今天，Udacity的員工David Silver在外媒Medium上發(fā)文，科普了Udacity自動駕駛技術(shù)中的四個子系統(tǒng)。這份介紹輕快簡明，條理清晰，是篇不錯的自動駕駛?cè)腴T讀物。

　　在我工作的Udacity有一輛無人車，我們叫她Carla。

　　整體來說，Carla上主要有四個子系統(tǒng)，分別為傳感(Sensor)系統(tǒng)，感知(Perception)系統(tǒng)，決策(Planning)系統(tǒng)和控制(Control)系統(tǒng)。接下來我將為大家一一講解Udacity的無人車是如何通過這些技術(shù)工作的。

　　每個系統(tǒng)中都包含很多小環(huán)節(jié)

　　傳感(Sennor)

　　Carla的傳感器系統(tǒng)中含有從環(huán)境中收集數(shù)據(jù)的物理硬件。

　　例如，Carla擋風(fēng)玻璃的頂部安裝了一些相機，用戶能根據(jù)需要調(diào)整相機的數(shù)量。通常情況下，1到3個相機會排成一排。

　　擋風(fēng)玻璃上的相機

　　Calar自帶一個嵌入至保險杠的前置雷達，此外，車頂上還安裝了一個360度激光雷達，是收集環(huán)境數(shù)據(jù)的主力。

　　激光雷達傳感器(左)和采集到的點云數(shù)據(jù)(右)

　　有時Carla也會用到其他傳感器，比如GPS、IMU和超聲波雷達等。從這些傳感器中收集到的數(shù)據(jù)匯將交由感知器處理。

　　感知(Perception)

　　Carla的感知子系統(tǒng)負責(zé)將原始的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的環(huán)境信息。根據(jù)功能不同，我們可將感知系統(tǒng)的組件分為兩個區(qū)塊：檢測模塊與定位模塊，兩者各司其職。

　　檢測模塊需要從傳感器的環(huán)境信息中檢測車輛外部的物體，包括信號燈的檢測與分類、物體檢測與追蹤和自由空間探測?！?/p>

　　車輛、行人、信號燈、指示牌……不同類別的物體被不同顏色的檢測框圈起

　　定位模塊告訴我們車輛的具體位置，這是一項聽起來容易但做起來難的事。Carla自帶的全球定位系統(tǒng)(GPS)幫助準確定位，但GPS的精度只能精確到1至2米，對無人車來說，這種精度遠遠達不到上路的要求。一輛自認為在車道中心行駛的車，如果加上這一兩米的誤差，可能會撞到行人或路崖。

　　所以，僅用GPS定位還不夠。Carla結(jié)合了高精地圖、激光雷達傳感器和復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，將誤差縮減到10厘米內(nèi)。激光雷達先掃描外部環(huán)境，將看到的與高精地圖做對比，最后找到精確的定位。　

　　Carla將自己定位在一張高精地圖上

　　之后，感知系統(tǒng)將其結(jié)果輸出至決策系統(tǒng)上。

　　決策(Planning)

　　Carla的決策系統(tǒng)簡明易懂，決策裝置構(gòu)建了一系列路徑點，Carla只需沿路追尋這些點即可。值得注意的是，每個路徑點都有指定位置，并且與目標速度相關(guān)聯(lián)。當(dāng)Carla經(jīng)過路徑點時，將與位置與速度相匹配。

　　同時，決策系統(tǒng)還負責(zé)根據(jù)感知器提供的數(shù)據(jù)預(yù)測其他車輛的運動軌跡，不斷重新規(guī)劃調(diào)整路徑點的位置。

　　舉個例子，如果決策系統(tǒng)預(yù)測Carla前面的車輛會減速，則決策系統(tǒng)會讓Carla也走得慢點。之后，決策系統(tǒng)會根據(jù)軌跡生成組件創(chuàng)建新的減速路徑點?！?/p>

　　對策系統(tǒng)對信號燈和交通標志等信息的處理也是用這種方法計算的。

　　一旦決策系統(tǒng)已經(jīng)生成了新路徑點路徑，那這些路徑會被傳送至最后一個子系統(tǒng)，即控制系統(tǒng)。

　　控制(Control)

　　控制系統(tǒng)通過加速或剎車的方式驅(qū)動車輛行進，并且掌握第一手的車輛運行數(shù)據(jù)。這其中有些純電子數(shù)據(jù)，有些則是物理數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)你坐在Carla里時，你會發(fā)現(xiàn)它自身也帶方向盤。

　　控制系統(tǒng)將路徑點作為輸入信息，在決策系統(tǒng)的幫助下控制車輛速度。之后，控制系統(tǒng)將路徑點和速度等信息傳遞給控制器。為了實現(xiàn)預(yù)定軌跡，控制器需要規(guī)劃方向盤、加速、剎車等部件的動作。

　　控制系統(tǒng)可用很多算法將路徑點映射成方向盤和油門的相關(guān)指令，這些不同的算法被稱為控制器。Carla用的是簡單的比例-積分-微分控制器(PID控制器)，當(dāng)然還有其他復(fù)雜的控制器可供選擇。

　　總結(jié)

　　我們將上面的四個系統(tǒng)的功能總結(jié)一下，可以梳理出Udacity自動駕駛汽車的工作流程。

　　首先，傳感系統(tǒng)從Carla的相機、雷達和激光雷達中收集環(huán)境數(shù)據(jù)交于感知系統(tǒng)，感知系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)在環(huán)境中檢測物體并定位。之后，決策系統(tǒng)利用環(huán)境數(shù)據(jù)創(chuàng)建Carla的行進軌道?？刂破魍ㄟ^方向盤、油門和剎車等保證車輛在預(yù)定軌道上行駛。

　　Carla進行了很多測試，她已經(jīng)可以從山景城跑到舊金山了。Udacity的學(xué)生也可以在課程結(jié)束時把設(shè)計的代碼加載到Carla上，看看在測試軌道上的駕駛情況如何。

　　我們?yōu)镃arla自豪。