Typy senzorů

Úloha autonomního řízení je poměrně stará. V podstatě se jedná o snahu vytvořit si svého vlastního sluhu, který by dělal pokud možno co nejvíce věcí místo nás. My bychom pouze odpočívali a nechávali se hýčkat.

Autonomní řízení vozu je v podstatě robot. Okolní svět vnímá pomocí mnoha různých senzorů – čidel. Bez senzorů by autonomní auto bylo jen hromadou šrotu a musel by ho řídit člověk. Podívejme se nyní alespoň na některé z nejvíce používaných typů senzorů pro účely řízení autonomních aut:

Odometrie

[Zdroj]

Jedná se o čidla snímající otáčení kol. Podle známého průměru kola a úhlu natočení kola se následně vypočítá ujetá dráha. Tento typ senzorů je značně nepřesný a je možné jej využít je na krátké vzdálenosti v řádu metrů. Jedná se tedy o podpůrný prostředek.

Laserový 3D Radar

V současné době jeden z hlavních senzorů všech autonomních vozidel. Je určen pro měření vzdáleností okolních objektů pomocí světelného paprsku. U běžných typů je dosah do 200metrů s přesností na cm. Laserový paprsek je generován obvykle laserovou diodou a poté rozmítán na hranolu. Paprsky tvoří typický jehlan – viz obrázek níže.

Continetal Hi-Res 3D Flash LIDAR [Zdroj]

Mezi známé výrobce patří firmy Sick (např. Sick LD-MRS), RIEGL , Velodyne a mnoho dalších. Co zvládne takový 3D scanner, je vidět zde nebo zde. Nejnovější typy těchto senzorů již nemají pohyblivé součásti. Typickým příkladem je Continetal Hi-Res 3D Flash LIDAR. Nevýhodou takovýchto senzorů je skutečnost, že za hustého sněžení, deště nebo v prašném prostředí se jejich přesnost výrazně snižuje.

Velodyne LIDAR HDL-64E [Zdroj]

Kritická je také čistota optiky – pokud je auto špinavé, paprsek nemůže pronikat do okolí a senzor je nefunkční. Značný problém pro navázané řídící algoritmy je také asymetrický šum resp. asymetrický zástin paprsků např. pokud auto projíždí kolem prašné stavby na jedné straně ulice, moucha sedící na senzoru apod.

2D Laserový senzor

Jedná se je jednodušší variantu laserového scanneru. Paprsky jsou rozmítány pouze v jedné rovině. Na trhuje je opět mnoho výrobců např. Sick, Pepperl+Fuchs,  LASE  atd. Dnes se běžně používají v průmyslových areálech.

Sick Laser Range Finder

Cenově se pohybujeme v příznivější hladině oproti 3D scannerům a to cca 30tis. Kč za kus. V ČR se tyto senzory běžně používají na mýtných branách pro detekci tvaru vozidel. U běžných typů je dosah do 200metrů s přesností na cm. 

Radarový snímač

Jedná se o klasický radarový snímač známý např. z oblasti letectví. Pro automobilový průmysl se nejčastěji využívá vysokofrekvenční radarový snímač v pásmech 24GHz, 77GHz, 79GHz a další. Tyto systémy se dají dnes již běžně zakoupit jako vývojový kit např. Infineon.

Tesla Car - Radar Sensor

Jejich značnou nevýhodou jsou parazitní odrazy od vozovky a od okolních statických překážek, které řídícímu počítač značně komplikují rozhodování.   

Ultrazvukový senzor (Ultrasonic Sensor)

Bosch ultrasonic sensor

Tento typ senzoru je založen na detekci vysokofrekvenčních zvukových vln - ultrazvuku. Známý je spíše pod názvem Sonar. Jeho využití je dnes značné. V automobilovém průmyslu si však stále hledá svoji cestu. Důvodem je značná nepřesnost, množství parazitních odrazů a krátký dosah.

GPS – GPS neboli Global Positioning System

GPS je všeobecně využívaný způsob navigace a využívá informaci z družic obíhajících na vysokých oběžných drahách. V Evropě jsou v současné době dostupné signály ze 3 různých systémů a to Americký NAVSTAR, Ruský Glonass a Evropský Galileo (nebo zde). Přesnost se pohybuje v řádu cm až po desítky metrů podle typu GPS systému. Výhodou Evropského systému Galileo má být komerčně dostupná přesnost cca 4 metry. To je pro navigaci auta v běžném provozu dostačující. Nevýhodou je však nedostupnost signálu a to např. v tunelech, v horských průsmycích, v husté zástavbě apod.

Kompas, Akcelerometr a další

Existuje nepřeberné množství senzorů. Mezi ty zajímavé patří např. Kompas. Dnes je možné jej zakoupit v elektronické podobě (1) nebo (2). Přesnost cca 1° a lepší. Nevýhodou je jeho značná citlivost na rušení. Akcelerometr - je zařízení pro měření zrychlení v jedné nebo více osách. Dnes je běžnou součástí i levných mobilních telefonů. Zrychlení pociťuje i člověk sedící ve voze.

Kamera

Kdo by neznal kameru. Běžná součást našeho života používaná miliardami lidí. V oblasti navigace existuje rozdělení na monocular camera neboli kamera s jedním objektivem a kamera se dvěma a příp. i více objektivy. Obzvláště stereoskopické vidění je dnes velmi populární. Jedná se o dvě kamery (i více), které jsou v horizontální nebo vertikální rovině vůči sobě posunuté o několik cm. Většina lidí takový senzorický systém vlastní – lidské oči. 

Senzorů tedy existuje nepřeberné množství. Automobilky se snaží integrovat co nejvíce senzorů – např. ultrazvukový, 3D Laser, 2D Laser, radar, stereo kamera, odometrie, GPS, akcelerometr – viz obr. níže.

Bohužel ani takováto sestava senzorů nedokáže zajistit bezpečnou autonomní navigaci auta. Důvod je ten, že zpracování tak obrovského množství dat od senzorů u rychle jedoucího vozu by vyžadovalo možnost napojení na nějaký superpočítač. Superpočítačů je bohužel celosvětově značný nedostatek.  V ČR máme jen dva v národním superpočítačovém centru (SALOMON a ANSELM).

[Zdroj]

Superpočítač by se do relativně malého vozu nevešel a to ani rozměry a ani spotřebou. Proto se výrobci procesorů a grafických karet předhání v návrzích co nejvýkonnějších systémů, na kterých řídící algoritmus autonomního vozu poběží. Pro semi-autonomní vozy Tesla je k dispozici systém od fi. NVidia označený NVIDIA DRIVE™ PX 2. Od Intelu je k dispozici čip s názvem Xeon Phi.

Existuje samozřejmě nepřeberná řada systémů např. Mellanox (dříve Tilera) nebo Adapteva a další. Ve všech případech se jedná o multiprocesorové systémy. Největším problémem všech takovýchto systémů zůstává cena. A bohužel i omezený výkon. Je nutné si uvědomit, že výkon lidského mozku je nesrovnatelně vyšší.

PŘEJÍT NA NÁSLEDUJÍCÍ KAPITOLU