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Wie unsere unbemannte Straßenbahn die reale Stadt sieht

Hallo Habr!

Im Allgemeinen gibt es eine experimentelle Straßenbahn, die im Rahmen der Tests manchmal eine der Strecken entlangfuhr. Der Autopilot wird in einem geschlossenen Bereich und in städtischen Gebieten getestet - ein aktiver Assistent des Fahrers eines Autofahrers. Der Straßenbahnfahrer fährt mit den Händen auf der Steuerung, aber es wird der autonome Autopilot getestet. Die Straßenbahn unterscheidet sich optisch nicht von der üblichen, da wir zusammen mit dem Hersteller die Instrumentenblöcke weit unter den Paneelen zusammengepfercht und die Schnittstellen auf Standardbildschirme gebracht haben. Das einzige - er kann mehrere Kameras unter der Windschutzscheibe sehen, die unter der Haut des Radars versteckt sind, und einen GPS-Sensor auf dem Dach. Ja, manchmal hängen wir Lidar zum Debuggen auf.

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Während der Tests haben wir gelernt, dass die Straßenregeln und die reale Situation auf den Straßen, selbst für eine Straßenbahn, sehr unterschiedliche Dinge sind.

Im Allgemeinen ist eine Straßenbahn ein idealer Sandkasten für einen kompletten Autopiloten eines Autos. Wir haben es bereits implementiert. Unsere Cheats:

  • Wir kennen die Route und haben die Garantie, dass unser Fahrzeug damit nirgendwo hin fährt.
  • Sie können vorausfahren und die Punkte mit Ampeln usw. markieren, damit das System sie leichter erkennen kann.
  • Eine Straßenbahn kann nicht in Fahrspuren wechseln. Der größte Teil der Ladung des Autopiloten hängt von „Wo kann man jetzt rollen?“ Und Tausenden von Szenarien ab, und wir können nirgendwo rollen.
  • Es verlangsamt sich fast augenblicklich und ein wenig scharf, dh Vorhersagen über die Bewegung anderer Fahrzeuge auf der Straße sind weniger kompliziert.

Was wirklich das Problem ist, sind Menschen an Haltestellen, die zuerst versuchen zu klettern und ihr Leben riskieren.

Testphasen


In den ersten beiden Phasen haben wir einen Autopiloten in geschlossenen Bereichen durchgeführt (Werk \ Depot \ Standort vor dem Depot). Eine Straßenbahn kann sich entlang einer Route bewegen, an Haltestellen anhalten und Türen öffnen, Fußgänger und Autos vorbeifahren lassen und vor Hindernissen anhalten. Gleichzeitig haben wir einen Fahrerassistenten entwickelt, der bereits unter städtischen Bedingungen getestet wurde. Der Assistent besteht aus zwei Hauptsubsystemen. Geschwindigkeitsbegrenzung (OS): Stellt sicher, dass der Fahrer die Geschwindigkeit nicht überschreitet (z. B. können Brücken gemäß den Regeln für den technischen Betrieb von Straßenbahnen nicht schneller als 20 km / h und in Tunneln - 10 km / h gefahren werden. Pfeile müssen mit einer Geschwindigkeit von 5 km / h gefahren werden h usw.). Die andere ist die automatische Bremsung (AT), die sicherstellt, dass der Fahrer niemanden zerquetscht: Sie verlangsamt sich (bis zu einem vollständigen Stopp) vor Straßengefahren, roten Ampeln,geschlossene Pfeile. In diesem Fall erfolgt die Steuerung der Straßenbahn zusammen mit dem Fahrer. Dies ermöglichte es uns, verschiedene Teile der Drohne unter immer schwierigeren Bedingungen reibungslos zu testen.

Schließlich sind wir gerade dabei, den Autopiloten auf einer Live-Route zu testen. Im Rahmen der Hilfesystemtests fahren wir derzeit die reale Route, aber unsere Straßenbahn nimmt keine Fahrgäste an Haltestellen auf und hält häufig nicht an diesen an. Dies ist von weitem nicht sichtbar, und niemand liest die Inschrift „Run-in“, insbesondere an Orten, an denen es eine einzige 17. Route gibt. Daher gehen die Leute oft mutig gegen uns vor, wenn wir davon ausgehen, dass wir an der Bushaltestelle stehen werden.

Dieselben Leute


Wenn es für Co-Piloten von landwirtschaftlichen Maschinen und Mähdreschern wichtig ist, die maximale Effizienz der Getreideernte sicherzustellen und nicht in einen Traktor zu fliegen, ist die Situation anders. Es geht um Effizienz, aber die Hauptsache ist, nichts zu stürzen. Und niemand. Dies hat auch eine wirtschaftliche Rechtfertigung, da eine Straßenbahn, die in einen Unfall geraten ist, nicht nur Reparaturkosten verursacht, sondern auch ein einfaches teures Fahrzeug in einem Depot, dh entgangenen Gewinn, und oft auch eine einfache ganze Linie für lange Zeit.

Auf der anderen Seite haben wir ein Radar und bereits drei Kameras, um zu beobachten, was passiert. Dies bedeutet, dass wir Hindernisse sehr genau identifizieren können.

Das Problem ist, dass sich die Straßenbahn oft mit Menschen kreuzt. In Moskau stehen die Menschen direkt am Rande des Weges auf der Plattform und scheinen im Wind zu schwanken.

Unser Kollisionsvermeidungsmodell führt folgende Bedingungen aus:

  • Erkennt Hindernisse und berechnet deren Flugbahn, mögliches Verhalten.
  • Es bestimmt die Momente der Überschneidung mit unserer Flugbahn und die Zeit davor.
  • Es reduziert die Geschwindigkeit im Voraus und benachrichtigt oder verlangsamt dringend.
  • All dies wird durch eine Radarsuche nach Hindernissen ergänzt.

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Fußgänger im Modell sind Dinge, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu acht Stundenkilometern zu Fuß, beim Joggen oder Springen bewegen können. Sie haben fast keine Trägheit, sie haben kleine Dimensionen - im Allgemeinen ein fester Zufall. Und auf keinen Fall sollten sie zerquetscht werden.

Insbesondere arbeiten wir derzeit an einem vielversprechenderen Multi-Hypothesen-Modell. Wir verstehen, dass Fußgänger an diesem Ort entweder die Plattform entlang gehen oder darauf stehen oder die Straße entlang dieses Pfades überqueren können. Nun, wenn keines der Modelle passt, dann wird bereits in diesem Fall eine Person als unzureichend eingestuft, und dann, ja, ein solider Zufall, scheuen wir ihn in alle Richtungen.

Die ersten Firmware-Versionen konnten nicht zum Stillstand kommen: Unvorhersehbare Menschen standen zu nahe. Der Straßenbahnfahrer schaltete den Copiloten auf dieser Fahrt bei jedem Stopp aus.

Sie können natürlich die mögliche Angst des Modells in der Nähe der Haltestelle verringern (wir wissen, wo sie sich befindet, die Route ist festgelegt) und sie auf dem Weg erhöhen. Dies ist eine gute Option, um das Verandaproblem zu lösen, aber unwirksam, wenn dennoch ein Held aus dem Weg springt.

Ich musste Skelettmodelle für jeden einzelnen Fußgänger erstellen (auch in der Menge, was keine sehr triviale Aufgabe ist) und die Position der Gelenke überwachen. Jetzt glaubt die Straßenbahn, dass die meisten Fußgänger selten mit dem Rücken nach vorne fahren. Wir haben eine mehr oder weniger interessante Stichprobe von Fußgängern gesammelt, die über den Weg liefen, und das neuronale Netzwerk trainiert, um die Absicht in charakteristischen Positionen zu erkennen. Es ist gut geworden. Ruhm für moderne Technologien, die es ermöglichen, zu Beginn des Weltraumzeitalters so viel Rechenleistung in eine kleine Box zu packen wie auf dem gesamten Planeten.

Wir haben Stopps - in Bodennähe (unter Berücksichtigung des Geländes entlang der Route), und wir wissen bereits, wie man Bewegungen gut vorhersagt. Da wir diese Funktion nicht kannten, baten wir um die Vorbereitung des ersten Prototyps im Jahr 2018 für einen Notfall, wobei wir auf einen normalen harten Stopp zählen. Ich schlug und flog dann in den Salon. Der Fahrer sagte: "Ich habe dich gewarnt: Halt dich fest." Passagiere finden dies sehr selten; Ich bin sicher, dass bei einer Notbremsung fast der gesamte Innenraum herunterfallen wird.

Ampeln


Wenn ein Fahrer auf einer neuen Route ankommt, „fährt“ er ihn hinein: Er unternimmt eine oder mehrere Fahrten entlang der neuen Route mit einem erfahrenen Kutscher, der diese Route hunderte Male rollte. Wir „rollen“ das System auch in die Route, markieren es im Voraus, was eine hohe Genauigkeit des Systems gewährleistet. Das zweite unangenehme Merkmal der Route ist, dass die Fahrer in den ersten Tests dieselben Fehler wie der Autopilot machen, ohne die Route zu markieren, und versuchen, Zeichen zu erkennen und ihre Bewegung zu kontrollieren. Das ist ermutigend. Durch Markieren der Route wurde Genauigkeit erreicht.

Wenn wir die genaue Position der Ampeln kennen, können wir zum einen die Anforderungen an die Genauigkeit des Detektors senken (wenn ein Fehler vorliegt, wenn kein 100% iger Verkehr vorhanden ist, ist dies nicht sehr kritisch), und zum anderen können wir über die Reaktion auf die Position der Ampel entscheiden. An einer bestimmten Kreuzung wissen wir mit Sicherheit, welche der Ampeln zu uns gehört (und welche nicht), wo sie eine Haltelinie hat, wie viel Grün sie hat und welche Art von Signal für uns zulässig ist.

Wenn wir die Topologie der Kreuzung nicht kennen, können wir, nachdem wir das blinkende Grün passiert haben, beginnen, die rote Ampel-Zweitbesetzung auf der anderen Seite der Kreuzung zu verlangsamen. In unserem System wird dies jedoch berücksichtigt: Die entfernte Ampel regelt den Durchgang genau durch den Anfang der Kreuzung und nicht durch das Ende.

Wenn dies ein Verbotsignal ist, müssen Sie die Ankunftszeit an der Ampel und die mögliche Geschwindigkeit berechnen.

Die Umgebungsbedingungen sind für die Notbremsung sehr wichtig. Wenn die Schienen nass oder eisig sind und das Bremsen nicht richtig ist, fährt der Wagen vorbei. Sie müssen entweder die Schienenbremse abschneiden (bei der Straßenbahn gibt es übrigens drei verschiedene Bremsen) oder versuchen, die Straßenbahn reibungslos aus der Kufe zu nehmen und auf normale Weise zu bremsen. Eine Schienenbremse bricht beispielsweise Wege. Daher berücksichtigt unser Geschwindigkeitsprofil (oder die Berechnung des Bremswegs) diese Bedingungen. Andernfalls können Sie aus dem Weg fliegen und zum Benutzer gehen.

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Die Berechnung des Bremswegs erfolgt anhand der Krümmung der Strecke, eines bestimmten Streckenabschnitts und des Erfassungszustands. Dies bedeutet, dass es im Regen schwieriger und in der Hitze einfacher ist, langsamer zu werden. Die Straßenbahn „kennt“ das Wetter, indem sie erkennt, was auf der Straße passiert, und auf die ersten vorsichtigen Aktionen am Anfang der Strecke und entlang ihres Kurses reagiert (dh der Copilot reagiert auf den Beginn des Regens). Es gibt verschiedene Verkehrsprofile (wir haben sie von Festnetz-Straßenbahnen gesammelt, damit wir wissen, wer sie normalerweise überschreitet, aber natürlich lassen wir die Fahrer nicht nach Mosgortrans herunter: Sie haben uns sehr geholfen) - von starkem Regen und Schnee bis zur Sonne und "Eis". Sie können jeden von ihnen über die Benutzeroberfläche vorab auswählen und festheften. Standardmäßig kennt die Straßenbahn die Umgebung selbst.

Wenn der Fahrer also nicht auf die verbotene Ampel reagiert, wird die Straßenbahn zuerst langsamer und dann sanft langsamer.

Hier warteten wir auf den zweiten Block voller Überraschungen. Die frühen Freisetzungen des Copiloten waren vorsichtig und hielten die Straßenbahn wenige Meter von der Ampel entfernt an. Die Fahrer schüttelten traurig den Kopf und sagten, dass in Russland ein solcher Autopilot zum Scheitern verurteilt ist. Es stellte sich heraus, dass Sie enger aufstehen müssen, da sonst beispielsweise das Heck einer langen Straßenbahn an der Kreuzung herausragen kann. Infolgedessen fordert der Roboter jetzt mehrere Streckenläufe mit dem Bediener an, um alle Funktionen kennenzulernen, und weiß, welche Ampeln Sie benötigen, um fest aufzustehen.

Kreuzung


Der nächste Teil des traurigen Kopfschüttelns traf uns an der Kreuzung während der Hauptverkehrszeiten.

Die Straßenbahn, die am Morgen mit einem Knall die Kreuzung passierte, war dumm.

Es stellte sich heraus, dass an einer belebten Kreuzung in den Köpfen der Fahrer - neuronale Netze, in denen die Priorität "schneller fahren" Vorrang vor der Sicherheit hat. Und sie werden fast dicht an der Seite der Straßenbahn gerieben. Bewegung bedeutet eine hohe Kollisionsgefahr.

Und dann das Interessanteste: Wie man das System so konfiguriert, dass sich die Straßenbahn unter so schwierigen Bedingungen bewegen kann und das System beim Bremsen nicht ununterbrochen arbeitet. Daher müssen Sie sich zuerst bewegen, dies ändert die Reaktion der Fahrer, und dann müssen Sie diese Reaktion erneut bewerten. Dies ist eine der nicht trivialsten Aufgaben.

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Das zweite Merkmal sind Idioten auf den Straßen, die von kleinen zur Seite fliegen und weiter eilen.

Da die reale Situation während der Hauptverkehrszeiten häufig von wiederholten Verstößen anderer gegen die Regeln begleitet wird, möchte der Fahrer häufig die Kontrolle übernehmen, damit die Straßenbahn nicht vorsichtig wird. Wir haben die Schaltfläche "10 Sekunden Freiheit" gedrückt, wenn das System heruntergefahren und Einschränkungen aufgehoben werden. Meistens verwendet der Fahrer es jetzt an „gesperrten“ Kreuzungen. Die Häufigkeit der Verwendung dieser Schaltfläche ist einer der KPIs, anhand derer wir die Qualität des Systems bewerten.

Wie man in eine bessere Zukunft kommt


Die erste Stufe besteht darin, Kollisionen zu vermeiden, den Fahrer zu unterstützen und schneller als er auf lebhafte Bedrohungen zu reagieren.

Auf der zweiten Ebene gab es einen Fahrersteuerungsmodus: Er schaltet den Pfeil entlang der Route um, steuert die Geschwindigkeit der Abschnitte (der Fahrer kann jetzt schneller als mit sicherer Geschwindigkeit in die Kurve einfahren oder den 15. Lauf im Eis halten), aber die Straßenbahn beschleunigt nicht schneller als mit der Profilgeschwindigkeit.

Wir können weitere Ebenen in geschlossenen Bereichen implementieren. Die Straßenbahn fährt unter menschlicher Kontrolle. Ein Copilot nimmt ihn mit auf die Strecke, berücksichtigt die Situation auf den Straßen, schützt manchmal die Straßenbahn und andere besser.

Und eine bessere Zukunft ist eine völlig autonome Straßenbahn.

Die Installation wurde auf Vityaz und Bogatyr getestet (diese Straßenbahn ist noch nicht auf den Straßen zu finden). Alles wird von ihnen über das CAN-Schnittstellenmodul gesteuert. Keine nicht nativen Module in der Kabine, alle über Systemschnittstellen. Ausrüstung - eine Kamera auf Glas.

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Wir verwenden POE-Kameras für industrielles Sehen mit verschiedenen Objektiven (Sie müssen weit nach vorne schauen, weit an den Seiten). Das Radar ist interessanter: Die Bewertung beträgt 160 Grad, die Reichweite 150 Meter, der Regen bricht durch. Wir brauchen auch einen hochpräzisen GNSS-Sensor für Navigations- und Integrationseinheiten mit der Straßenbahn. Die Verarbeitung erfolgt vor Ort, der 65 TFLOPS-Verarbeitungseinheit (sieht aus wie ein großer Kühlkörper mit Anschlüssen). Wie Sie sehen können, ist dies kein belarussischer Traktor für Autopiloten. Sie können hier teurere Ausrüstung bekommen.

Moskau und andere Städte bewegen sich in Richtung Stadtbahnverkehr. Es gibt weltweit ungefähr 300 entwickelte Straßenbahnnetze. Sie werden am besten in China, Russland und der Türkei hergestellt und entwickeln sich in Europa. In China ist die Entwicklung des Straßenbahnnetzes verrückt, weil es mit dem Regionalbudget und der U-Bahn mit dem Bundesbudget betrieben wird. Die Budgets der Region lassen sich leichter zuweisen und sind aktiver als die des Bundes. Neulich haben wir einen Vertrag mit FiTSCO unterzeichnet - dem größten chinesischen Bahnbetreiber . Wir starten unser System in Shanghai und werden den ersten Fall einer chinesischen Straßenbahn haben.

In Russland - 1.500 Straßenbahnen. In der Welt - 30.000. Produktion - nur 2.500 bis 3.000 pro Jahr, das heißt, jetzt werden wir bestehende Straßenbahnen mit der zweiten oder dritten Ebene ausstatten und dann mit der Integration mit den Herstellern fortfahren.



Sie kennen bereits unsere Copiloten für Mähdrescher und Traktoren , jetzt kennen Sie den Copiloten der Straßenbahn. Es gibt noch eine Rangierlokomotive. All diese Geräte machen in Bezug auf die Marktgröße ein Drittel des Automobils aus. Kein elendes Interesse, aber ein drittes. Und in diesem Markt sind nur wir jetzt mit solchen Technologien. Es ist also sehr interessant, nicht nur zu beobachten, wie sich die Welt verändert, sondern sie auch zu verändern.

Ich werde auch von Überraschungen bemerken, dass genau dieses Radar von unserer Entwicklung ist. Weil wir zuerst Daten von einer niedrigen Ebene sammeln mussten, um genauere Modelle in neuronalen Netzen zu erhalten, und dann irgendwie Wort für Wort den ersten Prototyp zusammenstellten - und los geht's. Ich denke, es lohnt sich, das Radar separat zu erfassen, wenn Sie interessiert sind.

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