手把手教你做無人駕駛汽車（二）

本文作者： Roboticists

2016-12-06 16:22

導(dǎo)語(yǔ)：無人駕駛技術(shù)的核心在于軟件技術(shù)，一個(gè)由黑客所搭建的軟件系統(tǒng)，自然與眾不同。

雷鋒網(wǎng)按：作者夾子，汽車行業(yè)資深從業(yè)者，微信公眾號(hào) Roboticists。本文為《手把手教你做無人駕駛汽車》系列第二篇。其他兩篇可點(diǎn)擊《手把手（一）》、《手把手（三）》。

無人駕駛是一個(gè)軟件問題

這兩年很多車企都開始做自動(dòng)駕駛，無論是德系三強(qiáng)還是美國(guó)通用，亦或是日本兩田，以及國(guó)內(nèi)的各家。無一例外的，在車企的傳統(tǒng)思維模式里，自動(dòng)駕駛應(yīng)該是由ACC、AEB、LKA、PPS、TSR……這一系列的功能組成。由此，車企們會(huì)說：因?yàn)樾枰@些功能，我們需要在車上安裝一個(gè)前置毫米波雷達(dá)，需要一個(gè)Mobileye攝像頭，需要超聲波傳感器……也就是說，按照車企們的想法，加上了這些傳感器和它們的控制器，就可以完成ACC、AEB、LKA、PPS、TSR的功能，就可以完成自動(dòng)駕駛。

真的如此嗎？

手把手教你做無人駕駛汽車（二）

我們也看到，另外一邊，包括谷歌百度以及一些無人駕駛初創(chuàng)公司，并不強(qiáng)調(diào)這些傳感器，以及它們對(duì)應(yīng)的功能，而只需要一個(gè)視頻就解釋了一切：視頻中駕駛員高高舉起雙手，告訴所有人，這是一套面向Level4的無人駕駛系統(tǒng)。也就說明這輛車的駕駛智能與人的相似。使用者不會(huì)也不需要在意是否它能夠ACC，AEB，LKA，PPS，TSR……因?yàn)檫@些功能對(duì)于無人駕駛汽車來說都是基礎(chǔ)得不能再基礎(chǔ)的功能——就像你拿到一部智能手機(jī)不會(huì)問它是否可以發(fā)微信一樣。對(duì)于Level4的無人駕駛而言，這是一個(gè)純粹的軟件問題，硬件的區(qū)別微不足道。

面向無人駕駛的軟件方案

今年4月3日，George Hotz創(chuàng)立的comma.ai收到了硅谷風(fēng)投Andreessen Horowitz的310萬美元的種子輪投資，用以研發(fā)低成本的無人駕駛套件。筆者相信吸引投資人的并不是前文中所寫的硬件平臺(tái)，而是George Hotz的軟件。正如Andreessen Horowitz在他的A16z主頁(yè)上所寫的：Software Is Eating the World，軟件正吞噬全世界。無人駕駛技術(shù)的核心在于軟件技術(shù)，一個(gè)由黑客所搭建的軟件系統(tǒng)，自然與眾不同。

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無人駕駛汽車的開源構(gòu)架

就像LAMP(Linux, Apache, MySQL, PHP)之于建網(wǎng)站一樣，無人駕駛汽車也需要一套軟件構(gòu)架。從筆者了解到的信息，George Hotz使用的應(yīng)該是自己開發(fā)的基于Ubuntu+Python的軟件框架。這套框架的好處在于開發(fā)靈活，以及與深度學(xué)習(xí)軟件庫(kù)能很好得進(jìn)行整合（我們知道Caffe是用python進(jìn)行開發(fā)的，關(guān)于這方面后續(xù)文章會(huì)進(jìn)行詳述）。既然黑客George Hotz的軟件神秘又高級(jí)，普通人想開發(fā)無人駕駛的軟件怎么辦？好消息是，這套構(gòu)架有開源的選擇，對(duì)于普通開發(fā)者而言這套系統(tǒng)完全足夠做初期的研發(fā)：有社區(qū)支撐，使用人數(shù)眾多，有許多開源算法可以調(diào)用，而且不需要為昂貴的開發(fā)平臺(tái)支付使用費(fèi)用。

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筆者提供的無人駕駛軟件方案也使用Ubuntu作為操作系統(tǒng)，使用ROS(Robot Operating System機(jī)器人操作系統(tǒng))作為軟件中間件，并且使用ROS自帶的RVIZ進(jìn)行可視化調(diào)試。

我們感受一下調(diào)試界面：

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ROS的優(yōu)點(diǎn)

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（ROS起初為控制PR2機(jī)器人所研發(fā)）

ROS擁有一個(gè)很強(qiáng)大的社區(qū)，學(xué)術(shù)界很多項(xiàng)目都使用ROS作為平臺(tái)發(fā)布他們算法。有很多有趣的軟件包值得我們?nèi)L試。ROS擁有基本上所有我們?cè)凇妒职咽郑ㄒ唬分刑岬降膫鞲衅黩?qū)動(dòng)，以及調(diào)試時(shí)用來顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的RVIZ模塊，記錄數(shù)據(jù)log的模塊。ROS最大的優(yōu)點(diǎn)在于它定義了標(biāo)準(zhǔn)的、符合機(jī)器人學(xué)要求的數(shù)據(jù)通信格式，這使得各種算法可以順暢得互相協(xié)作。從傳感器的驅(qū)動(dòng)、到圖像識(shí)別、到LiDAR數(shù)據(jù)的拼接生成地圖、到傳感器融合、到軌跡生成、到車輛控制。ROS在每個(gè)環(huán)節(jié)都有維護(hù)很好且易于配置的開源組件可以選擇。當(dāng)我們熟悉了ROS系統(tǒng)后，我們可以很快搭建出一套簡(jiǎn)單的無人駕駛系統(tǒng)。

ROS的缺點(diǎn)

當(dāng)然，ROS有他非常直接的缺點(diǎn)。作為一個(gè)控制系統(tǒng)，基于標(biāo)準(zhǔn)Ubuntu的ROS只能說是一套好用的系統(tǒng)，并不是一個(gè)可靠的系統(tǒng)。它的通信常有丟包以及延遲不穩(wěn)定的情況。所以整套系統(tǒng)使用ROS來進(jìn)行控制，整個(gè)控制周期很難提高，且穩(wěn)定性不足。當(dāng)然我們也看到很多研究機(jī)構(gòu)如Hitachi和BMW都對(duì)ROS在自動(dòng)駕駛研究的可行性上做了研究。需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化后，以及保證程序的通信以及運(yùn)行負(fù)載不超過閾值的情況下，ROS才能作為控制系統(tǒng)的中間件使用。

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為什么選擇ROS

正如本文開頭所言，自動(dòng)駕駛是一個(gè)軟件問題。其核心的問題是一個(gè)又一個(gè)的算法問題。ROS可以讓我們專注于算法，而無需關(guān)注太多系統(tǒng)上的“麻煩事”。ROS合適的數(shù)據(jù)接口以及多對(duì)多的通信方式使得模塊之間的解耦非常充分，使得我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)之初就可以充分得將系統(tǒng)拆分為幾個(gè)獨(dú)立的模塊，并可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā)。順便說一下，第一個(gè)使用ROS控制無人駕駛汽車的正是參加DARPA挑戰(zhàn)賽的斯坦福大學(xué)。

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