Bei der Erstellung eines intelligenten unbemannten StarLine-Fahrzeugs ist ein wichtiger Schritt nicht nur die Entwicklung der darauf laufenden Basissoftware (Software), sondern auch die Erstellung von Infrastrukturelementen, die das Testen des entwickelten Systems vereinfachen sollen. Eines der Schlüsselelemente ist ein virtueller Simulator.
Immer wenn ein neuer Algorithmus entwickelt oder ein bestehender modernisiert wird, besteht Bedarf an umfassenden Tests, bevor er unter realen Straßenbedingungen in einem Auto eingesetzt wird. Wenn das erforderliche Softwareverhalten vorgegeben ist, können spezielle Softwaretests für Vorversuche verwendet werden. Sie haben jedoch mehrere wesentliche Nachteile: Erstens erfordert ihre Erstellung für jeden Algorithmus erhebliche Zeitkosten; Zweitens können sie nicht verwendet werden, wenn das Verhalten des Systems nicht streng geregelt ist.
Daher wird zur allgemeinen Überprüfung von Forschungs- und Testalgorithmen allgemein die Verwendung eines Simulators akzeptiert, in dem ein virtuelles Doppel eines unbemannten Autos erstellt und dessen Verhalten in verschiedenen Straßenszenarien simuliert wird.
Darüber hinaus bietet die Verwendung des Simulators eine Reihe von Vorteilen:
- Die Testzeit für entwickelte Software wird reduziert - es ist viel einfacher, einen Simulator auszuführen, als ein Skript zu erstellen, das für die reale Welt von Interesse ist.
- Es wird möglich, in den unwahrscheinlichsten und schwierigsten Verkehrssituationen ohne Risiko für Personen oder Infrastruktur zu testen.
- Es wird möglich, dieselbe Verkehrssituation unter denselben Bedingungen wiederholt zu reproduzieren.
Es versteht sich, dass der Hauptnachteil des Simulators die Unmöglichkeit ist, vollständig realistische virtuelle Welten zu erstellen. Infolgedessen ersetzt die Verwendung des Simulators die Tests an einem echten Auto nicht vollständig, sondern reduziert nur deren Anzahl.
In den letzten Jahren gab es viele offene Simulatoren zum Testen unbemannter Fahrzeugsoftware:
Gazebo ,
V-Rep ,
Webots ,
LGSVL-Simulator ,
MicrosoftAirSim ,
CARLASimulator ,
Deepdrive und viele andere.
Warum haben wir uns bei so vielen vorhandenen Simulatoren für Gazebo entschieden? Alles wird ganz einfach erklärt: Wir brauchten in kürzester Zeit einen einfachen Simulator, der gut in ROS integriert ist, und alle notwendigen Tools, um eine virtuelle Kopie unseres Autos zu erstellen. Um unser Problem zu lösen, war es notwendig, den Betrieb verschiedener Sensoren (Lidars, Kameras, Trägheitsnavigationssystem usw.), die Steuerung und Dynamik eines Autos, einer Ampel und von Fußgängern zu simulieren. All dies war in Gazebo in Form von Plugins vorhanden.
Um ein virtuelles Backup für ein unbemanntes Auto zu erstellen, haben wir sein 3D-Modell genommen und die grundlegenden kinematischen und dynamischen Parameter dafür festgelegt - die Masse des Autos, die Kupplung der Räder, der minimale Wenderadius usw. Dann haben wir es mit virtuellen Kopien aller von uns verwendeten Sensoren ausgestattet und Parameter eingestellt, die mit den Eigenschaften ihrer realen Prototypen identisch sind.
Um virtuelle Trainingsplätze in Gazebo zu erstellen, verwenden wir Geländekarten, die in der realen Welt erstellt wurden. Alle Objekte werden an denselben Positionen wie in der Realität platziert. Gleichzeitig übertragen wir auf die Simulation: das Straßennetz, Verkehrszeichen, Bahnübergänge, Ampeln und die Hauptteilnehmer im Straßenverkehr - Fußgänger und Autos.
Dies ist beispielsweise das Modell des Autopolyten, mit dem wir uns auf die Qualifikation des Technologiewettbewerbs
„Winter City“ vorbereiten:
Während der Vorbereitung überwindet das virtuelle Doppel eines unbemannten Fahrzeugs wiederholt verschiedene Routen auf einem virtuellen Trainingsgelände.
Wenn Sie sich das erstellte Polygon ansehen, können sich mehrere Fragen stellen: Warum ist ein so geringer Realismus? Wo sind die Häuser, fallender Schnee, Bäume usw.? In diesem Fall sind solche Details redundant und fehlen, da der Simulator nur die Aspekte der realen Welt widerspiegeln sollte, die für das aktuelle Softwaresystem am wichtigsten sind. Das Hinzufügen redundanter Aspekte würde erheblich mehr Zeit erfordern als die Einsparungen durch die Verwendung des Simulators. Es ist wichtig zu bedenken, dass das endgültige Setup und die Tests an einem echten Auto durchgeführt werden.
Die Verwendung des Gazebo-Simulators hat uns während des Entwicklungsprozesses eine Reihe von Vorteilen gebracht. Dennoch haben wir eine Reihe von Mängeln hervorgehoben, die bei der Entwicklung des unbemannten StarLine-Fahrzeugs immer wichtiger werden. Wesentliche Nachteile von Gazebo sind:
- Fehler beim Betrieb der vertikalen Strahlen von 3D-Lidaren bei der Berechnung auf einer Grafikkarte;
- Mangel an Werkzeugen zur automatischen Erzeugung von städtischen Infrastruktur- und Straßenszenarien;
- geringer Realismus, der die Fahrzeugdynamik simuliert;
- geringer Fotorealismus;
- Mangel an simulierten Wetterbedingungen.
In diesem Zusammenhang planen wir, den verwendeten Simulator zu ändern, wenn Gazebo bis Ende des Jahres auf dem gleichen Programmniveau bleibt.
Auch in Zukunft planen wir, eine vollautomatische und kontinuierliche Prüfung aller StarLine Smart Car-Software in einer Simulation zu erstellen, die auf einem Remote-Server bereitgestellt wird. Auf diese Weise können Sie für jede Version der Software virtuelle Kilometer sammeln und sicherstellen, dass jeder entwickelte Algorithmus gründlich getestet wurde, bevor er in einem realen unbemannten Fahrzeug implementiert wird.
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