隱形賽手

它并不是一輛12汽缸馬力強勁的豪華宮殿，也不是全身涂滿了廣告的F1賽車。它所能做到的只不過是不需要司機。對，無人駕駛！

一輛紫紅色的美國道奇汽車輕快地行駛在公路上，150公里/小時的車速讓人們只能看到明亮的車漆反射出的紫紅色陽光。只有當這輛7座MPV停下來之后，人們才發現這輛掛著奇怪裝置的車內空無一人。

車身上清晰地印著“清華智能車THMR－Ⅴ”的字樣并不能完全解釋清楚這輛汽車的身份，其中那些大寫字母是TsingHua Mobile Robot V的縮寫，即清華V型智能移動機器人。這聽起來可能仍然有些晦澀，簡單來說，這就是一輛實現無人駕駛的汽車。

是的，這正是很多人在童年時代幻想過或者在科幻讀物中看到的無人駕駛汽車如今成為了現實。盡管目前它還是一件試驗品，但有理由相信將來無人駕駛的智能汽車能夠讓司機們實現邊開車邊睡覺的夢想。

當然，教授們研究智能移動機器人的目的并不是想去搶走那些出租汽車司機的工作。他們希望研制的智能移動機器人能夠代替人類進入那些有毒有害等危險環境中。在這些科學家的眼里，THMR－Ⅴ只是一臺智能機器人而不是一輛汽車。THMR－Ⅴ實際上就是一個試驗平臺，將多學科的技術綜合在這個載體上研究如何具體結合應用。由清華大學智能技術與系統國家重點實驗室研發的THMR－Ⅴ綜合了電腦、感應、定位導航等多項技術，目前已經是第五代智能移動機器人。

智能移動機器人，也就是人們常說的智能汽車就像人類一樣，會經過對周圍環境的觀察，經過思考后作出自己的判斷。所以對于智能機器人來說，首要的需求就是對客觀世界的感知。它如何來感知周邊的復雜環境呢？THMR－Ⅴ使用了CCD攝像機作為視覺信號處理系統。

但由于周圍環境復雜，從CCD攝像機看來，地面上的一個障礙的凹凸性很難判斷。如果這時結合激光或者微波雷達的探測，就能夠得到一個比較精確的環境判斷。這就是THMR－Ⅴ如何獲得深度的感知，安裝的激光雷達可以測量出車體前方的物體或障礙物，THMR－Ⅴ會根據障礙物在車前的分布情況，進行信息融合、控制決策，發出車體躲避障礙或停車的命令。

“最終安裝上負責對方向和行進距離進行判斷的光碼盤-磁羅盤定位系統以及GPS衛星定位系統，THMR－Ⅴ就能夠獲得精確的位置數據。” 清華大學智能技術與系統國家重點實驗室何克忠教授介紹說。但這遠遠不夠，在掌握了位置數據后，THMR－Ⅴ還要針對最終目的地作路線、速度的判斷，這時采用的路徑規劃技術就相當于人類大腦的思考判斷了。

“在我們的V型車上有CCD攝像機、激光雷達、光碼盤、GPS衛星定位等等。這么多傳感器要同時監控設備的運行情況，而且還有智能汽車的大腦——路徑規劃系統。這么復雜的系統只有一臺電腦是無法滿足需要的。”何克忠教授說。

于是在這輛美國道奇SXZ6510七座廂式車里面，教授們塞進了6臺電腦。它們分為規劃電腦、監控電腦、視覺電腦和多臺測控電腦，它們是按照分層遞階的結構，分為智能級（規劃電腦），協調級（監控電腦）和執行級（視覺電腦和多臺測控電腦）。各臺電腦之間通過10M以太網實現數據通信。

科研小組在1998年花費了38萬購買這輛道奇車進行改造。2003年3月份，在北京上地北邊的北青路進行了無人駕駛試驗。這次試驗THMR－Ⅴ的最高速度達到了150公里/小時。此次試驗中完全是智能機器人自主行駛，而不是技術人員遙控操作進行的。

150公里/小時的速度無論在國內還是國際上都是處于領先的。德國1998年公布的無人駕駛最高速度大約為130公里/小時，美國的水平大約為120公里/小時。之所以要用最快速度來一較高下是因為速度的快慢能夠體現智能汽車的綜合技術水平。實現高速行駛一方面是要求圖像處理速度要快，目前THMR－Ⅴ智能汽車能夠做到20-30毫秒刷新一幅圖像。另一方面是要求高精度的控制技術。這兩方面的技術都達到較高水平才能夠幫助智能汽車實現高速行駛。

何克忠教授和同事們現階段的任務就是解決智能汽車的遙控問題。在一個指揮站內會設有模擬操控臺，油門、方向盤等，汽車上的設施應有盡有。這時指揮站內就能夠在一定范圍內通過操控臺遙控智能汽車的行動。同時智能汽車也會將傳感器獲得的畫面傳遞回指揮站。

THMR－Ⅴ的遙控范圍目前在無障礙物環境下可以達到幾十公里，但是由于遙控設備采用的頻率比較高，繞過障礙物的性能比較差，所以遇到樓房、樹林和小山等障礙阻擋，遙控范圍就會受到影響。

這項研究甚至能夠研發出一套自動輔助駕駛系統，用來做什么呢？當然是來輔助甚至糾正司機們的駕駛。有研究表明，司機的不當駕駛是導致絕大多數交通事故的原因之一。而如果研發出一套能夠在一定程度上自動糾正司機的系統將會讓道路減少擁堵和更安全。

新型車輛可以通過激光雷達測出與前車的距離，然后根據現有車速來判斷目前是否為安全車距。一旦車距小于安全距離就會發出警報來警示司機或者自動減速行駛。在雨霧天氣中激光雷達的作用就更加明顯，相信這套自動輔助駕駛系統一定會幫助司機減少許多交通事故。

這個項目最初是由前國防科工委立項研發的移動機器人科研項目，當時叫做行動規劃技術研究。1989年七五計劃時代就開始進行此項研究，最初意圖是研發應用于軍事方面的偵查車輛。研究小組當時從吉林一家汽車廠購買了一輛小型遙控防爆汽車，帶回北京進行改裝。這就是清華智能移動機器人的首個成品THMR-I。

THMR-I是一臺室內輪式移動機器人，左、右后輪分別裝有二臺電機，可以獨立控制，前輪是從動輪。車體前方裝有3個超聲傳感器，用來檢測車體前方的障礙物；CCD攝像機用來檢測車前道路；左、右輪裝有光碼盤用來確定車體的位置。

THMR-II的配置基本同I代相同，不過在車上增加了無線圖像電臺、無線數據電臺。操作人員通過無線圖像電臺，能夠收看到車前圖像，通過操縱遙控盒控制車體動作，因此THMR-II具有視覺臨場感遙控的功能。

THMR-III開始采用BJ1022面包車改制，在這代智能移動機器人上集成了二維彩色攝像機、磁羅盤-光碼盤定位、GPS、超聲等傳感器和計算機系統，根據地圖數據庫信息進行全局規劃，依靠電腦來完成視覺信息處理和局部規劃、控制決策及系統監控。這個結構已經同目前最新的V代智能汽車非常接近了。

國外智能移動機器人的發展也很快。室外移動機器人的研究起源于美國國防部DARPA的戰略課題。Demo計劃是于1992年由DARPA及國防部長辦公室聯合機器人計劃(JRP)處資助進行的，主要研究高速遙控及簡單的“學習”功能等近期技術，如自動返回能力等。1997年美國國防部正式啟動了DemoIII計劃。2000年10月份又進行了DemoIII B的自主機動性鑒定，白天車輛在有植被的崎嶇地形上越野導航的速度達到32公里/小時，夜間及濕地時為16公里/小時。在不太惡劣的氣候條件下，該車可以64公里/小時的速度在道路上行駛，試驗車與遙控人員的通信距離為10～16公里。

美國卡內基·梅隆大學（CMU）機器人中心也是在1980年代便開始了對室外移動機器人的研究，其Navlab系列的研究幾乎集成了室外移動機器人的所有關鍵技術，很具有代表性。Navlab系列原型車包括Navlab1到Navlab 11，覆蓋了小型客車、火車、多用途車、大型客車等多種車型。研究內容包括自主駕駛、輔助駕駛、車輛安全等多個領域。目前的研究內容包括車輛避撞系統、帶運動物體跟蹤識別的同步定位與地圖生成系統等。

1995年6月，Navlab-5原型車進行了橫穿美國的實驗NHAA（No Hands Across America），從賓州的匹斯堡到加州的圣地亞哥。總行程4587公里，其中自主駕駛4503公里，占98.2%，最長連續自主駕駛距離為111公里，全程平均速度為每小時102.72公里。

Navlab 5車體采用Pontiac運動跑車改裝。CMU與AssistWare技術公司合作開發了便攜式高級導航支撐平臺PANS（Portable Advanced Navigation Support）。最新的Navlab11原型車由一輛Wrangler吉普車改裝而成，裝備差分GPS全球定位系統、陀螺儀與磁羅盤、激光雷達、全向攝像系統、激光線發生器等設備。

德國慕尼黑國防大學與德國奔馳汽車公司合作從1980年代開始研制室外移動機器人，已先后開發出VaMoRs和 VaMoRs-P（即VaMP）兩種實驗車。VaMoRs由一輛奔馳508D型5噸面包車改裝而成，1987年曾在一段尚未通車的高速公路上創下自主駕駛 96公里/小時的1980年代最高速度。VaMoRs-P（VaMP）由一輛豪華型奔馳500SEL改裝而成。