谷歌无人驾驶

behindtdark 2017-10-06

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上一篇文章已经提到，高速公路上的自动驾驶目前已经没有实质上的技术困难，比较乐观的估计在5年后会实现商业化。但谷歌想要做的是全路况的无人驾驶，在路况复杂的城市道路上也要实现。我下面的几篇文章就会详细介绍谷歌的无人驾驶系统。

谷歌无人驾驶原型车

要想无人驾驶，首先要像人类的眼睛和耳朵一样，准确的感知周围的环境。下面我们来看看谷歌无人驾驶汽车上的传感器，看看谷歌都采用了哪些神奇的科技。

首先大家想到的恐怕是GPS，因为大家都在用，谷歌也不例外。但让人略微失望的是，谷歌GPS和大家的没有什么大的不同，精度也在5米左右。目前的普通智能手机都可以达到这样的精度。这样的精度用于导航是足够的，用于无人驾驶控制那是远远不够的。尽管可以采用非常昂贵的技术把GPS信号进行更加精细的校准，精度也只能提高到1米左右了。要做到无人驾驶控制，位置精度需要达到10个厘米，也就是说车辆在地图上的位置误差不超过10厘米，大概1个铅笔的长度。况且考虑到GPS信号在通过立交桥下面，进入隧道时会发生缺失的情况。在无人驾驶过程中没有位置信号了，那可不是闹着玩着，弄不好会出安全事故。所以说谷歌的GPS和大家的没啥区别，只用于导航。

也许有人会说我国的北斗导航能达到厘米级别（CCTV上有人这么讲过把北斗导航用于精确测量驾校中的倒车入库的位置），对此我也只能呵呵了，实际情况和说的经常有差距。

GPS接收器

接下来大家想到的是什么？雷达，摄像头？是滴，谷歌都装备了，下面先说说雷达。

在保险杠的的4个角上，谷歌装了4个雷达。这4个雷达用于测量车辆周围物体的距离，以及移动的速度。这4个雷达并无太多特殊之处，因为它们和目前已经应用的自适应巡航ACC（Adaptive CruiseControl）的雷达没啥区别。自适应巡航ACC一般用在高速公路上，把握好方向盘，设定好车速，启动自适应巡航，然后系统就接管了油门和刹车，脚就可以放在一边休息了。当发现前面有慢车会自动降速跟随，不用担心有追尾的危险。如果前车提速或者变道了，系统就会自动提速到设定好的车速。自适应巡航ACC作为一个选配被中高档车辆广泛采用，例如吉利的博瑞17.68万就能买到，和Volvo同步的技术。

装在保险杠上的4个雷达

在车子前部安装有一个摄像头，就像人类的眼睛一样盯着前方。目前有些高档汽车采用的车道保持辅助系统LKAS（Lane KeepingAssistance System），就是用摄像头实时捕捉车道信息，当发现车辆偏离了车道而且没有打方向灯，LKAS就会自动调整方向把车辆调回到车道上。LKAS需要在公路上的车道划线是比较清楚的。目前尚不确定谷歌是否也用摄像头来捕捉车道信息。但可以确定的是谷歌用这个摄像头捕捉交通指示牌，红绿灯，以及行人，自行车手的手势信息等。这需要用到计算机视觉技术（Computer Vision），这又是一门快速发展的非常前沿的学科，对自动驾驶有着重大的意义，将来我会发文具体阐述。

前视摄像头

到目前为止，好像谷歌并没有用到什么神奇的技术。别着急，大招总在后面，下面闪亮登场的是激光雷达（lidar）。

看到谷歌的原型车，大家都会注意到车顶上一个圆嘟嘟的东西，还在不停的旋转。那里面装的就是激光雷达（Lidar），这才是谷歌自动控制的核心传感器。激光雷达此前并不用于汽车，而是广泛用于遥感测量，为了测绘地形地貌，有的飞机上就载着它飞来飞去，下面的地形地貌的3D数据就会测量出来。Lidar的原理和雷达类似，只是它发出的电磁波是能量密度集中的激光（通常是不伤眼睛的不可见光），当射出一道激光后，等待收到反射信号，距离就是：时间差*光速/2。然后Lidar会偏离一个很小的角度再发射激光测量，如此下去一秒钟可以射出十几万次的激光束，也就是完成十几万次的测量。它的精度相当高，可以达到厘米级别。这是为什么谷歌采用它的原因。谷歌的激光雷达能同时发出64束激光束，最快每秒旋转20圈，也就是每1/20秒，或者50毫秒生成一张周围的3D图像，它的测量范围是120米，精度达到2厘米，每秒钟采集2.2M的数据信息，这几乎相当于20M的宽带全速下载的数据，存储并实时处理如此海量的数据肯定不是一件简单的事情，我的下一篇文章就会详细讲述谷歌无人驾驶是如何实现控制的。

激光雷达Lidar

激光雷达生成的实时3D图像

至此，谷歌无人驾驶的传感器基本上讲完了。为什么是基本上，因为还有一颗装在后车轮附近的雷达没讲。这颗雷达的类型是超声波雷达，这种雷达就再普通不过了，我们的倒车雷达就是这种类型，它只能检测非常近的距离。为什么谷歌还需要这颗雷达呢？我们来分析一下。激光雷达的是有盲区的，因为激光要在车顶之上，在车辆底部的就形成一个无法测量的圆形区域。用于自适应巡航的雷达是用于远距离测量的，对于近距离测量的精度还不够，而在泊车时的精度需要达到厘米级，这时候善于近距离测量的超声波雷达就派上用场了。可以确定的是这颗雷达主要的作用是自动泊车。