和存储式样标准化。持续推进高精地图相关政策进一步升级，以满足高精地图的应用需求。2030年左右，推广高精地图应用示范模式，完善动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理等技术体系。依托高精动态地图基础平台，结合实时车端动态数据和专业采集数据等进行数据快速更新，实现静态数据天更新，动态信息分钟级更新。实现高精地图的自动化生产和数据更新发布，形成自动驾驶高精地图规模化应用。完善相关的团体、地方、行业和国家标准，并推动高精地图数据实时审图加密等相关政策法规体系建设。2035年左右，实现高精地图应用示范模式的全面推广，基于高精动态地图基础平台，进一步完善动态数据汇聚、数据推送、服务监管支撑、数据合规处理等技术体系。整合车端及路侧端数据，实现以动态信息生成为主的地图数据更新，推动高精动态地图的自动化生产、快速更新及数据发布大规模商业化应用，实现高精地图静态数据随需更新，动态信息秒级更新，提供支持全场景多模式的自动驾驶高精地图数据服务。推进中国高精地图数据规格国际化，推动高精地图相关法规、政策、标准、规范的完善。依托冬奥等高精地图示范应用，推动相关方协作，测试验证高精动态地图基础平台相关技术体系，基于试验和应用不断迭代优化，完善相关技术。提升研发能力，不断突破数据安全存储、数据安全传输、动态数据汇聚、数据推送等关键技术，优化高精地图产品生产制作工艺，大力提升数据采集效率、精度、数据制作自动化程度和准确度，确保高精地图品质，实现大规模高效率高精地图生产。同时，推动相关政策不断完善。联合图商、整车企业、自动驾驶方案商、互联网厂商等产业相关方，研究智能网联车对高精度基础地图数据接口、标准、规范及动态地图数据共享体系的需求，同时参考国外高精地图数据的规格设计，促进高精地图行业相关企业达成共识，制定相关的团体、地方、行业及国家标准，促进高精地图数据模型和存储式样的标准化。智能网联汽车是新产品、新模式、新业态，推动智能网联汽车产业化需要真正意义上的业内合作、跨界协同，形成智能网联汽车产业生态，高精地图作为智能网联汽车重要的基础设施之一，也将迎来重大的机遇，突破技术、产业、应用等层面的挑战，在智能网联汽车产业跨界协同的引领下，以国家的发展战略、行业的重大需求为牵引，以企业所需、企业所用为支撑，结合中国现有高精动态地图产业特性，基于现有高精动态地图平台衍生出高精动态地图基础平台，形成以高精动态地图基础平台为核心的中国智能网联汽车高精动态地图产业生态，形成产业合作域（动态数据与安全体系）与竞争域（高精静态地图与动态地图服务）。高精地图产业分工变革，引入高精动态地图基础平台，定位于高精地图产业合作领域，建立连接整车企业、图商与政府部门之间的纽带和桥梁，基于上下游协同的方式，围绕智能网联汽车对车-路、车-车实时动态信息的需求，以及政府地理信息安全监管需求，推动产业竞争领域的发展。高精动态地图基础平台有效支撑政府对地理信息安全的监管。平台基于高并发数据接入技术、数据脱敏技术、安全传输技术、安全存储技术、服务推送技术与AI在线加密与审图技术，有效支撑政府部门对数据的安全保障和地图加密与审核的政策性处理，满足政府部门地理信息安全监管需求。高精动态地图基础平台有效满足智能网联汽车对高精度地图实时性、准确性、安全性的需求。通过相关政策推进以及平台数据安全传输、存储、处理、推送等技术与在线加密和审图支撑技术，实现高精地图静态数据与动态信息实时采集、发布与应用，有效满足智能网联汽车对高精地图静态数据与动态信息的实时性、准确性与安全性需求。高精动态地图基础平台有效支撑高精地图竞争领域发展。基于高精动态地图合作领域建设，完成关键技术突破、标准建设与资源汇聚，为以图商为主体的高精地图竞争领域提供基础支撑，协同图商提供实时更新的高精静态地图与动态地图，提升图商服务的竞争优势与市场空间。随着高精地图在智能网联汽车行业应用越来越广泛，在产业应用需求的推动下，高精地图采集、更新技术逐步完善，奠定了高精地图采集与发布一体化运营的技术基础。同时高精动态地图产业应用的协同关系逐步清晰，针对产业共性难题，由现有图商高精动态地图平台衍生出基础平台，将高精动态地图合作领域与竞争领域分离。基础平台定位合作领域的基础支撑功能，现有高精动态地图平台专注于竞争领域，提供个性化高精静态地图与动态地图服务，将高精动态地图的产业合作域与竞争域分离，从而推进有效的、合理的市场化竞争。高精地图产业生态下，高精动态地图基础平台协同产业链与技术链相关图商、整车企业、主管部门等突破高精度动态数据汇聚、数据安全合规、地理信息安全监管与高精地图推送等产业共性问题，推动高精地图产业链实现共赢。第一，推动建立完善的地理信息数据安全体系，支撑动态数据安全合规传输与存储，支撑政府部门安全监管，保证国家地理信息安全；第二，打破高精度动态数据应用的局限性，促进产业动态数据资源整合与共享，支撑图商高精静态地图与动态地图实时更新与发布；第三，满足整车企业对高精地图实时性、安全性、精准性的需求；第四，促进国际合作，引领国外企业适应中国本地属性，在中国率先产业化新技术落地，共同推动建设智能网联汽车高精动态地图中国方案。中国有独特的交通环境和产业发展特点，中国的工业化和中国的制造业以及信息化有融合发展的趋势，促进中国方案的智能网联汽车诞生。未来中国智能网联汽车在发展过程中，需要有五大基础平台支撑产业系统竞争发展，即智能网联车载计算基础平台、智能网联车载终端基础平台、智能网联汽车云控基础平台、高精动态地图基础平台、信息安全基础平台。五大基础平台涉及到战略基础设施，既有社会属性、又有市场化竞争支撑，要进行研发、产业化与应用，需要凝聚共识、需要顶层设计，需要基础平台间协同发展，其中高精动态地图基础平台与其他基础平台的协同关系如下：高精动态地图基础平台为智能网联车载计算基础平台提供三方面地图数据与服务，用于辅助车辆决策控制：一是高精静态地图，包括道路、车道及路侧设施相关要素的几何与属性信息；二是高精动态地图，包括更详细的路况信息、事件信息、交通灯动态信息等；三是高精地图服务，包括路径规划、高精地图更新发布等。智能网联车载终端基础平台的车辆与传感器的动态数据是实现高精地图实时更新的重要数据源，高精动态地图基础平台基于动态数据支撑图商高精静态地图更新与高精动态地图生成，并实现高精静态地图与动态地图的快速更新和发布。同时，依托智能网联车载终端基础平台车端的软件与硬件支撑，为自动驾驶车辆提供高精地图服务。高精动态地图基础平台通过智能网联汽车云控基础平台与其他平台获取车端、路侧端动态数据，用于高精静态地图更新与动态地图生成，满足智能网联汽车对高精地图的实时性需求。同时，高精动态地图基础平台的静态地图更新与动态地图等推送服务，需要通过云控基础平台的区域云或边缘云推送给智能网联汽车。高精动态地图基础平台可为智能网联汽车云控基础平台提供高精地图基础数据，用于云控平台的多源数据融合计算，为智能网联汽车提供超视距感知与超视距车路协同信息。高精动态地图基础平台依托信息安全基础平台的技术支撑，构筑高精地图采集、生成、发布与应用全过程的安全防护体系，保障地理信息相关数据传输、存储、推送及应用等过程中的数据安全。高精动态地图基础平台的发展与智能网联汽车、智能路侧紧密相关，自从智能网联汽车开始上路公开测试以来，高精地图产业就应势而生并飞速发展。高精地图产业发展带动高精动态地图基础平台的发展，对于高精动态地图基础平台的发展建议主要有：标准与核心技术方面，需要高度重视并加强相关的标准规范建设与关键技术创新；产业协同方面，建议整车企业、图商等行业代表共同协同完成高精动态地图基础平台建设；基础设施方面，建议加快智能路侧基础设施建设，加大全新智慧出行产业的发力点；示范应用方面，建议加快高精动态地图示范试点建设与推广。高精动态地图数据采集和应用都涉及新的技术和行业标准，建议深化传统图商、互联企业、整车企业等企业的合作交流，并加强国际合作，利用传统图商、互联企业、整车企业等企业的资助方式、技术市场和资本市场等优势，激发创新活力，加快高精动态地图基础平台的标准规范建设、数据获取与汇集、合规处理与审查、地图服务与更新等关键技术研发和成果转化。推动无线通信、物联网、遥感测绘、高精定位、人工智能、大数据、区块链等技术的应用，建设高精地图的技术生态、研发环境生态和产品产业生态。基于车路协同技术，建立高精地图的车端应用、路侧端应用、云端服务的生态循环，推进智慧交通“云-管-端”全链路解决方案落地实施。高精动态地图基础平台基于智能网联汽车对高精动态地图的需求，建议按照“政府认可、行业协同、产业需求”原则，协同智能网联汽车技术链和产业链相关科研机构、图商、整车企业、交通、通信等行业，突破关键技术、形成创新能力，共同协同完成高精动态地图基础平台建设，充分发挥跨政产学研协同创新作用的重要推动力量，实现产业链协同发展。科研院所基于国家前沿项目可在自动驾驶领域取得多项科研成果，培养大量人才，在大量学术研究和技术积累的基础上也可积极推动相关科技成果的产业化应用。图商经过多年面向客户的地图产品服务，可逐渐形成“高精地图、自动驾驶、大数据”等多位一体的布局，在高精地图等领域占据核心优势。整车企业通过完整的车辆技术专业知识，以客户为导向，致力于推进汽车数字化、互联化，提供自动驾驶与全新移动出行服务。主管部门在推动产业发展的同时，也可确保数据的安全性。智能网联汽车是人工智能、5G、电子信息、移动互联网等多种先进技术集中应用的载体，也是交通、能源、通信等多领域跨界融合产品，具有鲜明的跨界特征，作为智能网联汽车的重要基础设施，高精地图行业同样需要行业协同发展，不仅需要国内跨行业的协同，更需要开展多层次全方位的国际合作。国家发改委联合网信办、工信部、科技部、交通运输部等十一部委联合发布的《智能汽车创新发展战略》也强调了深化国际合作在智能网联汽车发展过程中的重要性。高精动态地图基础平台应国家号召，在标准、技术、顶层设计等层面深入开展国际交流与合作，推动国际统一标准的制定及应用，促进相关技术要求统一，形成国际跨界融合的产业生态，促进国际先进技术适应中国本地属性，推动智能网联汽车高精动态地图中国方案的完善，开启国际智能网联汽车领域合作优势互补、互惠互利的新局面，加速智能网联汽车核心技术研发和产业化进程。不同场景下智能网联汽车对高精地图需求各异，但L3级以上智能网联汽车对高精地图更新时效性有较高要求，现有地图加密及审图流程无法满足应用需求。建议加快高精动态地图示范试点建设与推广，基于高精动态地图基础平台的地图数据在线加密支撑、在线审图支撑、实时更新、车路协同等技术验证，支撑政府相关部门加强管理监控，推动高精地图应用技术迭代、发展和产业化应用。示范试点的加速建设将有效解决智能网联汽车高精地图示范应用的实时性及安全性政策问题。在示范试点区内高精动态地图基础平台为智能网联汽车提供动态数据与高精地图服务，支撑自然资源部、交通运输部和公安部安全监管，支撑智能网联汽车示范应用的技术先进性、实施可行性、安全可行性和产业可复制性，促进国家智能网联汽车产业的高质量发展。
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