Sensory w pojeździe autonomicznym

Podstawowym elementem składowym każdego systemu autonomii oraz systemów ADAS są sensory, które są „zmysłami” pojazdu. Dzięki nim możliwe jest zbudowanie percepcji i uzyskanie informacji o otoczeniu pojazdu. Przykładowymi sensorami są radary, kamery, lidary, czujniki inercyjne i odbiorniki sygnału GNSS. Każdy z sensorów cechuje się właściwościami, które pozwalają lepiej zrozumieć otoczenie pojazdu i dawać możliwość poruszania się w nim.

Sensory możemy podzielić na pasywne i aktywne. Te pierwsze nie wymagają ingerencji w świat zewnętrzny i z zasady są bardziej odporne na niekorzystne warunki. Zaliczyć do nich możemy, chociażby czujniki inercyjne (IMU). Mierzą one siły inercyjne działające na układ – przyspieszenia oraz prędkości kątowe. Wyposażone są często w magnetometr mierzący siłę pola magnetycznego, co może być wykorzystywane do estymacji orientacji pojazdu na podstawie pola magnetycznego Ziemi. Należy mieć jednak na uwadze fakt, że nie zawsze pomiary te są wiarygodne i często wymagają odpowiedniej kalibracji. Innym czujnikiem pasywnym jest kamera, która odbierając fale elektromagnetyczne w paśmie widzialnym lub w podczerwonym i strumieniuje obraz uzyskany z matrycy urządzenia. Pojedyncza kamera daje możliwość uzyskania płaskiej reprezentacji jej pola widzenia. Natomiast układ dwóch kamer daje możliwość uzyskania obrazu stereowizyjnego, zawierający także informację o głębi. Kolejnym ważnym sensorem pasywnym jest GNSS, a więc odbiorniki satelitarne, umożliwiające ustalenie położenia w globalnym układzie współrzędnych. Najpopularniejszym systemem GNSS jest GPS, ale istnieją także inne systemy, takie jak GLONASS, czy Galileo. Choć są techniki zwiększania dokładności pozycji wyznaczanej przez te sensory, jak np. RTK, czy DGPS, to wciąż problemem pozostają zakłócenia atmosferyczne, gęste zabudowania, tunele, czy hale, które znacząco obniżają jakość sygnału – a tym samym dokładność wskazań. Do odbiorników pasywnych zaliczyć możemy także czujniki odometryczne, na podstawie których można określić prędkość obrotową kół czy czujniki ciśnienia, wilgotności, które mogą być pomocne przy korygowaniu wskazań innych sensorów.

Sensory aktywne emitują do otoczenia dodatkowy sygnał, a następnie go odbierają, dokonując pomiaru danej wielkości. Popularnym sensorem aktywnym są czujniki ultrasoniczne (ultradźwiękowe), które emitują ultradźwiękowy impuls dźwięku i mierzą czas, po którym zostanie on odebrany. Dzięki swojej prostocie i niskim koszcie są one często stosowane w systemach wspomagających parkowanie. Ze względu na mały zasięg i niską dokładność, nie nadają się one do wiernego i dokładniejszego budowania informacji o otoczeniu pojazdu. Innym popularnym czujnikiem aktywnym są radary, które emitują wiązkę radarową, która odbita od przeszkody wraca do odbiornika w sensorze. Na podstawie pomiaru czasu pomiędzy wysłaniem wiązki, a jej odebraniem można ustalić odległość od przeszkody. Z kolei zmiana częstotliwości względem wysłanej wiązki wykorzystywana jest do określenia prędkości radialnej na podstawie efektu Dopplera. Choć mechanizm ten z powodzeniem wykorzystywany jest w systemach ADAS (zaawansowanego wsparcia kierowcy), to niestety, sygnał radarowy cechuje się często niewystarczającą dokładnością, aby na jego podstawie budować wiarygodny obraz otoczenia. Nie każda przeszkoda odbija wiązkę radarową w ten sam sposób i detekcja pieszych może nie dawać rozsądnych wyników. Problemem może stać się także zjawisko odbić sygnałów w strefach o zabudowanej przestrzeni – jak np. tunele, czy gęsty ruch drogowy. Sensorem aktywnym nowej technologii, który rewolucjonizuje rynek pojazdów autonomicznych, jest LiDAR (Light Detection and Ranging). Zasada działania jest podobna do radaru, jednak emitowaną wiązką jest wiązka laserowa w paśmie podczerwonym. Wysoką precyzją cechują się lidary ToF (Time of Flight), w której pomiar dokonywany jest analogicznie do radaru – mierzony jest czas pomiędzy emisją wiązki laserowej, a jej rejestracją w odbiorniku sensora. Laser, w przeciwieństwie do wiązki radarowej, jest wiązką skupioną, w związku z czym cechuje się wyższą rozdzielczością i pozwala na wierniejsze odwzorowanie otoczenia w trójwymiarze w polu widzenia sensora w postaci tzw. chmury punktów (point cloud).

Istnieje także aktywny wariant w przypadku kamer – są to tzw. kamery ToF i kamery 3D. Są to prostsze i tańsze zamienniki lidarów, w których kamera posiada emiter projektujący w podczerwieni siatkę punktów oraz odbiornik, który na podstawie czasu powrotu wiązki lub jej geometrii wzbogaca płaski obraz o informację przestrzenną.

Wróć do technologii