Автомобиль без водителя — уже не фантастика

Сергей Асмаков

Автомобили, способные без участия человека передвигаться к заданной цели, существуют не только на страницах научно-фантастических романов. Результаты специальных состязаний, проводимых для беспилотных автомобилей, являются лучшим доказательством того, что до появления подобных машин в нашей повседневной жизни осталось совсем немного времени.

Представьте, что можно сесть в автомобиль, нажать кнопку и, сообщив адрес пункта назначения, спокойно заняться своими делами — почитать книжку, посмотреть фильм или просто вздремнуть. Заманчиво, не правда ли? Особенно если предстоит пробираться с черепашьей скоростью по вечерним пробкам…

Но здесь возникает закономерный вопрос: можно ли доверить управление автомобилем компьютеру? С одной стороны, компьютер (в отличие от человека) не подвержен усталости и способен ежесекундно обрабатывать огромное количество информации. Для реакции на то или иное событие электронному мозгу требуется гораздо меньше времени, чем тренированному пилоту, не говоря уже о простых смертных.

 

Рисунок

13-й стартовый номер стал несчастливым для этого участника
DARPA Grand Challenge 2004. Впрочем, в тот раз добраться
до финиша не удалось никому… (фото DARPA)

С другой стороны, есть одна загвоздка. Компьютер способен в нужное время сформировать и передать правильные команды только при условии, что это предусмотрено алгоритмом заложенной в него программы и подкреплено необходимым количеством входящей информации. Следовательно, даже небольшая ошибка в алгоритме, а также искажение или недостаток данных о дорожной обстановке неизбежно приведут к потере контроля над ситуацией. Так что «научить» даже очень мощный компьютер самостоятельно управлять автомобилем на практике оказывается значительно сложнее, чем подготовить сотни высококвалифицированных водителей.

Тем не менее столь сложная задача не является неразрешимой. В 2001 году американское агентство DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency — агентство перспективных исследовательских проектов для нужд обороны) занялось проектом по созданию беспилотного автомобиля, который способен без участия человека прокладывать маршрут и двигаться к заданной точке, преодолевая встречающиеся на пути препятствия. К реализации этого проекта, финансируемого Министерством обороны США, привлечено множество коллективов разработчиков из различных компаний, высших учебных заведений и академических институтов. Руководители американского оборонного ведомства рассчитывают на то, что к 2015 году каждое третье наземное транспортное средство американских ВС станет беспилотным.

 

Рисунок

Победители DARPA Grand Challenge 2005: беспилотный автомобиль Stanley
и команда Stanford Racing Team (фото DARPA)

Для оценки достигнутых успехов, а также поощрения коллективов, представивших самые передовые разработки в данной области, DARPA организует специальные соревнования для беспилотных автомобилей. Первый турнир DARPA Grand Challenge 2004 прошел 13 марта 2004 года. За главный приз (1 млн долл.) боролись автомобили полутора десятков команд.

Маршрут протяженностью 230 км был проложен в основном по пустыне от города Барстоу (шт. Калифорния) до Приммы (шт. Невада). Организаторы соревнований не ограничивали размер и вес автомобилей. При этом было запрещено участие какого-либо живого существа в процессе управления транспортным средством. Кроме того, роботизированные автомобили не должны были наносить повреждения другим транспортным средствам, дорожному покрытию и природным объектам.

Точную информацию о маршруте представителям команд передали лишь за 2 часа до старта. Задача усложнялась еще и тем, что трасса не везде проходила по дорогам, а на пути автомобилей попадались различные естественные и искусственные препятствия: канавы, глубокие колеи в грунте, песчаные участки, лужи, камни, тоннели и пр.

Стартовать в DARPA Grand Challenge 2004 смогли только восемь автомобилей, а до финиша вообще ни один из них не добрался: слишком далекими от совершенства оказались электронные «органы чувств» и программное обеспечение автомобилей-роботов. Лучшему из участников удалось преодолеть лишь около 12 км.

Спустя примерно полтора года, 8 октября 2005-го, состоялся финальный заезд DARPA Grand Challenge 2005. Маршрут протяженностью почти 212 км был проложен по каменистой пустыне Мохава. На преодоление дистанции участникам было отведено не более 10 ч. Призовая сумма за победу в состязании составила 2 млн долл.

 

Рисунок

Беспилотный грузовик команды Oshkosh на квалификационных заездах
NQE (фото DARPA)

В ходе предварительных заездов из 195 автомобилей-роботов были отобраны 23 финалиста. Четыре из них сумели добраться до финиша в течение отведенного времени, что, несомненно, стало свидетельством значительного прогресса, которого удалось добиться разработчикам роботов. Победил автомобиль Stanley, созданный на базе серийного VW Touareg сотрудниками команды Stanford Racing Team из Стэнфордского университета. Stanley смог самостоятельно преодолеть 212 км по пустыне и выйти в конечную точку заданного маршрута за 6 ч 53 мин и 58 с. Средняя скорость передвижения составила около 30 км/ч.

Следующие соревнования прошли в конце 2007 года. На этот раз организаторы усложнили задачу. Автомобилям-роботам предстояло ездить не по пустыне, а по городским улицам среди множества других транспортных средств, соблюдая правила дорожного движения штата Калифорния и учитывая требования дорожных знаков и разметки. Кардинальные изменения регламента были отражены и в названии турнира, переименованного в DARPA Urban Challenge. Призовая сумма за первое место составила 2 млн долл., за второе — 1 млн и за третье — 500 тыс.

Местом проведения состязания был выбран тренировочный полигон на территории бывшей базы ВВС США, расположенный в Викторвилле (Victorville) в штате Калифорния. В настоящее время этот полигон используется подразделениями армии США для отработки проведения военных операций в городских условиях.

 

Рисунок

Немалая часть «органов чувств» автомобилей-роботов
располагается на крыше. На самом верху —
кожух кругового лидара (фото DARPA)

По итогам региональных квалификационных заездов было отобрано 35 команд, получивших право участвовать в национальном квалификационном туре (National Qualification Event, NQE). В течение восьми дней команды, допущенные к участию в NQE, тщательно тестировали свои беспилотные транспортные средства в условиях городского движения. Помимо роботов по дорогам ездили и обычные автомобили, управляемые людьми. Квалификационные задания включали движение в потоке других транспортных средств, проезд перекрестков разных типов и развязок с круговым движением, объезд препятствий, парковку и пр.

По итогам NQE организаторы соревнований отобрали 11 команд для участия в финальном заезде DARPA Urban Challenge 2007, который состоялся 3 ноября 2007 года. Каждому из участников необходимо было доставить груз в заданную точку, пройдя около 100 км через промежуточные контрольные точки (их координаты были предоставлены командам незадолго до старта) и уложившись в шестичасовой лимит. Во время проведения соревнований по улицам полигона, помимо роботов, двигалось более 50 автомобилей, имитирующих городской трафик. За нарушения ПДД начислялись штрафные баллы, а столкновение с другим участником движения или препятствием каралось дисквалификацией.

 

Рисунок

Участники финального заезда DARPA Urban Challenge 2007 на старте
(фото DARPA)

Быстрее всех задание выполнил беспилотный автомобиль Junior команды Stanford Racing Team из Стэнфордского университета (подробнее см. во врезке). Однако после начисления штрафных баллов за допущенные ошибки он опустился в общем зачете на второе место. Возглавил итоговый протокол автомобиль-робот Boss, созданный на базе Chevrolet Tahoe командой Tartan Racing (компании General Motors и Массачусетсского технологического института). Третье место заняла команда Victor Tango компании Ford и Вирджинского технологического университета.

Ожидания тех, кто жаждал увидеть многочисленные аварии автомобилей-роботов, не оправдались. Впрочем, небольшие инциденты все-таки происходили. Примерно через час после старта в системе управления беспилотного грузовика команды Oshkosh возникли неполадки, и его остановили во избежание столкновения с одним из зданий полигона. Примерно за час до истечения лимита времени, отпущенного на выполнение задания, произошло столкновение двух автомобилей-роботов, которые не получили серьезных повреждений (скорость в момент контакта была небольшая), однако, согласно правилам соревнования, были дисквалифицированы. Тем не менее по сравнению с турнирами 2004 и 2005 годов прогресс налицо — особенно с учетом того обстоятельства, что участникам DARPA Urban Challenge 2007 пришлось решать более сложные задачи.

 

Рисунок

Беспилотный автомобиль Boss — победитель финального заезда
DARPA Urban Challenge 2007 (фото DARPA)

Если работы по созданию беспилотных автомобилей будут идти такими темпами и дальше, то можно не сомневаться, что лет через десять мечта станет явью. И, по большому счету, в этом нет ничего фантастического. Посмотрите на оснащение современных Mercedes S-Сlasse — они буквально напичканы электронными системами навигации, круиз-котроля, автоматического поддержания дистанции и удержания полосы движения, помощи при торможении и т.д. До полной автоматизации осталось лишь несколько шагов.

Беспилотный автомобиль Junior

Для участия в соревнованиях DARPA Urban Challenge 2007 команда Stanford Racing Team, одержавшая победу в финальном заезде DARPA Grand Challenge 2005, подготовила совершенно новый автомобиль. Помимо сотрудников Стэнфордского университета в подготовке и финансировании проекта принимали участие компании Applanix, Google, Intel, MDV-Mohr Davidow Ventures, NXP Semiconductors, Red Bull и Volkswagen.

Беспилотный автомобиль Junior создан на базе серийного универсала Volkswagen Passat, оснащенного двухлитровым дизельным двигателем. Ходовая часть и системы управления были доработаны сотрудниками лаборатории Volkswagen of America Electronics Research Lab.

 

Рисунок

Для получения информации об окружающей обстановке в режиме реального времени Junior оборудован двумя приемниками спутниковых систем навигации, лазерными дальномерами (установленными на бамперах), шестью видеокамерами и так называемыми лидарами (light detecting and ranging, LIDAR) — лазерными локаторами, работающими в инфракрасном диапазоне. Последние позволяют передавать в систему управления трехмерную картину окружающей обстановки вокруг автомобиля, которая обновляется 15 раз в течение одной секунды. Как утверждают разработчики, поток данных только от одного лидара с круговым обзором превышает 1 Гбит/с. Благодаря комбинированию датчиков различных типов система управления остается работоспособной в различных условиях освещенности (включая полную темноту) и погодных условиях.

 

Рисунок

Информация, поступающая со всех датчиков, обрабатывается специальным ПО с элементами искусственного интеллекта, которое позволяет определять точное местоположение автомобиля и на основе анализа окружающей обстановки формировать управляющие команды в режиме реального времени. Аппаратная часть бортового суперкомпьютера представляет собой стоечные серверные системы, построенные на базе двух- и четырехъядерных процессоров Intel Core 2 Duo и Intel Core 2 Quad. Оборудование весом почти в полтора центнера занимает практически весь багажный отсек автомобиля.

В начало В начало

КомпьютерПресс 11'2008

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует