Apollo 3.5 技術(shù)架構(gòu)詳解全程回顧

硬件平臺(tái)主要是無(wú)人駕駛系統(tǒng)的計(jì)算硬件和各種傳感器硬件，包括GPS/IMU、攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、HMI設(shè)備、黑盒子等。

開(kāi)源軟件平臺(tái)是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心部分，包括功能模塊、運(yùn)行框架和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)三部分。功能模塊可細(xì)分為：

地圖引擎：運(yùn)行高精地圖；

定位模塊：通過(guò)GPS、V-SLAM、L-SLAM、里程計(jì)等多種定位源融合，結(jié)合高精地圖，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位；

感知：通過(guò)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭，精確感知車輛周圍的環(huán)境路況，包括車輛、行人、交通標(biāo)志等等；

規(guī)劃：主要包括路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)障礙物的預(yù)測(cè)等；

控制：實(shí)現(xiàn)控制車輛的轉(zhuǎn)向、油門(mén)、剎車等操作；

End-to-End：基于深度學(xué)習(xí)的橫向和縱向駕駛模型；

HMI：人機(jī)交互模塊。

TIPS

本次沙龍課程，我們有請(qǐng)到百度Apollo資深技術(shù)布道師——胡曠來(lái)詳細(xì)講解Apollo3.5技術(shù)架構(gòu)。

胡曠，中科院軟件所計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)碩士，清華大學(xué)在讀MBA。曾在IBM負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)及創(chuàng)新管理工作，擁有4項(xiàng)美國(guó)專利。2014年加入百度擔(dān)任技術(shù)管理崗位，目前是Apollo開(kāi)源社區(qū)技術(shù)布道師，負(fù)責(zé)Apollo平臺(tái)的車輛／硬件認(rèn)證，并為生態(tài)伙伴提供軟硬件解決方案咨詢、幫助其落地Apollo解決方案。

在這次的分享中，胡曠將從Apollo3.5整體框架出發(fā)，為大家講解全新版本的Apollo在城市駕駛能力、Apollo Cyber RT框架、硬件平臺(tái)以及V2X車路協(xié)同這四大方面的重大升級(jí)，帶領(lǐng)開(kāi)發(fā)者更好的認(rèn)識(shí)了解Apollo。

以下，ENJOY

Apollo 3.5是面向城市道路自動(dòng)駕駛解決方案，能夠處理更復(fù)雜的環(huán)境，具備更全面的能力。相對(duì)于以前的版本，Apollo 3.5 做了以下升級(jí)。

第一是首次具備處理城市道路自動(dòng)駕駛能力。

第二是 Apollo 3.5硬件平臺(tái)全新升級(jí)。

第三是實(shí)時(shí)通信框架Cyber RT。之前使用的是ROS， Apollo 3.5從ROS替換成了Apollo自研的專門(mén)應(yīng)用于自動(dòng)駕駛應(yīng)用場(chǎng)景的通信框架 Cyber RT。

最后是應(yīng)用于智慧交通的V2X。

Apollo 3.5 架構(gòu)

這是Apollo 3.5的架構(gòu)圖，還是基于經(jīng)典的四層架構(gòu)。Apollo 3.5對(duì)四大核心能力進(jìn)行了升級(jí)。

首先是底層的車輛認(rèn)證平臺(tái)，主要包括兩塊，第一是符合Apollo標(biāo)準(zhǔn)的線控車輛的需求，第二是滿足Apollo線控標(biāo)準(zhǔn)的車輛。

往上是硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是做自動(dòng)駕駛相關(guān)的硬件，這些藍(lán)色的模塊中有些是新增的硬件類型，有些是更新的硬件型號(hào)。

再往上是軟件開(kāi)放平臺(tái)，開(kāi)源代碼大部分是在軟件層面。Apollo3.5在定位、感知、規(guī)劃、還有Cyber RT以及V2X的適配器等模塊有變化。

最上層的云端服務(wù)在Apollo 3.5主要是仿真以及V2X的路側(cè)服務(wù)。

線控車輛是做自動(dòng)駕駛的第一道門(mén)檻。Apollo 3.5的開(kāi)放車輛認(rèn)證平臺(tái)其實(shí)就是降低大家的第一道門(mén)檻。在Apollo 3.5中，我們聯(lián)合車廠的伙伴一起做這個(gè)事情。

首先我們新增了兩款國(guó)內(nèi)車廠的車輛，第一是與廣汽合作的GE3的開(kāi)發(fā)者版本，另一個(gè)是與長(zhǎng)城合作的WEYVV6。開(kāi)發(fā)者可以買(mǎi)到這些車輛，并且比之前的要便宜，降低上車的門(mén)檻。此外，我們還升級(jí)了乘用車的線控標(biāo)準(zhǔn)，新增了小型車的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。此外，我們還發(fā)布了更詳細(xì)的適配Apollo車輛線控標(biāo)準(zhǔn)的流程以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

在Apollo 3.5中，硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體傳感器套件變化非常大。在Apollo 3.0的傳感器套件方案中，車的頂部是64線主感知雷達(dá)，還有前方的一個(gè)毫米波雷達(dá)以及三個(gè)攝像頭，還有GPS、IMU慣導(dǎo)系統(tǒng)。

Apollo 3.5的變化非常之大。首先主感知激光雷達(dá)從64線升級(jí)到了128線，同時(shí)還增加了三個(gè)16線激光雷達(dá)，分別布置在車輛的正前方，以及車后部?jī)蓚?cè)，毫米波雷達(dá)也從之前的正前方的一個(gè)變成現(xiàn)在兩個(gè)，分別是正前方一個(gè)，車后部一個(gè)，這也是為了支持倒車的場(chǎng)景。攝像頭現(xiàn)在也是做環(huán)式，增加到10個(gè)。

其次我們還新增了很多的適配硬件，大家可以根據(jù)自己的場(chǎng)景做更深入的適配，而且還包括一些符合車規(guī)級(jí)的感知設(shè)備，主要是為將來(lái)的量產(chǎn)做準(zhǔn)備。

第三點(diǎn)是開(kāi)源軟件平臺(tái)，這一塊重點(diǎn)介紹規(guī)劃、感知模塊還和Cyber RT。

在以前的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景中間，使用同一個(gè)配置來(lái)處理不同用戶場(chǎng)景的問(wèn)題。在Apollo 3.5中，我們要面臨復(fù)雜城市道路，有更多的用戶場(chǎng)景，我們提出了基于Scenario的規(guī)劃。

Planner是解決自動(dòng)駕駛的局部規(guī)劃，Routing是解決全局規(guī)劃。具體而言，規(guī)劃就是基于地圖、全局導(dǎo)航路徑、定位、車輛狀態(tài)（包括：位置、速度、加速度、底盤(pán)）、障礙物的感知及預(yù)測(cè)信息，計(jì)算出可供控制模塊（Controller）執(zhí)行的一條安全且舒適的行駛路徑。

基于Scenario的規(guī)劃架構(gòu)

如圖所示，從頂部的輸入開(kāi)始，通過(guò)Planner的Dispatcher生成Planner。

這個(gè)規(guī)劃框架帶來(lái)了以下優(yōu)點(diǎn)：

架構(gòu)可擴(kuò)展且靈活

可以訂制自己的Scenario

可以根據(jù)每一個(gè)Scenario精調(diào)性能

可以復(fù)用決策器和優(yōu)化器

下面給大家看一個(gè)例子，這是一個(gè)很常見(jiàn)的車輛行駛場(chǎng)景，這個(gè)場(chǎng)景由四個(gè)Scenarios來(lái)組成，第一個(gè)Scenario車輛會(huì)做前面的跟車，車道保持，Lane Follow，探測(cè)到的行人在一定時(shí)間內(nèi)保持靜止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)時(shí)候可能選擇側(cè)道超車，超完車之后繼續(xù)做Lane Follow，后面有一個(gè)Stop Sign來(lái)繼續(xù)行進(jìn)，這是一個(gè)很常見(jiàn)的場(chǎng)景。

一個(gè)場(chǎng)景由連續(xù)多個(gè)Scenarios組成

再細(xì)看下剛才場(chǎng)景中間的某一個(gè)Scenario。Scenario是由多個(gè)Stages組成的，再來(lái)看Side Pass有哪些Stages，前面有障礙物要減速，生成減速的軌跡線，之后第二個(gè)Stages停在離前方障礙物的安全距離內(nèi)，觀察情況確保安全。第三步在確保安全的前提下，生成了Side Pass的軌跡線，這就是Side Pass所經(jīng)歷的三個(gè)Stages。

一個(gè)Scenario由連續(xù)多個(gè)Stages組成

Apollo 3.5默認(rèn)支持這些道路場(chǎng)景、隔離帶道路、小巷道，減速帶、禁停區(qū)、人行道還有旁邊有車輛停的道路，以及交叉路口、全向停止標(biāo)志。還有像開(kāi)放空間對(duì)于停車、倒車、泊車這些場(chǎng)景的支持。

在Apollo 3.5 中，感知套件的變化非常大，主要表現(xiàn)在：第一新的感知系統(tǒng)能夠幫助Apollo系統(tǒng)看得更全，實(shí)現(xiàn)360度無(wú)死角，無(wú)盲區(qū)的覆蓋。第二基于128線的激光雷達(dá)能看得更遠(yuǎn)。第三是更靈活，根據(jù)場(chǎng)景以及硬件配置融合的機(jī)制。

多視角感知架構(gòu)

這個(gè)是新的感知的架構(gòu)圖，主要還是三類感知設(shè)備。從圖中看出，使用深度網(wǎng)絡(luò)解決交通信號(hào)燈檢測(cè)、車道檢測(cè)以及障礙物的問(wèn)題和點(diǎn)云的分割。之后再做后向的融合、輸出。交通信號(hào)燈是基于兩個(gè)攝像頭來(lái)做的，而其他的功能我們會(huì)基于三類感知設(shè)備。

開(kāi)源軟件的另一重點(diǎn)，也是Apollo四個(gè)核心開(kāi)放能力里面的一個(gè)重點(diǎn)，即Cyber RT。

Cyber RT是系統(tǒng)應(yīng)用層和操作系統(tǒng)層的一個(gè)中間件， Apollo之前是使用ROS，為什么Apollo 3.5要替換成Cyber RT呢？

大家都知道ROS是基于在機(jī)器人行業(yè)用得非常的廣泛的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，但是把它用在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景里會(huì)面臨很多的挑戰(zhàn)。

1)ROS調(diào)度的不確定性。ROS的調(diào)度依賴linux的通用系統(tǒng)調(diào)度，不清楚業(yè)務(wù)邏輯。自動(dòng)駕駛是專用系統(tǒng)，任務(wù)需要按照業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度。其低延遲要求比高吞吐要求更高。

2)ROS通信的開(kāi)銷。Apollo前期曾經(jīng)使用共享內(nèi)存去降低ROS原生的通信開(kāi)銷的問(wèn)題。

3)非自動(dòng)駕駛領(lǐng)域?qū)Ｓ?，存在其他?wèn)題等。

使用Cyber RT有以下優(yōu)勢(shì)：

1)非常簡(jiǎn)易的部署體驗(yàn)，不用關(guān)注其調(diào)度機(jī)制與通信機(jī)制，就能提供非常好的性能，且不需要復(fù)雜的配置。

2)加速自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)，自研減少了很多底層的依賴，遷移到不同的計(jì)算平臺(tái)的時(shí)候就會(huì)相對(duì)容易。

3)專注自動(dòng)駕駛，為自動(dòng)駕駛解決方案賦能。它是相對(duì)獨(dú)立的開(kāi)源實(shí)時(shí)計(jì)算框架，并且專為自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)的組件模塊，基于Cyber，簡(jiǎn)化搭建自動(dòng)駕駛應(yīng)用的流程。

Apollo Cyber RT運(yùn)作流程

Cyber中通過(guò)Components來(lái)封裝每個(gè)算法模塊，通過(guò)有向無(wú)環(huán)圖（DAG）來(lái)描述Components之間的邏輯關(guān)系。對(duì)于每個(gè)算法模塊，也有其優(yōu)先級(jí)、運(yùn)行時(shí)間、使用資源等方面的配置。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，結(jié)合DAG、調(diào)度配置等，創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)，從框架內(nèi)部來(lái)講，就是協(xié)程，調(diào)度器把任務(wù)放到各個(gè)Processor的隊(duì)列中。然后，由Sensor輸入的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

V2X是推動(dòng)自動(dòng)駕駛另外一條技術(shù)路線，跟自感知相比是另外一種路線。當(dāng)然它與自感知技術(shù)協(xié)作的話能更快地幫助自動(dòng)駕駛落地，Apollo 3.5提供了V2X的解決方案。

Apollo 3.5 智能車輛基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)作系統(tǒng)（IVICS)架構(gòu)圖

這是Apollo V2X的架構(gòu)圖，其包括硬件平臺(tái)的OBU，軟件平臺(tái)的Adapter，以及云端的路側(cè)服務(wù)。