從AGV到無人駕駛短途貨車

全球范圍內(nèi)的傳統(tǒng)車企、造車新勢(shì)力、Tier-1乃至跨界科技巨頭與初創(chuàng)企業(yè)，均紛紛投入大量資源試水自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。在2018雷克大會(huì)上，清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、人工智能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟專家委主任委員鄧志東表示，自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要科技企業(yè)和車企共同發(fā)力，跨界科技企業(yè)助力智能化和無人化，車企聯(lián)合Tier-1（汽車零部件一級(jí)供應(yīng)商）發(fā)展信息化汽車平臺(tái)。鄧志東教授主要從AGV移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)駕駛技術(shù)這兩個(gè)不同的角度出發(fā)，對(duì)無人駕駛短途貨車技術(shù)進(jìn)行了分析。

全球自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

行業(yè)巨頭紛紛試水自動(dòng)駕駛

自2017年10月，Google Waymo已在美國鳳凰城Chandler鎮(zhèn)100平方英里范圍內(nèi)，對(duì)600輛克萊斯勒插電式混合動(dòng)力L4自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行社會(huì)公測(cè)。這是Waymo自動(dòng)駕駛商業(yè)化落地的前奏，首次實(shí)現(xiàn)了無駕駛員的公測(cè)無人駕駛出租車。Waymo還計(jì)劃與菲亞特-克萊斯勒（FCT）合作，在2018年內(nèi)生產(chǎn)62000輛無人駕駛出租車；同時(shí)與捷豹路虎合作，計(jì)劃在2020年之前生產(chǎn)20000輛無人駕駛出租車，并進(jìn)行試運(yùn)營。

通用汽車的第四代量產(chǎn)型自動(dòng)駕駛汽車Cruise AV已經(jīng)完全拋棄了方向盤、制動(dòng)和油門踏板，并向美國交通運(yùn)輸部提交了安全申請(qǐng)，計(jì)劃投資1億美元在2019年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這也是首臺(tái)宣稱可量產(chǎn)的L4+自動(dòng)駕駛汽車。

日本豐田的Platform3.0自動(dòng)駕駛汽車、e-Palette L4無人駕駛貨車以及硅谷機(jī)器人技術(shù)公司Nuro的L4無人駕駛貨車也在2018年年初相繼推出。

特斯拉的自動(dòng)駕駛已經(jīng)在量產(chǎn)車上完成了自動(dòng)駕駛硬件準(zhǔn)備。迄今為止，特斯拉的商品車上均可選擇安裝Autopilot 1.0、2.0或2.5硬件系統(tǒng)，其自動(dòng)駕駛功能可通過OTA（空中下載）進(jìn)行從L2到L4+的軟件升級(jí)，預(yù)計(jì)2018年8月推出基于視覺深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Tesla Vision 9.0軟件版本。馬斯克表示，由此將實(shí)現(xiàn)“完全自動(dòng)駕駛”。

大范圍無人駕駛出租車也在進(jìn)行試運(yùn)行。2016年9月14日，Uber在美國匹茲堡市推出城區(qū)大范圍無人駕駛出租車免費(fèi)載客服務(wù)并試運(yùn)行。盡管出租車上有2名安全工程師，但其試運(yùn)行卻是大范圍的城區(qū)，比Waymo公測(cè)的小鎮(zhèn)要大得多。

Google Waymo、通用、福特、奧迪、沃爾沃、百度、英特爾-Mobileye等全球20多家企業(yè)均已宣稱，2021年前后將會(huì)是無人駕駛汽車的產(chǎn)業(yè)元年，部分SAE L4將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在產(chǎn)業(yè)聚焦的L3、L4自動(dòng)駕駛落地實(shí)踐方面，我們可以看到全球范圍內(nèi)除了通用Cruise、福特Argo AI、奧迪、大眾等一些傳統(tǒng)車企之外，還有特斯拉等新車企，博世、安波福、法雷奧、大陸等Tier-1，以及Google Waymo、Uber、Intel-Mobileye、Apple和國內(nèi)的百度、阿里、騰訊、華為、京東等跨界科技巨頭，都在進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)落地。此外，還有很多初創(chuàng)企業(yè)也在不斷加入。目前，國內(nèi)外至少有五六十家初創(chuàng)企業(yè)在做自動(dòng)駕駛。

科技企業(yè)和車企共同助力自動(dòng)駕駛發(fā)展

自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要科技企業(yè)和車企共同發(fā)力?？缃缈萍计髽I(yè)的主要是使命是助力智能化和無人化，而傳統(tǒng)車企、新車企與Tier-1的主要使命是發(fā)展信息化汽車平臺(tái)。數(shù)字化、軟件化以及總線化和網(wǎng)聯(lián)化是智能化發(fā)展的基礎(chǔ)條件。開放線控，研發(fā)具有多重冗余安全備份的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，突破具有極高網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)的OTA（空中下載）和云平臺(tái)，還有最重要的SDU（軟件定義升級(jí)）等，都是整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)需要著力解決的事情。此外，目前一個(gè)比較明顯的趨勢(shì)是，全球自動(dòng)駕駛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在快速形成之中。這包括：上游的車規(guī)級(jí)純固態(tài)激光雷達(dá)、AI芯片及車載計(jì)算機(jī)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、高精地圖、V2X、5G、NB-IoT等；下游的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控、自動(dòng)駕駛測(cè)試基地、智能交通系統(tǒng)、智慧城市、共享無人貨運(yùn)或共享無人出行運(yùn)營商、智能增值服務(wù)提供商等。

上游關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)是車規(guī)級(jí)的第三代激光雷達(dá)及多模態(tài)傳感器融合模組，它可以做到量產(chǎn)，而且大批量生產(chǎn)后的價(jià)格非常便宜。目前正在從第一代的機(jī)械掃描式激光雷達(dá)和第二代的混合固態(tài)激光雷達(dá)過渡到第三代的純固態(tài)激光雷達(dá)階段。無論是Tier-1還是激光雷達(dá)制造商，許多第三代純固態(tài)激光雷達(dá)都已有車規(guī)量產(chǎn)計(jì)劃，且大多設(shè)定在2019年和2020年前后。另外一個(gè)上游關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)是車規(guī)級(jí)的AI芯片及低功耗車載計(jì)算機(jī)。其中主要包括英特爾-Mobileye的EyeQ系列和英偉達(dá)的DRIVE PX系列，它們的人工智能芯片主要都發(fā)力在自動(dòng)駕駛汽車上。上游還有一些核心關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，比如云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、高精地圖、V2X、5G、NB-IoT。通過它們形成合力，結(jié)合人工智能支撐自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)落地。

下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用主要包括基于云平臺(tái)的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控。例如，在美國加州，已允許自動(dòng)駕駛進(jìn)行車上沒有任何安全員的開放道路測(cè)試，但是要求有遠(yuǎn)程的安全監(jiān)控，這是非常必要的。下游產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用還包括自動(dòng)駕駛測(cè)試基地、無人駕駛小鎮(zhèn)、智能交通系統(tǒng)和智慧城市。智能交通系統(tǒng)（ITS）尤其重要，我們現(xiàn)在的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施是為有人駕駛服務(wù)的，沒有考慮無人駕駛的特殊需要，因此可以面向無人駕駛進(jìn)行道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的適應(yīng)式改造。我們可以在無人駕駛測(cè)試小鎮(zhèn)、無人駕駛專用車道/道路、面向無人駕駛的智慧空間、無人駕駛大數(shù)據(jù)共享生態(tài)等方面做很多開創(chuàng)性的工作。

移動(dòng)機(jī)器人：激光導(dǎo)引的AGV

我們可以把無人駕駛短距貨運(yùn)汽車看做是一個(gè)機(jī)器人，一個(gè)室外輪式移動(dòng)機(jī)器人，一個(gè)室外行駛的高級(jí)AGV。

傳統(tǒng)的AGV是目前技術(shù)最為成熟的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品。主要包括自動(dòng)導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）或其簡(jiǎn)易型的自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automated Guided Cart，AGC）。高端的AGV價(jià)格在30萬到80萬元之間，而簡(jiǎn)易型的AGC的成本為3萬到5萬元，貴一點(diǎn)的AGC價(jià)格也能控制在10萬元以下。在一些對(duì)軌跡跟蹤誤差要求比較低的特定應(yīng)用場(chǎng)景中，AGC可能就能夠滿足應(yīng)用需求。

AGV主要有以下四個(gè)方面的特點(diǎn)與功能：第一，具有自動(dòng)導(dǎo)引裝置，比如采用電磁導(dǎo)引的方法；第二，沿著固定的路線行駛；第三，有安全保護(hù)功能，如安全減速、告警、AEB等；第四，有移載作業(yè)功能，比如配送、分揀、物流，包括取出來、放進(jìn)去等載荷作業(yè)功能。AGV的載重量從輕型的五十公斤到重型的六十噸都有，最大的負(fù)載能力達(dá)到一百五十噸，帶16個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。其驅(qū)動(dòng)方式有單向、雙向和全向行駛。導(dǎo)引方式已發(fā)展了三代：第一代是電磁感應(yīng)導(dǎo)引、磁釘導(dǎo)引、磁條/磁標(biāo)導(dǎo)引；第二代是視覺/色帶導(dǎo)引和磁條、視覺復(fù)合導(dǎo)引；第三代是是激光導(dǎo)引、復(fù)合導(dǎo)引（與慣性、二維碼、GPS等），其中激光導(dǎo)引還涉及到是否須使用激光反光板等。移載機(jī)構(gòu)有潛伏、牽引、承載、舉升、叉式與旋轉(zhuǎn)。供電方式有電池供電和感應(yīng)供電。

AGV廣泛應(yīng)用于汽車制造、家電制造、IT制造、電商、煙草、紡織、飲料、食品、造紙等行業(yè)的物料搬運(yùn)、配送與倉儲(chǔ)作業(yè)。如果到汽車總裝廠去看，會(huì)看到里面的物流基本都是由AGV來自動(dòng)完成的。它是物流與倉儲(chǔ)自動(dòng)化裝備中智能水平最高的產(chǎn)品，市場(chǎng)需求強(qiáng)勁。預(yù)計(jì)2018年，國內(nèi)AGV銷量可超過 1.8 萬臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模約50億元。國家對(duì)AGV早已制定了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2013年，《自動(dòng)導(dǎo)引車設(shè)計(jì)通則 GB/T 30029-2013》和《自動(dòng)導(dǎo)引車術(shù)語 GB/T 30029-2013》兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，為AGV行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。AGV市場(chǎng)并沒有出現(xiàn)如同工業(yè)機(jī)器人一樣由“四大家族”（瑞士ABB、德國庫卡、日本發(fā)那科和安川電機(jī)）壟斷的情況，國內(nèi)AGV市場(chǎng)占有率接近90%。但放眼全球市場(chǎng)，國內(nèi)產(chǎn)品則主要占據(jù)價(jià)值鏈的中、低端，主流產(chǎn)品為AGC，價(jià)格非常便宜，只有幾萬元錢。對(duì)重載型AGV的中高端市場(chǎng)，代表企業(yè)包括新松、昆船、機(jī)科等，輕載型AGC的中低端市場(chǎng)則以遠(yuǎn)能、佳順、嘉騰等為代表。

在技術(shù)上，AGV移動(dòng)機(jī)器人主要涉及三個(gè)問題：我在哪里？我去哪里？如何到達(dá)目標(biāo)？因此必須構(gòu)建AGV所處的環(huán)境模型（給定或自主創(chuàng)建），實(shí)時(shí)感知并分析環(huán)境，同時(shí)確定AGV在環(huán)境中的位姿，完成實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制。總之，AGV的關(guān)鍵技術(shù)主要包括環(huán)境建模、環(huán)境感知、精準(zhǔn)定位、路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制等五項(xiàng)。

從AGV到無人駕駛短距貨運(yùn)

在室內(nèi)，AGV可用激光反光板進(jìn)行部署，而在室外，由于沒有激光反光板部署，則要求具有更強(qiáng)的自主導(dǎo)航能力。這就需要使用自動(dòng)駕駛汽車中較為成熟的SLAM技術(shù)。此外，由于廠房里面環(huán)境比較封閉，人和車是相對(duì)分隔的，而到了室外，則基本上是人車混行，這就對(duì)AGV的安全保護(hù)功能提出了更高的要求。相對(duì)于無人長途貨運(yùn)汽車，AGV的車速非常慢，所以它的安全性更易得到保障。相對(duì)于無人出租車，由于AGV車上無人、車速慢、功能簡(jiǎn)單，其安全顧慮也要相對(duì)少很多。

目前，京東無人配送車已在北京、上海、天津、廣州等20多個(gè)國內(nèi)城市以及泰國曼谷、印尼雅加達(dá)開始布局試運(yùn)營，迄今已投放100多臺(tái)，計(jì)劃2019年投放上萬臺(tái)。阿里無人物流車菜鳥小G Plus已在杭州試運(yùn)營，將在年內(nèi)實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，預(yù)計(jì)未來三年達(dá)到十萬臺(tái)。因此物流配送可能是自動(dòng)駕駛最先落地的特定應(yīng)用場(chǎng)景。

移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航控制包括機(jī)器人導(dǎo)航和機(jī)器人控制兩個(gè)方面。一般是指移動(dòng)機(jī)器人通過獲取參考坐標(biāo)系下的自身位置與姿態(tài)，利用環(huán)境建模（地圖）、環(huán)境感知、路徑規(guī)劃與路徑跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)趨近目標(biāo)、完成給定任務(wù)的避碰自主運(yùn)動(dòng)的全過程。

前文已指出，AGV工作在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境中、人機(jī)相對(duì)隔離的車間等場(chǎng)景，技術(shù)已相對(duì)成熟。無人駕駛短途貨車也稱短途貨運(yùn)機(jī)器人，大多工作在室外結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化環(huán)境，如景區(qū)、港口、公園、機(jī)場(chǎng)、開發(fā)區(qū)、校園等相對(duì)封閉場(chǎng)景，自動(dòng)駕駛汽車中諸如高精地圖、SLAM、障礙物檢測(cè)與決策等技術(shù)的降維使用，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)無人駕駛短途貨車的有效途徑。

無人短途貨車通常車速較慢、行駛距離短，因?yàn)楫a(chǎn)品場(chǎng)景比較簡(jiǎn)單，所以相對(duì)來說需要解決的核心問題主要有三個(gè)：第一個(gè)是目標(biāo)識(shí)別：如何進(jìn)行機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人等周邊障礙物/路標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別及其行為預(yù)測(cè)；如何完成交通信號(hào)燈與交通標(biāo)識(shí)的檢測(cè)與識(shí)別；第二個(gè)是自主導(dǎo)航：激光SLAM、視覺SLAM及與低成本組合導(dǎo)航的結(jié)合；第三個(gè)是信息融合：多傳感器如何進(jìn)行信息融合。

通過基于深度學(xué)習(xí)的障礙物（機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人）檢測(cè)、行為意圖預(yù)測(cè)（與高精地圖結(jié)合）、交通信號(hào)燈和交通標(biāo)識(shí)檢測(cè)與識(shí)別、多模態(tài)自主導(dǎo)航（使用單目/雙目視覺SLAM、激光SLAM與高精地圖結(jié)合）、信息融合（與先驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合），以及基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的Actor-Critic控制（與知識(shí)驅(qū)動(dòng)方法結(jié)合），最后形成一個(gè)智慧無人貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。智慧無人貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是貨運(yùn)運(yùn)營商加上L4技術(shù)提供商，再加上OEM（生產(chǎn)制造商），最終提供多種形態(tài)的智能增值服務(wù)，帶來新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，顛覆未來的物流與交通行業(yè)。

自動(dòng)駕駛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在快速形成之中，落地速度不斷加快。室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人，尤其是第三代激光導(dǎo)引的AGV和室外自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展為無人駕駛短途貨車提供了雙向技術(shù)支撐。一個(gè)從移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展角度支撐，另一個(gè)從自動(dòng)駕駛汽車相關(guān)核心技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行支撐。相信末端最后一公里的無人駕駛短途貨車或配送與物流機(jī)器人，可望成為最早落地的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品，之后才是無人駕駛長途貨車，最后才會(huì)是無人駕駛出租車。

無人駕駛短途貨車產(chǎn)業(yè)應(yīng)聚焦大數(shù)據(jù)積累，特別重視新一代人工智能技術(shù)的細(xì)分應(yīng)用。以此進(jìn)一步發(fā)展智慧配送與物流，構(gòu)建智慧無人貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，助推更多的智能增值服務(wù)，則有可能催生新的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)，顛覆未來物流與交通行業(yè)，拓展智能經(jīng)濟(jì)與智能生活。

（本文根據(jù)“2018雷克大會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)速記整理而成，經(jīng)本人審閱刊發(fā)。）