Беспилотный автомобиль это что такое простыми словами

Автомобильная индустрия развивается очень активно. Если раньше беспилотные автомобили казались фантастическим будущим, то сегодня они становятся нашей новой реальностью. Настанет момент, когда водителям уже не придется получать права.

Беспилотный транспорт разрабатывают многие компании. Мы поговорим о том, какие возможности нам подарят самоуправляемые автомобили и насколько будет безопасным использование такого транспорта.

Как работают беспилотные автомобили

Управление беспилотным транспортом происходит без участия человека. Общий принцип работы всех беспилотников одинаковый. Для перемещения из одного места в другое используется множество технологий:

1. Камеры обнаруживают различные объекты.

2. Радар отслеживает препятствия и определяет расстояние до них.

3. Лидар. Это лазер, который крутится на 360 градусов, определяя расстояния до препятствий. Он может четко распознавать объекты возле автомобиля.

4. Искусственный интеллект производит обработку информации, поступившей с сенсоров и камер, осуществляет управление машиной.

Процесс перемещения автомобилей на автопилоте состоит из непрерывного выполнения множества задач в режиме реального времени:

1. Локализация. Беспилотник определяет расположение различных объектов: светофора, дорожной разметки, дорожных знаков.

2. Восприятие. Автомобиль выполняет идентификацию окружающих объектов и определяет их скорость, направление движения.

3. Предсказание. Беспилотник прогнозирует движение других автомобилей. Этот момент является самым сложным.

4. Планирование. Исходя из предыдущих задач, алгоритмы беспилотника определяют дальнейшие действия и отдают команды системам управления.

Беспилотному транспорту не нужен GPS, эту систему можно использовать как вспомогательный источник данных.

У некоторых компаний есть свои особенности, которые вписываются в базовую концепцию. Например, компания Waymo, занимающаяся разработкой беспилотных автомобилей, к обычному набору технологий добавила еще и микрофоны. Они могут распознавать сирены служб экстренного реагирования, полиции.

Стандарты и уровни автономности самоуправляемых автомобилей

Стандартизацией систем ITS занимаются специальные организации, например, IEEE. Главным назначением этих систем является оказание водителю помощи в управлении транспортным средством.

Основным элементом беспилотников является радар, а также внешние камеры. Обеспечивают безопасное перемещение беспилотников системы V2V и V2I.

Система V2V обеспечивает безопасность на дорогах за счет создания связи между машинами на перекрестках. Она может указать водителям на риск столкновения. Она также сигнализирует о неисправности автомобиля, предоставляет информацию о ситуации на дороге. Например, два автомобиля, которые могут столкнуться на перекрестке, обмениваются информацией друг с другом для предотвращения ДТП.

Система V2I передает данные от придорожных систем к автомобилям посредством радиосвязи.

Степень автономности беспилотника устанавливает производитель. Все авто, на которых мы перемещаемся, уже включены в систему автономных автомобилей. Нулевая степень автономности означает, что автоматизация авто отсутствует полностью, а пятый уровень предполагает, что компьютер практически самостоятельно управляет автомобилем.

Есть несколько степеней автономности беспилотных авто, которые были определены SAE International. Они показывают, насколько конкретная система готова передать управление машиной в руки компьютерных систем.

• 0 уровень. Водителю необходимо контролировать все: газ и тормоз, руль. На этом уровне находится большинство автомобилей, которые ездят по дорогам;

• 1 уровень. Машина помогает водителю ускоряться и тормозить;

• 2 уровень. Авто самостоятельно контролирует газ и тормоз, но человеку нужно всегда следить за ситуацией, чтобы в любой момент перейти на ручное управление;

• 3 уровень. Машина способна самостоятельно управлять движением, но в определенный момент может попросить водителя взять управление на себя. Если на 2 уровне водитель сам следит за дорогой и определяет момент, когда нужно переключиться на ручное управление, то на 3 уровне водитель находится в резерве;

• 4 уровень. Автомобиль способен делать все, что и на третьем уровне, но при этом он еще и может разрешать сложные дорожные ситуации. Водитель может не держать руль и наблюдать за движением авто. Но, если машина не сможет принять решение самостоятельно, она подаст об этом сигнал и остановится на обочине.

• 5 уровень. Это полноценная автоматизация автомобиля, при которой машина едет без участия водителя. Она сама принимает решение, руль в таком авто отсутствует. На сегодняшний день в мире нет автомобилей, имеющих такую степень автономности.

Плюсы и минусы беспилотного транспорта

Рассмотрим плюсы и минусы беспилотных автомобилей.

Преимущества:

• возможность транспортировки грузов в зонах высокой опасности, во время техногенных и природных катастроф;

• уменьшение цены на перевозку грузов и людей за счет экономии на зарплате водителей;

• экономия времени. Водитель сможет отдохнуть в дороге и сделать более важные дела;

• экономичный расход топлива;

• возможность самостоятельного передвижения на автомобиле людей, имеющих сниженное зрение;

• сведение к минимуму ДТП;

• снижение количества пробок;

• возможность перемещения на роботизированном авто для людей, не имеющих водительского удостоверения, в том числе несовершеннолетних.

• уменьшение потребности в личных авто за счет развития каршеринга;

• более эффективное управление потоком транспорта на дорогах.

Недостатки:

• отсутствие возможности самостоятельного управления транспортным средством;

• ответственность за причинение ущерба;

• отсутствие водительского опыта в непредвиденной ситуации;

• риск поломки программного обеспечения;

• сокращение рабочих мест для водителей;

• потеря приватности;

• этический вопрос о количестве жертв, который встает перед компьютером в случае неизбежного столкновения.

Развитие беспилотного транспорта только начинается. Прежде чем самоуправляемые автомобили дойдут до широкого круга потребителей, им предстоит пережить много усовершенствований и пройти большое количество тестов. А пока автолюбители могут наслаждаться ручным управлением.

Купить надежные автомобили можно в компании РОЛЬФ. Она предлагает широкий портфель брендов, программы лояльности для клиентов и высокопрофессиональный сервис.

25.08.2022

Беспилотные автомобили для начинающих

Про беспилотные автомобили постоянно мелькают новости, но что же на самом деле происходит в этой сфере? Как беспилотные автомобили ездят? Кто их производит? Почему они до сих пор не ездят массово по улицам? Попробуем разложить все по полочкам.

Ранняя версия беспилотника Lyft

Что такое беспилотный автомобиль

Это автомобиль, оборудованный системой автоматического управления, способный передвигаться из точки А в точку Б без участия человека.

Как работают беспилотные автомобили

Чтобы приехать в пункт назначения, беспилотный автомобиль должен знать маршрут, понимать окружающую обстановку, соблюдать ПДД и корректно взаимодействовать с пешеходами и другими участниками дорожного движения. Чтобы соответствовать этим требованиям, беспилотник использует следующие технологии:

• Камеры: визуальное обнаружение объектов, например, дорожная разметка и знаки
• Радар: определение препятствий и объектов впереди и сзади, а также определение расстояния до них
• Лидар: похож на радар, но гораздо четче и позволяет обнаруживать объекты вокруг автомобиля (полный обзор 360 градусов)
• AI (искусственный интеллект): мозги машины. Обрабатывает данные с камер и сенсоров, управляет автомобилем и принимает решения.

Уровни автономности

Организация под названием SAE International сделала доброе дело и стандартизировала 5 уровней автономности, которых придерживаются все игроки на рынке:

• Level 0 — No Automation: Водитель должен контролировать все — руль, тормоз и газ. Обычная машина.
• Level 1 — Driver Assistance: Автомобиль помогает тормозить или ускоряться. Автомобили с круиз-контролем — это как раз про level 1.
• Level 2 — Partial Automation: Автомобиль может одновременно контролировать ускорение и торможение, но человек должен следить за ситуацией и быть готовым принять управление. Самый яркий пример уровня 2 — Tesla.
• Level 3 — Conditional Automation: Автомобиль может полностью управлять движением, но в какой-то момент может попросить принять управление на себя. Ходят слухи что Audi A8 2018 года выпуска умеет делать все это, но пока нет ни одного обзора.
• Level 4 — High Automation: Умеет все что умеет уровень 3, но также может справляться с более сложными дорожными ситуациями. В целом можно отпустить руль и ничего не делать, но если автомобиль не сможет принять решение он об этом оповестит и плавно припаркуется на обочине. О четвертом уровне заявляют такие компании как Waymo или Aptiv
• Level 5 — Full Automation: Полная автономия, участие человека не требуется. Машина сама принимает решение в любой ситуации, руль может отсутствовать.

Уровни автономности от 0 до 5

Ключевые игроки рынка

Большинство автопроизводителей осознали что будущее за беспилотным транспортом и ринулись открывать новые отделы и покупать стартапы. Кроме автопроизводителей в гонке участвует не только множество стартапов, но также и IT-гиганты вроде Google, Яндекс и Apple. Вот самые основные.

General Motors

Будучи одним из ведущих автопроизводителей, GM потратил кучу денег чтобы удержаться в лидерах беспилотных авто. В 2016-ом, приобрел стартап Cruise Automation, занимавшийся разработкой беспилотника, за более чем 1 миллиард долларов. В Cruise суммарно влили $2.25 миллиарда инвестиций от SoftBank и $1.1 миллиард от GM в 2018-ом. Чтобы еще больше доминировать на рынке автономии, GM также приобрел производителя лидаров. GM тестирует свои беспилотники в Сан Франциско с планами расширения на Нью-Йорк. Первые коммерческие поездки беспилотников запланированы на 2019 год.

Waymo (лидер по технологичности)

Самый старый стартап, был основан еще в 2009 году. На данный момент считается самым совершенным беспилотным автомобилем. Оцениваясь в $175 миллиардов (!), Waymo уже проехал суммарно 10 миллионов миль автомобилями Chrysler, Honda и Jaguar. Совсем недавно, Waymo озвучил свои планы докупить еще 62,000 Fiat Chrysler для будущего платного беспилотного такси.

Uber

После очень серьезного судебного иска от Waymo дела у Uber немного пошатнулись. Потом пошатнулись после ДТП в результате которого погиб человек. Однако, Uber не сдался, и вместе с партнерами вроде Volvo и Daimler собрал $500 миллионов инвестиций от Toyota. Временно беспилотники Uber не ездят самостоятельно, а управляются водителями, попутно оцифровывая города в HD карты. Вероятно в будущем Uber интегрирует беспилотные автомобили в свой сервис такси.

Lyft (сервис такси, конкурент Uber)

В сравнении с агрессивным расширением и маркетингом Uber, подход Lyft более фокусирован. Lyft запартнерился с Aptiv, бывшим когда-то на грани банкротства. Вместе они совершили более 5000 платных поездок на беспилотниках (всего с 20 автомобилями) в Лас-Вегасе. При заказе такси Lyft, пассажир может выбрать беспилотное такси.

Tesla

У Tesla совсем другой взгляд на беспилотное будущее. Илон Маск считает что беспилотник может работать только на одних камерах (ведь человек управляет автомобилем с помощью всего пары глаз), без лидаров. Несмотря на то, что автомобили Tesla обладают функциями автопилота, они все равно топчутся на 3-ем уровне автономности, да и аварий из-за автопилота тоже хватает.

Baidu

Baidu раскачивает локальную китайскую лодку беспилотников с 2014 года. В 2017-ом, анонсировала Apollo, open-source (открытую) платформу для беспилотных автомобилей. Baidu нацелился на массовый выпуск беспилотных автомобилей с 2019 до 2020, но ее шансы пошатнулись после того как ряд AI-специалистов покинули компанию (включая Lu Qi).

Почему так долго?

Waymo был основан в 2009-ом и только сейчас они более-менее готовы для коммерческих поездок (и то в пределах солнечной Калифорнии). То есть спустя почти 10 лет. Почему так долго? Хоть и гонка беспилотных технологий и ускорилась за последние 5 лет, все компании испытывают общие проблемы:

Лидар

Лидар это по сути лазерная установка, которая постоянно крутится и “стреляет” лазером 360 градусов, выдавая расстояние до каждой точки, которую удалось измерить. Вот видео для большей наглядности:

К сожалению, лидар стоит кучу денег (от 500 000р за 1 штуку), а их в беспилотном автомобиле надо много (2–5 штук). Так еще и от него никак не избавиться, ведь только радара и камер не хватит чтобы четко ориентироваться на местности.

Различные компании ведут работы по снижению стоимости лидара и выпуску нового, дешевого твердотельного лидара (без крутящихся элементов), но такие пока продукты еще в разработке.

AI (искусственный интеллект)

Как было сказано выше AI это сердце автомобиля. AI определяет объекты с камер, пытается угадать кто это (собака, человек, автомобиль, дорожный знак и пр.), как поведут себя пешеходы и другие машины. Чтобы такой искусственный интеллект работал, инженеры “скармливают” ему огромные массивы данных, чтобы специальные алгоритмы могли обучаться на этих данных. Чем больше качественных данных на входе, тем лучше алгоритмы будут работать.

Хоть алгоритмы и продвинулись далеко, они все еще глупы как 2-летний ребенок. Яркий пример — инцидент с беспилотником Uber (из-за которого погиб человек), алгоритм не смог распознать человека на дороге (в прочем, как не успел его заметить и водитель). А ведь помимо человека надо “видеть” еще и много других объектов — каждую машину, дорожный знак, светофор, уметь определять полосы движения и много других вещей.

Погодные условия

Будем честны, почти ни один беспилотный автомобиль не умеет нормально ездить в условиях снегопада или сильного дождя. Исключение — университет MIT. Ребята научились ориентироваться по слепкам дорожного полотна под машиной.

Картография

Беспилотникам не подходят простые карты и простая точность GPS (погрешность 3–10 метров), автомобилю нужно понимать где он находится с сантиметровой точностью. Несмотря на то что у беспилотника куча сенсоров, необходимо иметь точную информацию об окружающей местности (геометрию дорожной разметки, границы дороги, ближайшие дорожные знаки и пр). Вся эта информация есть в так называемых HD-картах.

Один из автомобилей Google Street View

Чтобы поддерживать картографию в актуальном состоянии специальные картографические автомобили (спец. автомобиль с камерами и лидарами) должны ездить по улицам и “оцифровывать” их. Таким образом, с появлением гонки беспилотных автомобилей началась и гонка картографии среди таких компаний как Here, TomTom, DeepMap, lvl5, Carmera, Google и прочих. В 21-ом веке данные — это новое золото.

Инфраструктура

Беспилотным автомобилям требуется новая дорожная инфраструктура. И не просто инфраструктура, а умная инфраструктура в которой автомобили могли бы общаться не только с самой инфраструктурой (знаки, светофоры и пр.), но и с другими автомобилями. Вот немного основных терминов:

• V2V (vehicle-to-vehicle) — автомобили обмениваются информацией напрямую друг с другом
• V2I (vehicle-to-infrastructure) — автомобили обмениваются информацией с дорожной инфраструктурой
• V2P (vehicle-to-pedestrian) — автомобили обмениваются информацией с пешеходами (например, автомобиль видит смартфон пешехода и понимает что тут находится человек)

Например, автомобиль едет по шоссе, а дорожный знак за 300м впереди сам сообщает “я знак такой-то, нахожусь там-то”. Беспилотный автомобиль сможет заранее понимать что впереди и планировать свои действия в соответствии с этой информацией.

Доверие человека

Люди все еще не особо доверяют беспилотным автомобилям. Согласно исследованию Reuters и Ipsos только лишь 38% мужчин и 17% женщин сказали что чувствовали бы себя комфортно в беспилотном автомобиле. Вообщем-то и не удивительно, технология беспилотных автомобилей довольно молодая, люди не успели привыкнуть. Автопроизводителям и стартапам еще предстоит завоевать доверие людей.

Что дальше?

Мы становимся свидетелями того, как беспилотные автомобили медленно появляются на наших дорогах. Вряд ли в следующие 5 лет мы увидим их как массовое явление: ни алгоритмы, ни инфраструктура еще не доросли. Однако, с приходом V2V/V2I возможно появятся специальные зоны беспилотного транспорта, где можно будет вызвать привычный Uber/Яндекс и доехать за полчасика на беспилотнике до работы.

Так получилось, что я всё больше интересуюсь электромобилями и самоуправлямыми машинами. И в последнее время про них довольно часто пишу. Судя по комментариям, тема цепляет многих.

Итак, первый и главный вопрос — для чего вообще компании занимаются созданием технологий автономных автомобилей?

Первая и главная причина. Снижение смертности в ДТП, спровоцированных ошибками водителей. Только в 2013 году в России на дорогах погибли более 27 тысяч человек, в США — более 32 тысяч. Человеческий фактор обгоняет все технические проблемы вместе взятые (отказали тормоза, заело педаль газа, навигатор направил в пропасть и так далее). Что изменится? В общем случае компьютер будет допускать столько же ошибок по сравнению с человеком, сколько при математических расчётах — то есть нисколько. Да, будут сложные неоднозначные ситуации. Да, будут погибшие в таких машинах. Да, будут заданы юридические, моральные и философские вопросы. Но статистика аварий будет настолько разительной, что все проблемы в итоге решатся.

Вторая важная причина. Парковки. В крупных городах до 30% полезной площади отводится под более-менее удобные парковки. Не самое рациональное использование пространства. Чем помогут машины будущего? В двух словах: самоуправляемая машина довезёт вас прямо до двери, а сама уедет парковаться (или по другим делам) куда-нибудь подальше, чтобы в нужный момент снова появиться у той же двери и забрать вас.

Третья причина. Прагматичное использование автомобиля. Да, многие любят получать удовольствие в движении, и я — не исключение. Но ежедневное однообразное «путешествие» по маршруту Дом—Школа1—Школа2—Офис—Дом — это немного не то же самое, что поездки в новые интересные места. Да, я бы доверил роботу отвезти детей в школу (и себя на работу), а сам бы за этот час сделал что-то полезное.

Четвёртая причина. То, что называется Sharing Economy (экономика совместного потребления). Допустим, среднестатистический человек полчаса добирается из дома на работу, а потом обратно. Машина работает один час в день, то есть 4% времени. 96% времени автомобиль просто стоит и занимает место. Не слишком ли расточительно для сложного дорогостоящего механизма? В большинстве случаев, семья могла бы обойтись одной машиной, которая бы просто более эффективно использовалась (хотя бы на 8%), только для этого она должна уметь сама приехать куда надо. В ещё большей степени это применимо к коммерческой эксплуатации автомобилей (такси, доставка, разнообразные транспортные услуги), но об этом чуть позже.

Пятая причина. Если оглянуться по сторонам, то окажется, что кроме любителей настоящего драйва типа нас с вами, в мире живёт немало людей, которым ездить нужно, но они не могут. Инвалиды, несовершеннолетние, престарелые. Да и просто люди, которые не получают никакого удовольствия от вождения машины, а некоторые и просто делают это через силу. Городской транспорт или такси — далеко не всегда хорошее решение, а иногда невозможное (в маленьких городах, например).

Противники всего этого возмущаются и восклицают — нахрена нам такое будущее с безалкогольным пивом, резиновыми женщинами и самоуправляемыми машинами?

Для начала я вас успокою: в ближайшие несколько лет ничего не изменится. Через 10, а то и через 15 — тоже. Ни в России, ни в Америке. Даже в Калифорнии. Даже вокруг офиса Google через 10 лет будут ездить в основном Сивики, Камри, Фокусы, Приусы и большие пикапы. Почему? Да потому что автомобильный рынок невероятно инертен.

Хороший пример — механическая КПП. «Настоящее чувство автомобиля» не выдержало давления потребностей и желаний массового покупателя. И даже несмотря на очевидное превосходство АКПП, потребовались десятилетия, чтобы «ручка» стала историей. И дальнейший прогресс неостановим. Вчера вы променяли «настоящее чувство лошади» на железную коробку с колёсами, сегодня доверили роботу переключать передачи, завтра доверите всё остальное.

Заполонили ли дороги хотя бы гибридные машины, революционность которых сильно ниже, а польза очевидна? Нет. А ведь первый Приус появился в 1997 году — 18 лет назад! Адаптивный круиз-контроль — предшественник всего того, о чём мы говорили выше. На серийных машинах адаптивный круиз впервые на Мерседесах S-класса и купе CL в 1999 году. Как обстоят дела спустя 16 лет? Это и сегодня — недешёвая опция даже у премиальных машин даже в самых дорогих базовых комплектациях. Такая простая вещь как камера заднего вида («технология» стоимостью в несколько десятков долларов в расчёте на один автомобиль) до сих пор считается «премиальной». В США принят закон об обязательном наличии такой камеры на всех новых автомобилях. Когда? С 2018 года.

Вот примерно такими темпами всё и развивается.

Однако, революция случится. Причём, в обозримом будущем. Почему?

Потому что революцию всегда делает меньшинство.

Вот смотрите — сегодня у всех на слуху Tesla, устроившая электрическую революцию в автопроме. И в наши дни каждый крупный производитель — от Мерседеса до всяких китайских сунь-мунь-лынь — уже выпускает или как минимум заявляет о скором выпуске электрических машин.

С чего вдруг? Да потому что иначе в глазах покупателя ты неактуален и старомоден. А вектор будущего уже определён.

Угрожает ли Tesla напрямую кому-либо из автогигантов? Нет, конечно. Компания продала в 2014 году более 30 тысяч машин. Классно, здорово, молодцы. Но не забывайте, что только Ford за это время продал 500 тысяч одних только пикапов F-серии в одной только Америке! Рыночная доля Теслы на рынке США — 0,0%, во всём мире — 0,0%. И так будет ещё очень долго (возможно, что и всегда). Однако влияние катающихся по городам электромобилей — сущность совсем другого уровня. Какого? Революционного.

То же самое произойдёт и с машинами без водителей.

На сегодняшний день примерно три четверти стоимости транспортных услуг — это человек за рулём (зарплата, страховка), и только четверть — эксплуатация автомобиля (стоимость, обслуживание, топливо, страховка). Уберите из этой формулы человека и вы получите транспортные услуги в 4 раза (!) дешевле. Внедрение самоуправляемых машин радикально изменит рынок, поэтому транспортные компании — первые, кто заинтересован в их внедрении.

Смотрите, благодаря довольно простой оптимизации служб такси (Uber, Яндекс.Такси, GetTaxi, которые заменили собой древние диспетчерские) уже сегодня в некоторых крупных городах выгоднее пользоваться такси, чем иметь свою машину. Более того — буквально за 2-3 года обычное такси стало чем-то из «прошлой жизни».

А теперь представьте, что услуга «доехать из пункта А в пункт Б» становится ещё в 3-4 раза дешевле — то есть экономит человеку деньги (тысячи или даже десятки тысяч рублей в месяц), и одновременно с этим экономит время (можно забыть про парковку, заправку, мойку, сервис и т.д.) Что это?

Правильно, революция.

Элон Маск говорит, что когда-нибудь человеку запретят садиться за руль. Не думаю, что мы с вами до этого доживём. Однако всё движется именно в ту сторону, да.

Это будущее, как и все остальные технологические чудеса, наступит неравномерно — кто-то уже в этом году будет ехать в офис, разбирая в пути электронную почту и составляя план на день. А кто-то этим вечером отправится на свидание с той самой, с которой займётся зачатием человека, который станет покупателем беспилотной машины.

Беспилотный автомобиль — это когда машина сама умеет ездить по дорогам общего пользования, как будто ей управляет настоящий водитель. Она сама выбирает маршрут, следит за обстановкой на дороге, объезжает препятствия и не нарушает правила дорожного движения. Разбираемся, как это работает.

Уровни автопилота

В зависимости от того, что машина умеет делать сама, инженеры разделили автопилот на 6 уровней:

Level 0 — автопилота нет, водитель всё делает сам. Газель-маршрутка — это как раз машина с автопилотом Level 0.

Level 1 — помощь водителю. Автомобили такого уровня могут сами ускоряться или тормозить. Если на машине установлен круиз-контроль — это Level 1. Сюда же можно отнести некоторые системы автопарковки, когда водитель нажимает кнопку, а машина сама паркуется в сложном месте.

Level 2 — начальный уровень. Здесь машина уже может сама ехать, тормозить и ускоряться, но в разных ситуациях она сразу передаёт управление водителю. Первые Теслы умели как раз вот так.

Level 3 — средний уровень. Машина справляется почти со всеми ситуациями, но водитель всё равно нужен, чтобы среагировать, если что-то пойдёт не так. Сейчас это стало стандартом, и большинство беспилотных машин так умеют.

Level 4 — высокий уровень. В теории тут уже можно отпустить руль — машина сама со всем справится, а если нет — просто остановится. Но на практике водитель всё равно нужен — мало ли что, вдруг машина не сможет правильно среагировать и передаст управление. Самые современные беспилотники — здесь, их работу мы и будем разбирать.

Level 5 — полный автопилот. Можно ездить не держась за руль, можно сесть на пассажирское сиденье или вообще убрать руль из машины. Так пока никто не умеет, кроме робокаров-грузчиков на складах и закрытых площадках, где нет людей.

Что нужно для работы беспилотного авто

Чтобы превратить обычную машину в беспилотную, в неё нужно установить дополнительное железо и алгоритмы:

Инженеры чаще всего так и делают — берут серийный автомобиль, навешивают на него всё это железо и ставят внутрь компьютер для обработки сигналов и команд.

Радар

Задача радара — провести первичную разведку того, что находится вокруг машины.

Основной радар на беспилотной машине всё время крутится на крыше, посылает радиоимпульсы и смотрит, какие из них вернулись раньше других. Чем раньше вернулся импульс — тем ближе объект к радару. Радар крутится быстро, и алгоритм анализирует изменения в сигналах. Так машина примерно понимает:

Это очень грубые данные, но благодаря им машина понимает, на чём нужно сосредоточиться, а что пока не представляет опасности. Ещё есть несколько радаров спереди и сзади автомобиля — они контролируют скорость и расстояние до машин спереди и сзади.

Лидар

Лидар — это более крутая версия радара, построенная на лазерах. Вместо радиосигнала лидар посылает лазерные лучи и моментально узнаёт точное расстояние до объекта:

Но главный плюс лидара в том, что он позволяет строить трёхмерную модель окружающего пространства с точностью ±1 сантиметр. Для этого лидар сканирует пространство 50—100 раз в секунду, совмещает данные и формирует трёхмерное изображение:

Камеры

Задача камер в беспилотных авто — получать картинку вокруг машины, чтобы с ней могли потом работать алгоритмы распознавания образов. Обычно в машины ставят несколько камер для кругового обзора, камеру для анализа дорожного покрытия и несколько дополнительных камер для увеличения обзора.

В камерах инженеры всё время ищут баланс между качеством картинки и скоростью передачи сигнала. Чем качественнее видео, тем больше битов нужно для кодирования такого потока, а значит, алгоритму нужно больше времени, чтобы получить готовый кадр. Наоборот тоже работает: чем хуже и проще картинка, тем быстрее она попадает в обработку, но точность распознавания там тоже хуже.

Алгоритмы компьютерного зрения

Компьютер постоянно распознаёт кадры, поступающие с камер, чтобы найти на них что-то знакомое:

Эта информация потом используется компьютером, чтобы понять — можно тут проехать или нет с соблюдением всех правил дорожного движения.

Как «видит» машина окружающий мир — зависит от алгоритма, который там используется:

Датчики погоды

Машине всё время важно знать, в каком состоянии находится дорога, для этого она использует камеру, направленную вниз, и датчики погоды. Например, если идёт дождь, то компьютер вносит поправки в коэффициент сцепления шин с дорогой и пересчитывает возможную скорость движения. Температурный датчик помогает понять, возможен ли гололёд, а от датчика освещённости зависит максимальная скорость — ночью машина будет ехать медленнее, чем днём.

Система управления основными узлами автомобиля

Чтобы компьютер мог управлять машиной, её нужно доработать — добавить блоки управления на основные части:

Благодаря этому компьютер может делать всё то, что делает настоящий водитель: управлять машиной и подавать сигналы остальным участникам дорожного движения. В современных серийных машинах всем, кроме торможения, можно управлять электронно, а в электрокарах даже это можно сделать с помощью бортового компьютера. Почти все современные беспилотные авто — электрические, потому что ими гораздо проще управлять: достаточно подключить блок управления к внутренней проводке машины.

Алгоритмы принятия решений

Это самый важный компонент в любой беспилотной машине — от него зависит, что будет делать машина в любой ситуации:

Для этого используются линейные алгоритмы, нейросети и самообучающиеся алгоритмы — они обрабатывают огромный поток данных со всех радаров, камер и датчиков и принимают решение, что делать дальше. Это позволяет избежать аварии в сложных ситуациях — посмотрите на эту подборку, где автопилот спасает жизни водителей, пешеходов и даже животных:

Но если с такими ситуациями компьютер уже справляется, то с остальными всё пока сложно. И это нас приводит к моральной проблеме беспилотных машин.

Моральная проблема беспилотных машин

Существует принципиальная проблема, которую не могут решить разработчики беспилотных авто — что делать, когда ситуация угрожает жизни пассажиров или пешеходов? Классический пример — едет такая машина с двумя пассажирами, на дорогу внезапно выбегают дети, а единственный способ избежать столкновения с ними — увести машину в столб. 

Это не вопрос автоматизации, программирования и алгоритмов — в современном виде инженер может запрограммировать любое поведение машины, и она это исполнит (в рамках законов физики). Проблема в том, что люди ещё не сталкивались с вопросом, как алгоритму доверить такой сложный моральный выбор, связанный с жизнью людей, поэтому ни у кого нет правильного ответа. По этой причине все автомобили с подобными системами до сих пор требуют, чтобы водитель держал руки на руле — и в сложной ситуации сам принял решение.

Беспилотное вождение не такое далекое будущее, как нам казалось. Уже к 2025 году автомобили на автопилоте перестанут быть чем-то из ряда вон выходящим на городских улицах, а в 2030 г. планируется их массовое производство. Но мы до сих пор слабо представляем, как работает беспилотный автомобиль. В этой статье мы подробно ответим на этот вопрос.

Что умеет беспилот?

Он умеет очень многое из того, что недоступно классическим машинам.

• Во-первых, он передвигается полностью самостоятельно из пункта А в пункт В, и выбирает для этого оптимальный маршрут, учитывая не только данные карты, но и информацию из интернета о пробках на дорогах.
• Во-вторых, самостоятельно регулирует скорость, притормаживает на поворотах и ускоряется на прямых участках пути. А также находит свободное место для парковки и самостоятельно паркуется.
• В-третьих, беспилотное авто распознает другие транспортные средства, четко «видит» сквозь туман, снег и дождь, замечает дорожные знаки и сигналы светофора.

Пока спектр функций можно считать ограниченным, ведь в планах разработчиков усовершенствовать систему таким образом, чтобы беспилот мог молниеносно реагировать на изменения на автострадах и тем самым избегать ДТП.

Какие уровни автономности беспилотов существуют?

Есть 6 уровней автоматизации машин, от 0 до 5. Нулевой уровень означает автомобиль, который полностью управляется водителем, 5 уровень — 100% беспилот. Подробнее об уровнях автоматизации беспилотных автомобилей читайте в этой статье. 

Видео работы беспилотного автомобиля Яндекс на тестовом полигоне в Ступино

Принципы работы беспилотного автомобиля

Рассмотреть как работает беспилот можно на примере автомобиля Toyota Prius, который тестировали инженеры и программисты Google. Постоянное сканирование местности с помощью датчиков: лидаров (лазерных радаров), камер, радаров и высокоточные карты – обязательные условия автономного передвижения транспортного средства. Система беспилотного авто взаимодействует с сервисом Street View, который дает панорамный вид на улицы города с высоты 2,5 м.

Лидары Velodyne на крыше беспилота.

Лидары на беспилотном автомобиле Яндекса

Основные системы, которые обеспечивают автономное передвижение:

• Лидар – сердце автопилота. Это лазерный дальномер, который устанавливается на крыше авто и генерирует 3D-карту пространства в радиусе до 100 метров. Полученные данные управляющий компьютер объединяет с картами Google, что позволяет ему избегать аварийных ситуаций и соблюдать ПДД.
• Радар – их на беспилотном автомобиле 4 штуки (иногда больше): два впереди и два – на заднем бампере. Данная система применяет радиоволны, чтобы определить дальность объектов, траекторию и скорость их движения. Радар излучает импульсы, они отражаются от препятствий и передаются на принимающую антенну. Таким образом радары становятся «глазами» авто и позволяют мгновенно реагировать на любые изменения ситуации.
• Датчик положения – специальное устройство, которое определяет координаты автомобиля на карте. GPS приемник позволяет отследить местоположение машины и маршрут его следования.
• Видеокамера – расположена возле зеркала заднего вида. Она обнаруживает цветовые сигналы светофоров, объекты, которые приближаются на потенциально опасное расстояние. На современных беспилотах обычно установлено от 1 до 3 видеокамер. 

В России одним из лидеров разработки беспилотных автомобилей стала компания Яндекс. Читайте подробный материал о том как устроен беспилот Яндекса.

В багажнике беспилотного автомобиля не столь интересно, однако свободного места для мешка картошки здесь нет. Железная составляющая Google-автопилота включает:

• управляющий компьютер;
• компьютер визуального интерфейса и модули датчиков;
• контроллер рулевого управления и привода;
• система коммуникации «машина-машина»;
• система голосового радиоуправления.

Алгоритм работы беспилотного авто

1) С помощью лидара генерируется объемная карта местности, а управляющий компьютер соединяет ее с теми данными, которые содержатся в памяти.
2) На основе полученной информации от радаров, камеры и сенсоров специальный алгоритм оценивает ситуацию на дороге и учитывает поведение других участников движения.
3) Компьютер определяет траекторию движения беспилота, а также реагирует на ситуацию на дороге: движение других автомобилей, жесты полицейского, идущий впереди школьный автобус, пешеходы, гололед на трассе и множество других факторов.

Инновации Google: непрерывное обучение

Автоматизированные машины учатся очень быстро благодаря тому, что вся полученная информация и практический опыт передаются в базу данных Google и пользоваться ею могут все авто. В базе данных есть огромное количество сценариев, которые встречаются в реальной жизни: неуправляемая инвалидная коляска на дороге, внезапно выскочивший на проезжую часть пешеход и т.д.

Но есть и нестандартные ситуации. Например, при тестировании беспилотника Google на дороге девушка в кресле для инвалидов гонялась за птицей. Естественно, сценария такого плана в базе данных не было, но компьютер все равно затормозил. И не потому, что на дороге была птица – иначе машине пришлось бы тормозить при виде каждого голубя. Чтобы беспилотник правильно реагировал на такие необычные ситуации, инженерам приходится постоянно совершенствовать систему управления.

«Очеловечивание» работы беспилотного авто

По мнению большинства экспертов, беспилотные авто ведут себя на дорогах слишком правильно. Например, первые машины останавливались на дороге просто «завидев» человека – компьютер сразу решал, что пешеход собирается переходить дорогу. Но человек мог просто остановится завязать шнурки или подождать друга. Поэтому инженеры решили — логичнее будет притормаживать, а не останавливаться полностью, тем более что резкое торможение создает аварийно-опасную ситуацию на трассе.

Но разработчики Google пошли еще дальше и дали беспилотнику «голос» — возможность сигналить. Сигнал срабатывает автоматически при возникновении повышенной опасности как для участников движения, так и для самой автоматизированной машины.

Интерьер и салон беспилота Mercedes F015.

В будущем компьютер беспилотного авто можно будет синхронизировать с ежедневником и календарем. Пользователю даже не придется указывать место назначения – машина сама отвезет на деловую встречу или домой, если в календаре нет планов.

Лидеры разработки беспилотных технологий в России

В России лидерами разработки автономных машин и систем являются компании Яндекс и Cognitive Technologies.

Cалон беспилотного автомобиля Яндекс.

Лидеры разработки беспилотов в мире

Лидеры в мире: Tesla, Velodyne, Intel MobileEye, Cruise, Waymo, Ford, Aptiv, Baidu, UBER, Toyota и другие

Беспилотная Tesla — салон и виды с камер.

Эра беспилотных автомобилей уже не за горами, через несколько лет они преодолеют все трудности – юридические, экономические, этические – на пути к тотальному господству на дорогах. Они уже признаны в два раза безопаснее транспортных средств под управлением человека, а с развитием технологий их компьютерный «разум» сможет полностью заменить водителей.