谷歌全方位自曝Waymo無人車技術方案｜42頁報告要點解讀+下載
李杉 夏乙 編譯整理
量子位 出品 | 公眾號 QbitAI
穀歌今天發佈了一份無人車重磅報告：《通往完全自動駕駛之路》。
這份42頁的報告從技術層面詳細展示了谷歌Waymo無人車的軟體、硬體、測試流程，
按照提綱來說，共有如下幾部分內容：
谷歌無人車的安全設計理念
Waymo無人車是如何工作的
測試和驗證是如何進行的
無人車相關交互細節
這份報告是穀歌對Waymo無人車自動駕駛技術方案的一次詳盡解讀。量子位摘錄其中的要點如下。
無人車要解決的四大問題根據Waymo在報告中的介紹，
我在哪？
我周圍有什麼？
接下來要發生什麼？
我該怎麼辦？
為了解決“我在哪”這個問題，Waymo的無人車依靠的不是GPS，而是是團隊自己建立的詳細三維地圖，
（不知道“倒鴨子”是什麼，請抽出4分鐘觀看這部優秀影視作品：https://v.qq.com/x/page/v0194evja2h.html）
解決“我周圍有什麼”，是靠感測器和軟體的配合，來識別車輛、行人、自行車、施工現場、障礙物，以及辨別交通燈的顏色、臨時停車標誌等等。
“接下來要發生什麼”則是對車輛周圍每一個動態物件未來運動的預測，Waymo的軟體能根據物件當前的速度和軌跡預測未來的運動，
而最後一個問題：“我該怎麼辦”，指的是無人車的決策。Waymo的軟體會根據前三個問題提供的資訊，來選擇正確的軌跡、速度、車道和轉向操作。
Waymo無人車解決這四個“車生終極問題”的目標，
要實現這個目標，依靠的是車上搭載的感測器和自動駕駛軟體。
感測器Waymo在報告中以菲亞特-克萊斯勒Pacifica車型為例，詳細介紹了他們在無人車上所用的自動駕駛感測器，這些感測器賦予了無人車360度視野，最遠能“看清”300米外的物體，有三個橄欖球場那麼遠。
感測器的分佈如下圖所示：
△ Waymo無人車上的感測器
LiDAR（雷射雷達）系統
LiDAR（雷射雷達）晝夜均可使用，它每秒可以向360度的方向發出數百萬雷射脈衝，並且可以測量鐳射從一個表面反射回汽車所花費的時間。Waymo的系統包含3種自主開發的LiDAR：能夠提供四周連貫視野的短距離LiDAR、高清中距離LiDAR，以及能夠看到幾乎3個橄欖球場之外的新一代長距離LiDAR。
視覺（攝像頭）系統
這個視覺系統包含為了像人類一樣看到周圍世界而設計的攝像頭，但它具備360度的同步視野，而人類駕駛員只能看到120度的視野。由於高清視覺系統能夠探測顏色，因此可以説明系統識別交通信號燈、施工區、校車和急救車的頻閃燈。Waymo的視覺系統由多組高清攝像頭組成，目的是在白天和低光照條件下都能看清遠方的物體。
雷達系統
雷達系統使用多種波長來探測物體和運動。這些雷達波能夠繞過雨滴等物體，因此在雨天、雪天和霧天也能發揮效果，而且不受晝夜變化的影響。Waymo的雷達系統具備連續的360度視野，所以可以車輛前後和兩側的道路參與者的速度。
補充感測器
Waymo汽車還有很多額外的感測器，包括可以聽到警車和急救車警笛的音訊探測系統。
軟體無人駕駛軟體是車輛的“大腦”。利用感測器獲取資訊後，還要借助這些資訊針對每種情況制定最佳駕駛決策。
Waymo花了8年時間，使用機器學習和其他先進的工程技術開發和改進了軟體，並通過數十億英里的模擬駕駛和超過350萬英里的路測對軟體進行了訓練。
這套系統能夠深刻理解世界的背景資訊；這是L4級自動駕駛技術的關鍵差異點。Waymo的無人駕駛軟體不僅能探測到其他物體，還能理解這些物體是什麼、它可能的行為方式以及會對汽車自身的道路行為產生何種影響。無人車正是憑藉這種方式才得以在全自動模式下安全地上路行駛。
這套軟體由很多不同的部分組成，主要包括三大元件：感知（perception）、行為預測（behavior prediction）和規劃器（planner）。
感知系統
感知系統是對路上物體進行探測和歸類的元件，它還可以持續測算物體的速度、方向和加速度。無人駕駛軟體通過感測器獲取詳細資料，然後將其轉化成現實世界的全面視圖。
感知系統説明無人車區分行人、騎行者、摩托車手、汽車等道路參與者。它還能區分交通信號燈等靜態物體的顏色。對於這些物體而言，感知系統使得整套系統可以在語義上理解周圍的車輛——信號燈是否變綠，從而允許車輛前行，或者車道是否被前方的錐桶封閉。
行為預測
借助行為預測，軟體可以對道路上的每個物體進行建模，並對其加以預測和理解。
由於Waymo擁有數百萬英里的駕駛經驗，無人車能針對不同道路參與者可能的行為方式建立準確的模型。例如，軟體能明白儘管行人、騎行者和摩托車手看起來相似，但他們的行為卻大不相同。行人行進速度遠慢于騎行者和摩托車手，但他們卻能更加突然地改變方向。
規劃器
規劃器會考慮軟體通過感知和行為預測手機的所有資訊，然後為汽車規劃一條路徑。根據經驗，最好的司機都信奉安全第一。正因如此，Waymo植入了防禦性駕駛行為。例如，保持在其他駕駛員的盲區之外，以及為騎行者和行人留出額外空間。
規劃器還能提前思考幾步之後的決策。例如，如果軟體認為前方臨近的車道因為施工被封閉，而且預計那條車道的騎行者會變道，規劃器就可以做出減速決定，提前為騎行者騰出空間。
Waymo還借助路測經驗對駕駛模式進行改進，使得行駛過程更加順暢，令車內乘客更加舒適，讓其他道路用戶可以預測無人車的動向。
Waymo的測試技巧Waymo的無人車會分成三部分進行測試：
車廠提供的車輛本身；
Waymo的硬體，包括感測器和電腦；
Waymo的自動駕駛軟體。
車輛本身
Waymo現在用於自動駕駛測試的車輛，主要的是經過改裝的菲亞特-克萊斯勒混動MPV Pacifica，2017款。根據The Information的報導，Waymo所用的Pacifica在出廠時，頂部就為安裝LiDAR等感測器留了一個圓孔。
感測器和電腦
通過和菲亞特-克萊斯勒合作，Waymo可以在改裝過的Pacifica上安裝感測器等硬體。為了確保自動駕駛系統的正確安裝和整合，Waymo還會對車輛進行數千項後續測試。
軟體測試
由於自動駕駛軟體需要不斷地更新、升級，Waymo對於軟體的測試，需要持續進行，軟體的每一次更改都要經歷嚴謹的發佈流程，包括類比測試、封閉路線測試和公共道路測試。
模擬測試
Waymo的模擬器可以重現無人車在真實路測中遇到的場景，還能創建新的虛擬場景。《大西洋月刊》8月曾經詳細介紹過Waymo的類比軟體Carcraft。
在模擬過程中，Waymo會嚴格測試軟體的所有改變或更新，然後才會部署到車隊中。他們會確定車輛在公開道路上遇到的多數挑戰，然後將其轉化成虛擬場景，以供無人駕駛軟體在模擬器中練習。
封閉路線測試
在類比測試之後，新的軟體會首先推送到幾輛車上，讓最有經驗的駕駛員在專有試車跑道上測試新軟體。在不同車輛上，可以使用不同軟體版本，從而在不同的運行設計域（Operational Design Domain，包括地形、道路類型、速度範圍、氣候、一天中的時間段以及法律法規等）中測試不同的軟體版本。
為了進行封閉測試，Waymo還建了一個代號Castle的測試基地，位於美國加州中央山谷地區的小城默塞德附近，用各種各樣的建築模型和道具，來盡可能模擬真實道路的場景。
路測
一旦確認軟體符合預期，Waymo便會將新的軟體安裝到路測車輛上。
首先，還是只安裝在一小部分車輛上，這些無人駕駛汽車必須證明它們能夠安全而始終如一地沿著既定路徑行駛之後，再更新到整個車隊。
路測里程越長，就越能監控和評估軟體表現。
隨著路測里程的增加，Waymo還會進一步調整和更新軟體。這種持續的反饋回路證明了軟體能夠在操作設計域中作出恰當地反應，使得車輛在SAE Level 4的標準下安全運行。
350萬英里Waymo的真實路測依然限制在美國境內，里程已經累積了350萬英里。
在這份報告中，Waymo列出了他們路測過的所有地點：4個州、20個城市、350萬英里的路程。
這些城市，也是當前Waymo無人車可以運行的區域限制。Waymo的系統設計決定了這些車的自動駕駛系統在規定的領域之外不能運行，例如，乘客無法選擇這些區域之外的目的地，車輛規劃的路線也都會在這些區域之內。
也就是說，在Waymo開闢新的測試地點之前，他們的無人車只會在這些城市行駛。
以上，是量子位從報告中摘錄的要點，更多關於Waymo無人車的詳細資訊，請見報告原文~
報告下載位址：https://storage.googleapis.com/sdc-prod/v1/safety-report/waymo-safety-report-2017-10.pdf
我們還往百度網盤搬運了一份，在量子位公眾號（QbitAI）的對話介面，回復“Waymo”，可以獲取這份報告的國內網盤位址。
— 完 —
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有三個橄欖球場那麼遠。感測器的分佈如下圖所示：
△ Waymo無人車上的感測器
LiDAR（雷射雷達）系統
LiDAR（雷射雷達）晝夜均可使用，它每秒可以向360度的方向發出數百萬雷射脈衝，並且可以測量鐳射從一個表面反射回汽車所花費的時間。Waymo的系統包含3種自主開發的LiDAR：能夠提供四周連貫視野的短距離LiDAR、高清中距離LiDAR，以及能夠看到幾乎3個橄欖球場之外的新一代長距離LiDAR。
視覺（攝像頭）系統
這個視覺系統包含為了像人類一樣看到周圍世界而設計的攝像頭，但它具備360度的同步視野，而人類駕駛員只能看到120度的視野。由於高清視覺系統能夠探測顏色，因此可以説明系統識別交通信號燈、施工區、校車和急救車的頻閃燈。Waymo的視覺系統由多組高清攝像頭組成，目的是在白天和低光照條件下都能看清遠方的物體。
雷達系統
雷達系統使用多種波長來探測物體和運動。這些雷達波能夠繞過雨滴等物體，因此在雨天、雪天和霧天也能發揮效果，而且不受晝夜變化的影響。Waymo的雷達系統具備連續的360度視野，所以可以車輛前後和兩側的道路參與者的速度。
補充感測器
Waymo汽車還有很多額外的感測器，包括可以聽到警車和急救車警笛的音訊探測系統。
軟體無人駕駛軟體是車輛的“大腦”。利用感測器獲取資訊後，還要借助這些資訊針對每種情況制定最佳駕駛決策。
Waymo花了8年時間，使用機器學習和其他先進的工程技術開發和改進了軟體，並通過數十億英里的模擬駕駛和超過350萬英里的路測對軟體進行了訓練。
這套系統能夠深刻理解世界的背景資訊；這是L4級自動駕駛技術的關鍵差異點。Waymo的無人駕駛軟體不僅能探測到其他物體，還能理解這些物體是什麼、它可能的行為方式以及會對汽車自身的道路行為產生何種影響。無人車正是憑藉這種方式才得以在全自動模式下安全地上路行駛。
這套軟體由很多不同的部分組成，主要包括三大元件：感知（perception）、行為預測（behavior prediction）和規劃器（planner）。
感知系統
感知系統是對路上物體進行探測和歸類的元件，它還可以持續測算物體的速度、方向和加速度。無人駕駛軟體通過感測器獲取詳細資料，然後將其轉化成現實世界的全面視圖。
感知系統説明無人車區分行人、騎行者、摩托車手、汽車等道路參與者。它還能區分交通信號燈等靜態物體的顏色。對於這些物體而言，感知系統使得整套系統可以在語義上理解周圍的車輛——信號燈是否變綠，從而允許車輛前行，或者車道是否被前方的錐桶封閉。
行為預測
借助行為預測，軟體可以對道路上的每個物體進行建模，並對其加以預測和理解。
由於Waymo擁有數百萬英里的駕駛經驗，無人車能針對不同道路參與者可能的行為方式建立準確的模型。例如，軟體能明白儘管行人、騎行者和摩托車手看起來相似，但他們的行為卻大不相同。行人行進速度遠慢于騎行者和摩托車手，但他們卻能更加突然地改變方向。
規劃器
規劃器會考慮軟體通過感知和行為預測手機的所有資訊，然後為汽車規劃一條路徑。根據經驗，最好的司機都信奉安全第一。正因如此，Waymo植入了防禦性駕駛行為。例如，保持在其他駕駛員的盲區之外，以及為騎行者和行人留出額外空間。
規劃器還能提前思考幾步之後的決策。例如，如果軟體認為前方臨近的車道因為施工被封閉，而且預計那條車道的騎行者會變道，規劃器就可以做出減速決定，提前為騎行者騰出空間。
Waymo還借助路測經驗對駕駛模式進行改進，使得行駛過程更加順暢，令車內乘客更加舒適，讓其他道路用戶可以預測無人車的動向。
Waymo的測試技巧Waymo的無人車會分成三部分進行測試：
車廠提供的車輛本身；
Waymo的硬體，包括感測器和電腦；
Waymo的自動駕駛軟體。
車輛本身
Waymo現在用於自動駕駛測試的車輛，主要的是經過改裝的菲亞特-克萊斯勒混動MPV Pacifica，2017款。根據The Information的報導，Waymo所用的Pacifica在出廠時，頂部就為安裝LiDAR等感測器留了一個圓孔。
感測器和電腦
通過和菲亞特-克萊斯勒合作，Waymo可以在改裝過的Pacifica上安裝感測器等硬體。為了確保自動駕駛系統的正確安裝和整合，Waymo還會對車輛進行數千項後續測試。
軟體測試
由於自動駕駛軟體需要不斷地更新、升級，Waymo對於軟體的測試，需要持續進行，軟體的每一次更改都要經歷嚴謹的發佈流程，包括類比測試、封閉路線測試和公共道路測試。
模擬測試
Waymo的模擬器可以重現無人車在真實路測中遇到的場景，還能創建新的虛擬場景。《大西洋月刊》8月曾經詳細介紹過Waymo的類比軟體Carcraft。
在模擬過程中，Waymo會嚴格測試軟體的所有改變或更新，然後才會部署到車隊中。他們會確定車輛在公開道路上遇到的多數挑戰，然後將其轉化成虛擬場景，以供無人駕駛軟體在模擬器中練習。
封閉路線測試
在類比測試之後，新的軟體會首先推送到幾輛車上，讓最有經驗的駕駛員在專有試車跑道上測試新軟體。在不同車輛上，可以使用不同軟體版本，從而在不同的運行設計域（Operational Design Domain，包括地形、道路類型、速度範圍、氣候、一天中的時間段以及法律法規等）中測試不同的軟體版本。
為了進行封閉測試，Waymo還建了一個代號Castle的測試基地，位於美國加州中央山谷地區的小城默塞德附近，用各種各樣的建築模型和道具，來盡可能模擬真實道路的場景。
路測
一旦確認軟體符合預期，Waymo便會將新的軟體安裝到路測車輛上。
首先，還是只安裝在一小部分車輛上，這些無人駕駛汽車必須證明它們能夠安全而始終如一地沿著既定路徑行駛之後，再更新到整個車隊。
路測里程越長，就越能監控和評估軟體表現。
隨著路測里程的增加，Waymo還會進一步調整和更新軟體。這種持續的反饋回路證明了軟體能夠在操作設計域中作出恰當地反應，使得車輛在SAE Level 4的標準下安全運行。
350萬英里Waymo的真實路測依然限制在美國境內，里程已經累積了350萬英里。
在這份報告中，Waymo列出了他們路測過的所有地點：4個州、20個城市、350萬英里的路程。
這些城市，也是當前Waymo無人車可以運行的區域限制。Waymo的系統設計決定了這些車的自動駕駛系統在規定的領域之外不能運行，例如，乘客無法選擇這些區域之外的目的地，車輛規劃的路線也都會在這些區域之內。
也就是說，在Waymo開闢新的測試地點之前，他們的無人車只會在這些城市行駛。
以上，是量子位從報告中摘錄的要點，更多關於Waymo無人車的詳細資訊，請見報告原文~
報告下載位址：https://storage.googleapis.com/sdc-prod/v1/safety-report/waymo-safety-report-2017-10.pdf
我們還往百度網盤搬運了一份，在量子位公眾號（QbitAI）的對話介面，回復“Waymo”，可以獲取這份報告的國內網盤位址。
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