АКАДЕМИЯ

21.05.2014 Автор: Максим Афанасьев Версия для печати

Робомобили Google: без водителей, без ДТП

Современные технологии ушли далеко вперед, и с каждым годом они привносят в мир что-то новое, кардинально улучшающее нашу жизнь. На сей раз мы будем говорить не о компьютерных новинках, а о беспилотных автомобилях и о том, как они работают.


Корпорация Google представила немало интересных и инновационных решений, которыми миллионы человек пользуются во всем мире каждый день. Среди ее исследовательских проектов под общим кодовым названием Google X, конечно, выделяется подразделение, занимающееся разработкой беспилотных автомобилей, так называемых Self-Driving Cars или, как их еще называют, RoboCar. Идея отдать управление автомобилем компьютеру возникла давно, и первые наработки в этом направлении появились еще в 80-х и 90-х годах прошлого века. Тогда на волне появления первых компьютеров это были скорее теоретические выкладки, чем какие-либо реальные прототипы. Однако внедрение компьютерных технологий и увеличение количества электронных компонентов в автомобилях с каждым годом все возрастало, поэтому в начале 21 века Министерство обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в вооружённых силах (DARPA), объявило несколько конкурсов и соревнований, посвященных автоматизированному управлению автомобиля. И хотя некоторые компании представили свои наработки в этой области, все они вначале были далеки от совершенства из-за недостатка технических возможностей. Однако с тех пор эти соревнования проводятся практически ежегодно, и все новые компании, лаборатории и исследовательские институты представляют свои наработки в этой области.

 

Компания Google подошла к этой проблеме с позиции передовых технологий и мощного исследовательского ресурса, что позволило добиться впечатляющего результата. Первые упоминания о разработке Google в этом направлении относятся к 2010 году, когда компания официально объявила о том, что первые беспилотные автомобили уже прошли 140 тыс. миль по городу Сан-Франциско и дорогам штата Калифорния. Уже тогда беспилотный автомобиль Google получил первого пассажира, а затем штат Невада разрешил официально использовать их беспилотные автомобили на своих дорогах.



В том же году компания Google в лице Сергея Брина объявила, что беспилотные автомобили Google будут доступны людям уже в ближайшие пять лет. Год назад американский департамент транспорта определил четыре типа автоматизации управления автомобилем в качестве исследований в этом направлении. Все это подстегнуло самих автопроизводителей для создания собственных систем по обеспечению автоматизированного управления. В какой-то мере эти системы отстают от возможностей Google Self-Driving Cars, однако, в скором времени, возможно, разработка пойдет быстрее, ведь, как известно, автопроизводители не любят конкурентов в своей области, и они приложат все усилия, чтобы догнать и перегнать возможности беспилотных автомобилей Google. Спрос на такие модели есть уже сейчас, а разработка конкурентных систем не заставит себя ждать, поэтому отойдем от темы внедрения новых систем в современных авто и попробуем разобраться, каким образом они вообще работают. 


 

Итак, компания Google сделала ставку на создание мощной системы автоматического управления любым автомобилем, которая может работать на разных машинах и выполнять ряд задач. В этом плане компания поступила, как всегда, очень умно и разработала универсальную систему управления, что позволит использовать ее в будущем в независимости от марки автомобиля. Сейчас большинство Self-Driving Cars от Google базируются на популярных автомобилях Honda Hybrid с комбинированным силовым агрегатом, а также нескольких гибридных Lexus. Машины марки Honda Hybrid сами по себе являются очень технологичными и компьютеризированными, а также экономичными, поэтому их использование для тестирования технологий Google выбрала неслучайно.

Беспилотный автомобиль Honda Hybrid

Автоматическое управление от Google представляет собой полностью автономную систему, функционирующую без участия водителя в принципе. Она базируется на информации, полученной с помощью сервиса Google Street View, а также локальных датчиков, таких как видеокамеры и радары, установленных в разных частях автомобиля. Так как видеокамеры не позволяют получить полное представление о местности и состоянии дорог, для этого используется специальный прибор, называемый лидаром. Он находится на крыше автомобиля и сканирует пространство в активном режиме. В его основе лежит технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах. С помощью его данных и компьютерного моделирования, установленный в автомобилях Self-Driving Cars компьютер, формирует двумерную и трёхмерную картину окружающего автомобиль пространства. 

3D-модель поверхности

Путем сравнения данных, полученных от сервиса Google Street View, 2D/3D-эскиза поверхности и объектов от лидара, программное обеспечение беспилотного автомобиля может определять и выделять в окружающей обстановке статичные и динамичные объекты.

Планирование маршрута

Это позволяет не только огибать возникающие препятствия, но также важно для определения всей ситуации на дороге – выезжающих автомобилях, переходящих дорогу пешеходах, наличия на полосах мотоциклов и велосипедистов. Несколько видеокамер и радаров, установленных в различных точках автомобиля, используются для определения расстояния до движущихся и статичных объектов, а также снимают показания со светофоров и дорожных знаков. Положение машины на дороге определяется не только GPS-приемником, но также и дополнительным датчиком на заднем колесе автомобиля. Это необходимо для той ситуации, когда точности GPS, которая может варьироваться в зависимости от условий от 5 до 15 метров, может не хватить для точного позиционирования на конкретной полосе дороги, а также в случае нахождения в тоннеле. 

Проезд нерегулируемого перекрестка

Если процесс проезда обычного светофора с точки зрения алгоритмов достаточно тривиален, то вот проезд нерегулируемых перекрестков вынудил инженеров Google заставить компьютер думать как настоящий человек. Все дело в том, что при плотном потоке на нерегулируемом перекрестке, когда водитель должен уступить всем другим участникам движения, люди обычно не учитывают движение всех автомобилей. Они потихоньку-полегоньку протискиваются вперед, и в конечном итоге некоторые из автомобилей их пропускают. Инженеры Google в случае беспилотных автомобилей, столкнулись с тем, что их автомобиль согласно правилам уступал дорогу всем участникам движения, и в итоге ждал слишком долго, чтобы проехать перекресток безопасно. Рассмотрев сложившуюся ситуацию с точки зрения обычного водителя, инженеры реализовали алгоритм, который бы имитировал поведение настоящего водителя в таких трудных случаях. Self-Driving Car ожидает проезда, но если ситуация позволяет проехать вперед, не мешая другим участникам движения, предугадывая маневры и непосредственно влияя на их действия, беспилотный автомобиль движется по своей траектории. В какой-то момент даже кажется, что Self-Driving Car управляется обычным человеком, а не набором заложенных в него алгоритмов. 

Проезд пешеходного перехода

Движение автомобилей можно предугадать в большой долей вероятности, а вот с людьми, то есть пешеходами, все обстоит гораздо сложнее. Многие автолюбители сталкиваются с непредсказуемым поведением человека на дороге – он может внезапно побежать, или же наоборот остановится как вкопанный. Чтобы смоделировать и описать алгоритмами действия в таких разнообразных случаях, инженеры Google также разработали специальные методы определения пешеходов. К примеру, если человек находится на дороге рядом с беспилотным автомобилем, управляющий ПК так рассчитывает траекторию движения, что даже в случае того, что тот бросится под колеса авто, беспилотная машина сможет затормозить с большим запасом. Более того, специалисты Google отсматривают все движения своих автомобилей и вносят коррективы в зависимости от сложившихся нетипичных дорожных ситуаций. 

Весь процесс обработки информации с датчиков и моделирование текущей ситуации происходит в реальном времени с помощью установленного в автомобиль компьютера. Стоит отметить, что этот ПК базируется на достаточно производительном процессоре и работает под управлением специальной версии Ubuntu, что в дальнейшем может дать возможность быстро оптимизировать и настраивать процесс работы всей системы. 

Салон и управляющий ПК

Несмотря на то, что эти автомобили могут следовать из одной местности в другую без участия водителя, они все равно наделены традиционными органами управления. При необходимости оператор автомобиля (пассажирское кресло) или же водитель (водительское кресло) могут экстренно остановить авто или же взять управление на себя. Некоторые критики утверждают, что отдавать управление таким сложным техническим средством в условии оживленных трасс не стоит. Однако, как показывает практика, беспилотный автомобиль от Google попал пока в единственную аварию, виной которой служила другая машина управляемая человеком. 

Согласно информации, представленной на различных презентациях Google, их беспилотные автомобили пока не предполагают какой-либо способ монетизации, но вполне вероятно, что Google будет продавать свою систему и последующую поддержку различным компаниям. В конце августа 2013 года стало известно о том, что Google планирует выпуск своего собственного автомобиля, базирующегося на этой системе беспилотного управления. Кроме того, компания инвестировала $250 млн. в службу такси Uber, которую планирует укомплектовать своими беспилотными автомобилями. Однако изначальной идеей Google является создание полностью автоматизированной системы дорожного трафика. Так предполагается, что люди будут использовать беспилотные автомобили в зависимости от текущей необходимости. Согласитесь, что для езды по городу, да еще и в таком автоматическом режиме, совершенно нет необходимости использовать, например, пикап или большой внедорожник. В то же время многим людям для перевозки габаритного груза иногда необходимы и большие автомобили, поэтому предполагается, что в отдаленном будущем жители смогут заказывать необходимый автотранспорт у компаний, а они присылать им беспилотные автомобили, отвечающие текущим запросам. Если такой сервис будет создан, большинству будет легко отказаться от личного автотранспорта, который далеко не всегда отвечает нашим желаниям. Кроме того, повсеместное использование беспилотных автомобилей позволит существенно сократить количество жертв на дорогах в результате ДТП, а также повысить пропускную способность автодорог. Хотя, конечно, это все только теоретические и пока фантастические идеи, а до практического воплощения таких идей еще очень далеко. 

На каждую бочку меда всегда находится ложка дегтя, особенно если это касается компьютеров и систем искусственного интеллекта. Так, созданная Google интеллектуальная система имеет весьма существенные недостатки, которые пока не имеют решения. Беспилотные автомобили Google пока не могут передвигаться под проливным дождём и в зимних условиях. Это объясняется тем, что эти погодные условия препятствуют идентификации местности, где проезжает автомобиль, так как она производится с помощью сравнения ранее отснятых изображений с текущими показаниями лидара. Справедливости ради стоит отметить, что технологии распознавания окружающего пространства совершенствуются, и, скорее всего, проблема плохих погодных условий будет решена если не через 5, так через 10 лет. 
 
Итак, компания Google создала вполне работающую систему, которая уже используется на дорогах США, и хотя она не лишена недостатков, в самом ближайшем будущем Google может стать одним из игроков автомобильного рынка. Что же готовят нам производители автомобилей, которые как всегда задерживаются с внедрением новых технологий? Прошлый год уже показал, что большие автоконцерны готовы представить системы беспилотного управления своими автомобилями в самое ближайшее время. Так, в рамках CES 2014, компания Audi представила собственную систему автоматического пилотирования Audi Connect, которая позволяет отвлечься от руля в процессе вождения по автострадам и дорогам, а также систему автоматического паркинга в гараж. Компания Volvo также не осталась в стороне и представила свою систему автоматического управления на трассе и городе. Немецкий концерн Merсedes в рамках Frankfurt Auto Show также уделила внимание этой задаче и представила свое видение и прототип систем автоматического управления для города, пригорода и автомагистралей. Другой известный немецкий производитель, группа компаний Volkswagen, подошла к проблеме беспилотных автомобилей с присущей немцам прагматичностью. В 2011 году она представила систему TAP (автопилот на час), которая позволяет двигаться автомобилю без участия водителя на автострадах и автобанах. По сути, как и у большинства других производителей, эта система является усовершенствованной системой круиз-контроля, поэтому говорить о полноценных беспилотных автомобилях в данном случае нельзя. 



Стоит отметить, что большинство автопроизводителей сходятся на предположении, что широкое распространение подобных систем, а также их обширное внедрение с полностью автономными возможностями по управлению следует ожидать не ранее 2020 года. Небезызвестная компания Tesla, выпускающая экологичные электромобили, в недавнем интервью заявила, что выпустит подобное решение уже к 2016 году. Однако ожидать, что они будут полностью автономными не стоит, так как данные технологии требуют дополнительного тестирования в различных странах мира.

Беспилотный автомобиль Лада-Калина

Но это касается западных стран, у нас же ситуация несколько иная. Как известно, в нашей стране часто бывают не дороги, а лишь направления, и беспилотные автомобили типа Google или любых других, основанных на картах или привязке к местности, нашим автомобилистам пока не подходят. С другой стороны, разработка таких систем ведется и в нашем научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте «НАМИ», и год назад они даже представляли свою систему на базе автомобиля Лада Калина. В отличие от западных систем, она базируется на радарах и камерах, которые отслеживают текущую ситуацию на дороге без привязки к картам или GPS-данным. Если эту технологию будут разрабатывать и далее, возможно, что она станет оптимальным решением для наших многострадальных дорог. 


В качестве небольшого резюме отметим, что беспилотные автомобили с полностью автономной системой передвижения пока еще далеки от идеала. Несмотря на быстрый технологический скачок в этом направлении, человеческий фактор, а точнее водитель, которого призваны заменить автоматизированные системы, все еще является более чутким и восприимчивым к условиям реальной дорожной ситуации. В недалеком будущем беспилотные автомобили займут свое место, а пока люди могут довольствоваться автоматическими системами парковки, помощи на автострадах и дорогах, а также усовершенствованными навигационными системами, то есть всем тем, что уже сейчас существует в современных автомобилях.


Изображения – из презентации Embedded Linux Conference 2013 - KEYNOTE Google's Self Driving Cars

Возврат к списку


Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений

Читайте также