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艾氪英諾Explorer-E：為智慧出行提供全量感知 | 產(chǎn)品介紹
蘇州艾氪英諾機器人科技有限公司（Suzhou Exinova Robot Technology Co., Ltd.）成立于2019年，由清華大學(xué)、浙江大學(xué)和電子科技大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊共同成立，是一家以新一代人工智能技術(shù)為核心，賦能自動駕駛的高新技術(shù)類企業(yè)，總部設(shè)立于蘇州。艾氪英諾通過多源融合優(yōu)化技術(shù)和邊緣計算技術(shù)，打造邊緣側(cè)感知平臺（即“路腦”產(chǎn)品Explorer E），拓寬自動駕駛運行設(shè)計域，可應(yīng)用于車路協(xié)同自動駕駛和智慧交通等領(lǐng)域。
艾氪英諾Explorer-E 產(chǎn)品搭載艾氪英諾自研多源融合算法和相應(yīng)的訓(xùn)練模型，支撐智能道路C2～C5、自動駕駛L2～L4的平滑演進(jìn)。Explorer-E以不同傳感器為輸入，通過感知融合、定位、預(yù)測、決策規(guī)劃等功能模塊對多源感知數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，獲取道路參與者的類型、行駛速度、航向角、位置等信息，以及障礙物等道路狀況信息，并以結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)輸出?？傮w而言，Explorer-E 遵循平臺化與標(biāo)準(zhǔn)化原則，支持組件服務(wù)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)軟硬件解耦，通過一套軟件架構(gòu)支持多種軟件硬件配置。
Explorer-E原理框架圖
1. Explorer-E 功能介紹
Explorer-E由多個功能模塊構(gòu)成，具體如下：
感知融合模塊
感知融合模塊是利用激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等傳感器采集的路況信息，對采集到的信息進(jìn)行基于人工智能技術(shù)的多源數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)對交通目標(biāo)/事件檢測識別，進(jìn)而實現(xiàn)對路況全要素全時空的全量感知。
艾氪英諾Explorer-E“路腦”產(chǎn)品的融合感知模塊具有豐富的外設(shè)接口數(shù)據(jù)庫（可兼容市場上主流的激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器）、豐富的算法模型數(shù)據(jù)庫、廣泛的預(yù)設(shè)應(yīng)用場景、優(yōu)異的核心算法，實現(xiàn)感知算法場景化精準(zhǔn)識別25種機動車行為、8種非機動車行為、18種混合交通事件行為。
車端或路端安裝的傳感器主要有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭等傳感器，其中激光雷達(dá)和攝像頭是主要的感知傳感器，實現(xiàn)對周圍環(huán)境以及車輛的位置、速度進(jìn)行實時測量；車端的毫米波雷達(dá)主要用來實現(xiàn)防碰撞預(yù)測功能，提升無人駕駛的穩(wěn)定性和安全性，路端的毫米波雷達(dá)主要實現(xiàn)超遠(yuǎn)距的物體追蹤和測速；車端的超聲波雷達(dá)主要用來實現(xiàn)近距離的補盲，進(jìn)一步減少車輛的盲區(qū)范圍，為車輛自動?？繒r提供實時監(jiān)測。通過USB接口或者Ethernet接口與車載OBU相連，OBU將感知數(shù)據(jù)上傳至感知融合模塊。在部署時，為減低后期數(shù)據(jù)處理的難度，需要對各個攝像頭的內(nèi)參對標(biāo)定，以及與激光雷達(dá)在時間和空間的標(biāo)定，降低因時空錯位造成的感知信息存在的偏差。感知融合模塊對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的前期處理比如清洗、降噪、去除地面、匹配等后經(jīng)過深度學(xué)習(xí)算法對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行類型識別，輸出結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。感知融合模塊的基本框圖如圖2所示。路端和車端攝像頭和激光雷達(dá)獲取的感知信息進(jìn)行預(yù)處理，之后利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測，并對2D圖像信息檢測到的目標(biāo)和3D點云信息檢測的目標(biāo)進(jìn)行初步融合，對兩者的檢測目標(biāo)做交叉驗證，然后都進(jìn)行了目標(biāo)跟蹤，最后通過融合模塊，實現(xiàn)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭三種傳感器跟蹤后的目標(biāo)序列融合，獲取穩(wěn)定可靠的檢測結(jié)果。
感知模塊設(shè)備能直接存儲或通過計算設(shè)備存儲有效的檢測信息，存儲容量滿足存儲最近15天，時間間隔2 min的檢測數(shù)據(jù)。此外，感知模塊可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)上傳至云平臺，實現(xiàn)數(shù)字孿生對真實路況的重建。
感知融合模塊基本框圖
定位模塊
定位功能根據(jù)高精度地圖、傳感器等信息估計車輛位置，包括本車的絕對位置以及和靜態(tài)動態(tài)環(huán)境的相對位置等。傳感器的輸入來自于傳感器或者感知融合模塊，定位信息輸出至其它模塊，基于激光雷達(dá)點云定位模塊的框圖如圖3所示。在路端根據(jù)部署傳感器的GNSS信息，結(jié)合感知的目標(biāo)位置通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對目標(biāo)的定位，并可結(jié)合車端傳感器的信息實現(xiàn)對目標(biāo)位置的精確定位。
定位模塊基本框圖
預(yù)測模塊
預(yù)測模塊通過障礙物的歷史狀態(tài)信息以及感知模塊感知的當(dāng)前障礙物的信息結(jié)合車輛的位置和規(guī)劃信息，來預(yù)測障礙物的未來一段時間軌跡，其框圖如圖4所示。感知模塊作為預(yù)測模塊的上游，向預(yù)測模塊提供障礙物的位置、朝向、速度、加速度等信息。預(yù)測模塊根據(jù)感知模塊輸出的感知信息，通過自身算法給出障礙物未來的預(yù)測行為和預(yù)測軌跡，供下游規(guī)劃模塊進(jìn)行自車軌跡的規(guī)劃。
預(yù)測模塊可分為行為預(yù)測和軌跡預(yù)測兩部分：
行為預(yù)測功能，主要對包括行人、機動車在內(nèi)的交通參與者意圖判斷，包括橫穿、變道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、掉頭、巡航、加速、減速等。
軌跡預(yù)測功能，主要對包括行人、機動車在內(nèi)的交通參與者的行動軌跡進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測交通參與者未來n秒內(nèi)軌跡。
預(yù)測功能依據(jù)感知融合和自動定位等信息輸入，對行人，車輛，騎行者等交通參與者的行為意圖和行駛軌跡做出預(yù)測。具體的信息輸入包括傳感獲取到的可移動目標(biāo)的當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，含地圖信息在內(nèi)的周圍靜態(tài)交通環(huán)境信息，自車的位置和狀態(tài)信息，通過V2X獲取到的交通參與者的信息等。其中，行人的姿態(tài)和手勢、車輛燈光等信息都是預(yù)測服務(wù)的重要依據(jù)。
預(yù)測模塊框圖
決策規(guī)劃模塊
決策規(guī)劃功能是車輛最終駕駛行為決策和軌跡規(guī)劃模塊，輸出對于車輛姿態(tài)控制的命令。通過融合感知模塊，獲取車輛行駛區(qū)域內(nèi)交通信息，為無人駕駛車輛提供路徑規(guī)劃與決策。路徑規(guī)劃可以分為全局規(guī)劃和局部規(guī)劃。其中全局規(guī)劃在地圖或者前期SLAM所建立的地圖輔助下，規(guī)劃一條最優(yōu)化且可行的路徑。局部規(guī)劃是在全局優(yōu)化的前提下，根據(jù)行駛過程中道路實時路況如障礙物、會車等產(chǎn)生的局部行駛路徑。
控制模塊
在傳統(tǒng)無人駕駛模式下，控制模塊的目標(biāo)是基于路徑規(guī)劃模塊輸出的目標(biāo)軌跡和定位模塊輸出的車輛狀態(tài)生成方向盤、驅(qū)動、剎車控制命令，并通過 CAN 模塊給車輛底層執(zhí)行器。
設(shè)備管理與運維模塊
艾氪英諾Explorer-E“路腦”產(chǎn)品為傳感器、MEC等路側(cè)設(shè)備提供整體設(shè)備管理和運維管理功能。設(shè)備管理與運維模塊，為路側(cè)設(shè)備接入系統(tǒng)提供安全的身份認(rèn)證方式和數(shù)據(jù)存儲、傳輸加密管理；能夠遠(yuǎn)程配置、查看設(shè)備的參數(shù)及運行狀態(tài)；能夠遠(yuǎn)程關(guān)閉、重啟設(shè)備；能夠遠(yuǎn)程查看設(shè)備的日志文件，并進(jìn)行必要的故障分析；提供設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系管理，顯示網(wǎng)絡(luò)中的邊緣計算設(shè)備、IPC、雷達(dá)、雷攝一體機等設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。
設(shè)備管理與運維模塊主要包括以下幾個功能：
設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計：通過地圖模式顯示路側(cè)設(shè)備。地圖默認(rèn)顯示監(jiān)控區(qū)域的中心位置，默認(rèn)展示所有已接入的設(shè)備，并以小圖標(biāo)的方式標(biāo)注在地圖上，單擊設(shè)備圖標(biāo)會顯示該設(shè)備的詳細(xì)信息，未接入的設(shè)備不在地圖上展示。
設(shè)備列表：設(shè)備列表分別展示已注冊的邊緣Edge、路側(cè)RSU、攝像頭IPC、雷達(dá)、車輛以及信號機的設(shè)備接入信息，可以查看詳情和編輯。
設(shè)備注冊：從設(shè)備名稱、設(shè)備編碼、硬件類型、位置編碼、端口號、IP地址、經(jīng)緯度等維度提供路側(cè)設(shè)備接入注冊。
設(shè)備卸載：將某個路側(cè)設(shè)備從路側(cè)感知系統(tǒng)中卸載。
設(shè)備查詢：查詢已接入的路側(cè)設(shè)備信息，包括攝像頭、雷達(dá)、邊緣計算單元、RSU；查詢功能提供可通過地圖上查看已接入的設(shè)備；通過篩選設(shè)備類型，在地圖上高亮同類型的所有設(shè)備；通過輸入設(shè)備ID，在地圖上高亮顯示相應(yīng)的設(shè)備。
設(shè)備管理與運維模塊框圖
2. Explorer-E 軟件性能
Explorer-E對目標(biāo)檢測實現(xiàn)的指標(biāo)如下：
可實現(xiàn)的交通事件檢測如下：
3. Explorer-E 應(yīng)用場景
Explorer-E可以應(yīng)用在車路協(xié)同和智慧交通等多種場景中，艾氪英諾在相關(guān)場景中均有實際應(yīng)用案例。
車路協(xié)同場景
隨著單車智能不斷普及，單車智能實際中存在的諸多問題如長尾問題也不斷暴露出來，嚴(yán)重影響無人駕駛的安全性。通過在路端部署傳感器可以有效提升自動駕駛安全，彌補車端感知不足，擴展自動駕駛ODD（車輛運行設(shè)計域），提升自動駕駛的點到點能力，同時可以提高傳感器的復(fù)用率，可避免重復(fù)建設(shè)，降低成本。利用Explorer-E，可以實現(xiàn)多源傳感器的數(shù)據(jù)融合，為無人駕駛提供更高的安全性。圖6顯示的是Explorer-E在車路協(xié)同場景中的部署示意圖。
Explorer-E在車路協(xié)同場景中部署示意圖
下圖顯示的是在常熟某路口部署的實例。在該路口中部署有毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器，通過Explorer-E軟件對傳感器數(shù)據(jù)的融合處理，將路口的路況信息如車輛的位置、速度、航向角，行人的位置等傳送給無人物流車，提高其駕駛的安全性。
Explorer-E在車路協(xié)同場景中的應(yīng)用案例
下圖顯示的是Explorer-E在全息路口部署的案例，在該路口中部署有激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器，通過攝像頭2D數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)3D點云數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)了對該路口路況全要素全時空的感知。
Explorer-E在車路協(xié)同場景中的應(yīng)用——全息路口
智慧交通場景
Explorer-E在智慧交通場景中部署示意圖
上圖是Explorer-E在智慧交通場景中的部署示意圖。在山東某高速路上部署約340套激光雷達(dá)攝像頭等傳感器，對過往車輛進(jìn)行違法抓拍，實現(xiàn)了“全路段感知、全過程管控、全天候通行”的智慧高速公路目標(biāo)。
除了在封閉/半封閉的道路上部署傳感器實現(xiàn)對車輛的監(jiān)控外，還可以部署在航道，對過往的船只尺寸、吃水深度等信息做檢測，如下圖所示。
用于船只檢測的Explorer-E
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