Autonoom navigeren zonder gedetailleerde kaarten

Een nieuwe navigatiemethode geeft autonome voertuigen de mogelijkheid te navigeren zonder gedetailleerde kaarten en zonder aanwezige wegmarkering. Autonoom navigeren wordt hierdoor ook mogelijk in bijvoorbeeld landelijke gebieden. De techniek is ontwikkeld door het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) van MIT. 

Onderzoekers van CSAIL schrijven in een onderzoekspaper dat autonoom rijden een aanzienlijke positieve sociale impact kan hebben, maar de toepassing ervan in belangrijke mate wordt beperkt doordat de autonome voertuigen moeite hebben in landelijke gebieden te navigeren. Systemen voor autonoom rijden vertrouwen op dit moment over het algemeen op twee navigatiemethoden:

• navigeren door wegmarkeringen te volgen;
• navigeren op basis van zeer gedetailleerde en nauwkeurige kaarten.

Navigatie in landelijke gebieden

Beide methode zijn minder geschikt voor navigatie in landelijke gebieden. Zo ontbreekt in dergelijke gebieden in veel gevallen de wegmarkeringen of is deze van dusdanig slechte kwaliteit van autonome voertuigen moeite hebben de markeringen correct te registreren. Daarnaast is het in veel gevallen niet praktisch om gedetailleerde kaarten van landelijke gebieden te ontwikkelen. Dit doordat veel van deze gebieden zeer uitgestrekt zijn en de omgeving daarnaast door de aanwezigheid van veel vegetatie continu veranderd. 

MIT heeft daarom een nieuwe navigatietechniek ontwikkeld die autonome auto’s in staat stelt te navigeren zonder gedetailleerde kaarten van hun omgeving. De techniek combineert eenvoudige kaarten met basale informatie met een informatie verzameld van sensoren om veilig zijn weg te vinden. Het voertuig kiest hierbij een navigatiedoel binnen het bereik van zijn sensoren, waarna het navigatiesysteem aan de hand van de beschikbare eenvoudige kaart een route kiest. Sensoren meten vervolgens onder andere de afstand van het voertuig tot de zijkant van de weg om zeker te stellen dat het voertuig veilig op zijn eigen weghelft blijft. Ook zoeken deze sensoren continu naar obstakels, zoals mensen, dieren, voertuigen en andere objecten. Dit proces wordt continu herhaald totdat het voertuig zijn eindbestemming heeft bereikt. 

OpenStreetMap

De techniek maakt gebruik van OpenStreetMap, een project dat als doel heeft vrij beschikbare en vrij bewerkbare landkaarten te ontwikkelen. Deze kaarten worden gemaakt door vrijwilligers, die informatie over onder andere straten, rivieren, grenzen en gebieden verzamelen en opslaan in een openbare database. OpenStreetMap bevat ook informatie over de verkeersregels op wegen. De navigatietechniek van MIT bepaalt met behulp van GPS de locatie van het voertuig op deze kaarten. Door deze informatie te combineren met gegevens verzameld door sensoren die op het voertuig zijn aangebracht kan het voertuig zijn weg te vinden in gebieden waarvan geen gedetailleerde kaarten beschikbaar zijn.

De onderzoekers wijzen erop dat hun techniek het daarnaast mogelijk maakt een kaart van een veel groter gebied op te slaan op dezelfde hoeveelheid opslagruimte. Zo wijzen de onderzoekers op Jesse Levinson, Michael Montemerlo en Sebastian Thurn van het Stanford Artificial Intelligence Laboratory, die in het artikel ‘Map-Based Precision Vehicle Localization in Urban Environments’ in Robotics: Science and Systems in 2007 beschreven hoe zij een gedetailleerde 2D-kaart van ruim 32.000 kilometer weg wisten te comprimeren tot een databestand van ongeveer 200GB. Door een kaart met veel minder details te gebruiken kan een kaart van ditzelfde gebied worden verkleind tot slechts 3,5GB. 

Snelheden tot 108 kilometer per uur

De techniek is door MIT getest tijdens een experiment op ware schaal, waarbij een autonome Toyota Prius met behulp van het systeem in een landelijk gebied zijn weg wist te vinden. Dit voertuig is uitgerust met LIDAR-sensoren om de afstand tot objecten te detecteren en traagheidsmeetsystemen om onder meer de snelheid en rijrichting van een voertuigen te meten. De gegevens die door deze sensoren worden verzameld worden vertaald met behulp van software die draait op een standaard PC. Met behulp van het systeem kan het voertuig de weg tot 35 meter voor zich detecteren. 

De onderzoeker stellen dat dit voldoende is om een voertuig op veilige wijze met een snelheid van 30 meter per seconde, omgerekend zo’n 108 kilometer per uur, autonoom te laten rijden. Door de software op een grafische processor parallel te laten draaien verwachten de onderzoekers dat deze maximumsnelheid fors kan worden verhoogd. 

Meer informatie is te vinden in de onderzoekerspaper van het CSAIL van MIT.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: MIT
Bron foto: CSAIL van MIT