關(guān)于汽車自動(dòng)駕駛的技術(shù)

梁緣 王威翔

【摘 要】智能自動(dòng)化駕駛是一門新興的技術(shù)，自動(dòng)駕駛汽車又稱無人駕駛汽車、電腦駕駛汽車或輪式移動(dòng)機(jī)器人，是一種通過人工智能、視覺計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動(dòng)的操作下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛。實(shí)現(xiàn)無人駕駛的智能汽車。在汽車自動(dòng)駕駛過程中如何讓汽車避開障礙以最優(yōu)的路線達(dá)到指定位置是智能自動(dòng)化駕駛汽車的關(guān)鍵性問題。本文通過模擬汽車自動(dòng)駕駛環(huán)境根據(jù)汽車自動(dòng)駕駛原理對(duì)汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)行研究優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】人工智能；雷達(dá)；全球定位系統(tǒng)

1汽車自動(dòng)駕駛

人們似乎一直很看好自動(dòng)駕駛的前景，認(rèn)為這將是未來汽車發(fā)展的趨勢。然而一場事故則將人們的幻想擊得粉碎。

16年1月份，在河北邯鄲發(fā)生了一起特斯拉自動(dòng)駕駛功能致人死亡事件。一男子駕駛特斯拉在高速公路行駛，前車躲避障礙物，該男子躲閃不及撞上道路清掃車發(fā)生車禍。這是國內(nèi)首起披露的特斯拉自動(dòng)駕駛功能引發(fā)的致死交通事故。據(jù)央視報(bào)道稱，23歲的高姓車主在部隊(duì)從事司機(jī)工作，并有上萬公里的安全形勢記錄。但據(jù)事故后行程記錄儀中的視頻分析，事故發(fā)生時(shí)，特斯拉處于“定速”的狀態(tài)，并未能識(shí)別躲閃而撞上前車。現(xiàn)場交警調(diào)查，碰撞發(fā)生前，涉車禍特斯拉并沒有進(jìn)行任何躲避和減速，保持車速撞上前方正在施工作業(yè)的道路清掃車尾部。這場事故使人們對(duì)自動(dòng)駕駛的安全問題感到擔(dān)憂。其實(shí)世界范圍內(nèi)因?yàn)樽詣?dòng)駕駛的安全性問題已經(jīng)引發(fā)了很多大大小小的事故。那么自動(dòng)駕駛發(fā)生事故的問題都出來哪里呢？

自動(dòng)駕駛是汽車產(chǎn)業(yè)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等新一代信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，是當(dāng)前全球汽車與交通出行領(lǐng)域智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的主要方向，已成為各國爭搶的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹自動(dòng)駕駛涉及的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)，以及國內(nèi)外測試、部署方面的進(jìn)展和趨勢。

2自動(dòng)駕駛技術(shù)

自動(dòng)駕駛技術(shù)包括了攝像頭、雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù)，GPS系統(tǒng)的支持以及人工智能，而這些電子設(shè)備要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制都需要一個(gè)可靠的系統(tǒng)進(jìn)行控制。

目前很多車型都有的一些電子輔助駕駛系統(tǒng)，比如自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急制動(dòng)、車道保持、輔助自動(dòng)泊車等系統(tǒng)，只要是駕駛員能控制的，理論上汽車電腦都能操作。因?yàn)閺脑O(shè)計(jì)上，這些電子系統(tǒng)只是起到輔助作用，很多都采用“負(fù)觸發(fā)”機(jī)制，也就是啟動(dòng)狀態(tài)并非持續(xù)運(yùn)行，而是每隔很短一段時(shí)間就會(huì)退出，然后排查所有系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，確認(rèn)后再重啟。這個(gè)過程非常快，我們根本感覺不出。智能網(wǎng)聯(lián)在可以隨時(shí)對(duì)車內(nèi)電器進(jìn)行監(jiān)控操作，大大提高了行車的安全性。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車指的是搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與（人、車、路、云端等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，并最終可實(shí)現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車，即通常意義上的智能汽車、自動(dòng)駕駛汽車。

3傳感器的精密度

有了高精地圖后，自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃、控制等關(guān)乎車輛自身運(yùn)動(dòng)以及按照任務(wù)路線行駛的問題幾乎不存在什么問題。在高精地圖的加持下，自動(dòng)駕駛車輛類似一種巡線小車。不過在巡線的基礎(chǔ)上，還需要一些態(tài)勢感知算法來保證自動(dòng)駕駛的安全性：行人檢測、障礙物檢測與避開等。有了高精地圖后，自動(dòng)駕駛研發(fā)資源將集中在人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)上來。車輛可以根據(jù)實(shí)時(shí)觀測到的場景，進(jìn)行智能特征提取，然后與高精地圖中的特征進(jìn)行匹配，從而得到車輛當(dāng)前所在的精確位置、車道情況、交通信號(hào)燈等一系列的信息。動(dòng)駕駛技術(shù)對(duì)于車道、車距、路障等信息的依賴程度更高，需要更加精確的位置信息，是自動(dòng)駕駛車輛對(duì)環(huán)境理解的基礎(chǔ)，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)不斷進(jìn)化升級(jí)，為了實(shí)現(xiàn)決策的安全性，需要達(dá)到厘米級(jí)的精確程度。如果說傳感器向自動(dòng)駕駛車輛提供了直觀的環(huán)境印象，那么高精度地圖則可以通過車輛準(zhǔn)確定位，將車輛準(zhǔn)確地還原在動(dòng)態(tài)變化的立體交通環(huán)境中。對(duì)汽車總成級(jí)來說，傳統(tǒng)汽車要升級(jí)為自動(dòng)駕駛汽車，必須具備一臺(tái)工業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）、定位的GPS系統(tǒng)和激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)。這三個(gè)部件是自動(dòng)駕駛汽車的核心部件（含其軟件系統(tǒng)）。

對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車系統(tǒng)來說，一個(gè)最基本且最具挑戰(zhàn)性的能力就是探測與分類對(duì)象。自動(dòng)駕駛汽車首先必須能夠準(zhǔn)確地評(píng)估周邊環(huán)境，才能根據(jù)車流、道路規(guī)則或者障礙物安全地調(diào)整行駛狀態(tài)。如今，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中的高精度傳感器正為拯救道路上的生命提供安全保障。這些高精度傳感器包含了一系列攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)、計(jì)算，以及繪圖技術(shù)。對(duì)于攝像頭的識(shí)別能力具有很高要求：單目攝像頭需要建立并不斷維護(hù)龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，如果缺乏待識(shí)別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法識(shí)別以及測距，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。而雙目攝像頭可直接對(duì)前方景物進(jìn)行測距，但難點(diǎn)在于計(jì)算量大，需要提高計(jì)算單元性能。

傳感器相當(dāng)于自動(dòng)駕駛汽車的眼睛。通過傳感器，自動(dòng)駕駛汽車能夠識(shí)別道路、其他車輛、行人障礙物和基礎(chǔ)交通設(shè)施。按照自動(dòng)駕駛不同技術(shù)路線，傳感器可分為激光雷達(dá)、傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭三種。激光雷達(dá)目前是被采用比例最大的設(shè)備，Google、百度、Uber等公司的自動(dòng)駕駛技術(shù)目前都依賴于它，這種設(shè)備被架在汽車的車頂上，能夠用激光脈沖對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行距離檢測，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動(dòng)駕駛汽車提供足夠多的環(huán)境信息。激光雷達(dá)具有準(zhǔn)確快速的識(shí)別能力，唯一缺點(diǎn)在于造價(jià)高昂導(dǎo)致量產(chǎn)汽車中難以使用該技術(shù)。

由于自動(dòng)駕駛汽車相對(duì)傳統(tǒng)汽車傳感器的特殊要求以及其精度和種類的多樣，定期到正規(guī)4s店進(jìn)行保養(yǎng)檢查是必不可少的，所有自動(dòng)駕駛技術(shù)都依賴于硬件的穩(wěn)定。

4結(jié) 論

自動(dòng)駕駛汽車依靠人工智能、視覺計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動(dòng)的操作下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛。自動(dòng)駕駛總的發(fā)展趨勢是智能化程度越來越高，但是目前人工智能水平仍然是很低的，所以說智能駕駛汽車，要取代人來安全駕駛汽車，目前應(yīng)該還沒有一個(gè)可以看得見的時(shí)間表。自動(dòng)駕駛技術(shù)可以使汽車駕駛安全性越來越高，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)步，汽車駕駛不再是一份職業(yè)，越來越是普通人的生活技能。電動(dòng)汽車會(huì)是自動(dòng)駕駛最佳載體，目前許多電動(dòng)汽車，其自動(dòng)駕駛應(yīng)用越來越多。自動(dòng)的基礎(chǔ)的是“電動(dòng)”，電動(dòng)的基礎(chǔ)是“機(jī)動(dòng)”。自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展趨勢是整車設(shè)計(jì)一體化，目前還是在汽車的基礎(chǔ)上，還沒有與汽車成為一體，即外行人從外形上，看不出彼此之間有什么區(qū)別。自動(dòng)駕駛還是以人為駕駛主體，自動(dòng)駕駛技術(shù)是人工智能技術(shù)的應(yīng)用。自動(dòng)駕駛還不是無人駕駛，無人駕駛是自動(dòng)駕駛的終極階段。

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（作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院）