全面开放运营3个月，百度揭秘Apollo最新技术创新

出品 | CSDN（ID:CSDNnews）

无论在技术、产品还是生态上，百度Apollo自动驾驶不断在更新迭代。

 

去年，百度在长沙宣布自动驾驶出租车队Robotaxi测试运营正式开启。今年开始，Apollo在长沙全面开放载人测试运营，目前覆盖的路网面积已达70公里，站点数量50个以上。

与此同时，Apollo也发挥自身在自动驾驶车路协同等领域的核心优势，加速智能驾驶示范区建设。目前，他们完成了全国首例L3级别及L4级别的多车型高速场景自动驾驶车路协同演示。

 

同时，Apollo生态联盟也在不断壮大，已拥有200+家生态合作方，囊括全球主流的整车、零部件、芯片、通信、出行、初创公司和科研公司，拥有40000多名全球开发者。Apollo已在不同场景落地，疫情期间生态合作伙伴的约100辆无人消毒车在17个城市运行。

 

当然，这些成绩离不开技术积累。今年3月，根据《北京市自动驾驶车辆道路测试报告（2019年）》，百度在多个技术维度上获得第一。在牌照方面，百度是全国目前唯一获得T4驾考牌照的公司。而在自动驾驶专利上，百度的自动驾驶技术专利位列全国第一。

 

那么，百度Apollo在核心技术上具体是如何更迭的？

 

6月30日，在CSDN、百度APP、B站举办的《听大咖 讲论文》——Apollo自动驾驶专场上，百度技术工程师精选了3篇百度智能驾驶领域的年度优秀论文，为开发者揭秘百度Apollo背后的核心技术创新，内容涉及鲁棒LiDAR定位系统的定位模块、控制模块、自动驾驶预测技术等。这些技术为解决因施工修路造成的定位失败问题、车辆的动力学状态问题、周边行人车辆的预测问题，提供了更优越的思路。除此之外，他们还对自动驾驶技术的发展做出展望。

 

主讲人：

王亮，博士，百度Apollo技术委员会主席、百度杰出研发架构师、百度无人驾驶环境感知方向技术负责人。

丁文东，现任百度Apollo资深研发工程师，从事自动驾驶中地图构建、激光定位等方向的研发工作。

许昕，现任百度Apollo资深研发工程师，园区无人驾驶方向核心开发成员。

许珂诚，现任百度Apollo高级软件架构师，Apollo自动驾驶开源平台核心开发成员。

 

以下为四位嘉宾演讲内容的要点摘选，由CSDN（ID:CSDNnews）整理：

 

王亮：Apollo无人驾驶的智能性研究进展

 

Apollo现在面临最重要的问题是实现“无人”，要验证商业化的成功，首先在技术上要把人去掉。为此，无人驾驶需要解决的核心问题：

 

• 智能性。在无人情况下，把乘客安全的从A点送到B点，而现在有人类司机的环境下存在一些搏弈需求，要完成这一点非常困难。

 

• 成本。为什么成本非常重要？因为智能化到了一定程度，就需要一定的规模去验证整个系统的安全性，如果没有很有竞争力的成本，很难把规模提上去。

 

• 安全性。要把人去掉，要有足够信心达到何种安全标准，比人类司机好多少倍，我们才敢做这样一件事情。

 

 

从“无人”角度出发，阐述一下车辆的智能性。

 

首先是整车软件系统Learning化的改造。虽然很多规则类方法能够快速收敛路上的问题，然后积累里程，迭代系统，但后期会发现很多问题不容易解决。所以会逐步用基于数据和机器学习的方法，取代现在很多系统中使用的规则方法、基本假设和参数。

 

 

机器学习方法带来了新的研发思路。要搭建一个高度自动化、可复用的训练框架，在遇到问题时，不再通过观察和假设去写代码，而是通过机器学习训练框架编写规则和参数。

 

而在寻找数据驱动路径上，我们搭建了规模化机器学习系统，实现数据闭环。换句话说，利用数据，高效消化规模化测试中产生的海量数据，反哺车端的算法，让无人车愈加聪明。

 

最后，说一下自动驾驶仿真体系的链路，我们目前也有非常完备的仿真评估体系，比如在上车之前，基本对新版本的能力会有非常准确和充分的预期，上路之后得以最大程度保证安全，也能非常有效地提升迭代效率。

 

丁文东：更鲁棒的LiDAR定位系统

 

 

这个工作的目的是通过LiDAR全局匹配和LiDAR关键里程的互补信息，使定位系统更加鲁棒和准确，进一步解决那些由于施工修路等造成定位系统失效的问题，并且对环境变化进行检测，以便进行定位地图的更新。

 

无人车的定位需要做到全天候24小时稳定并且准确地运行，这是一个比较有挑战的任务。为了完成这个任务，单一传感器很难做到。Apollo的车上装了多种传感器，包括GPS、IMU、相机和LiDAR，分别有一些优缺点，使用并且融合它们会让定位系统更加容易实现全天候24小时稳定准确地运行。

 

对于LiDAR定位来讲，仍然存在挑战场景，包括季节变化、拥挤道路、道路施工、下雪、雨天都会使当前LiDAR定位更加困难。具体需要克服环境变化，避开动态障碍物的影响，并且能够确定我们应该在什么时候、在哪里更新地图，这对无人车商业化部署都很重要。

 

这篇文章的主要动机是基于现在定位的方式，包括MapMatching和Odometry，它们具有一些特性。对于MapMatching来说是一种定位问题，Landmarks对定位做修正，可以根据IMU或者轮速计递推到上图中虚线圈的位置；对于Odometry来说，是一个同时定位和建图的过程。同样，对于当前的无人车，我们通过IMU和轮速计递推到虚线诓的位置，这里同时兼着一个虚拟Landmarks，通过同时优化Landmarks Poses，能够得到修正后的Poses Landmarks。

 

另外，我们还可以从图模型上对比两个问题，对于MapMatching来讲，假设地图作为已知，根据一些输入和观测量估计定位的位置；在Odometry中，地图和车辆的位置是未知的，所以对应的概率M移到了前面。从地图对比来看，Map Matching依赖的地图是全局的；Odometry构建是局部的，里面包含Landmarks，新的LIDAR数据在两个模块内分别对应自己的map做matching。

 

地图匹配和Odometry具有互补特性。一方面，Landmarks Odometry对环境变化和地图失效是鲁棒的，不依赖于预先构建的地图；另一方面，地图匹配提供全局已知并且不会漂移的定位估计，但是地图是实时更新的。总而言之，我们在定位系统中完成它们的融合，会得到更加稳定的定位系统。

 

 

我们的定位系统包含四个模块：LiDAR INERTIAL Odometry（LIO），LiDAR Global Matching（LGM），Pose Graph Fusion（PGF）和Environmental Change Detect（ECD）。

 

通过LIO的辅助，运用图优化的融合框架，融合了LIO和LGM的结果，实现鲁棒的定位系统，这样使自动驾驶系统能够更好应对不断变化的城市场景定位的挑战，这是主要的影响。而车辆定位的框架，联合全局匹配和局部LIO信息，也能减少受城市变化场景的影响。另外，可以构建紧耦合的LiDAR惯性数据，结合删格数据和LiDAR反射值，进行实时准确的状态估计。鲁棒的定位系统经过了拥堵并且繁忙城市里的每日例行测试，已证明这套系统在具有在挑战性环境和动态变化环境中运行的稳定性。

 

论文链接：

https://pdfs.semanticscholar.org/052c/9087a09e9e0bfe739cee9cf704753c2cd44f.pdf

 

许昕：车辆的纵向目标定算法

 

控制模块是直接跟车打交道的，它的跟踪精度以及对各工况的适应能力，是自动驾驶中非常重要的一部分。这篇论文主要介绍了如何在不需要获取一些车辆参数，比如发动机参数、轮胎参数的情况下，而且在比较剧烈的载重变化情况中，算法如何识别并适应这种变化。

 

本文说的是物流小车怎么解决载重变化造成状态变化的开发与测试。在这个场景下，空载情况下整车重量是300千克，满载情况下可以达到660千克，载重变化超过1倍。

 

在这种情况下，如果说控制模块无法适应这种载重的变化，在一些指标上，比如未知误差和速度误差就会有比较大的下降，直观来说是车辆的控制性能会下降，可能空载时候跑得挺好，满载的时候速度上不去，该刹的时候刹不下来。

本文专门针对这个场景，在不要求额外配置专用传感器的前提下，以及不要求一些车辆参数的背景下，开发了能够适应明显车辆载重变化的控制算法。

 

传统上，采用的方法多以动力学建模为主，根据我们的经验，像重卡这种载重可以超自重几十倍的案例，传统的方法也可以在数分钟内就完成标定。只是用动力学建模的方法，需要用户对动力总成系统比较熟悉，而且需要实时获取比较底层、关键的车辆参数。但很多时候开源社区的用户可能对动力总成系统并不熟悉，或者因为商业合作关系没有办法从OEM拿到比较底层的车辆参数。

 

我们的方法是将车辆纵向动力系统作为一个黑箱对待，不试图对其进行建模，只要发现速度、加速度、油门、刹车对应不上，就把能对应的地方进行调整。这可以类比成梯队下降的方式，当然，我们是没有模型的，所以也不是真正的梯队下降。

 

在物流小车这个特定场景里，我们也提供了这种方法的路车数据，想在该场景下研发的社区用户也可以参考这些数据。

 

对于未来在这个方向上的探索，我们认为大家可以关注如何用类似的思维，去进一步解决在路上遇到的道路坡度、风阻等问题。此外，横纵向同时能够标定的话可以达到更加精确的性能，我们目前的做法是横、纵向分开标定的。

 

比如除了纵向隔离方法之外，我们也使用了横向自动标定的方法，而且单独标横向的话，我们测试方法中收敛的时间大概是几秒钟。但是我们认为未来在一些比较复杂的路况，比如高速或者复杂工况下，如果能够实现横纵向联合标定的话，可能控制性能会更好。

 

论文链接：

https://arxiv.org/abs/1808.10134

许珂诚：数据驱动的自动驾驶预测架构及其在Apollo平台上的应用

 

百度Apollo在创新性、实用性和规模化方面都有很深厚的工作积累，我们的预测模块已能够实现一套全自动化、跨区域、规模化部署的解决方案。

 

预测技术作为自动驾驶中一个承上启下的关键组成部分，近两年受到学界和工业界的认识，有许多优秀论文在算法创新上做了很多工作，对于特定问题也有比较好的效果提升。但针对日益强烈的跨区域规模化发展需求，鲜有论文提出完整解决方案。

 

在这方面，我总结了三个主要面临的痛点：

 

第一，模型跨区域部署。大部分预测模型都是从实际路测中学习，从原始数据到模型的端到端过程包含很多道工序。当我们在往跨区域规模化方向发展，需要源源不断收集新的区域数据来强化模型，一个能打通线上线下、具备高度自动化的数据流水线非常必要，这篇论文其中一部分内容就是介绍Apollo的预测模型如何设计这个方案。

 

第二，对于一些线上方法不可避免地有一些参数需要调整。有些参数是为了适应某个地区的交通状况，到了新的区域就需要重新调试，传统人工调试方法显然不能满足规模化发展要求，因为参数调试需要耗费人力和时间。对于这个问题，解决方法是数据驱动的自动化调参机制。

 

第三，线上计算耗时高。现在许多工作优化预测模型有很好的表现，但模型都相对比较复杂，实际应用中有比较高的耗时。在Apollo开源平台，我们通过工程化的优化，把一些复杂模型计算耗时限制在了可接受的范围之内。

 

这是Apollo预测模块的整体框架。其中两个重要的算法内容：一个是语义地图在Apollo平台的部署中用于轨迹点预测，另一个是预测模型之后的轨迹点生成方法以及它的自动调参机制。

 

在模型部署方面，我们会给优先级较高的障碍物运用语义地图和LSTM等模型直接预测轨迹点，这是近两年研究使用较多的建模方法，它可以通过图片方式兼顾静态地图信息和动态交互信息。

 

 

不过，因为涉及语义地图绘制以及模型中包含对图像CNN网络处理，所以耗时会比较高，实际运营中部署难度比较大。百度Apollo平台从工程上进行优化，成功部署了这个模型，通过在加州两个不同城市测试结果来看，模型表现非常稳定，验证了这套架构具有快速跨区域部署的能力。

此外，出于效率考虑，我们只对caution级别的障碍物运用这样的模型，对于其他普通优先级的障碍物，我们会根据场景来预测相应行为，并且根据预测出来的行为生成合理的轨迹。

 

 

总结一下，我们的目标是让预测技术能够实现快速高效的跨区域部署，为此设计一套全自动数据流，高效并且能够保持线上线下一致性。另外，我们还有两个算法层面的应用，一个是基于地图轨迹预测的模型部署，另一个是轨迹生成方法中数据驱动的自动调参机制。

 

论文链接：

https://arxiv.org/abs/2006.06715

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