«Побольше лидаров, побольше!»: невеселые мысли после соревнования беспилотников

Квалификационная неделя проходила на Дмитровском автополигоне, там организовали специальный участок для испытания беспилотных транспортных средств. В конце минувшего года мы съездили в Дмитров — посмотреть на первый в России полигон для беспилотников, но толку от той поездки получилось мало: снега по колено и никто ничего не испытывает. Поэтому просто прокатились с директором автополигона Денисом Загариным и позадавали вопросы.

Заснеженный полигон ждет первых конкурсантов «Зимнего города», декабрь 2018 г.

Этот испытательный участок открылся в апреле 2018 года, на нем успели поездить автономные машины НАМИ и ГАЗа.

Тестовые проезды машин от НАМИ и ГАЗа в октябре 2018 г.

Несмотря на компактность, тут есть все или почти все необходимые элементы инфраструктуры — фрагменты фасадов, передвижные светофоры, типичные виды дорожной разметки, бордюры, отбойники, шлагбаумы и т. д. Имеется даже водяная пушка, создающая взвесь из мельчайших дождевых капелек, имитирующих туман. А при температуре ниже четырех градусов пушка «стреляет» крупнокалиберным снегом. Есть вышка сотовой связи стандарта 5G, несколько приемопередатчиков Wi-Fi и металлический тоннель, призванный экранировать сигналы навигационных спутников, но с его размерами промахнулись: длины оказалось недостаточно, машины продолжают «видеть» GPS.

Тоннель, призванный экранировать сигналы GPS

Видимо, в будущем тоннель удлинят, а еще построят дождевую камеру, тоже в виде тоннеля.

Вот небольшой фрагмент нашего разговора с Денисом Загариным. Просим прощения за качество видео — неправильно выбрали объектив, и он время от времени жужжит фокусировочным моторчиком.

И вот в марте на новом полигоне состоялись квалификационные заезды конкурса «Зимний город».

Изначально заявилось 13 команд (да, это исключительно командное соревнование), но до полигона доехали 11. Еще две отсеяли уже перед стартом, причем по курьезно-незначительным причинам. Например, у команды «СмартВижнТомск» на пульте дистанционного управления не было кнопки «Пауза», предусмотренной регламентом, только кнопки «Пуск» и «Стоп». Функциональное различие между «Паузой» и «Стоп» прояснить затруднялись даже судьи — но регламент есть регламент.

Вот так должен выглядеть безупречный с точки зрения судей пульт управления

Ребята из Томска, кстати, сумели на месте переделать пульт, но время было упущено. В итоге в конкурсе осталось только девять команд. Среди которых, на удивление, не значились Яндекс и НАМИ, де-факто лидеры отечественной отрасли беспилотников. Организаторы объяснили это тем, что и НАМИ, и Яндекс являются партнерами технологических конкурсов UpGreat, и их участие может трактоваться как конфликт интересов. Честно говоря, такой довод кажется надуманным.

Соревновательная схема «Зимнего города» довольно запутанна, она подразумевает как тренировки, так и заезды на результат. Из восьми заданий, моделирующих разные дорожные ситуации, участник мог выбрать минимум четыре, за выполнение каждого начислялось определенное количество баллов. Чистота эксперимента, надо признать, была не абсолютной. С одной стороны, в момент заезда на полигоне не разрешалось находиться посторонним людям. Типа даже случайный взмах руки может сбить с толку сложную систему ориентации автомобилей. С другой стороны, за каждой из машин ходили судьи, и нельзя сказать, что они для электроники не были раздражающим фактором. Но удивляет сама формулировка ограничения на «случайный взмах руки»: зачем, простите, нужны автономные машины, которые можно сбить с толку одним непреднамеренным жестом? На реальных дорогах будет гораздо больше отвлекающих событий, к которым машины должны быть готовы. Странно как-то сводить такие соревнования к рафинированной схематичности. Но в то же время понятно желание организаторов соблюсти путь не идеальные, но более-менее равные для всех условия.

Поначалу из всех заданий самым сложным казался «Поворот налево через поток на нерегулируемом перекрестке», там беспилотнику нужно было вклиниться между двумя машинами. Но на откровенно пешеходных скоростях делать это оказалось несложно. Больше проблем возникало на «змейке» — S-образной траектории между двумя пластиковыми барьерами. И, как выяснилось в последний день, не все умеют двигаться в пробках.

Мы застали последний этап квалификации, в котором соревновались две команды — «АВТО-РТК» из Таганрога и «Иннотим» из Казани. Обе выставили машины, сделанные на базе KIA Soul, только казанский беспилотник был электромобилем, а таганрожцы довольствовались более дешевой бензиновой модификацией. Впрочем, тип привода для таких соревнований совершенно неважен.

Конкурс беспилотников — это прежде всего конкурс бюджетов. Пока нет никаких ограничений на применение датчиков и систем обработки информации, и команды идут, что называется, в лобовую атаку, обвешиваясь аппаратурой сообразно своим финансовым возможностям. Вот хорошая штука — лидар (лазерный радар), но уж очень дорогая. Например, 16-канальная модель Velodyne Puck VLP-16, которую в своей машине использует Яндекс, стоит от $4000. А более современный 32-канальный Velodyne Ultra Puck VLP-32A — минимум втрое дороже. И именно эта модель стала «хитом», ее использовали многие машины, участвовавшие в «Зимнем городе». И не по одному датчику, а по три-четыре.

Например, машину «АВТО-РТК» обвесили лидарами со всех сторон: один на крыше, два в переднем и заднем бамперах и еще пара — по бокам, на передних крыльях.

Лидары на машине «АВТО-РТК» закреплены со всех сторон

Конечно, лидарами у «АВТО-РТК» все не исчерпывается. Имеются и обычные (радиочастотные) радары, а на крыше стоят две оптические камеры в громоздких защитных кожухах, они обеспечивают стереозрение. Странно, что разрешение камер по нынешним меркам смешное, всего два мегапикселя (1920х1080). Рядом — GPS-антенна сервера точного времени и антенна Wi-Fi для дистанционного управления. А чуть позади — еще одна спутниковая антенна для инерциальной навигации (с отслеживанием угловых и линейных скоростей/ускорений) и антенны сотовой связи 4G для выхода в Интернет.

Две видеокамеры на крыше — не совсем стандартное размещение, обычно оптические датчики стараются смонтировать в салоне, на уровне глаз водителя

Разработчики говорят, что этого достаточно. На самом деле, конечно, неплохо бы иметь картинку с запасом по разрешению, но это добавит нагрузки на вычислительные мощности, которых и так в обрез: лидары генерируют какой-то безумный по плотности цифровой поток. Для его обработки ребятам из Таганрога пришлось применять отдельный компьютер, а два других обсчитывают навигационно-траекторные параметры и сводят воедино информацию со всех органов технического зрения. Вот как выглядит их мобильный вычислительный центр, спрятанный в багажнике KIA Soul:

«Начинка» беспилотника команды «АВТО-РТК». По секрету нам сообщили, что аппаратуры здесь на 20 млн рублей

Под массивной фермой с компьютерным оборудованием находятся два аккумулятора и инвертор. Удивительно, но инженеры из Таганрога даже не сделали подзарядку от штатного генератора автомобиля, только от сети. В итоге после одного из заездов «компьютерная электростанция» неожиданно разрядилась на морозе и ее пришлось экстренным образом подзаряжать в теплом боксе.

Но еще более странное решение — обход штатной системы управления автомобилем. Точнее, так: инженеры команды «АВТО-РТК» не смогли внедриться в CAN-шину KIA Soul и не придумали ничего лучшего, чем механически воздействовать на управляющие элементы!

«Механическая рука» управляет трансмиссией. Не самое изящное решение

Даже к датчикам ABS подключиться не вышло, и для точного измерения скорости и расстояния на заднее правое колесо навесили внешний оптический датчик оборотов.

Внешний оптический датчик одометра

Машина команды «Иннотим» попроще.

Автомобиль казанской команды «Иннотим»

Тут всего один лидар и три оптические камеры: две на крыше, одна внутри салона, по центру.

«Органы зрения» беспилотника «Иннотим»

Заезды выглядят так: всех посторонних удаляют с полигона, машина выезжает к стартовой черте — и пошел отсчет десяти минут, отведенных на одну из двух попыток.

«Зимний город», говорите? Ну-ну. Снег на асфальте растаял, обнажив разметку, никакого разгула стихии, никаких особых сложностей для позиционирования. Разве что работает водяная пушка, создающая завесу, непроницаемую для лидаров.

«Зимний город» оказался не совсем зимним, асфальт и разметка видны отлично

Так работает водяная пушка

Машина «Иннотима» долго не может тронуться с места, а когда ее, наконец, приводят в чувство, немедленно въезжает бампером в один из водоналивных отбойников на «змейке».

Удар о препятствие на первых же секундах заезда

Худо-бедно, но разворачивается, продолжает путь; медленно, аккуратно, как будто нет никаких хронологических ограничений.

Во второй попытке эта машина проезжает «змейку» резво, потом более-менее чисто проходит все другие выбранные упражнения. Но на последнем, там, где имитируется движение в пробке (нужно остановиться перед Daewoo Nexia, а потом стартовать вслед за ней), «иннотимовская» KIA вдруг трогается электронным рассудком и едет прямиком в бордюр.

«АВТО-РТК» «подвисает» все в той же «пробке», не в силах вовремя тронуться за Нексией.

Нексия давно уехала, а машина «АВТО-РТК» продолжает думать, что она стоит в глухой пробке

Потом долго медитирует на светофоре, не понимая, что красный давно сменился зеленым.

Пешеходов имитируют манекены

И в конце концов повторяет подвиг казанского коллеги, мужественно, не жалея бампера, атаковав бордюр.

Позже выяснится, что дурной нрав и любовь к бордюрам у «иннотимовской» машины проявились по вине человека, устанавливавшего антенну RTK (она передает поправку GPS-приемнику автомобиля, увеличивая точность позиционирования). Она, эта антенна, просто упала на землю!

RTK-антенна команды «Иннотим»

Судьи не проявили избытка великодушия и не стали считать падение стойки с антенной форс-мажором. По совокупности баллов «Иннотим» из конкурса вылетел. А вот команда «АВТО-РТК», несмотря на изрядное количество оплошностей, проходной балл набрала и теперь посоревнуется в финале с командами НГТУ, BaseTracK, «Зимний город» МАДИ и StarLine.

Ощущения от этого высокотехнологичного шоу остались противоречивые. Конечно, создатели беспилотников очень стараются, месяцами оттачивают алгоритмику и ПО. И конечно, каждая неудача их расстраивает. Даже ранит: показалось, что некоторые ребята из «Иннотима» натурально готовы были заплакать, когда их машина, потеряв ориентацию, поехала прямиком в бордюр. Но и неспециалисту было видно, что казанский беспилотник откровенно «сырой», у него общий накат едва превышает тысячу километров. Всего тысячу, и эта тысяча — по территории городка Иннополис. Та же Тесла, прежде чем заявить автопилот как коммерческую функцию, имела в общей сложности несколько миллионов тестовых километров. На фоне таких величин наши полустуденческие команды — дитятки из ясель. Стоит ли этим разработкам конкурировать между собой? Или все-таки лучше намотать свой миллион километров, отточить хотя бы базовые функции и только потом претендовать на пятый уровень автономности?

Однако если посмотреть на ситуацию не под коммерческим углом, а как на чистый НИОКР, то без очной конкуренции он рискует превратиться в муторную и безмотивационную работу. Как раз в соперничестве и рождается практическая истина, как раз наличие оппонента заставляет делать быстрее и лучше.

У команд, принявших участие в квалификации «Зимнего города», уровень очень разный. Лучше всех, по мнению судей, подготовлены оказались команды НГТУ (Нижегородского государственного технического университета), МАДИ и «Старлайна», это уже близко к устойчиво четвертому уровню автономности. И результатам, показываемым зарубежными командами, например, в таких конкурсах, как DARPA Grand Challenge. Увы, пресловутый пятый уровень автономности, при котором беспилотник может свободно и на нормальной скорости двигаться в общем транспортном потоке, пока не достигнут. И, вероятнее всего, не будет достигнут, так как поменяются приоритеты.

Даже на примере «Зимнего города» мы видим, насколько беспилотники зависимы от инфраструктуры. Антенна упала — все, машина пошла вразнос. Пошел снег — лидары «ослепли». Потерялась связь со спутниками — куда ехать-то? И это мы еще толком не видели конкурсантов в настоящих зимних условиях, с заметенной разметкой, сугробами на обочинах и заляпанными грязью дорожными знаками. Кстати, именно такие (или похожие) условия будут смоделированы в финале конкурса, в декабре, когда беспилотники должны будут проехать 50 км не более чем за три часа. Думается, нас ждет увлекательное шоу и немаленькая порция разочарований в прорывных технологиях.

По всей видимости, задача постройки автономного автомобиля, способного на равных ехать с автомобилем, управляемым живым водителем, вообще утопична и бессмысленна. Гораздо дешевле и эффективнее создавать что-то типа выделенных полос для автономного транспорта, с радиометками, со стационарными антеннами RTK, с аварийными съездами и прочими элементами специфической инфраструктуры. Передвижение по таким участкам будет быстрым и безопасным. И, постепенно расширяясь, они начнут занимать полосы для обычных автомобилей. Так и развиваются технологии, step-by-step. Можно будет отказаться от накачки автомобиля всеми известными технологиями, «и побольше, побольше, побольше!», ограничившись необходимым минимумом элементов технического «зрения».

В дни проведения квалификационных заездов в своем фейсбучном аккаунте небезынтересно высказалась Ольга Ускова, президент группы компаний Cognitive Technologies, тоже занимающейся беспилотниками. Процитируем: «Бессмысленно устраивать соревнования лидаров. Россия лидары не производит. Это тупо — соревноваться количеством денег на покупку Velodyne».

На Ольгу немедленно обиделись многие из участников «Зимнего города». Видимо, те, что как раз делают ставку на лидары, и побольше, побольше. А это действительно тупиковый путь, пуcть даже стоимость лазерных радаров и будет снижаться. Тогда гонка лидаров превратится в гонку процессоров, ведь каждая новая модификация тех же Velodyne кратно увеличивает и поток данных. Уже есть 128-канальные 3D-модели лидаров, для работы с которыми нужен едва ли не суперкомпьютер. Что дальше? Облачные вычисления, забитые каналы связи и новые витки гонки бюджетов?

Посмотрим. Векторы прогресса определяет целесообразность. Если можно что-то сделать проще, дешевле и не хуже — развитие пойдет именно по такому пути. Пока же можно поумиляться битве бюджетов и лидаров — как битве питекантропа с денисовским человеком. Победят все равно кроманьонцы.

Они уже где-то рядом.

На близкое беспилотное будущее можно не рассчитывать.