如何训练无人驾驶汽车?Waymo给的方案是“虚拟世界+虚假城市”

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访客:76375  发表于:2017-08-28 09:59:17

据大西洋月刊报道,在谷歌母公司Alphabet的园区一角,有个团队正在开发一款软件,它对无人驾驶汽车来说至关重要。到目前为止,还没有任何记者看到过它。研发团队称这款软件为Carcraft,显然是从深受欢迎的视频游戏《魔兽世界》(World of Warcraft)身上获得了灵感。

如何训练无人驾驶汽车?Waymo给的方案是“虚假城市”

  图1:Alphabet旗下雄心勃勃的无人驾驶项目

这款软件的开发者是个头发蓬乱、长着一张娃娃脸的年轻工程师,他叫詹姆斯·斯托特(James Stout)。他和我(本文作者,大西洋月刊负责科技专栏的副主编阿莱克西斯·马德里加尔(Alexis C. Madrigal))在开放式办公室里安静地坐着。屏幕上显示着环形路口示意图。对于人类的眼睛来说,这些图没什么可看的,只有简单的线条图呈现在道路纹理的背景上。我们在中等分辨率下看到无人驾驶的克莱斯勒Pacifica,旁边简单的线框显示出另一辆车的存在。

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  图2:Alphabet无人驾驶子公司Waymo的模拟建筑软件Carcraft

几个月前,有个无人驾驶汽车团队在德克萨斯州遇到了这样的环状交叉路口。在这种情况下,高速和复杂性使无人驾驶汽车感到困惑,因此他们决定在测试设备上建造外观相似的物理通道。我所看到的是这个学习过程中的第三个步骤,即现实世界驾驶数字化。在这里,一个现实世界的驾驶动作(就像汽车在环状交叉路口上)可以被成千上万倍地放大到的模拟场景中,以此来探测汽车能力的边缘。

这样的场景为该公司强大的模拟测试提供了基础。斯托特告诉我:“我们看到的绝大多数工作都是由模拟的东西所驱动的。”它就是Waymo加速无人驾驶汽车开发的工具。2016年12月,Alphabet将无人驾驶项目从研究机构X中剥离出来,成为独立业务。如果Waymo能够在未来几年推出全自动驾驶汽车,那么这种以重塑现实世界为目标、创造虚拟世界为基础的Carcraft将会立下大功。

最初开发Carcraft的初衷是作为汽车在公路上行驶经历的“场景回放”手段,现在Carcraft在无人驾驶计划中扮演越来越重要的角色。在任何时候,通过Carcraft重建的模拟城市——奥斯汀、山景城、凤凰城以及其他测试场中,都有25000辆虚拟无人驾驶汽车正在行驶。

仅仅在一天内,Waymo就可能在路况特别复杂的地方模拟成千上万次驾驶。现在,Waymo汽车每天在虚拟世界中行驶的里程数超过1287万公里。在2016年,他们的虚拟总里程数达到40亿公里,而在真实公路上行驶的谷歌无人驾驶汽车则行驶了483万公里。至关重要的是,虚拟里程集中在Waymo称之为“有趣的地方”,他们可能会从中学到许多东西。

这些模拟是Waymo开发的一个错综复杂系统的组成部分。他们的无人驾驶汽车在公共道路上行驶了数百万公里,同时在名为“城堡”的中央山谷秘密基地中进行“结构化测试”。Waymo从来没有公开过这个系统。他们在常规道路上行驶的里程数显示,有些地方他们需要额外练习。他们将这些地方雕刻入城堡里,以便在原地体验数以千计不同的场景。

在两种现实世界的测试中,他们的汽车捕捉到足够多的数据,在未来的任何时刻都能创造出完整的数字娱乐。而在虚拟空间中,他们可以从现实生活的极限中脱离出来,创造出成千上万个单一场景的变体,然后驾驶虚拟汽车通过所有的场景。随着驱动软件的改进,它再被下载回物理汽车中,从而可以驱动越来越多的里程。这个过程周而复始,往复循环不断。

为了抵达“城堡”,你需要从旧金山湾驾车向东出发,然而向南转往99号公路,沿着中央山谷高速公路向南行驶到弗雷斯诺(Fresno)的阿特沃特小镇。这里比旧金山热30摄氏度,曾作为卡斯尔空军基地,最繁华时曾雇佣了6000人来参与B-52项目。现在,它位于默塞德小都市区的北部边缘,那里的失业率在2010年代初突破了20%,而且仍然很少下降到10%以下。这里有40%的人说西班牙语。

离开阿特沃特镇,我们穿过一些铁路,转向从前留下的老基地,现在那里被改造成了默塞德动物控制中心和阿特沃特监狱。我的手机并未指向具体地址,而是提供了GPS坐标。我们沿着高大而不透明的绿色栅栏前进,直到谷歌地图告诉我们停下来。这里似乎没有任何东西,甚至就连门看起来也很像另一段栅栏,但我的Waymo主人很自信。果然,一个保安出现了,然后从裂缝中滑出来,并检查我们的证件。

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  图3:城堡外围的栅栏

通过栅栏部分,我们开车进入一个熙熙攘攘的小园区。许多穿着短裤、戴着帽子的年轻人走来走去。还有可移动的建筑、圆顶车库以及我们此行主要目标——无人驾驶汽车的停车场。这里有好几种无人驾驶汽车,包括你在公路上最有可能看到的雷克萨斯车型,已经退休的普锐斯,以及新的克莱斯勒Pacifica。

无人驾驶汽车很容易被分辨出来,因为它们全身布满传感器。其中最突出的是在汽车顶部的激光扫描仪(通常称为LIDARs)。但克莱斯勒Pacifica的侧视镜附近,也有尺寸较小的旋转LIDARs。它们的后面还有雷达,看起来就像史瑞克令人不安的白色耳朵。

当汽车的传感器投入使用时,即使是在停车的时候,旋转的LIDARs也会发出奇怪的声音。它介于哀嚎和重击声之间,仅仅因为它是如此的新奇,以至于我的耳朵无法像往常那样自动过滤掉汽车发出的常见声音。在主楼对面的街道上,停着一辆比较特别的汽车。它全身被印有X标识的不同尺寸红色胶带缠住,那是四级车的标志。

对无人驾驶汽车自主化程度的分级是汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers)制定的。我们在公路上看到的大部分汽车都属于一级或二级汽车,这意味着它们可以在高速公路上进行智能巡航控制。但是红色的X汽车则完全不同,它不仅是完全自动化的,而且无法被人在内部驱动,所以Waymo不想把它和其他汽车混在一起。

当我们驶进停车场时,不禁产生“曼哈顿计划”的印象,这里是科技初创公司的前沿。在主楼中一个教室大小的房间里,我看到了这个神奇地方的背后原动力——斯蒂芬·维勒格斯(Steph Villegas)。维勒格斯穿着一件长长的、非常合身的白色圆领衬衫、乞丐牛仔裤、灰色针织运动鞋,依然像她加盟谷歌前在旧金山精品时装店Azalea工作时那样时尚。维勒格斯在加州伯克利附近的东湾郊区长大,并在加州大学伯克利分校学习美术,2011年加入谷歌无人驾驶汽车项目。

我问道:“你是司机吗?”维勒格斯回答说:“我永远都是司机。”她在101号和280号高速公路之间花了无数时间,这些高速公路通往旧金山和山景城。就像其他司机那样,她开始对在开放道路上行驶的汽车产生一种感觉,这在无人驾驶计划中被认为非常重要,因为他们对汽车可能会遇到哪些困难有非常敏锐的直觉。维勒格斯告诉我:“在更新的软件上做些测试,在团队中待久后,我开始思考挑战现有系统的方法。”

为此,维勒格斯和部分工程师开始准备进行尝试,以期找到可控的方式测试新的行为。他们开始霸占Shoreline Amphitheater停车场,所有入口都安排人,以确保只有经过批准的谷歌人才能进入。维勒格斯说:“这就是我们开始的地方,我和几个司机每周都去尝试。我们会想出一组我们想要测试的东西,在卡车里装满补给,然后把卡车开到停车场进行测试。”

这些成为无人驾驶项目的第一个结构化测试。事实证明,最困难的部分其实并不是人们想象的那种“僵尸末日”的场景,而是像人类司机那样在正常交通中体验无尽的变化。维勒格斯开始从她能找到的任何地方收集道具:假人、圆锥体、假植物、儿童玩具、滑板、三轮车、洋娃娃、球以及其他小玩意儿,并将它们全部收进了道具箱。这些道具先是被储存在帐篷里,然后是城堡里,现在有了完整的储藏室。

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  图4:城堡中的“道具车库”

但这个过程也出现很多问题。他们想要将车开得更快,并使用街灯和停车标志。而Shoreline Amphitheater经常举办演唱会也常常会打乱他们的计划。为此他们需要一个基地,一个秘密基地。这就是城堡所能提供的。他们签了租约,开始建造自己梦想中的虚假城市。维勒格斯说:“我们决定设计住宅街道、高速公路、死胡同、停车场等基础设施,所以我们就像在真实城市中开车一样。”

我们从主拖车办公室步行到她的汽车旁。当我们即将离开时,她递给我一张地图,并说:“就像在迪斯尼乐园一样,你可以沿着地图走。”地图也是精心绘制的。在一个角落里,有个维加斯风格的牌子,上面写着:“欢迎来到加利福尼亚的神话城堡。”园区的不同部分甚至有自己的命名习惯。在我们正在穿越的那块地方,每条路都是以名车命名的。

我们穿过几栋粉红色的建筑,它们是旧的军用宿舍,其中一个已经被改造过了。当Waymo员工无法回到湾区时,他们可以在这里休息。除此之外,测试区域内再没有其他建筑物,它确实是一个机器人汽车的城市。

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  图5:城堡中的“邻居”

作为局外人,这里给人的感觉就像一个没有玩家的视频游戏场景。从林荫大道到邻近社区的街道,从水泥车道到郊区十字路口,再减去我们与这些地方联系的建筑,这一切都显得令人不可思议。我不断地瞥见自己走过的路,最后停在巨大的双车道环形路上。在中间,有一圈白色栅栏。维勒格斯说:“我们在德克萨斯州奥斯丁曾遇到多车道环形路口,然后在这里特别安装了这种环状交叉路口。最初这里只有单车道的环形路口,后来出现多车道路口,它看起来就像不同颜色的马,感谢得克萨斯提供的灵感。”

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  图6:双车道环形路口

当维勒格斯盯着新增设设施——沿着与草皮比邻的平行停车场修建的两条车道和一条自行车道时,我们停了下来。她说:“我真的很喜欢沿着平行停车场建设新的设施,类似的场景已经出现在商业区的郊区,比如核桃溪市、山景城以及帕罗奥图等。人们从店面或公园出来,在汽车之间行走,也可以提着东西穿过马路。”这条小路很像维勒格斯记忆中的碎片,特别是嵌入沥青和混凝土中的记忆,这将会变成更抽象的形式,帮助机器人汽车改进适应家庭地形的能力。

维勒格斯开车送我回到主办公室,我们跳上了一辆无人驾驶汽车,它由Chrysler Pacificas改装。我们的“左侧座位”司机是布兰登·凯恩(Brandon Cain),他通过笔记本电脑上的XView软件跟踪汽车的表现。还有其他测试助理,他们被称为“狐狸”,是由“人造”这个词演变而来的。他们驾驶汽车、创造交通、像行人那样行动、骑自行车以及举着停车标志。他们或多或少可以被称之为演员,而他们的观众是汽车。

我们要做的第一个测试是“简单的超车和并道”,只是需要在高速条件下完成,时速约为72公里。我们在名为Autobahn的宽阔公路上直行。当有“狐狸”将我们拦住时,Waymo汽车会刹车,然后团队开始关键数据点,即减速过程。他们正试图创造出一种场景,让汽车能够及时刹车。这有多难?这就像让光停下来,阻止我的腋窝出汗,或让手机掉落地板的过程停下来那样。

让我说些可笑的事情:这不是我第一次驾驶无人驾驶汽车。过去,我选择了两种不同的无人驾驶方式:第一次我驾驶雷克萨斯越野车穿过了山景城的街道,第二次驾驶谷歌Firefly在谷歌屋顶上“跳舞”。它们都是不起眼的游乐设施,但这次是不同的。这次涉及两辆快速移动的汽车,其中一辆被需要以Waymo团队所谓的“辛辣”方式停下来。

测试开始了,凯恩发动汽车,并小声下令进入“自动驾驶”模式。另一辆车接近我们,并试图阻隔我们。我们的车刹车了,又快又稳,这给我留下了深刻印象。随后,凯恩等人检查减速数字,并意识到我们的刹车做得还不够好。我们必须再做一次,一次又一次地重复。另一辆汽车则利用不同的方式、从不同的角度阻挡我们,他们称这种测试为“覆盖”。

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  图7:两辆汽车高速行驶并道,其中1辆属于无人驾驶汽车

我们经历了另外三个测试:高速并道,遇到在车道上后退的汽车,而第三个则是以无人驾驶汽车的视线为主,当行人将篮球扔到道路上时,汽车平稳地减速刹车停下。每个测试都以自己的方式给人留下深刻的印象,但其中阻挡测试最让我震惊。

当我们决定继续体验无人驾驶时,凯恩改变了座位。他问我:“你看过《Pacific Rim》吗?”那是吉列尔莫·德尔·托罗(Guillermo del Toro)的电影,里面的人通过与巨大的机器人同步来与怪物战斗。他说:“我试着和车保持同步,我们分享一些想法。”

我希望凯恩能够解释下“与汽车同步”到底什么意思。他说:“我正努力调整汽车中人们的体重差异。我经常待在车里,能感觉到车在做什么。这听起来很奇怪,但我的确能用臀部感受到,我知道它想做什么。”

远离尘雾缭绕的城堡,来到山景城舒适的谷歌总部。我来拜访Waymo的工程师,从技术角度来看,他们隶属于X部门,即谷歌长期、高风险研究部门。2015年,当谷歌重组为控股公司Alphabet时,Google X中的“Google”被从其名称中删除。在重组后的一年里,X和Alphabet决定将无人驾驶汽车项目分拆,成立独立公司,就像谷歌此前的其他项目也成为独立业务那样。