Hi-Tech

24 часа без водителей и перерывов

Как устроен полигон для беспилотных автомобилей «Яндекса».

В закладки

Всё скромно: никаких вывесок, современных фасадов или креативных пространств вокруг. Примерно в двух часах езды на машине к югу от Москвы находится небольшое двухэтажное кирпичное здание с гаражом на три-четыре автомобиля, мастерской и офисами для работы.

На его крыше установлена уже стандартная для беспилотников компании коробка с набором лидаров, радаров и камер. Единственное, что выделяется в довольно типичном загородном индустриальном пейзаже, так это стоящий в открытом гараже и обклеенный в фирменные цвета «Яндекса» автомобиль Hyundai Sonata.

Офисный интерьер отличается разве что двумя мониторами на стене, на которых в прямом эфире транслируется изображение с десятка беспилотников и их текущий статус. Зайдя в здание через гараж и пройдя через небольшой коридор, оказываешься в гостиной, объединённой с кухней.

Дверь из кухни ведёт к большой асфальтированной площади с автомобильной разметкой разных типов, перекрёстками, пешеходными переходами, светофорами, дорожными знаками.

Справа разбросаны грузовые контейнеры, конусы и пластиковые дорожные барьеры, которые можно встретить на участках с ремонтом дороги. Вдалеке слева стоит большой синий ангар с открытыми с обоих концов въездами.

Всё это для того, чтобы сымитировать сложные дорожные ситуации, с которыми может столкнуться автомобиль в городе.

Инженер «Яндекс.Такси» сразу уточняет: GPS не служит основным источником данных о положении машины в пространстве, однако при разработке беспилотника нужно протестировать все сценарии. У синего ангара тоже есть своя роль — это прототип тоннеля, в котором автомобиль может потерять GPS-сигнал.

При въезде в тоннель датчик GPS не сразу теряет сигнал, а сначала сильно снижает точность определения координат и даёт неверные данные — например, что машина находится не в тоннеле, а на соседней улице.

У каждого из автомобилей свой маршрут. Среди всей этой искусственной инфраструктуры круглосуточно и в любую погоду ездят десятки беспилотников «Яндекса». Машины не обмениваются данными друг с другом, поэтому каждый из беспилотников воспринимает другой автомобиль как обычного участника дорожного движения.

Перерывы машины делают только на заправку — за это отвечают мобильные заправки, обслуживающие автомобили «Яндекс.Драйва», — а также на скачивание технических логов.

За одну непродолжительную поездку машина собирает сотни гигабайт информации, которые затем выгружаются на серверы «Яндекса» для последующего анализа. Во время каждого заезда беспилотник накапливает большой массив данных — записи с камер, показания сенсоров, датчиков, данные о работе алгоритмов. Это делается здесь же, в гараже кирпичного здания.

Сбор данных особенно актуален во время поездок в городской среде, когда водитель вмешивается в управление беспилотника. Логи реальных поездок помогают выявлять проблемные места в работе алгоритмов и датчиков, которые сложно обнаружить на компьютерных симуляторах: тень на камере, препятствие на пути радара, сбой связи.

К примеру, во время тестирования машин в Москве водители постоянно сбавляли скорость в районе Хамовники — на участках с неинтенсивным движением и без каких-либо видимых преград и ограничений.

Благодаря анализу логов и последующему обучению алгоритмов беспилотники с каждой поездкой становятся «умнее». Как выяснилось позже, причиной оказались большие лужи рядом с тротуаром — водители не хотели облить водой пешеходов.

Полигон для роботов

Самая большая — это комбинация из улиц, сложных перекрёстков, кругового движения, затяжного поворота и тоннеля. Полигон «Яндекса» условно поделён на несколько частей. Здесь машины беспрерывно ездят по условному городу и небольшому шоссе, уступая друг другу дорогу, следуя указаниям дорожных знаков, разгоняясь на длинных участках и сбавляя скорость перед поворотами.

Так команда инженеров проводит базовый тест работы сенсоров и датчиков при нормальном движении в вымышленном городе — без неожиданных сюрпризов, нарушающих правила водителей и перебегающих дорогой пешеходов, но с теряющимся сигналом спутниковой навигации и контейнерами, перекрывающими обзор на перекрёстках.

Таким образом тестируются все новые беспилотники, которые вводятся в эксплуатацию.

Заезд в тоннель, в котором плохо ловит GPS Проезд «слепого» перекрёстка

Однако здесь беспилотник взаимодействует в первую очередь с виртуальными участниками дорожного движения. Вторая часть полигона состоит из светофоров, пешеходных переходов, конусов и прочих препятствий, которые могут неожиданно возникнуть на пути автомобиля.

Программное обеспечение генерирует на пути машины различные опасные ситуации: проезжающую на красный сигнал светофора машину, пешехода, неожиданно вышедшего на дорогу, незапланированный ремонт асфальта.

Беспилотник реагирует на возникающие внештатные ситуации: резко останавливается перед появившимся виртуальным пешеходом, сбрасывает скорость, увидев машину, которая не собирается уступать дорогу.

Инженеры обучают систему реагировать на них: объезжать сломавшийся автомобиль или учитывать ремонт дороги при повороте, чтобы машина сразу занимала свободный ряд. Эта часть полигона нужна для тестирования алгоритмов, которые обрабатывают непредвиденные дорожные ситуации.

Они могут «отключить» полигон одной кнопкой, остановив все беспилотники, либо поменять маршрут для любого из автомобилей. Разработчики следят за перемещением машин на полигоне удалённо.

Ночью на одном из автомобилей случился сбой тестируемого программного обеспечения. Случаются и казусы. Но так как это произошло на дороге со сплошной разметкой, а настройки других испытываемых машин запрещали объезжать препятствие, на полигоне образовалась, вероятно, одна из первых пробок из беспилотников. Согласно настройкам системы, в такой ситуации машина просто останавливается.

Их задача — вовремя перехватить управление автомобилем, если машина неправильно отреагирует на внештатную ситуацию. Отдельная часть полигона используется для тестирования водителей, сидящих за рулём беспилотников во время испытаний в городе.

Разработчик с компьютера принуждает машину совершать разные ошибки во время движения: резко ускориться после поворота, свернуть на обочину при движении по прямо участку или, самое неожиданное, не успеть выпрямить руль после крутого поворота. Испытание выглядит так. В таком случае водитель должен мгновенно перехватить управление машиной, не дав ей создать аварийную ситуацию.

Нужно одновременно сканировать взглядом знаки и разметку, сверяться с изображением на планшете: правильно ли машина распознала дорожную ситуацию и верно ли построила маршрут, и следить за тем, какие действия она совершает. Оказалось, что управление беспилотником — довольно нетривиальная задача.

Учитывая, что испытания машин проходят круглосуточно, и в каждой из них должен находиться человек, компании вскоре потребуется внушительный штат водителей, которых нужно тренировать для работы с непредвиденными ситуациями на дорогах. К 2019 году «Яндекс» планирует вывести на дороги 100 беспилотных автомобилей.

Флот роботов

У них нет номерных знаков, так как они не покидают закрытую территорию. Сейчас флот беспилотников «Яндекса» состоит из 50 автомобилей Toyota Prius, 15 из которых постоянно задействованы на полигоне компании.

Для создания беспилотника команда «Яндекса» искала автомобиль, которым можно управлять с помощью электроники: это заметно облегчает процесс разработки. Выбор модели не случаен.

Инженеры хотели поворачивать руль, нажимать на газ, тормоз и менять передачи без использования дополнительных механических устройств — лишь отправляя команды через блок управления автомобиля.

Например, наличие в машине ABS, системы, которая предотвращает блокировку колёс при торможении, свидетельствует о том, что торможение может контролироваться электроникой. Многие современные автомобили оснащены такими системами.

Круиз-контроля — нажимать на газ. А наличие системы помощи при парковке или удержания полосы означает, что бортовой компьютер может управлять рулём.

На многих автомобилях с автоматической трансмиссией переключение режимов всё еще происходит через механическую связь между рычагом переключения и коробкой. По словам инженеров, сложность возникла только с переключением режимов коробки передач.

Кроме того, это гибрид, а значит, машина оснащена мощными аккумуляторами и хорошей системой энергообеспечения, которая необходима для работы компьютеров, устанавливаемых в беспилотники. В Prius задача решается электроникой.

Первый тестовый беспилотник «Яндекса» собран на базе Kia Soul — на заднем плане. Однако позже решили переключиться на Toyota Prius, а Soul превратили в служебный автомобиль, на котором сотрудники передвигаются по полигону Пресс-служба «Яндекс.Такси»

Эта модификация Prius выпускалась с 2009-го по 2015 год, поэтому в последние годы компания в основном скупает подержанные автомобили и собирает беспилотники из них. «Яндекс» собирает свой флот беспилотников на базе модели XW30.

Toyota, выпускающая Prius, никак не участвовала в проекте — инженеры «Яндекса» самостоятельно изучали устройство систем автомобиля и разрабатывали ПО для управления.

Беспилотники называют в честь андроидов из фантастического сериала «Мир Дикого Запада». У каждого из 50 автомобилей в парке «Яндекса» есть своё имя: Долорес, Тедди, Логан, Шарлотт.

Процесс сборки поставлен на поток и занимает три дня. Беспилотники собирают в Москве, в здании бывшего дилерского центра, которое теперь переоборудовано в гараж «Яндекса».

Тогда один инженер смог самостоятельно собрать беспилотник из приобретённого в США автомобиля. Недавно компания принимала участие в CES — крупнейшей технологической выставке, которая проходит каждый год в Лас-Вегасе.

По словам инженеров, задача по сборке беспилотника из Sonata оказалась проще, ведь в случае с Hyundai у них была прямая связь с производителем. Новые беспилотные автомобили компания планирует собирать уже на базе Hyundai Sonata 2020 года, один из первых тестовых автомобилей как раз припаркован в гараже при полигоне.

Интерьер беспилотника

Руль, педали, приборная панель и все органы управления на своих привычных местах. Салон беспилотника почти не отличается от салона обычного автомобиля.

Большая красная кнопка, похожая на «аварийную», полностью отключает от управления автомобилем все системы автономного передвижения. Единственное отличие — один из подстаканников занят пластиковой заглушкой с двумя кнопками. То есть кнопка превращает Prius в обычную машину, которой должен управлять человек.

Светящийся индикатор отображает статус работы. Небольшая металлическая кнопка подключает все системы для управления беспилотником обратно к машине. Красный — машиной управляет человек. Если горит зелёный, машина едет под управлением алгоритмов.

Это тормоз. У пассажира на переднем кресле — здесь во время тестовых поездок по полигону сидел один из инженеров «Яндекса» — есть ещё одна красная кнопка на длинном проводе. Кнопка чувствительна к силе нажатия, поэтому позволяет плавно сбросить скорость в случае необходимости.

Тогда рядом с водителем был установлен монитор Dell, который выводил всё, что видит беспилотник. Прошлым летом я ездил на одном из беспилотников «Яндекса» по улицам Москвы. Мониторы заменили на iPad Pro, техническую информацию «упаковали» в простую визуализацию.

Магнитное крепление для планшета тоже разработали в «Яндексе»

С планшета можно задать маршрут движения и посмотреть техническую информацию, необходимую для отладки. На планшет выводится информация о маршруте (обозначается широкой цветной линией), возможных траекториях движения (зелёные тонкие линии), распознанные объекты, знаки, разметка, изображения с камер.

Экстерьер беспилотника

На крыше под пластиковым кожухом собраны основные «органы чувств»: три лидара, один из них установлен вертикально, другие два под углом в 45°, а также пять камер, охватывающие практически всё окружение машины. Самое интересное у беспилотника находится снаружи.

Синим отмечены лидары, красным — камеры, жёлтым — радары

Внутри кожуха, помимо оборудования, обеспечивающего работу датчиков, находятся четыре антенны мобильной связи GSM и одна — спутниковой системы навигации GNSS.

Один лидар — на месте логотипа Toyota. Ещё один набор датчиков расположен в районе переднего бампера. Сзади под бампером — ещё два радара. Там же, в бампере, спрятаны четыре радара: два направлены вперёд, по ходу движения, два — налево и направо.

Например, радары мгновенно и точно определяют расстояние до других объектов, причём делают это на большом расстоянии — до 150 метров. У каждого из сенсоров есть свои недостатки и преимущества, о которых подробно рассказывал пользователь vc.ru.

Однако с помощью радаров формируется слишком неточное изображение. Они умеют «видеть» в темноте и при плохой видимости. Кроме того, они плохо справляются с распознаванием неподвижных объектов.

Лидар вместо логотипа

Внутри них расположен вращающийся несколько раз в секунду лазер, который с точностью до нескольких сантиметров вычисляет расстояние до объектов и скорость их движения. Лидары позволяют создавать более детализированную по сравнению с радарами карту ближайшего окружения автомобиля.

При этом с помощью лидара не получится узнать, какой сигнал горит на светофоре. Картинка, формируемая лидаром, позволяет определить даже наличие разметки на дороге или изображение на знаке — благодаря характеру отражения луча от разных поверхностей.

Впрочем, руководитель группы разработчиков беспилотного автомобиля «Яндекса» Дмитрий Полищук считает, что удешевление датчиков — лишь вопрос времени. Другой существенный недостаток лидаров — их высокая цена.

Она также позволяет распознавать здания, машины, людей, знаки. Цвет светофора можно определить при помощи камеры. А точность её работы сильно зависит от освещения, чистоты линзы и погодных условий. Однако камера не может с такой же скоростью и точностью, как лидар или радар, определить расстояние до объекта.

Например, в последних сборках Prius боковые лидары с крыши перенесли к аркам у передних колёс. Разработчики «Яндекса» постоянно тестируют и изучают различные комбинации лидаров, радаров, камер и их расположения. Такая перекомпоновка позволила увеличить охват сенсоров беспилотника, объясняет Полищук. А радары, находившиеся за номерным знаком, переехали на крышу.

Как работает беспилотник

Там, под сетчатым металлическим дном, вместо запасного колеса расположен компьютер, отвечающий за вычисления. Все данные с датчиков по проложенным в автомобиле проводам поступают в багажник. Здесь же расположена ещё одна кнопка отключения системы от управления автомобилем.

Багажник Hyundai Sonata

Для этого используется всё, что есть на вооружении беспилотника: изображения с камер, данные с лидаров и радаров, положение и скорость вращения колёс, сигнал GPS и информация с карт высокой точности, которые загружены в автомобиль. Сначала с точностью до нескольких сантиметров система определяет местоположение автомобиля в пространстве.

Например, если будут сомнения в достоверности изображения с испачкавшейся камеры, данные подтвердятся с помощью лидаров, радаров, GPS, карт, информации о скорости вращения колёс и угле поворота руля. Использование разных источников позволяет свести к минимуму вероятность ошибки при определении местоположения машины. Аналогично машина сможет вычислить своё местоположение при отсутствии GPS-сигнала.

Всё, что окружает машину, классифицируется — так система понимает, где находятся другие автомобили, пешеходы, какая разметка на дороге, какие дорожные знаки установлены. Весь входящий поток с датчиков и сенсоров анализируется в режиме реального времени с помощью обученных на большом массиве данных нейросетей и алгоритмов.

Например, что автомобиль, перестаивающийся в правую полосу перед перекрёстком, вероятно, собирается повернуть направо, сбросив скорость. Классификация нужна для того, чтобы беспилотник мог решить самую сложную задачу — предсказать движение каждого из объектов. И так далее. Пешеход, идущий по тротуару, вероятно продолжит движение в том же темпе и в том же направлении.

У человека небольшая скорость движения и при этом широкий диапазон вероятных траекторий движения. По словам разработчиков, сложнее всего предсказать поведение пешеходов. Например, человек, приближающийся к светофору, может пойти на красный свет или резко свернуть в противоположную сторону.

Если постепенно приближаться к дороге, по которой едет беспилотник, автомобиль начнёт заранее сбавлять скорость, готовясь к остановке — машина за несколько десятков метров распознала пешехода и предположила, что, если он продолжит движение в том же направлении, траектории пересекутся. В реальности поведение беспилотника можно сравнить с поведением человека, управляющего машиной.

Если на дороге остаться без движения, машина предположит, что человек не будет двигаться, и его можно безопасно объехать.

Для беспилотника, как и для любого водителя, это станет неожиданностью, поэтому торможение будет резче. Поведение беспилотника также меняется, если замереть у края дороги и затем резко сделать шаг в её сторону.

Когда беспилотник появится в такси

Сейчас запуску автономных автомобилей на улицы городов мешают два основных ограничения: законодательное и технологическое. Директор по развитию бизнеса беспилотных автомобилей «Яндекса» Артём Фокин считает, что проехать на беспилотном автомобиле по Москве можно будет в течение ближайших четырёх лет.

Однако постепенно положение дел в этой области меняется, появляются нормы, способствующие развитию беспилотного транспорта, считает Фокин. Первое ограничение связано с тем, что текущий свод законов не допускает использование автомобилей без водителей на дорогах общего пользования для коммерческих целей.

Официальный знак для беспилотного автомобиля

Они должны обеспечивать бесперебойную работу всей системы, предусматривать сценарии с отказом любого из них. Технологические ограничения связаны в первую очередь с надёжностью и стоимостью компонентов, используемых в беспилотнике: радаров, лидаров, камер, процессоров.

Компания собирает и анализирует большие объёмы данных, чтобы научить беспилотник справляться с любой непредвиденной ситуацией, и планирует увеличить свой флот в два раза — для ускорения процесса. Эта проблема решается как производителями оборудования, которые совершенствуют датчики, так и инженерами «Яндекса».

Каршеринг и такси сольются в единый сервис, люди перестанут покупать личные автомобили и перейдут на подписку на беспилотник, изменится отношение к пробкам и машинам в целом. Как только проблемы будут решены, появление беспилотников на дорогах станет стихийным, считают в «Яндексе». По словам Фокина, изменения на рынке наступят быстро и неизбежно.

#беспилотник #яндекс

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть