无人驾驶车能按指定路线横越沙漠

2007-05-25 18:23:17 来源: Chuck Murray 网友评论 0 进入论坛
  •   汽车必须独自使用立体摄像机、雷达、激光等设备避开路上的障碍,以平均60mph以上的速度越过沙丘,穿过河谷,跨过河流,穿越高速公路,与此同时,他还必须接受全球定位卫星的指示,按照航标点标出的比赛路线行使。

比赛的理念说起来其实很简单:建造一辆能独自驾驶175英里的汽车。但是,国防部高级计划研究署(DARPA)人为的添加了各种规定,大大提高了的比赛的难度。比如说,赛事所经过的赛道大部分都是没有公路的野地,地上还散布有各种人为设置的障碍物。同时参赛的车辆必须在10个小时内完成比赛,汽车建议行驶速度不能低于17.5mph。此外,DARPA还对赛程安排的相关信息严格保密,以防止参赛队伍根据航标点提前设定行驶路线。研究署声称,只有这样才能模拟美国南部沙漠(可能是指莫哈韦沙漠)的“苛刻条件”。

DAD设计组在他们的赛车上将使用15个数字信号处理器,每秒可处理350亿象素的“ops”

DARPA举办这样的赛事不单单是为了时尚和吸引公众注意,这项赛事的背后有着它的紧迫性和重要性。国防部希望通过这样的举措来征集能使用在自动战场车辆项目上的技术。“如果你问DARPA的人为什么他们要举办这样的赛事,你得到的答案会是他们想要建造能自动从费鲁杰往巴格达运送食物、淡水等军需物资而不用士兵冒着生命危险押送的卡车,” Digital Auto Drive的Hall说。此外,汽车行业对这次比赛的结果也十分关注。他们认为,从事自动导航系统和防撞系统的工程师们会从挑战赛的参赛作品中受到启发。但如果有参赛者说这次比赛与其说是一次汽车设计的体会不如说是一次机器人技术的锻炼时,请不要感到惊讶。“别人看到的是一辆无人驾驶的汽车在穿越沙漠,” 卡内基美隆大学两个参赛小组的领队,William “Red” Whittaker教授说“而实际上与其说它们跑过了整个沙漠还不如说它们‘算’过了整个沙漠。”

关于挑战赛

美国国防部高级计划研究署(DARPA)举办的挑战赛奖金高达200万美元,获胜者将独得所有奖金。该挑战赛的目的就是征集工程师完成一件看起来不可能完成的任务:设计一辆能在10个小时内穿越175英里沙漠的无人驾驶汽车。高级计划研究署,美国国防部的武器研究和发展机构举办挑战赛的目的就是为了响应国会的号召,通过使用无人驾驶汽车来减少士兵在战场上的伤亡。该挑战赛于2005年第二次举行。在第一次赛事中(于2004年举行)没有一辆汽车跑完了全程,最远的一辆也只行驶了7.4英里。参加今年赛事的有来自公司、大学甚至是高中的195个工程小组,6月5日,基于技术人员的现场观察,DARPA宣布了进入资格赛的40强名单。这40个小组将从9月27日到10月6日在加里福尼亚高速公路上参加全国资格赛。资格将产生20位决赛名单,这20个小组将与10月8日参加于莫哈韦沙漠举行的挑战赛(http://rbi.ims.ca/4396-621)。

在目前剩下的40支队伍当中,由机器工程师Red Whittaker带领的卡内基梅隆大学派出的两支参赛队,Red Team和 Red Team Too被普遍看好。参加半决赛的大多数选手认为,今年的挑战赛将是一场真正的比赛,但是还有六七支队伍只把目标定在如何跑完全程。其他热门队伍还有DAD小组(由Digital Auto Drive赞助),斯坦福赛车队,SciAutonics/Auburn工程小组以及来自弗吉尼亚科技大学的两支队伍,他们的赛车名为“Cliff”和“Rocky”。

“很多队伍今年都很有希望跑完全程,首先是Red Team队,” Digital Auto Drive 公司的总裁,DAD小组的一员,Bruce Hall说。他们制造的汽车在第一次挑战赛中跑了6英里。“总有一天,这将变成真正的比赛的。”

第一次挑战赛的教训

DARPA于2004年举办了第一次挑战赛,其中有一些教训值得那些想要设计能穿越沙漠的无人驾驶汽车的工程师们借鉴。

卡耐基梅隆的William “Red” Whittaker教授列出了他的三条主要教训:

传感器的耐用性:莫哈韦沙漠的恶劣气候告诉工程师们,他们需要设计传感器冗余。不同的条件需要使用不同的技术。“你需要多种传感模式。”他说“在沙幕里,有的传感器可能会工作正常,而有的却会失效。”

侦测距离的问题:车辆的行驶速度越高需要扫描的距离越长,因为高速汽车通过同一距离的时间比低速汽车要短。“仅仅粗略的扫描一下你保险杠前面的地形是远远不够的。” Whittaker指出“限制汽车性能的主要因素在于你能看多远。”

服务器处理信息的吞吐量以及速度影响汽车的速度。“在驾驶的时候如果你每秒张开一次眼的话,你就得小心的缓慢驾驶了,” Whittaker说,“但是如果你每秒张开十次眼睛的话,你就可以以较高的速度驾驶了。对于计算系统而言也是一样的:如果你处理数据的速度不够快的话,你就不能快速驾驶。”

绘出路线图

对于大部分人来说,计算是最大挑战,因为计算是实现两个基本功能:按GPS航标点行走,避开障碍物的基础。参赛者称,跟随航标点本身就很难,尤其是当你过分注重接受GPS信号而忽略了发送地面信号的时候。接着,汽车必须使用由陀螺仪和加速计组成惯性导航系统(INS)来确定自己的位置。INS通过加速计来获取汽车加速度的信息,而通过陀螺仪来获取角速度的数据。“通过对加速度进行两次积分运算,对角速度进行一次积分就你可以很容易地确定你的位置的改变量以及行驶方向了。” 弗吉尼亚科技大学机械工程系的校友 Charles Reinholtz 教授说,他有两辆赛车都进入了挑战赛的最终40强。当然,也有不少参赛者认为与自动回避障碍的复杂程度相比,跟随航标点只是小孩的玩意。“很多人连第一关跟随航标点都过不了,”Hall说。“但是,真正的难度在于获取足够的数据以绘制准确的地形图,从而对障碍物做出较好的决策。”

卡耐基梅隆的无人驾驶 “Sandstorm” 汽车(其中雷达系统为蓝色,装在车的顶部)
于7月份在1.5英里的已铺路面赛事上行驶了200英里。 tingting
本文来源:Chuck Murray
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