Беспилотники на дорогах. Как это работает?

Беспилотные автомобили и дроны уже существуют и продаются. Насколько им можно доверять это вопрос, которым задаются многие. С одной стороны, управление все больше и больше переходит машинам. С другой как известно любая техника ломается и выходит из строя. Над созданием беспилотных автомобилей трудятся много совершенно разных компаний. Начиная от акул автопрома заканчивая небольшими начинающими компаниями.

Принцип работы у всех автомобилей похож. Состоит из трех этапов:

На первом этапе идет сбор информации с помощью датчиков perception. Следующий этап передача всей информации на компонент системы управления motion planning. Он обрабатывает ее с учетом локации и данных карт. После обработки и принятия решения оно предается в управление автомобилем vehicle contro. На этом этапе действие выполняется будь то поворот или остановка автотранспорта.

Для работы беспилотного авто требуются сенсоры и специальный софт. А рулит, отдает приказы, специальное программное обеспечение. Под словом сенсоры имеется ввиду лидар, радар и камеры. В совокупности, эти три сенсора дополняют друг друга.

Лидар при помощи лазерных лучей определяет форму объекта и расстояние до него.

Радар использует радиоволны для установления точной скорости объектов вокруг.

Ну и камеры для определения сигнала светофора, знака и распознавания объекта.

В данный момент есть возможность установить систему беспилотного автомобиля на многие новые марки. Главное, чтобы была CAN шина. К ней подключается система и получает доступ к тормозам, рулю и акселераторам. Так же получает доступ к датчикам, что дает ей возможность ехать самостоятельно.

Но в данный момент советуется отдавать управление автомобилем роботу не полностью. Например, в плохую погоду для помощи водителю.

Для полного управления беспилотной системе требуется выполнять 4 подзадачи одновременно: локация, восприятие, предсказание и планирование.

Локация-это определение точного местоположения автотранспорта. Причем точность до сантиметра. Определяется это с помощью карт. В них уже есть информация о знаках, разметках и других важных деталях. Сенсоры дополняют ее. Поэтому в плохую погоду они ориентируются автоматически и по карте, а не только по визуальным аспектам.

Восприятие-для точного определения направления объекта и скорости. Предсказание-этот аспект помогает предсказать действия другого объекта относительно своего. По понятным причинам предсказать действия людей самое сложное. И планирование-за буквально миллисекунды надо обработать информацию и отдать команды системам управлениям.

Некоторые компании добавляют больше сенсоров. Например микрофон. Но надо полагать, чем больше информации тем дольше ее анализировать. С другой стороны это безопаснее.

Многие люди считают, что для работы такой системы обязательна связь GPS. Но нет. На GPS беспилотные автомобили просто не могут полагаться, из за своей неточности. У GPS сигналы неточность может достигать нескольких метров, а беспилотные автомобили опираются на карты с точностью до сантиметра. Тесты таких автомобилей специально проходят с большой неточностью GPS или плохими погодными условиями чтобы связи вообще не было.

Для точной ориентации вокруг используется одометрия и GNSS. С помощью лидарной системы идет сканирование. Получается изображение из точек. Плюс в этот же момент идет сопоставление с уже имеющейся картой.

В лидарах есть и недостатки: сложные объекты не распознаются и цвета тоже, а камеры зачастую из за бликов или грязи тоже не могут распознать знак и сигнал светофора.

В прибавок ко всему у лидаров работа связана с постоянным кручением на 360 градусов. Он может выйти из строя лишив при этом беспилотный автомобиль основного источника информации. В момент тумана или дождя вода поглощает инфракрасное излучение лидаров, а это явно не экономный датчик в системе.

Поэтому одни хотят упростить систему чтобы лидар не двигался, другие же такие как тесла, хотят вообще убрать лидар и доверится компьютерному зрению. Обеспечивают которое камеры.

В тесле принципиально не хотят использовать лидары из за больших размеров и цены. В тесле считают, что если нейросети правильно обучить, то восемь камер заменят лидары. Причем обучают их в прямом смысле.

Нейросетям показывают что делает человек при виде такого знака или сигнала и запоминают действия.

Помогла бы конечно и умная инфраструктура. А точнее ИТС-интеллектуальная транспортная система. В ней удобно то, что машина собирала бы данные не только ИТС, но и с другими машинами. Например, сигнал о цвете светофора машина получает не визуально, а по радио. Информацию о пробках беспилотный автомобиль должен получать от других машин, которые стоят в этой пробке.

Получается, что технологии уже есть и все развивается, но до полного внедрения такой системы еще придется ждать.