论文推荐 |尹章才,齐如煜,应申. 自动驾驶高精地图的信息传输模型| 武大学报信息版

2. 高精地图信息传输建模

1）高精地图信息传输框架

尽管互联网的加入使得地图在信源、编码、信道、信宿及其相互关系方面发生了巨大的变化，但互联网地图并未超出信息论的框架，相应的信息传输符合传统的地图信息传输模型，如具有“人-地图-实在”框架和分别对应于制图和用图的两个认知系统（见图3）。

图3　地理信息传输的基本模式

在概念上，高精地图信息传输模型的框架扩展为“认知系统-高精地图-交通环境”（见图4）。

图4　高精地图信息传输模型

结构上，高精地图信息传输模型可以分为地图的生产和服务两个模块，对应于交通场景-前置认知系统-高精地图、高精地图-后置认知系统-交通场景，展现了两个功能：地图作为交通资源全时空实时感知的载体和作为交通工具全过程运行管控的依据。

总体上，高精地图信息传输系统将复杂的交通环境和社会规则转换为车辆能理解的方式进行传递。

2）高精地图信息传输结构

高精地图的信息传输过程可划分为现实世界与高精地图以及两者之间的双向映射，与传统的地图信息传输模型存在一定的相似性。

（1）相互映射的地理与信息世界

地图信息传输结构包含两个关键节点：现实世界和信息世界。现实世界包括交通要素、驾驶轨迹和用户。用户作为现实世界的组成被独立出来，不再是用图过程的主体而是其服务对象。驾驶轨迹与交通要素共同构成了现实世界的客观部分，分别是传输系统的出发点和归属。两者的重叠表示驾驶轨迹会成为作为信息源的交通要素的一部分。

信息世界是通过图形、文字、语言等信息传递手段所表达的现实世界，高精地图采用GIS语言表达和分层策略。分层结构使地图更灵活，通过各层数据的过滤与聚合能有效应对不同的应用需求（如自动驾驶系统）与功能需求（如路径计算）。

地理世界与信息世界之间不是孤立的。信息世界来源于地理世界并最终作用于地理世界，地理世界是信息世界的出发点和最终归宿。信息世界不同于地理世界，是对地理世界的一种信息化、语义化表达，其内容一部分来自于当前的地理世界，另一部分是对地理世界的未来规划。

（2）连续循环的制图与用图过程

制图和用图连接着现实世界与信息世界，其主体由人过渡到机器（制图平台和用图平台），并通过自然智能向人工智能的过渡实现地图信息传输由信息化向智能化飞跃。

制图过程包括数据获取和前置认知，具有感知智能。数据获取实现现实世界通过传感器到数据的转换，完成地理世界→地理数据的一次编码（0与1的数字化/离散化）。感知的第一手数据汇聚到车端，由于数据体量大，往往通过深度学习技术进行特征提取与地图要素矢量化等前置认知，以将非结构化的原始数据按照要求和规则转换为结构化的地图数据，从而实现可用的数据→有用的数据（信息）的二次编码。

用图过程包括后置认知与行动实践。后置认知将地图语言转换为汽车语言，完成高精地图（可用信息）→驾驶知识（有用信息）的三次编码，包括规划、导航、决策与控制等地图增量。随后，控制信息通过指导智能汽车控制系统自主驾驶转换为驾驶轨迹，实现人工智慧（为达到目标而运用知识的能力）→行为的4次编码。

采集将现实世界转换为信息而行为则是将信息转换为现实世界中的驾驶轨迹，从这个角度采集与行为是一对互逆的交互认知。制图与用图是上下游的传递关系，对应于记忆认知和计算认知，在连续驾驶过程中它们是循环往复的。

 （3）相互交互的传输与反馈

制图生产与用图服务过程之间存在传送和反馈的交互关系（见图5）。

图5　高精地图的生产与服务过程及其之间的

在结构上，上述关系图类似于互联网的分层传输模型，每层具有明确的传递和转换功能。不同的是，高精地图信息传输是由源信息到知识、智慧的升级，而不是单纯的信息复现。

3）高精地图信息传输过程

将高精地图信息传输系统概括起来，可以包括如下阶段：

（1）用户需求获取。

（2）信息获取。

（3）前置认知。

（4）高精地图的生成。

（5）后置认知。

（6）行动指导。

高精地图的信息传输模型是循环开放的，其开放性不仅体现在理论框架上，还反映在物理传输层面上。

3.高精地图信息传输功能与特点分析

1）高精地图信息传输模型的作用

高精地图信息传输模型对驾驶服务具有重要的指导作用，有助于准确把握高精地图的本质及内容结构，为实际应用提供支撑。

①指导高精地图内容的选取。

②指导自动驾驶高精地图系统的功能、体系框架设计。

③指导信息服务与驾驶服务的优先级。

④将高精地图的生产和服务统一到信息传输系统中。

⑤指导高精地图的表达。

2）高精地图信息传输特点

高精地图的高精度及其应用场景，使其信息传输具有如下特点。

①信息源的特点。传感器的大规模普及使用，使地图内容由传统传输模型中相对静态的地理环境扩展为时空交通场景。

②信息表达方式的特点。面向机器的高精地图无需可视性的符号，突破了符号的图解、超载等制约。

③信息传输的特点。高精地图能实时、循环传递。高精地图的实时动态特征，使得传统传输模型中相对静态的地图空间认知提升至动态感知认知。

④信息接收者的特点。信息接收者由传统传输模型中的用户扩展至用图平台。

⑤信息组织与服务方式的特点。高精地图采用GIS的分层架构。

本文在经典地图信息传输模型的框架下，结合当前高精地图相关的信息传输模型研究基础，提出了面向机器认知的高精地图信息传输模型，分析了其构成和传输过程，打破了地图信息传递工具局限于地图符号语言和地图信息传递的最终目标局限于用户认知等的惯性，避免了同一用户个性信息在地图产品中作为用户图层和在信息传递过程中作为用户特征与需求的分歧和冗余。

构建的模型采用GIS语言代替传统的地图语言作为信息传递工具，适应地理信息在采集、认知、表达、应用等环节全机器的特点，也避免了地理信息/地图符号转换的信息损失；传输过程不仅涵盖数据/信息间的“无损”转换，还新增了地图信息到控制信息、轨迹信息的应用升华；整合和统一了在高精地图的数据模型与信息传输模型中的用户个性信息，以指导用户图层的设计，也从地图信息传输系统的视角为指导地图模型的设计与优化提供了新的思路。高精地图模型的不同架构如何影响地图信息传输效率将是后续研究的方向之一。