Разработка беспилотных транспортных средств (4000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

УДК 629.7.02n ББК 39.52 Л91 Л91 Разработка беспилотных транспортных средств / науч. ред. В. С. Яценков; пер. с анг. П. М. Бомбаковой. – М.: ДМК Пресс, 2022. – 246 с.: ил. Шаошань Лю, Лиюнь Ли, Цзе Тан, Шуаш Ву, Жан-Люк Годье ISBN 978-5-97060-969-9 В книге представлен один из первых технических обзоров беспилотных транспортных средств (БТС), адресованных широкой аудитории компьютерных специалистов и инженеров, а также студентов технических вузов и всех, кто сталкивается с БТС на практике. Авторы делятся практическим опытом разработки БТС – начиная с алгоритмов локализации, восприятия, планирования и контроля и заканчивая глубоким обучением моделей. Рассматриваются последние достижения в области управления БТС, а также практические примеры из реальной жизни, что позволит читателям эффективно применять полученные знания в коммерческих проектах. В разделе «Преподавание и обучение» множество полезной информации, которая поможет использовать книгу как часть программы учебных курсов. УДК 629.7.02 ББК 39.52 © 2020 Morgan and Claypool Publishers All Rights Reserved Morgan and Claypool Publishers Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN (анг.) 978-1-68173-935-9 ISBN (рус.) 978-5-97060-969-9 © 2020 by Morgan & Claypool © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2022

Стр.5

Оглавление Об авторах ........................................................................................................10 Вступительное слово от издательства ...................................................13 Предисловие к русскому изданию ..........................................................14 Предисловие ко второму изданию .........................................................16 Глава 1. Знакомство с беспилотными технологиями ......................19 1.1. Обзор технологий в составе БТС ...............................................................19 1.2. Алгоритмы БТС ..........................................................................................20 1.2.1. Сбор данных об окружающей среде (сенсорное сканирование) .....20 1.2.2. Восприятие ..........................................................................................21 1.2.3. Распознавание и отслеживание объектов .........................................24 1.2.4. Действия ..............................................................................................24 1.3. Клиентская система БТС ............................................................................26 1.3.1. Операционная система для роботов (ROS) .......................................26 1.3.2. Аппаратная платформа ......................................................................28 1.4. Облачная платформа БТС ..........................................................................29 1.4.1. Симуляция ...........................................................................................29 1.4.2. Создание HD-карт ...............................................................................30 1.5. Это только начало ......................................................................................31 Глава 2. Локализация БТС ...........................................................................32 2.1. Локализация с помощью спутниковых навигационных систем ............32 2.1.1. GNSS .....................................................................................................32 2.1.1. Анализ погрешностей GNSS ...............................................................33 2.1.3. Спутниковые системы дифференциальной коррекции ..................35 2.1.4. Кинематический и дифференциальный режимы GPS .....................35 2.1.5. Позиционирование высокой точности..............................................37 2.1.6. Интеграция GNSS и INS ......................................................................39 2.2. Локализация с помощью лидара и HD-карт ............................................40 2.2.1. Технология LiDAR ................................................................................40 2.2.2. HD-карты. Краткий обзор ...................................................................43 2.2.3. Локализация посредством лидара и HD-карт ...................................47 2.3. Визуальная одометрия ..............................................................................51 2.3.1. Стереовизуальная одометрия ............................................................52 2.3.2. Монокулярная визуальная одометрия ..............................................53 2.3.3. Инерциальная визуальная одометрия ..............................................54

Стр.6

6  2.4. Счисление координат и колесная одометрия ..........................................55 2.4.1. Колесные энкодеры .............................................................................56 2.4.2. Погрешности колесной одометрии ...................................................57 2.4.3. Минимизация погрешностей колесной одометрии .........................58 2.5. Сбор и обобщение данных нескольких сенсоров ....................................60 2.5.1. Беспилотный автомобиль Boss для городских условий от Университета Карнеги–Меллона (CMU) .....................................................60 2.5.2. Беспилотный автомобиль Junior для городских условий от Стэнфордского университета ......................................................................62 2.5.3. Bertha от Mercedes Benz ......................................................................64 2.6. Справочные материалы .............................................................................66 Глава 3. Алгоритмы восприятия беспилотных технологий ...........69 3.1. Введение .....................................................................................................69 3.2. Датасеты .....................................................................................................70 3.3. Обнаружение ..............................................................................................72 3.4. Сегментация ...............................................................................................74 3.5. Стереозрение, оптический поток, поток сцен .........................................76 3.5.1. Стереоскопия и глубина .....................................................................76 3.5.2. Оптический поток ...............................................................................77 3.5.3. Поток сцен ...........................................................................................78 3.6. Отслеживание .............................................................................................79 3.7. Заключение .................................................................................................82 3.8. Справочные материалы .............................................................................82 Глава 4. Глубокое обучение в алгоритмах восприятия беспилотных технологий ............................................................................85 4.1. Сверточные нейронные сети ....................................................................85 4.2. Обнаружение ..............................................................................................86 4.3. Семантическая сегментация .....................................................................90 4.4. Стереозрение и оптический поток ...........................................................93 4.4.1. Стереозрение .......................................................................................93 4.4.2. Оптический поток ...............................................................................95 4.4.3. Обучение без учителя для плотного сопоставления изображений .... 97 4.5. Заключение ................................................................................................99 4.6. Справочные материалы ...........................................................................100 Глава 5. Прогнозирование и маршрутизация ...................................102 5.1. Планирование и управление. Общие сведения .....................................102 5.1.1. Архитектура: планирование и управление в широком смысле ....102 5.1.2. Область ответственности каждого модуля: какие задачи решают модули ...........................................................................................104 5.2. Прогнозирование движения ...................................................................107 5.2.1. Поведенческое прогнозирование с точки зрения классификации объектов ...........................................................................109 5.2.2. Генерация траектории транспортного средства .............................113

Стр.7

 7 5.3. Маршрутизация на основе полос движения ..........................................116 5.3.1. Применение взвешенного ориентированного графа для задач маршрутизации .........................................................................117 5.3.2. Распространенные алгоритмы маршрутизации ............................120 5.3.3. Стоимость графа маршрутизации: слабая или сильная маршрутизация .........................................................123 5.4. Заключение ..............................................................................................124 5.5. Справочные материалы ...........................................................................124 Глава 6. Принятие решений, планирование и управление .........126 6.1. Принятие поведенческих решений ........................................................126 6.1.1. Подход с применением марковского процесса принятия решений .....................................................................................128 6.1.2. Подход «разделяй и властвуй» на основе сценариев .....................131 6.2. Планирование движения .........................................................................139 6.2.1. Модель транспортного средства, модель дороги и система координат SL ...............................................................................................142 6.2.2. Планирование движения на основе планирования пути и скорости ...................................................................................................143 6.2.3. Планирование движения посредством продольного и поперечного планирования....................................................................150 6.3. Управление на основе обратной связи ...................................................154 6.3.1. Модель «Велосипед» .........................................................................155 6.3.2. ПИД-регулирование ..........................................................................157 6.4. Заключение ..............................................................................................158 6.5. Справочные материалы ...........................................................................159 Глава 7. Планирование и управление на основе обучения с подкреплением ..........................................................................................161 7.1. Введение ...................................................................................................161 7.2. Обучение с подкреплением .....................................................................163 7.2.1. Q-обучение ........................................................................................166 7.2.2. Методы «субъект–критик» ................................................................170 7.3. Планирование и управление БА на основе алгоритмов с обучением ............................................................................172 7.3.1. Применение обучения с подкреплением на уровне принятия поведенческих решений ...........................................................173 7.3.2. Применение обучения с подкреплением на уровнях планирования и управления .....................................................................173 7.4. Заключение ...............................................................................................177 7.5. Справочные материалы ...........................................................................177 Глава 8. Клиентские системы для беспилотных технологий .....179 8.1. Сложность системы беспилотного управления .....................................179 8.2. Операционная система для беспилотной технологии ..........................181 8.2.1. Обзор ROS ..........................................................................................181

Стр.8

8  8.2.2. Надежность системы .........................................................................183 8.2.3. Повышение производительности ....................................................185 8.2.4. Управление ресурсами и безопасность ...........................................185 8.3. Вычислительная платформа ...................................................................186 8.3.1. Реализация вычислительной платформы .......................................186 8.3.2. Существующие вычислительные решения .....................................186 8.3.3. Вопросы архитектуры вычислительной системы ..........................188 8.4. Справочные материалы ...........................................................................191 Глава 9. Облачные платформы для беспилотных технологий .....192 9.1. Введение ...................................................................................................192 9.2. Инфраструктура .......................................................................................193 9.2.1. Структура распределенных вычислений ........................................194 9.2.2. Распределенное хранение ................................................................194 9.2.3. Гетерогенные вычисления ...............................................................195 9.3. Симуляция ................................................................................................197 9.3.1. BinPipeRDD ........................................................................................198 9.3.2. Объединение Spark и ROS .................................................................199 9.3.3. Производительность .........................................................................199 9.4. Обучение модели .....................................................................................200 9.4.1. Почему именно Spark? ......................................................................200 9.4.2. Архитектура обучающей платформы ..............................................201 9.4.3. Гетерогенные вычисления ...............................................................202 9.5. Создание HD-карт ....................................................................................203 9.5.1. HD-карты ...........................................................................................204 9.5.2. Создание карт в облаке .....................................................................205 Глава 10. Беспилотная доставка «до двери» 9.6. Заключение ..............................................................................................206 9.7. Справочные материалы ...........................................................................207 в сложных дорожных условиях .............................................................208 10.1. Предыстория и предпосылки ................................................................208 10.2. Технологии беспилотной доставки в сложных дорожных условиях ... 209 10.3. JD.com: решение с использованием беспилотных технологий ...............................................................................211 10.3.1. Архитектура беспилотных технологий ..........................................211 10.3.2. Локализация и HD-карты ...............................................................212 10.3.3. Восприятие ......................................................................................214 10.3.4. Прогнозирование, принятие решений и планирование движения.........................................................................216 10.4. Стратегии защиты и обеспечения безопасности .................................219 10.4.1. Проверка в симуляции ....................................................................219 10.4.2. Мониторинг на стороне транспортного средства ........................220 10.4.3. Удаленный мониторинг ..................................................................220 10.5. Развертывание в производственной среде ..........................................220 10.6. Полученные уроки .................................................................................221 10.7. Справочные материалы .........................................................................222

Стр.9

 9 Глава 11. Беспилотные транспортные средства от PerceptIn ....223 11.1. Введение .................................................................................................223 11.2. Дорогостоящие технологии ...................................................................224 11.2.1. Сенсорное сканирование ................................................................224 11.2.2. Локализация ....................................................................................225 11.2.3. Восприятие ......................................................................................225 11.2.4. Принятие решений .........................................................................226 11.2.5. Создание и обслуживание HD-карт ...............................................226 11.2.6. Интеграция системы .......................................................................227 11.3. Достижение ценовой доступности и надежности ...............................227 11.3.1. Сбор и обобщение данных нескольких сенсоров .........................228 11.3.2. Модульная конструкция .................................................................229 11.3.3. Высокоточные визуальные карты ..................................................230 11.4. Развертывание сети беспилотных низкоскоростных электромобилей (LSEV) для предоставления услуг ......................................231 11.5. Выводы ....................................................................................................232 11.6. Справочные материалы .........................................................................232 Применение этой книги в преподавании и обучении ..................234 1. Введение ......................................................................................................234 2. Существующие учебные курсы по управлению БТС ................................235 3. Модульный и интегрированный подход к обучению ..............................236 3.1. Методика преподавания .....................................................................236 3.2. Учебные материалы к модулям ..........................................................237 3.3. Интеграционные экспериментальные платформы ..........................238 4. Пилотные тематические курсы ..................................................................238 4.1. Введение в курс БТС ............................................................................239 4.2. Изучение БТС как дополнение курса о встроенных системах..........240 4.3. Курс профессиональной подготовки ..................................................240 5. Заключение .................................................................................................241 Справочные материалы. ................................................................................242 Предметный указатель .............................................................................. 244

Стр.10