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十年了,斯坦福和CMU的这场对决,开启了无人车时代

简介:
本文来自AI新媒体量子位(QbitAI)

2007年11月3日,美国西海岸南加州乔治空军基地。

荒漠之中一场大赛拉开帷幕。

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竞争主要在两大高手团队之间展开,这场赛事,这次对决,这些参与其中的人,将在十年之后乃至更久远的未来,在这个世界留下深远的影响。

Grand Challenge

美国国防部旗下,有一家享有盛誉的研究机构:DARPA,全称“国防高级研究计划局”。这家机构带给世界的发明包括:互联网、手持电子设备、AI等等。

也包括无人车。

2002年,为了加速军事领域的自动驾驶技术发展,美国国会授权DARPA组织一场大型挑战赛。并提供100万美元作为奖金。这个大赛背后的最终目标,是想2015年前让美军三分之一的地面军事车辆实现自动驾驶。

首届DARPA Grand Challenge挑战赛在两年后的2004年3月举行,地点设置在美国的莫哈韦沙漠之中,比赛路线总长240公里,从加州的Barstow一直往内华达州开。

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 Grand Challenge赛场

共有21支队伍获得参赛资格。正式比赛前,所有队伍都要通过一个小测试:一英里(1.6公里)的障碍赛道。结果有点惨:只有7支队伍顺利过关,另有8支队伍勉强算过关。总共15支队伍入围正赛阶段。

更惨的在后面。正式比赛阶段,一开始就有两辆车退赛,还有一辆车刚出发就翻车。本来预计10个小时的赛程,刚刚过去3个小时,赛场上就只剩下4辆无人车。而且麻烦不断:刹车、断轴、导航失灵……

所有的参赛无人车都遇到了严重的问题。

没有团队获奖。

尽管有至少两年的准备期,没有一支参赛队完成比赛。成绩最好的是卡内基梅隆大学(CMU)无人车,最终行驶了11公里,不到全程的5%。感知路障,准确导航成为当时无人车面临的两个最大障碍。

这个结果连差强人意都称不上,但毫无疑问点燃了无人车的星星之火。DARPA决定第二年继续举办大赛,并且把头等奖金提高到200万美元。

将遇良才

2005年,大赛和一些团队卷土重来。

当年10月8日早晨6:40,23支入围团队展开角逐。赛前两个小时,每个团队获得一份标有GPS坐标的路线文档,每72米设置了一个路线点,困难路段会更密集。一些团队使用了更精确的地图,并进行了速度设置。

一旦比赛开始,无人车就不能以任何方式与人类接触。参赛车辆交错出发,以最终的总完赛时间排定次序。这届团队的水平全面提升,虽然有18支队伍没有开到终点,但只有一家比去年的最佳成绩差。5辆无人车完成全程212公里的比赛。

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 特龙(左)& 惠特克(右)

也是从这次比赛开始,斯坦福大学和CMU之间的对决,成为整个比赛的核心。斯坦福的队长是是特龙(Sebastian Thrun),时任斯坦福AI实验室主任,之前是CMU的老师,和CMU队长惠特克(Red Whittaker)也是前同事。

最终,斯坦福无人车用时6小时54分跑完全程,拔得头筹。CMU的两辆无人车分别以7小时05分、7小时14分的成绩,拿下第二、第三的位置。

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 斯坦福的Stanley

斯坦福的无人车,基础架构是一辆大众ERL实验室提供的欧标柴油途锐,它还有个名字:Stanley。之所以选择途锐,也是看上了这辆SUV的线控系统。

Stanley车顶安装了五个德国Sick AG出品的LiDAR激光雷达传感器,用来构建周围环境的三维图,用以配合GPS系统。这辆无人车还使用了陀螺仪和加速计来监控行进方向。

另外还有摄像头提供的视觉传感数据,主要用于探测超过激光雷达探测范围(80米)的行驶条件,以保证无人车有足够的加速空间。斯坦福还在车轮里安装了传感器,用于在信号丢失时(例如穿越隧道)推断无人车的行驶状况。

为了处理这些数据并作出决策,Stanley搭载了六台基于1.6GHz主频英特尔Pentium M处理器的低功耗电脑,运行着不同版本的Linux操作系统。用于处理这些数据的软件,总计写了有10万行。

Stanley使用了基于机器学习的障碍物检测方法,大大减少了错误的发生。而LiDAR和视觉系统的融合,是斯坦福无人车获胜的关键因素之一:能在普通路面更放心的加速。

CMU的两辆无人车,一辆是基于军用悍马Humvee的“沙暴(Sandstorm)”,加装了6个固定激光雷达,一个旋转激光雷达,以及短距和长距雷达。

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另一辆是基于悍马H1的“H1ghlander”,也使用了激光雷达测距仪、旋转激光雷达、GPS和惯性导航系统。

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成王败寇。

Urban Challenge

风水轮流。

但CMU再次与斯坦福在无人车擂台上交手,要等到两年之后。也就是我们开头提到的2007年,第三届DARPA无人车大赛上演。

这次大赛也被称为Urban Challenge,即城市挑战赛。

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 2007年参加Urban Challenge的CMU红队

换句话说,这次在乔治空军基地举行的大赛,不仅是沙漠之中的狂奔,还会在城市道路一较高低。实际上,整个比赛包含96公里的城市路段。而且所有参赛的无人车,都要遵守全部的交通安全法规。其他要求还包括:

  • 参赛车辆必须有在册的安全记录
  • 车辆需要完全自主行驶,仅可以使用传感器获取的信号
  • DARPA在赛前24小时提供路线图
  • 无人车最多只能“停车观望”10秒钟
  • 无人车需要能在雨、雾天气以及屏蔽GPS信号的状态下行驶
  • 无人车不能与任何物体发生碰撞
  • 无人车必须能在停车场里运行,可以完成掉头

这次的比赛意义重大而且特别,因为无人车需要根据路面上其他车辆的情况,实时作出智能决策。这种要求,也将无人车的应用场景向前推动一大步。

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 赛前检修

这次赢下200万美元头奖的是CMU团队,斯坦福团队获得第二。CMU的无人车“Boss”以4小时10分完赛,平均时速22.5公里/小时;斯坦福的无人车“Junior”以4小时29分完赛,平均时速22公里/小时。

Boss基于一辆通用雪佛兰Tahoe,周身配备了十几个传感器,包括激光雷达、摄像头和雷达。所有这些传感数据,被CMU的无人车用来感知、规划和决策,这背后还有一套超过50万行的代码。在种种技术的支持下,Boss能做到:

  • 行驶遵守交通规则
  • 在长距离上探测和追踪其他车辆
  • 在停车场寻找车位并停车入位
  • 在路口遵守优先通过规则
  • 与前车保持安全距离
  • 对路面动态做出反应:例如路面封闭或者有车抛锚


 CMU无人车获胜历程

而斯坦福这次参赛的Junior基于一辆柴油大众帕萨特旅行版。这辆车使用了Applanix POS LV 420导航系统进行位置、方位、速度等状态的估计。另外车身上还配备了Velodyne的激光雷达、IBEO Alasca XT传感器等。

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 第二名到达终点的Stanford Racing

老友重聚

十年过去了。

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 十年后在CMU展出的BOSS

上周末,BOSS、Sandstorm、H1ghlander都被从CMU的仓库里拖出来擦洗干净,等着当年Urban Challenge夺冠的队友们回来团聚。

CMU计算机学院院长Andrew Moore把视线从窗外的BOSS上收回来,看着满满一屋子自动驾驶精英中的精英。他们从全国各地回到学校,聚在一起庆祝DARPA Urban Challenge夺冠十周年。

其中有些人,他已经好些年没见过了。

不少离开学校投身工业界的,现在已经是自动驾驶公司的领导者。比如Argo AI的Bryan Salesky,比如创立Aurora Innovation的Urmson。

十年前的Urban Challenge把这些已经散落在全国各地的软件工程师、机器人专家、计算机科学家联系起来,带回CMU一起过周末。

他们之间,已经从队友变成了对手。

队伍的总负责人惠特克谈起这次胜利时,说它对于无人车行业来说是“变革性的”,燃起了创新的火焰。

“能做这样的事,真是莫大的荣幸。”他回想起那些年的历程,爽朗地大笑起来。

英雄榜:斯坦福

2007年这次大赛也成了绝唱。

下次的DARPA挑战赛要等到五年之后的2012年才再次启幕。而且大赛的主题已经变成机器人挑战赛,无人车和自动驾驶已经与这项赛事无关。因为这时,无人车已经走出学校,成为科技巨头押注的新方向。

当年率队参赛的老师们,也换了竞技场展开新的比拼。

先看斯坦福这边。虽然特龙担任总负责人的斯坦福车队,在2007年惜败于CMU车队,但是特龙还是被Google的两位创始人盯上,最终成为“Google无人车之父”。不过最初,就连特龙自己也不相信无人车真的能在加州的路面上跑起来。

同队的软件负责人Michael Montemerlo(毕业于CMU),后来也成为Google无人车团队成员;而车辆负责人Burkhard Huhnke,现在是大众美国公司的副总裁。

部分其他成员现状:

Dmitri Dolgov:加入Google无人车团队,现任Waymo副总裁

Dirk Haehnel:Google高级工程师

Scott Ettinger:Waymo研究员

Gabe HoffmannJulien Marcil:苹果公司工程师

Anthony Levandowski:从Google离职后创立了无人卡车公司Otto,后被Uber天价收购,最后却被Google紧追不放、官司不断。

Jesse Levinson:参与创立了自动驾驶公司Zoox,并出任CTO

Hendrik Dahlkamp:创立主营AI助手的Lighthouse AI公司并出任CTO

David Stavens:参与创立Udacity,并出任首任CEO

Anna Petrovskaya:创立VR公司Eonite Perception

Jan Becker:一度加盟贾跃亭的法乐第未来,现在创业中

英雄榜:CMU

从上面的总结情况也可以看出,2007年的赛事后,特龙就领着一批斯坦福车队成员,加盟Google开始搞无人车。不过后来有人陆续离职,而CMU团队来了。

量子位也追踪了一下后来CMU获胜团队的去向。

2007年CMU夺冠车队的总负责人是Red Whittaker,所以CMU团队也叫“红(Red)队”。他是机器人领域的先驱、被誉为场地机器人之父。他现在担任Astrobotic公司CEO,这家公司的月球车曾经赢得Google登月竞赛。

CMU团队的技术负责人是乌尔姆森(Chris Urmson),特龙离职后,乌尔姆森一度接管Google无人车团队以及担任CTO。去年12月,乌尔姆森离职创立自动驾驶公司Aurora。今年10月,Aurora被波音公司收购。

部分其他成员现状:

Tony Stentz:Uber ATC工程主管

Joshua Anhalt:Uber无人车工程师

Hong S. Bae:法乐第未来ADAS和自动驾驶总监

Drew Bagnell:Aurora CTO

Chistropher BakerBob Bittner留在CMU的国家机器人工程中心(NREC)

Michael Darms:戴姆勒集团高级经理

Dave Ferguson:曾任Google计算机视觉和机器学习负责人,首席工程师。2016年8月离职创立自动驾驶公司Nuro。

Martial Hebert后来出任CMU机器人研究所所长,Tom HowardDavid KohanbashMaxim Likhachev等也都在这个研究所供职。

Bakhtiar Litkouhi:通用汽车自动驾驶经理,Technical Fellow

Jim Nickolaou:通用主动安全和自动驾驶负责人

Bryan Salesky:曾任Google无人车硬件主管,2017年初离职创立自动驾驶公司Argo AI,后来这家公司被福特收购。

Ed Schlesinger:约翰霍普金斯大学 怀廷工程学院院长

YoungWoo Seo:马斯克旗下Hyperloop One自动驾驶高级总监

Shuqing Zeng:通用汽车研究员

Wende Zhang:通用汽车专家

本文作者:若朴 
原文发布时间:2017-10-23 

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