無人駕駛汽車未來展望

隨著美國交通部2016年9月20日出臺全球首份針對無人駕駛汽車的指導(dǎo)意見，無人駕駛汽車的發(fā)展將駛?cè)肟燔嚨馈１疚耐ㄟ^對無人駕駛汽車的發(fā)展史、無人駕駛汽車的技術(shù)原理和無人駕駛未來發(fā)展?jié)摿Φ姆治?，對無人駕駛汽車的未來發(fā)展進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】無人駕駛 激光雷達(dá) 技術(shù)原理 未來展望

1 無人駕駛汽車發(fā)展史

20世紀(jì)以來，電子信息化高速發(fā)展，從而催生了無人駕駛汽車這一產(chǎn)物。隨著物理計算能力的大幅度提升、動態(tài)視覺技術(shù)的快速發(fā)展以及人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展的推動，解決了一些無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)問題，例如路線導(dǎo)航、障礙躲避、突發(fā)決策等等，為無人駕駛技術(shù)的成熟創(chuàng)造了條件。

美國從20世紀(jì)50年代開始研究無人駕駛汽車，在80年代正式開展自主地面車輛AVL項(xiàng)目，主要由美國陸軍和國防高級研究計劃局（DARPA）合作，成功研發(fā)了第一個無人駕駛機(jī)器人。1995年，由卡耐基梅隆大學(xué)研發(fā)的Navlab-V智能車實(shí)現(xiàn)了在多地形上的高速度、長距離自主行駛，總的行程高達(dá)上萬公里。在之后幾年時間里，谷歌公司先后研發(fā)了7輛無人車，在2010年，對它們開展了城市實(shí)際道路測試。2015年10月20 日，美國完成有史以來第一次完全自動駕駛汽車在公共道路上的完全不受保護(hù)行使。2016年，谷歌的自動駕駛汽車的行駛里程突破了200萬英里，這暗示美國無人駕駛技術(shù)成熟度相當(dāng)高，實(shí)用性和安全性十分可靠。

中國從20世紀(jì)80年代開始對無人駕駛汽車進(jìn)行研究，相比美國、歐洲等國起步晚，與他們之間有較明顯的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)差距。1992年，由國防科技大學(xué)、北京理工大學(xué)等五所機(jī)構(gòu)成功研發(fā)第一輛自主車ATB-1，這標(biāo)志著中國無人駕駛行業(yè)正式起步并進(jìn)入探索期，無人駕駛的技術(shù)研發(fā)正式啟動。九五期間，ATB-2成功研制出來，在ATB-1基礎(chǔ)上完善了功能，行使速度大幅提高。2005年，ATB-3研制成功，在環(huán)境認(rèn)知和軌跡跟蹤能力上得到進(jìn)一步加強(qiáng)。2011年7月14日，紅旗HQ3首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛試驗(yàn)，創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄。2015年5月，我國完成了首輛無人駕駛客車的路測；8月，百度公司研發(fā)的無人車完成了從百度大廈到奧林匹克公園的往返綜合道路環(huán)境下的自主行駛。

美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）將智能汽車分為四個等級：輔助駕駛、半自動駕駛、高度自動化駕駛以及完全自動化駕駛，目前大多數(shù)汽車處于第二等級，大部分廠商已經(jīng)研發(fā)出了第三等級的汽車，并在現(xiàn)實(shí)生活中的短距離出行中投入使用。谷歌作為無人駕駛汽車的領(lǐng)頭軍，目前處于第四等級的研發(fā)測試中。

2 無人駕駛汽車基本原理

無人駕駛汽車是指給車輛裝備智能軟件和多種感應(yīng)設(shè)備，包括車載傳感器、雷達(dá)、GPS以及攝像頭等，獲取車輛周圍環(huán)境信息，并根據(jù)所獲取的信息像人的大腦一樣進(jìn)行智能處理、分析判斷，從而控制車輛的行使方向與速度，實(shí)現(xiàn)車輛的自主駕駛，安全高效地到達(dá)目的地，并且最終實(shí)現(xiàn)完全消除交通擁堵和交通事故，為環(huán)境保護(hù)做出突出貢獻(xiàn)。簡單來講，無人駕駛汽車是指一種達(dá)到全自動、行駛途中不需要人為干涉的智能汽車。

無人駕駛系統(tǒng)平臺十分復(fù)雜，主要涉及四個技術(shù)領(lǐng)域：環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、計算機(jī)控制、決策控制。因此，無人駕駛系統(tǒng)主要由環(huán)境感知系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)、決策控制系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)組成（如圖1所示）。

環(huán)境感知系統(tǒng)，充當(dāng)無人駕駛車的“眼睛”，主要是通過無人駕駛汽車所裝載的外部傳感器獲取外部環(huán)境信息，對其進(jìn)行建模，將汽車所處的地理信息、障礙物信息等準(zhǔn)確快速地傳輸給計算機(jī)控制系統(tǒng)，所以這個系統(tǒng)主要由兩部分組成：車載導(dǎo)航系統(tǒng)和障礙物檢測系統(tǒng)。早期采用磁導(dǎo)航技術(shù)，通過埋設(shè)在道路上的磁釘或電線等導(dǎo)航設(shè)備獲取信息；隨后采用光學(xué)攝像頭，通過對攝像頭拍攝的圖像進(jìn)行分析處理，獲取道路信息，但是這種方式對圖像處理和模式識別技術(shù)要求十分高，否則難以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與實(shí)時性。目前，谷歌所研發(fā)的無人駕駛汽車采用的是激光雷達(dá)技術(shù)，這種技術(shù)的主要原理是發(fā)射激光和接收激光信號、檢測激光遇到障礙物的回波信號，通過回波信號檢測作業(yè)現(xiàn)場的障礙物和當(dāng)前激光雷達(dá)傳感器之間的距離，還可以通過谷歌地圖獲取當(dāng)前的地理位置。

計算機(jī)控制系統(tǒng)，像人的大腦一樣智能化地對各種傳感器傳輸來的信息進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析處理，根據(jù)系統(tǒng)軟件的控制算法，再將控制策略指令傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行執(zhí)行。這種智能化的決策需要強(qiáng)大的后臺軟件支持，才能夠做到對大量的激光雷達(dá)、GPS、電池電壓、工作電流、行使位姿等信息進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的處理，到達(dá)嚴(yán)格的實(shí)時性要求。

行為決策，無人駕駛汽車硬件系統(tǒng)執(zhí)行計算機(jī)控制系統(tǒng)輸出的控制指令，主要是方向盤轉(zhuǎn)角控制和車速控制兩種指令。

路徑規(guī)劃，是無人駕駛汽車導(dǎo)航和控制的基礎(chǔ)，主要是提供一條從出發(fā)點(diǎn)到目的地，綜合了各類諸如距離、時間、費(fèi)用、擁堵等因素的最優(yōu)路徑，分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃是指忽略細(xì)節(jié)信息，在全局范圍內(nèi)確定一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的粗略路徑；局部路徑規(guī)劃是在全局路徑的基礎(chǔ)之上，結(jié)合環(huán)境感知系統(tǒng)獲取的道路信息計算出局部范圍內(nèi)精確的行駛軌跡。無人駕駛汽車采用全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃相結(jié)合的方式進(jìn)行路徑規(guī)劃。

3 無人駕駛汽車未來展望

2015年，中國汽車保有量已經(jīng)超過1.72億輛，僅次于美國居于世界第二，占全世界汽車保有量的十分之一。隨著我國汽車保有量的激增，城市交通壓力直線上升，擁堵現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，從而帶來的環(huán)境污染和交通事故頻發(fā)的問題也日趨嚴(yán)峻。

中美兩國開始瞄準(zhǔn)無人駕駛汽車這一新興市場，來解決眼前的環(huán)保、交通、經(jīng)濟(jì)等關(guān)鍵問題。作為兩個互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)國，在無人駕駛汽車這一領(lǐng)域必將開展一場激烈的技術(shù)角逐，爭取占得市場先機(jī)，獲得巨大的利益。百度首個公開了無人駕駛汽車的時間表，他們表示在2018年百度無人車將進(jìn)行商用，2020年達(dá)到量產(chǎn)。更值得一提的是，中國許多地方政府已經(jīng)向百度提供監(jiān)管、基礎(chǔ)設(shè)施等方面的支持，會引入按照政府特定的路線行駛的小型自動駕駛巴士。

由此可見，無人駕駛汽車在今后的發(fā)展中前景十分可觀。但是就目前的情形而言，無人駕駛汽車還會面臨各種技術(shù)、法律、安全、成本等方面的難關(guān)，在城市交通中，為了緩解交通擁堵問題，交警會經(jīng)常介入擁堵路段，進(jìn)行人為手勢指揮，這種情況下，無人駕駛汽車難以對交警復(fù)雜多變的手勢進(jìn)行識別理解，并且人們擔(dān)憂無人駕駛汽車無法在突發(fā)的緊急狀況下做出道德選擇，存在極大的安全隱患。然而，目前以谷歌、百度為首的互聯(lián)網(wǎng)巨頭、大量的傳統(tǒng)汽車制造商都在尋求政府的幫助，與相應(yīng)政府部門一起布局無人駕駛汽車，并且在大力推動它的商業(yè)進(jìn)程。在法律方面，2016年9月20日，美國交通部針對無人駕駛廠商發(fā)布指導(dǎo)意見書，這份指導(dǎo)意見主要梳理了無人駕駛汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)和政府職能，列出了無人車廠商需要提交的15 項(xiàng)“安全評估”標(biāo)準(zhǔn)，包括無人駕駛車測試要求、系統(tǒng)失靈的補(bǔ)救措施、無人駕駛程序?qū)ΜF(xiàn)行交通法規(guī)的遵守要求，以及避免黑客攻擊的措施等。這意味著無人駕駛面臨的政策障礙正在逐步被消除。

4 總結(jié)

無人駕駛作為一個新興的市場，在技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)上都需要不斷地加深研究，無人駕駛的系統(tǒng)搭建完善到大范圍的無人駕駛車輛開始運(yùn)營，還有很漫長的路要走。但是，無人駕駛汽車已然成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，可以肯定的是，在未來，無人駕駛汽車會進(jìn)入我們的生活，在很大程度上改變和改善我們的出行方式，在環(huán)保、交通、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域?yàn)槿祟愔\得福祉。

參考文獻(xiàn)

[1]楊帆.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].上海汽車，2014（03）：35-40.

[2]喬維高，徐學(xué)進(jìn).無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].上海汽車，2007（07）：40-43.

[3]孫揚(yáng).無人駕駛車輛智能水平的定量評價[D].北京理工大學(xué)，2014.

作者簡介

葉犇宇（1998-），男，漢族。

作者單位

江蘇省南通市海門市海門中學(xué) 江蘇省南通市海門市 226100