一文讀懂自動(dòng)駕駛軟件系統(tǒng)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯一文讀懂自動(dòng)駕駛軟件系統(tǒng)-設(shè)計(jì)應(yīng)用無(wú)人駕駛軟件分為車(chē)輛端和云端2個(gè)部分，其中車(chē)輛端運(yùn)行操作系統(tǒng)和無(wú)人駕駛系統(tǒng)，云端提供無(wú)人駕駛所需要的各種服務(wù)。操作系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)無(wú)人車(chē)硬件資源（包括傳感器、系統(tǒng)總線、網(wǎng)絡(luò)等）的管理以及計(jì)算資源的調(diào)度。對(duì)無(wú)人駕駛來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性非常重要，操作系統(tǒng)要保證任務(wù)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)。無(wú)人駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛所需要的各種算法，包括定位、環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和控制等，無(wú)人駕駛系統(tǒng)是無(wú)人駕駛軟件的部分。云平臺(tái)提供了無(wú)人駕駛所需要的各種基礎(chǔ)服務(wù)，共同構(gòu)成了整個(gè)無(wú)人駕駛軟件。

圖源CSDN況祥彬博客自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)構(gòu)建自動(dòng)駕駛汽車(chē)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，構(gòu)建自動(dòng)駕駛汽車(chē)操作系統(tǒng)則更具挑戰(zhàn)性。讓汽車(chē)更智能、更安全比建造今天在我們的街道上行駛的任何汽車(chē)都要困難得多。自動(dòng)駕駛汽車(chē)操作系統(tǒng)也是如此。選擇汽車(chē)操作系統(tǒng)是一件大事，因?yàn)樗枰刂破?chē)的功能，同時(shí)保證乘客和駕駛環(huán)境的安全。操作系統(tǒng)是指控制和管理整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的硬件和軟件資源，并合理地組織調(diào)度計(jì)算機(jī)的工作和資源，以提供給用戶(hù)和其它軟件方便的接口和環(huán)境的程序集合。而自動(dòng)駕駛的操作系統(tǒng)較之手機(jī)電腦的操作系統(tǒng)，顯得更加地復(fù)雜，對(duì)安全性要求也更高。由于無(wú)人車(chē)的軟件算法都運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，對(duì)操作系統(tǒng)主要的要求是穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。穩(wěn)定性體現(xiàn)在操作系統(tǒng)占用的資源少，出現(xiàn)故障之后系統(tǒng)不會(huì)奔潰，能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。而實(shí)時(shí)性要求系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)控制指令，工業(yè)設(shè)備、汽車(chē)電子、航空航天等領(lǐng)域都要求采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，因?yàn)樵谶@些領(lǐng)域操作系統(tǒng)如果不能及時(shí)響應(yīng)控制指令，會(huì)產(chǎn)生很?chē)?yán)重的后果。試想一下在駕駛過(guò)程中發(fā)出了緊急剎車(chē)指令，而操作系統(tǒng)沒(méi)有及時(shí)響應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)前面介紹了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之上運(yùn)行的就是無(wú)人駕駛中重要的算法實(shí)現(xiàn)。算法實(shí)現(xiàn)有2種不同的架構(gòu)，一種是模塊化的軟件架構(gòu)，這是目前無(wú)人駕駛系統(tǒng)的主流方案，世界上的2個(gè)無(wú)人駕駛開(kāi)源社區(qū)Apollo和Autoware都是采用這種架構(gòu)。另一種是端到端的軟件架構(gòu)，和模塊化的思路不同，端到端的自動(dòng)駕駛直接采用傳感器（攝像頭等）的數(shù)據(jù)作為輸入，通過(guò)深度學(xué)習(xí)模型，直接輸出控制信號(hào)（油門(mén)、剎車(chē)、方向轉(zhuǎn)角）控制汽車(chē)的行駛。端到端的自動(dòng)駕駛結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但性能高效。由于深度學(xué)習(xí)模型不能安全硬編碼，并且具有不可解釋性，目前端到端的自動(dòng)駕駛更多的只是作為研究手段?，F(xiàn)如今自動(dòng)駕駛系統(tǒng)一般將的算法模塊化劃分為感知層、定位層、預(yù)測(cè)層、決策規(guī)劃層以及控制層，這一套系統(tǒng)的劃分經(jīng)歷過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)及時(shí)間檢驗(yàn)，可以說(shuō)是目前無(wú)人車(chē)中運(yùn)用廣泛的系統(tǒng)之一。模塊化劃分的好處就是各個(gè)模塊各司其職，只用專(zhuān)心處理這一層所需要處理的數(shù)據(jù)，將輸出盡可能穩(wěn)定地傳給下一層，使其完美完成自動(dòng)駕駛操作的閉環(huán)，但同時(shí)，模塊間的信息交互、接口制定、互相配合的難度也是極大的，也造成了目前自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中部分難題難以劃定為某一模塊的劣勢(shì)。

而端到端的自動(dòng)駕駛方法和人類(lèi)的駕駛方式很相似，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單高效，并不依賴(lài)高精度地圖，但用于生產(chǎn)實(shí)踐具有可解釋性差的問(wèn)題，由于自動(dòng)駕駛過(guò)程中的感知、決策和規(guī)劃都是通過(guò)深度學(xué)習(xí)模型完成的，出現(xiàn)故障后，沒(méi)法分析具體的原因。并且也不能硬編碼安全規(guī)則。在算法失控的時(shí)候，不能保證安全，而這一條足以使其無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際的工程應(yīng)用之中。再根據(jù)無(wú)人車(chē)是否聯(lián)網(wǎng)，可以將無(wú)人駕駛車(chē)分為單車(chē)智能和網(wǎng)聯(lián)智能，單車(chē)智能強(qiáng)調(diào)車(chē)本身的智能，即使在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的情況下，也具備完全自動(dòng)駕駛能力。而網(wǎng)聯(lián)車(chē)則強(qiáng)調(diào)車(chē)和車(chē)、車(chē)和環(huán)境的交互，通過(guò)整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更的智能，車(chē)本身可以具備自動(dòng)駕駛能力，也可以只具備部分自動(dòng)駕駛能力，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取更的智能。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，無(wú)人駕駛車(chē)要更快的落地，單車(chē)智能和網(wǎng)聯(lián)智能二者需要互相融合，共同發(fā)展。自動(dòng)駕駛云服務(wù)云服務(wù)是自動(dòng)駕駛不可或缺的一環(huán)，自動(dòng)駕駛相關(guān)的高精度地圖、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、模型訓(xùn)練、自動(dòng)駕駛仿真等都依賴(lài)于云服務(wù)。目前已經(jīng)宣布能提供自動(dòng)駕駛服務(wù)的云平臺(tái)有百度Apollo、亞馬遜AWS和華為Octopus，提供的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)Pipeline、模型訓(xùn)練部署以及自動(dòng)駕駛仿真。講到云服務(wù)，首先提到的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)首先需要的是一個(gè)分布式的文件系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)被廣泛證明了分布式文件系統(tǒng)的好處，主要的好處是容量可以水平擴(kuò)展，而且可靠性高。自動(dòng)駕駛每天產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)都可以通過(guò)分布式文件系統(tǒng)保存下來(lái)。其次是數(shù)據(jù)處理，深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練、高精度地圖生成以及自動(dòng)駕駛仿真等都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。自動(dòng)駕駛的數(shù)據(jù)處理流程包括：收集、清洗、標(biāo)注、訓(xùn)練和部署。用于自動(dòng)駕駛模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)首先需要人工標(biāo)注，然后再進(jìn)行模型訓(xùn)練，才能得到能夠識(shí)別車(chē)輛和行人的深度學(xué)習(xí)模型。數(shù)據(jù)的自動(dòng)化標(biāo)注是很大的挑戰(zhàn)，通過(guò)工程的方法盡量減少人工標(biāo)注，可以大幅度提高標(biāo)注效率。數(shù)據(jù)處理的另一個(gè)挑戰(zhàn)是大規(guī)模并行處理數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量巨大，如何快速的處理數(shù)據(jù)是瓶頸。有很多的分布式計(jì)算框架，其中ApacheSpark可以構(gòu)建大規(guī)模集群并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理中有非常好的實(shí)踐。能夠快速高效的處理數(shù)據(jù)，是自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)處理的競(jìng)爭(zhēng)力。便是地圖服務(wù)，云端應(yīng)該實(shí)時(shí)提供自動(dòng)駕駛所需要的地圖服務(wù)。地圖包括道路信息和動(dòng)態(tài)信息，道路信息不用再過(guò)多介紹，就是傳統(tǒng)的道路信息，動(dòng)態(tài)信息是地圖上出現(xiàn)堵車(chē)或交通管制等需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的信息。在這之中，高精度地圖的維護(hù)是目前面臨的問(wèn)題，因?yàn)樯婕暗秸麄€(gè)地圖的采集、加工和標(biāo)注，實(shí)時(shí)維護(hù)大體量的高精度地圖目前來(lái)說(shuō)成本高昂，一些高精度地圖服務(wù)提供商提出采用眾包的方式更新高精度地圖。總結(jié)以上便是自動(dòng)駕駛中軟件系統(tǒng)整體框架的全