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在前面《淺談高階智能駕駛-領(lǐng)航輔助的技術(shù)與發(fā)展》中，我們介紹了領(lǐng)航輔助的功能和發(fā)展前景，而大多數(shù)主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)領(lǐng)航輔助，都需要基于高精度地圖。今天就簡單介紹一下，車載導(dǎo)航的簡史 - 從服務(wù)人的衛(wèi)星定位地圖到服務(wù)車的高精地圖。

試著去回答一下幾個(gè)問題：

車載導(dǎo)航經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展史？
地圖圖商們發(fā)生了哪些商戰(zhàn)往事？高精地圖有哪些難點(diǎn)？
高精地圖市場未來走勢？高精地圖是不是智能駕駛的必須？

1-車載導(dǎo)航經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展史？

從服務(wù)人到服務(wù)汽車

導(dǎo)航，想象一下我們身處一個(gè)完全陌生的地方，想要去另一個(gè)地方，我們主要需要解決三個(gè)問題：1. 我在哪兒（定位） 2. 我的目的地在哪兒 3. 我要怎么過去（路徑規(guī)劃）。

要解決“我在哪兒”的問題，也就是定位。定位分為相對定位和絕對定位。在GPS出現(xiàn)之前，我們的定位方式都是相對定位，比如說基于某座山，某條路，某條河，對比前人測繪出來的地圖，來判斷我們身處什么位置。我們?nèi)粘Ｉ钪?，如果不借助?dǎo)航軟件的話，人類的思維習(xí)慣就是通過視覺觀察周圍的環(huán)境，某棟樓，某個(gè)地標(biāo)，某個(gè)車道標(biāo)志等來判斷自己所處的位置。

相對定位的局限性在于，如果視覺場景中沒有相對標(biāo)志性的物體，人類就無法判斷自己在什么位置了。比如沙漠，草原，森林，或者未開發(fā)的建筑比較少的郊區(qū)，或者城市的高樓建筑群，此時(shí)人的視覺范圍內(nèi)都是千篇一律的場景，自然無法判斷自己的位置。而GPS的出現(xiàn)就解決了這個(gè)問題。

GPS 的全稱是導(dǎo)航星測時(shí)和測距全球定位系統(tǒng)，簡稱全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）。我們經(jīng)常在文章中看到的GNSS，是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）是衛(wèi)星導(dǎo)航的統(tǒng)稱，是除了GPS以外，還包含目前俄羅斯的GLONASS、中國的北斗，歐洲的伽利略這四大導(dǎo)航系統(tǒng)。

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。這個(gè)原理解釋起來比較復(fù)雜（其實(shí)我也沒太看懂），我們可以簡單理解為，天上有至少24顆衛(wèi)星，保證我們在地球任意一個(gè)位置都能至少接收到4顆衛(wèi)星的信號，通過4顆衛(wèi)星相對地球的位置，定位出我們相對于地球的絕對位置，也就是我們初中地理學(xué)過的經(jīng)度和緯度。

有了GPS以后，我們就可以實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)航了。第一代電子導(dǎo)航大約出現(xiàn)在2000年左右，當(dāng)時(shí)的電子導(dǎo)航地圖還需要先將所在城市的地圖下載到本地。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)置的GPS天線收到GPS的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合儲存在車載導(dǎo)航儀內(nèi)的電子地圖，通過GPS衛(wèi)星信號確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在電子地圖中的位置。

第一代車載電子導(dǎo)航有兩個(gè)主要問題：

無法實(shí)時(shí)更新。這時(shí)候的導(dǎo)航地圖基本上都是以TF卡形式本地存儲的。所以每隔一段時(shí)間需要去4S店下載更新地圖，而且每次更新還需要收費(fèi)。由于使用離線地圖，沒有實(shí)時(shí)道路交通數(shù)據(jù)，路線規(guī)劃時(shí)無法考慮實(shí)際道路的擁堵情況。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代電子導(dǎo)航，也就是我們目前日常使用的電子導(dǎo)航，基本解決了這兩個(gè)問題。首先是本地?cái)?shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，引入了大數(shù)據(jù)和云計(jì)算，規(guī)劃路線時(shí)可以考慮實(shí)時(shí)交通，還能預(yù)估路上所需時(shí)間。同時(shí)更新地圖可以通過OTA進(jìn)行，2-3個(gè)月就可以更新一次，基本滿足日常需求。

GPS的出現(xiàn)，算是解決了絕對定位的問題。但是，GPS的精度通常只有10米級。要知道標(biāo)準(zhǔn)城市道路寬度為3.5m-3.75m，雙向4車道寬度也就是15米左右。這就意味著，僅僅依靠GPS定位，只能判斷車子在哪條路上，無法判斷車子在哪條車道上，車主駕駛時(shí)就會遇到變道不及時(shí)，走錯(cuò)車道等情況。所以，我們需要尋求其他技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更精確的定位。

RTK（ Real Time Kinematic），實(shí)時(shí)動態(tài)測量技術(shù)，是以載波相位觀測為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）技術(shù)，它是測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)突破，它由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、流動站接收機(jī)三部分組成。在基準(zhǔn)站上安置1臺接收機(jī)為參考站，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)和測站信息，通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動站，流動站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時(shí)，通過無線接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實(shí)時(shí)解算出流動站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)差△X、△Y、△H，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H）。（以上來自百度百科）

是不是覺得每個(gè)字都看得懂，但連成句子以后完全看不懂？沒關(guān)系，我也看不懂。我在網(wǎng)上找了一張圖?？梢院唵卫斫鉃椋涸黾恿艘恍┕潭ǖ?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1343729.html">基站，這些基站相當(dāng)于一個(gè)絕對定位的參考系?；靖浇囊苿游矬w可以從基站收到信號，結(jié)合自身收到的GPS信號，從而矯正自身衛(wèi)星定位結(jié)果，實(shí)現(xiàn)亞米級定位。RTK的供應(yīng)商國內(nèi)第一的就是千尋位置，全國建立超過2600個(gè)地基增強(qiáng)站，這個(gè)可以在很多位置可以覆蓋高精度定位。對了，千尋也是阿里巴巴投資的，持股占比41.9%。

定位問題解決了，但是我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)導(dǎo)航的時(shí)候也會發(fā)現(xiàn)，在很多地方，比如天橋，隧道，高樓，手機(jī)APP會提示GPS信號弱。這時(shí)候，就需要IMU慣性導(dǎo)航定位來輔助了。

IMU（Inertial Measurement Unit），即慣性測量單元，用于測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度。利用慣性元件（加速度計(jì)）來測量運(yùn)載體本身的加速度，經(jīng)過積分和運(yùn)算得到速度和位置，從而達(dá)到對運(yùn)載體導(dǎo)航定位的目的。組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在運(yùn)載體內(nèi)，工作時(shí)不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。（百度百科）

簡單理解：想象你走進(jìn)了一個(gè)漆黑的隧道里，假設(shè)你估計(jì)自己每秒中跨出去一步，一步距離為0.5米，你心中默念10秒，那么你可以估算自己此時(shí)的位置距離隧道口為5米。這樣，雖然你看不見周圍物體，但依然可以知道自己大致位置。當(dāng)然，由于步長的誤差和讀秒的誤差，走得越遠(yuǎn)，跟實(shí)際位置的誤差就越大。

上面的場景是一個(gè)一維空間的運(yùn)動，把這個(gè)場景替換為三維的，通過IMU得到的線速度和角速度，我們就可以知道自己在三維空間中的相對位置。這就是慣性導(dǎo)航的原理。

慣性導(dǎo)航可以實(shí)現(xiàn)對GPS的補(bǔ)償，在一些GPS信號比較弱，或者GPS更新頻率較低的場景下，可以實(shí)現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)的自主導(dǎo)航。當(dāng)然，這個(gè)時(shí)間不能太長，否則就不精確了。

而隨著自動駕駛技術(shù)的出現(xiàn)，高精度地圖（High definition）需求也應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)地圖是服務(wù)于人，主要起到輔助駕駛員判斷大致位置的作用，車輛的控制還是由駕駛員來操作，因此其精度一般只需要做到10米級。而自動駕駛汽車需要精確知道車輛在路上的位置，這個(gè)位置需要精確到在哪個(gè)車道，跟路邊隔離帶，馬路牙子距離多少，這就要求地圖的精度越高越好，甚至需要做到厘米級。高精度地圖含有大量道路矢量元素信息（車道線位置、類型、寬度等）以及車道周邊的固定對象信息（交通信號燈、交通標(biāo)志、障礙物、路邊地標(biāo)等），形成對路網(wǎng)精確的三維表征（厘米級精度），比如路面的幾何結(jié)構(gòu)、道路標(biāo)示線的位置、周邊道路環(huán)境的點(diǎn)云模型等。高精度地圖在L3級別以上的輔助/自動駕駛承擔(dān)著重要任務(wù)：

定位，將車載GPS、IMU、LiDAR或攝像頭等的數(shù)據(jù)和高精度地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而確定車輛的位置；了解路況，導(dǎo)航系統(tǒng)可以準(zhǔn)確定位地形、物體和道路輪廓，從而引導(dǎo)車輛行駛；尤其在傳感器受環(huán)境影響失靈的情況下（大霧、冰雹、大雨），高精度地圖仍可全天候工作，可以提供自動駕駛所需信息；看的更遠(yuǎn)，幫助自動駕駛車輛對超出視野范圍的路況進(jìn)行處理。另外，高精度地圖比起傳統(tǒng)地圖，新鮮度要求極高。根據(jù)博世提出來的定義，無人駕駛時(shí)代所需要的局部動態(tài)地圖數(shù)據(jù)依據(jù)更新頻率可以劃分為四類：永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（更新頻率為1個(gè)月）、半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1小時(shí)）、半動態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1分鐘）、動態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為1秒）。

說了這么多，可以簡單理解為：傳統(tǒng)地圖服務(wù)的是人，人可以根據(jù)對突發(fā)事件和信息進(jìn)行加工處理。而高精度地圖服務(wù)的是機(jī)器，計(jì)算機(jī)做出正確決策需要基于實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確的信息的輸入，因此要求地圖的高精度，和高頻率更新。

2-地圖圖商們發(fā)生了哪些商戰(zhàn)往事？

BAT崛起

車載導(dǎo)航從進(jìn)入汽車圈開始，圖商們的廝殺也就開始了。

2000年，豐田曾向外透露，一套豐田汽車電子導(dǎo)航系統(tǒng)，在日本的售價(jià)折合人民幣1萬多元。而中國的汽車市場從2000年開始進(jìn)入一個(gè)高速增長期，從2001年的年產(chǎn)200多萬輛增長到了2009年的千萬輛級別，年均增長速度達(dá)21.6%。到2010年底，我國汽車產(chǎn)量和銷量更是雙雙突破了1800萬輛。這使得電子地圖成為一座金礦。在那個(gè)智能手機(jī)還未出現(xiàn)的年代，圖商靠著汽車生意活得非常滋潤。2013年，在導(dǎo)航前裝市場，四維圖新連續(xù)七年分走超60%的市場份額，而凱立德則在后裝市場拿到了超過70%的份額。

電子地圖這座金礦很快吸引了互聯(lián)網(wǎng)巨頭。2013年阿里收購了高德。百度地圖直接倒貼錢給手機(jī)廠商讓他們預(yù)裝百度地圖，逼得高德地圖也不得不給手機(jī)廠商補(bǔ)貼。

2013年8月，百度突然宣布，原本收費(fèi)30元的百度導(dǎo)航APP永久免費(fèi)，且對已經(jīng)付費(fèi)用戶全額退款。約4小時(shí)后，高德地圖也宣布導(dǎo)航免費(fèi)。免費(fèi)策略直接導(dǎo)致高德2013年全年虧損1.55億元。

互聯(lián)網(wǎng)巨頭對戰(zhàn)，旁人遭殃。曾經(jīng)的導(dǎo)航巨頭凱立德堅(jiān)持收費(fèi)模式，一直到2016年才依依不舍的給用戶免費(fèi)使用，但市場份額已經(jīng)丟光。2017年凱立德連續(xù)三年虧損，虧損額度高達(dá)1.85億元，于2018年從新三板退市。另一個(gè)導(dǎo)航一哥四維圖新，從曾經(jīng)的前裝市場70%份額，2018年下跌到38%（數(shù)據(jù)來源：新浪財(cái)經(jīng)）。

在移動互聯(lián)時(shí)代，導(dǎo)航地圖市場基本被BAT三家壟斷。

但自動駕駛的興起，使得地圖格局有了進(jìn)一步變化的可能。

3-高精地圖有哪些難點(diǎn)？

實(shí)時(shí)，精度

前文提到，高精度地圖要求更高的精度和更高的更新頻率。

高精地圖需要的是動態(tài)和半動態(tài)數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在市面上的產(chǎn)品還很難做到如此實(shí)時(shí)。現(xiàn)在的高精地圖，例如高德和百度等，只覆蓋了全國的高速公路及城市快速路，也只能做到3個(gè)月更新一次。

而限制圖商們高精度地圖覆蓋范圍和更新頻率的，就是成本。其成本主要分以下幾大塊：

首先是地圖采集成本，光是一輛搭載了大量激光雷達(dá)、高清攝像頭等傳感器的地圖測繪車，就往往需要百萬元甚至上千萬。據(jù)網(wǎng)上資料顯示，一輛采集車搭載6臺CCD相機(jī)，環(huán)形分布5個(gè)，頂部一個(gè)，每個(gè)攝像頭像素500萬，總像素3000萬，采集數(shù)據(jù)精度約50CM。另外，車輛后備箱內(nèi)放置工況機(jī)，主要是為了存儲和處理拍攝回的相關(guān)道路數(shù)據(jù)用。高德相關(guān)工作人員介紹，搭載該攝像頭組合的采集車是目前高德數(shù)據(jù)采集車的主力，6個(gè)攝像頭能采集到道路相關(guān)信息的全景畫面。由于激光掃描儀及與其匹配的定位定姿儀的成本極高，該高精度地圖采集車的硬件成本約800萬。

高德在2015年一口氣購置了五六輛測繪車，組成了一支車隊(duì)。但光靠這么幾輛車，就連把主要城市跑一遍都不現(xiàn)實(shí)。

另外，車隊(duì)的養(yǎng)護(hù)成本，隨車測繪人員的人力成本也極高。

中國擁有全世界最復(fù)雜的城市道路系統(tǒng)，即使是各個(gè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭，也燒不起錢把全國的地圖掃完。大部分圖商都是從高速公路開始，這也是為什么目前領(lǐng)航輔助基本上只能在部分高速公路路段使用。

除了采集成本，更龐大的成本在于后期維護(hù)。

高精地圖對數(shù)據(jù)的“鮮度”要求非常高，需要實(shí)現(xiàn)日更甚至分鐘級的更新，這樣才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，避免因?yàn)閿?shù)據(jù)更新不及時(shí)而讓汽車做出錯(cuò)誤的決策。圖商不可能為了更新地圖，讓采集車再去跑一遍。效率上無法滿足更新頻率的要求，成本上更是不可能承擔(dān)得起。業(yè)內(nèi)共識是高精度地圖的更新需要依靠眾包，就是把地圖更新的任務(wù)交給道路上行駛的大量非專業(yè)采集車輛，利用車載傳感器實(shí)時(shí)檢測環(huán)境變化，并與高精度地圖進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)道路變化時(shí)，將數(shù)據(jù)上傳至云平臺，再下發(fā)更新給其他車輛，從而實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的快速更新。下圖就是國外Mobileye的高精度地圖眾包采集方案。

最后，是牌照這道檻。地圖行業(yè)涉及國家機(jī)密，要自主繪制高精度地圖，必須具備相關(guān)資質(zhì)。據(jù)泰伯網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，目前共有31家企業(yè)獲批導(dǎo)航電子地圖制作甲級測繪資質(zhì)。

??圖片來自于泰伯網(wǎng)

不過，甲級測繪牌照存在有效期，到期后需要復(fù)審。而目前國家對于地圖測繪資質(zhì)的監(jiān)管正在收緊。一個(gè)不好的消息是，今年3月份，自然資源部公布了導(dǎo)航電子地圖制作甲級測繪資質(zhì)復(fù)審換證結(jié)果，小鵬投資的智途科技，上汽旗下的中海庭，東風(fēng)的立得空間，以及Momenta等8家企業(yè)都還未通過。

4-高精地圖市場未來走勢？

高精度地圖的市場預(yù)期——贏者通吃

前文分析了高精度地圖的門檻——成本問題。那么，為什么互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛入局高精度地圖。高精度地圖的市場預(yù)期有多大呢？

這里我翻到了一份來自國泰君安證券2018年的分析報(bào)告。分析認(rèn)為：由于高精度地圖具體收費(fèi)模式及金額仍未完全確定，因此報(bào)告中較保守的采用前期1000元license、100元年服務(wù)費(fèi)作為預(yù)測基礎(chǔ)，保守估計(jì)2025年正常情況應(yīng)用于L3自動駕駛汽車的高精度地圖產(chǎn)業(yè)空間為30億元，樂觀情況下為50億元，悲觀情況為9.4億。

看起來很誘人是不是？

可惜，2019年4月11日，高德，高德決定在“自動駕駛開發(fā)測試階段高精度地圖數(shù)據(jù)免費(fèi)”的政策基礎(chǔ)上，即日起大幅降低高精地圖數(shù)據(jù)在車型量產(chǎn)階段的商業(yè)化應(yīng)用價(jià)格，承諾標(biāo)準(zhǔn)化高精地圖每車年費(fèi)價(jià)格不超過100元。

高德同時(shí)承諾，隨著后續(xù)搭載輔助駕駛、自動駕駛功能車型規(guī)模的不斷增加，每年還將提供不低于2%的降本幅度。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，其他圖商一般會報(bào)到7-800元/車/年。高德此舉一下子將價(jià)格拉到了市場價(jià)的15%。

為什么高德這么著急宣布高精度地圖費(fèi)用不超過100元/年？

跟互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一樣，高精地圖具有明顯的雙邊網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)：用戶越多，數(shù)據(jù)越完整，地圖的質(zhì)量就越高，進(jìn)而能吸引更多的用戶。這樣的產(chǎn)品，天然適合壟斷。

前文已經(jīng)提到高精度地圖的維護(hù)主要靠眾包。對于高精度廠家來說，先拿到訂單并完成落地，有利于降低成本，進(jìn)而降低價(jià)格，吸引更多的訂單，擴(kuò)大的自己優(yōu)勢。搭載高精度地圖的自動駕駛車輛配有行車記錄儀，在車輛行駛過程當(dāng)中即可采集數(shù)據(jù)信息回傳至圖商處完成更新，不再需要另外雇傭車輛。因此，優(yōu)先拿到高端車廠訂單的圖商可以利用搭載高精度地圖和行車記錄儀的汽車來動態(tài)更新數(shù)據(jù)，更快降低成本，再通過降價(jià)吸引中低端車廠，不斷擴(kuò)大自己的優(yōu)勢。

總而言之，越早拿到更多的訂單并實(shí)現(xiàn)落地，越容易降低成本并提高地圖新鮮度，從而獲取更多訂單，贏者通吃。

據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2020年百度、四維圖新（騰訊持股）、易圖通、高德（阿里）市場份額占比分別為28.07%，21.61%，16.15%和13.07%。四家合計(jì)占到78.9%。高精地圖邊際成本幾乎為零，未來行業(yè)集中度提升是必然趨勢。

??圖片來自于零壹智庫

互聯(lián)網(wǎng)大廠在這一領(lǐng)域繼續(xù)打起了一貫以來的價(jià)格戰(zhàn)，沒有背靠大廠的其他初創(chuàng)公司，很難經(jīng)得起這樣燒錢。高精度地圖的未來競爭，恐怕還是會圍繞BAT三家展開，留給其他入局者的機(jī)會并不多。

5-高精地圖是不是智能駕駛的必須？

另類玩家——特斯拉的FSD方案

大部分車廠在布局自動駕駛時(shí)，都認(rèn)為高精度地圖是實(shí)現(xiàn)自動駕駛必不可少的部分。

但特斯拉是個(gè)例外，我們在《攝像頭，雷達(dá)和特斯拉》也介紹過。

在Twitter上，馬斯克已經(jīng)不止一次表示過，依賴高精度地圖的自動駕駛解決方案太過于針對明確且具體的路況，一旦去到高精地圖沒有覆蓋的區(qū)域或因施工、事故導(dǎo)致的道路調(diào)整就沒用了，從而就失去“自動駕駛”的意義了。

特斯拉的FSD把攝像頭的視覺系統(tǒng)作為核心，采用的是視覺+毫米波雷達(dá)的感知方案，識別出周圍環(huán)境來判斷車輛的相對位置。這種方式跟人類駕駛員的思維方式比較像，因此也有一部分人認(rèn)為：高精度地圖不可能保證時(shí)時(shí)更新，特斯拉的FSD才是自動駕駛的終極解決方案。