Недавно услышал интересную фразу: хочешь о чем-то узнать - научи этому! Эта мысль мотивировала меня начать этот блог. Задача простая - коротко и понятно описать что такое беспилотный автомобиль сегодня, как это работает и куда это развивается. Постараюсь простым языком описать все касательно этой темы.
И так начнём по порядку. Что такое автопилот. Это система позволяющая исключить человека из процесса управления транспортным средством. То есть автопилот это не только система руления и управления скоростью, но и сложная система принятия решений - в точности (или даже лучше), как это делает водитель на дороге. Чтобы обеспечить работу такой системы необходимо соблюдение нескольких условий. 1. Оборудование. Автомобиль должен быть оснащён различными датчиками, камерами, компьютером и многим другим. 2. Программное обеспечение. Процесс управления автомобилем достаточно сложный и непредсказуемый процесс. Скорость и точность управления, а также оценки ситуации на дороге должны происходить моментально. 3. Логика. Автомобиль должен понимать не только как расшифровать данные с датчиков, но и каким образом водители принимают решение, как оценивают ситуацию и какие действия за этим следуют. Автопилот должен не просто реагировать на происходящее, а предсказывать поведение и развитие ситуации на дороге. Остановимся подробнее на каждом пункте.
1. Оборудование.
Основная составляющая без которой беспилотное управление просто невозможно представить. Автомобили сегодня уже напичканы огромным количеством приборов и сенсоров, таких как гидроусилитель руля, датчики дождя, устройства контроля и поддержания скорости и многое другое. Но беспилотное управление включает в себя дополнительное оборудование, которое можно разделит на 2 категории:
- Внутреннее - система автоматического руления, управления скоростью движения (управление трансмиссией), управления торможением и т д.
- Внешнее - системы позиционирования, определения объектов и т д.
Для этого в автомобилях устанавливают:
- Камеры или система стерео зрения - около 10 камер, которые выполняю функцию зрения. Они могут снимать в разных спектрах, они направлены в разные стороны и каждая отвечает за выполнение определенных функций зрения, например, видеть автомобиль движущийся сзади или контроль разметки и знаков и многое другое.
- Лидар (LIDAR) - простыми словами это дальномер, то есть прибор, который с помощью лазера или просто света определяет дальность до того или иного предмета. В комбинации с информацией с камер компьютер формирует 3d модель пространства вокруг автомобиля, включая все движущиеся и статичные объекты.
- Навигация или система глобального позиционирования - GPS и ГЛОНАСС датчики, которые помогают определять положение автомобиля в пространстве. Вместе с гиростабилизатором (что-то вроде акселерометра в ваших телефонах) позволяет понимать где именно и как движется ваш автомобиль, подобно тому как на Google Maps вы видите себя.
Это основные компоненты, без которых самостоятельное управление просто невозможно.
2. Программное обеспечение(технологии, искусственный интеллект).
За автоматическое управление в автомобилях отвечает мозг - центральный компьютер. Его основная задача выполнять задачи по считыванию и интерпретации данных с приборов и принятие решения о дальнейших действиях. То есть компьютер выполняет роль водителя в полной мере.
Конечно возникает вопрос как компьютеру удается выполнять такое сложное действие, как управление автомобилем. В первую очередь в него заложена программа по базовому процессу управления, то есть он обучен, как набирать скорость, как поворачивать колеса и как тормозить. Но этого недостаточно для автоматического управления. Тут на помощь приходят системы позиционирования (положение на карте и контроль разметки), они помогают строить маршрут, следить за соблюдением полос, соблюдением дистанции, соблюдением правил дорожного движения. Но это все равно пока не похоже на настоящее управление. Тут вступают в работу самые сложные системы - зрение и анализ ситуации на дороге. Благодаря компьютерному зрению, компьютер распознает объекты на видео с камер, благодаря дальномеру определяет их скорость и расстояние до них, а дальше системы на основе машинного обучения анализируют поведение объектов и принимают решение о том присутствует ли опасность или можно продолжать движение в том же режиме.
3. Логика (законы робототехники, уровни автоматизации).
В программу автомобиля заложена некоторая логика того, как именно он должен вести себя на дороге, как должен реагировать на те или иные изменения. Эта логика поведения - жестко описанный регламент действий основанный на анализе поведения миллионов водителей по всему миру. Производители беспилотного транспорта тратят миллионы на сбор и анализ данных о поведении водителей на дорогах. Это нужно для выделения паттернов поведения и дальнейшего обучения автомобилей, например, если у автомобиля впереди загорелся поворотник - значит он скоро изменит траекторию движения или если загорелись стопы, то он снижает скорость. Конечно паттерны поведения не ограничиваются такими простыми вопросами. Автомобиль обучается в том числе и тому, как вести себя в экстренных ситуация, например, если кто-то выбежал на дорогу или что делать, если автомобили впереди столкнулись. Все это приводит к тому, что автомобиль способен полностью самостоятельно управляться.
Сегодня мы много слышим про разные классы беспилотных автомобилей.Что это такое? Есть 6 уровней автоматизации.
Уровень 0 - никакой автоматизации, то есть практически все автомобили, на которых мы ездим сегодня.
Уровень 1 («hands on») - Помощь водителю, то есть простые системы типа круиз контроль, которые помогают поддерживать скорость или держаться в полосе
Уровень 2 («hands off») - частичная автоматизация, то есть автомобиль уже способен самостоятельно рулить и управлять скоростью, но еще не может принимать решения относительно других участников движения.
Уровень 3 («eyes off») - условная автоматизация, то есть автомобиль полностью управляется сам, а водитель нужен лишь в особых случаях, не требующих постоянного внимания, так что водитель может писать сообщение в телефоне, но все еще должен сидеть в водительском кресле.
Уровень 4 («mind off») - широкая автоматизация - тут водитель может даже покинуть свое место, спать или заниматься чем угодно, но такое управление ограничено определенными ситуациями, например пробки или движение по магистралям, в остальных случаях водитель должен принимать участие или автомобиль сам припаркуется и будет ждать команд.
Уровень 5 («steering wheel optional») - полная автоматизация, для управление вообще не требуется вмешательство человека.
Конечно сегодня не существует автомобилей 5-го уровня и даже 4-го. Например, Tesla выпускает 2-й уровень и работает над 3-им. Но основной сложностью конструирования таких систем является не только вопрос обучения "как избежать столкновения" или "экстренно затормозить перед пешеходом", а вопросы морали. Каждый день случаются миллионы ДТП, в результате некоторых гибнут люди. Правила дорожного движения сегодня определяют виноватых в ДТП из анализа поведения водителей. Но что делать, если водитель даже не сидел за рулем, кто виноват в таком случае? Программа, которая не смогла принять верное решение, производитель автомобиля, который не смог заложит более умную программу или владелец авто, который взял на себя ответственность и покинул место водителя? Этот вопрос пока остается нерешенным. Более детально на эту тему мы поговорим в будущих постах.
Благодаря плотному переплетению этих 3х компонентов 2020 год так сильно и уверенно говорит о внедрении беспилотных автомобилей в повседневную жизнь. Конечно перед разработчиками и производителями стоит много непростых этических и технических вопросов, но появление полностью автоматического транспорта уже неизбежно.
В следующих постах я расскажу про историю развития технологий, про существующие образцы (Tesla, Yandex, Google и другие), про новинки 2020, про будущее и многое другое.
Если вам понравилась и была полезна эта информация делитесь ссылкой в соц сетях, отправляйте друзьям. Хорошего дня, хорошего настроения и безопасного будущего!)
