改進汽車無人駕駛技術的思考

文/天津市第四十一中學高二六班 楊鉑 指導教師/劉敏

據(jù)權威部門統(tǒng)計，2011年中國的汽車普及率已經(jīng)達到每千人56輛，幾乎是2003年的5倍。面對越來越擁擠的大街小巷和熙熙攘攘的車流，人們愈發(fā)關注交通事故引發(fā)的自身安全問題。

隨著計算機技術被廣泛應用于各行各業(yè)，為什么不能讓更準確、更迅速的計算機代替人類來控制汽車的駕駛呢？本文針對已經(jīng)日漸成熟的汽車無人駕駛技術，進行相關改進的理性思考。

汽車無人駕駛技術的現(xiàn)狀

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。清華大學汽車系副研究員王建強將無人駕駛汽車定義為“通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預定目標的智能汽車”。它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

法國INRIA公司曾用類似于給巡航導彈制導的全球定位技術，通過觸摸屏設定路線，花費十年心血研制出“賽卡博”(Cycab)無人駕駛汽車。德國漢堡一家公司應用先進的激光傳感技術（包括激光攝像機、全球定位儀和智能計算機),把無人駕駛汽車變成了現(xiàn)實，可以實現(xiàn)在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)的中無人駕駛。

2005年，由美國斯坦福大學學生和教師組成的團隊設計出了斯坦利機器人汽車，在由美國國防部高級研究計劃局（DARPA）舉辦的第二屆“挑戰(zhàn)”（Grand Challenge）大賽中奪冠。該車在沙漠中行駛超過132英里（212.43公里），因此贏得了由五角大樓頒發(fā)的200萬美元獎金。

2011年7月14日我國自主研制的無人駕駛汽車—由國防科技大學自主研制的紅旗HQ3無人駕駛汽車，首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛汽車實驗，創(chuàng)造了我國自主研制的無人駕駛汽車在復雜交通狀況下自主駕駛的新紀錄，標志著我國無人駕駛汽車在復雜環(huán)境識別、智能行為決策和控制等方面實現(xiàn)了新的技術突破，達到世界先進水平。

目前汽車無人駕駛技術的原理

每年，駕駛員們的疏忽大意都會導致許多交通事故。既然駕駛員失誤頻出，汽車制造商們當然要集中精力設計能確保汽車安全的系統(tǒng)。“無人”駕駛系統(tǒng)種類繁多，其中有些根本算不上“無人”，還有些活像是科幻小說中的東西。

無人駕駛汽車車頂上裝載的掃描器能發(fā)射64束激光射線，當激光掃描到車輛周圍的物體，會反射回來，從而計算出了汽車與物體之間的距離，如圖1。

另一套在底部的系統(tǒng)測量出車輛在三個方向上的加速度、角速度等數(shù)據(jù)，然后再結合GPS數(shù)據(jù)計算出車輛的位置。所有這些數(shù)據(jù)與車載攝像機捕獲的圖像一起輸入計算機，計算機軟件以極高的速度處理這些數(shù)據(jù)，形成一幅三圍立體圖片，如圖2。這樣，系統(tǒng)就可以非常迅速的作出判斷，決定汽車的行駛方式。

在目前的高端汽車市場上，大多數(shù)車輛都已經(jīng)裝載了車用雷達，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預防系統(tǒng)，它的后保險杠上有一個裝置，當它在汽車的盲點內檢測到物體時，便會發(fā)出警報。奔馳的另一款轎車在擋風玻璃上裝載攝像頭，它可以通過分析路面和邊界線的差別來識別車道標記。如果汽車不小心駛離了車道，方向盤會輕微震動來提醒駕駛者。根據(jù)奔馳公司發(fā)布的材料，未來的梅賽德斯無人駕駛汽車會在擋風玻璃上裝載兩個攝像頭以實時生成前方路面的三維圖像（見圖2），檢測諸如行人之類的潛在危險，并且預測他們的行動。

圖1 無人駕駛汽車示意圖

圖2 無人駕駛汽車前方路面的三維圖像

無人駕駛技術的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

當人們還在為側位停車苦苦練習的時候，無人駕駛汽車幫你解決了這一切。在現(xiàn)在這個車位如金的城市中，無人駕駛汽車會為人們節(jié)省出很多停車位。大眾、雷克薩斯、奧迪車輛上已經(jīng)基本標配了自動泊車輔助系統(tǒng)，為司機減少了很多麻煩。每個司機都有過疲勞駕駛的時候，這時候，您只需點按一個按鈕，車輛便會進入無人駕駛狀態(tài)。無人駕駛系統(tǒng)會使車輛更加準確地控制供油及剎車，無形間就為車輛節(jié)省了汽油，減少了環(huán)境污染，運用到電動車輛上，更加綠色環(huán)保。

另外，研發(fā)無人駕駛汽車的目的只有一個，那就是—安全。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，每年全球因道路交通事故死亡的人數(shù)超過120萬，自動駕駛可以大大減少駕駛人失誤造成的安全事故，自動駕駛汽車能夠促使更多人共同使用車輛，極大減少汽車的使用，創(chuàng)造“明天的高速公路火車”。這些“高速公路火車”能減少能源消耗，增加主要道路的運力。在節(jié)約時間方面，美國交通運輸部估計，每一工作日，人們平均花費52分鐘在上下班路上。未來，人們可以以更有效率的方式使用這些時間。

缺點：

人們都知道，基于無線網(wǎng)絡的計算機會受到無線網(wǎng)絡信號強弱的影響，太陽黑子的活動也會對電子設備出現(xiàn)干擾，在隧道里GPS會不能正常使用等等這些情況。

雖然激光傳感器能區(qū)分出其他車輛、行人、自行車，以及其他大大小小的固定物體，而且不會發(fā)出肉眼可見的光線，但是它仍然需要雷達協(xié)助它探測遠處的高速移動物體。安裝在車前的攝像頭可以幫助系統(tǒng)觀測道路指示牌和交通燈，并把信息傳達給車載電腦進行處理作出相應的動作。

可以想象，這一整套系統(tǒng)的編程會有多么繁瑣，比如換道的算法，沒有交通燈時的路口會車等等復雜駕駛動作。以后者為例，無人駕駛汽車會先靠右停下來，觀察對方行動，如果對方?jīng)]有動作，它就往前挪一點點，再看對方反應，如果還不動，那它才會開始轉向。越繁瑣的程序，就會越容易出現(xiàn)計算錯誤，造成無法逆轉的悲劇。然而，最最主要的問題是：造價過高！

對汽車無人駕駛技術提出的改進建議

1.現(xiàn)在的無人駕駛技術只能選擇一條路線行進，無法根據(jù)道路擁擠情況做出路線的實時最優(yōu)選擇。由于目前3G網(wǎng)絡與4G網(wǎng)絡已經(jīng)廣泛應用，建議可以從車內地圖導航系統(tǒng)快速獲取前往目的地之間的道路擁擠情況，選擇最佳路線前往目的地。

2.雷達、激光測距儀和攝像頭只能檢測到車身周圍近距離物體的變化，無法根據(jù)前方車輛所處位置做出最佳的變道選擇。建議通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、WIFI、GPS三大設備同時處理，準確定位車輛信息。若每一輛車都配備這一套設備，并通過網(wǎng)絡進行信息交換，就可以更加準確地得知前方車輛的具體位置、方向、車速以及加速度，從而使車輛做出最優(yōu)的超車方案。

3.目前的計算機無法分辨出行人、障礙物以及行駛車輛。可以做一個假設：在你的前方有一個突然打滑的車輛，你的左邊是一輛大貨車，右邊是一群小孩，那么現(xiàn)在的無人駕駛車輛會選擇撞向小孩，因為阻力較小。而有經(jīng)驗的司機都會減慢車速撞上大貨車，這是一個道德觀念問題。而作為計算機，既沒有道德也沒有情感?，F(xiàn)在的技術還無法使計算機更加準確的做出判斷，需要做出長時間的實驗來完成改進。

4.無人駕駛汽車只停留在規(guī)定路線后沿路線前進，我的想法是通過攝像頭對周圍進行三維掃描，并通過語音時時改變行車路線。并可以通過語音控制汽車的車速、變道、超車及轉彎等一切功能。

可以看出來，以現(xiàn)在的科技水平人們對無人駕駛技術處于完全不放心的態(tài)度。但是我相信，隨著科技的發(fā)展和時代的進步，這一態(tài)度將會有所改變。