淺析無人駕駛演進(jìn)的三個階段

中通服咨詢設(shè)計研究院智慧城市大數(shù)據(jù)實驗室|唐懷坤

5G漸行漸近，5G也將成為智能交通的信息基礎(chǔ)設(shè)施。無人駕駛、新能源汽車已成為國際新產(chǎn)業(yè)科技競爭的重要突破口，人工智能應(yīng)用于交通已勢不可擋。以無人駕駛為例，中、歐、美、日等主要經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)開啟人工智能應(yīng)用于無人駕駛的技術(shù)競賽。2018年4月，國內(nèi)首份國家級無人駕駛路測文件出爐，工信部、公安部、交通部印發(fā)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范（試行）》，為無人駕駛上路測試鋪平了道路。

人工智能與交通的結(jié)合，不僅是無人駕駛技術(shù)本身的變革，而且從城市交通、高速公路到鄉(xiāng)村各種道路場景，停車場、加油站、服務(wù)區(qū)、公交站、收費站、交通路口等各種管理場景都需要行業(yè)持續(xù)演進(jìn)。下文筆者將嘗試從社會技術(shù)演進(jìn)的角度分析無人駕駛的3個演進(jìn)階段。

圖1 2017年主要城市年人均擁堵成本排行TOP10

國內(nèi)外交通行業(yè)發(fā)展現(xiàn)實需求

1.道路安全問題

根據(jù)國家應(yīng)急廣播網(wǎng)的綜合新聞消息《國家安全監(jiān)管總局、交通運輸部：2017年交通事故造成死亡人數(shù)約6.3萬》（2017年12月數(shù)據(jù)）；日本政府在官方網(wǎng)站公布數(shù)據(jù)，2017年日本因交通事故死亡人數(shù)為3694人；美國政府官網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2016年美國道路死亡人數(shù)約為4萬。世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全世界每年約有124萬人死于高速公路事故，到2020年道路交通對人類的傷害排名將升至第三位。

在“人”“車”“路”三大道路安全起因中，人為因素是最主要原因，違法、違規(guī)駕駛導(dǎo)致的死亡率在80%以上。相比于道路交通事故，行駛在固定軌道上的高鐵、有多人公共駕駛的飛機(jī)等的事故死亡率反而很微小。由此可以看出，自動化、智能化水平越高的交通工具其安全系數(shù)越高。

既然市場需求已經(jīng)明了，那么通過怎樣的產(chǎn)業(yè)與技術(shù)去實現(xiàn)？英特爾認(rèn)為，在2035～2045年間，半自動駕駛和全自動駕駛汽車的發(fā)展，將會讓超過50萬人在交通事故中幸免于難。英特爾認(rèn)為到2050年，無人駕駛技術(shù)所催生出的新市場規(guī)模將會達(dá)到7萬億美元。

2.城市擁堵成本問題

2018年1月，百度地圖年度擁堵報告《2017年Q4&年度中國城市研究報告》分析稱，在年度擁堵排名TOP10城市中，以地理位置劃分，南方城市占據(jù)兩席，北方城市占據(jù)八席（見圖1）。中國交通部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，交通擁堵帶來的經(jīng)濟(jì)損失占城市的人口可支配收入的20%，相當(dāng)于每年國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)損失5%～8%。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年中國GDP為82.71萬億元，以此計算，中國每年交通擁堵上帶來的損失竟在5萬億元以上，而且中國每年私家車保有量仍以10%以上的速度在增長。

在城市擁堵問題中，核心問題是小汽車的發(fā)展速度已遠(yuǎn)超城市的承受能力，人們需要私家車是為了出行自由便利，但是大部分時候車輛是閑置的。如果有不需要人來駕駛的智能化、自動化的交通工具可以直接停在用戶需要用車的地方，隨叫隨到，那么人們將不再像現(xiàn)在這樣需要買車、買車位、養(yǎng)車等。

3.能源消耗與汽車污染、能源替代問題

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，汽車發(fā)動機(jī)每燃燒1千克汽油，要消耗15千克新鮮空氣，同時排出150～200克的一氧化碳、4～8克的碳?xì)浠衔铩?～20克的氧化氮等污染物。進(jìn)入2018年以來，全球每天消耗汽油量已達(dá)2200萬噸。2017年,我國原油消費量為6.1億噸,進(jìn)口量4.2億噸,首次超過美國成為最大石油進(jìn)口國，其中汽油消費量達(dá)3億噸。

環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《中國機(jī)動車環(huán)境管理年報(2017)》中顯示，每年全國機(jī)動車排放污染物為4500萬噸左右，由于高樓大廈林立，這些污染物難以擴(kuò)散，導(dǎo)致醫(yī)療成本上漲，降低了人們的生活舒適度并不斷破壞環(huán)境。

世界主要大國都制定了2030年前后禁售傳統(tǒng)能源車的時間表，可以預(yù)見，未來綠色、環(huán)保、智能化的新能源車大量普及勢在必行。交通占能源總用量的1/3，禁用化石能源，會帶來新能源的需求旺盛，將帶動國內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，擺脫當(dāng)前我國新能源產(chǎn)業(yè)的尷尬局面。

無人駕駛目標(biāo)場景

未來城市中，所有車輛都將是無人駕駛，汽車將取消方向盤，汽車的設(shè)計將更加靈活多樣，道路將取消紅綠燈，由無人駕駛信息系統(tǒng)自動根據(jù)路口的車流量進(jìn)行自動調(diào)配，而行人的通行道路將統(tǒng)一單獨規(guī)劃路網(wǎng)，與無人駕駛不會產(chǎn)生交叉路口，私家車將基本消失，所有私人和公共停車位均為無人駕駛電動汽車，每個車位都配有充電樁。

當(dāng)用戶需要車輛時，無人駕駛信息系統(tǒng)會自動提醒用戶到哪個車位上車。所有無人駕駛車輛之間都可以在本地相互感應(yīng)，并且通過車聯(lián)網(wǎng)形成無人駕駛信息系統(tǒng)，由城市公共交通“大腦”按照優(yōu)化算法統(tǒng)一調(diào)配車輛。

圖2 人類社會演進(jìn)五次變革演進(jìn)時間表（STE模型）

社會經(jīng)濟(jì)形態(tài)演進(jìn)進(jìn)程分析

筆者認(rèn)為，社會經(jīng)濟(jì)形態(tài)演變經(jīng)歷了五大變革，即人類生產(chǎn)力發(fā)展的五次飛躍：狩獵社會、農(nóng)耕社會、工業(yè)社會、數(shù)字社會、人工智能社會（見圖2）。每個階段的發(fā)展為后一個階段提供發(fā)展基礎(chǔ)，同時又為之前的行業(yè)存在形式提供了提高生產(chǎn)力的工具。在這種互相促進(jìn)的過程中，每個階段的演進(jìn)相對上一個階段時長上大大縮短。例如：工業(yè)社會為農(nóng)業(yè)社會提供了機(jī)械化工具，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化；數(shù)字社會為工業(yè)社會提供了數(shù)控設(shè)備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)制造信息系統(tǒng)；人工智能社會為工業(yè)社會提供了智能制造、工業(yè)機(jī)器人、無人工廠，為數(shù)字社會提供了智能檢索、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具、軟件自動化開發(fā)。

人工智能社會將加速到來：人類用6000年完成農(nóng)業(yè)社會建設(shè)，用200年完成工業(yè)化，然后用60年完成數(shù)字化的大半進(jìn)程。現(xiàn)在人類處在一個新階段的早期階段：人工智能社會。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的演進(jìn)經(jīng)歷數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)、人工智（AI），AI可以分為專用AI、通用AI、超級AI。當(dāng)然，“超級”這個詞用來描述還有些模糊，有待商榷。而專用AI按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段又可以分為萌芽期、成長期、成熟期等。當(dāng)前正處于專用人工智能的萌芽期。

無人駕駛演進(jìn)階段一數(shù)字孿生階段

數(shù)字孿生，是通過對物理世界的人、物、事件等要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個與之對應(yīng)的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融互動的格局。

在公路交通領(lǐng)域數(shù)字孿生階段，數(shù)字化的對象是道路、車輛、運行指揮。首先，室外道路數(shù)字地圖在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)開始啟用就已誕生，數(shù)字地圖在二十世紀(jì)九十年代開始逐步產(chǎn)業(yè)化。其次，車輛的制造在1980年也開始數(shù)字化，依托數(shù)字化制造工業(yè)機(jī)器人開始用應(yīng)用于汽車制造。一臺車輛的制造可以依托虛擬世界的數(shù)字化模型來生產(chǎn)，汽車運行過程中的各項參數(shù)數(shù)據(jù)當(dāng)前也已實現(xiàn)從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。再次，紅綠燈道路指揮系統(tǒng)、違章監(jiān)控系統(tǒng)都已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化，下一步將是全部道路及道路上車道、橋梁隧道限高、道路限速、充電樁位置、加油站位置等全程數(shù)字化。最后，惟一不確定的是道路上非汽車出行模式的行為，如步行、自行車、電動車、摩托車等。因此無人駕駛在城市推行的第一步需要設(shè)置專用的無人駕駛通道，道路交通元素的數(shù)字化、去干擾因素化是確保無人駕駛安全運行的第一道屏障。

無人駕駛演進(jìn)階段二車聯(lián)網(wǎng)階段

根據(jù)美國專利顧問公司Lexinnova的報告，無人駕駛汽車發(fā)展所需基本的技術(shù)有9項，即車對車通訊、巡航控制、自動剎車、車道維持、雷達(dá)、循跡或穩(wěn)定控制、視頻攝影機(jī)、位置估計器、全球定位系統(tǒng)。在這些基本技術(shù)中，前5項技術(shù)的專利申請數(shù)量相對較多。其中，車對車通訊是車聯(lián)網(wǎng)的終端入口，通過這項技術(shù)可實現(xiàn)車輛之間的物聯(lián)網(wǎng)模式的通信，基于這些互動數(shù)據(jù)實現(xiàn)車輛之間的速度調(diào)整，如巡航、剎車、加速、速度同步等。車聯(lián)網(wǎng)是確保無人駕駛安全運行的第二道屏障。

車聯(lián)網(wǎng)是無人駕駛的基礎(chǔ)，且將經(jīng)過兩個主要階段：正常駕駛與無人駕駛互相聯(lián)網(wǎng)階段和純無人駕駛聯(lián)網(wǎng)階段。車聯(lián)網(wǎng)從熱門炒作到目前進(jìn)入成長期，已經(jīng)有10余年時間。車聯(lián)網(wǎng)之所以不能大規(guī)模推廣，一個很重要的原因就是移動互聯(lián)網(wǎng)的普及恰巧與車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展重疊，在交通領(lǐng)域移動互聯(lián)網(wǎng)對車聯(lián)網(wǎng)存在替代性。但是在無人駕駛領(lǐng)域，為了確保道路交通安全，車聯(lián)網(wǎng)須為強制安裝。如果兩種駕駛模式下都有車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過所有車聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)路網(wǎng)交通信息服務(wù)云，讓車輛能夠自主判斷最優(yōu)車速和最佳路徑，確定前后車距離，實現(xiàn)城市交通的最佳調(diào)度，大大提升交通效率。

無人駕駛演進(jìn)階段三專用人工智能階段

無人駕駛是人工智能領(lǐng)域的典型應(yīng)用。在交通領(lǐng)域，無人駕駛更偏向于專用人工智能，當(dāng)然未來也可能涵蓋通用人工智能，為汽車增加更多人工智能功能。但就目前來說，無人駕駛要滿足道路識別、路標(biāo)識別、自動導(dǎo)航、物體識別、車速識別、車輛屬性識別等，更多的是特定交通場景。

無人駕駛的技術(shù)等級目前有NHTSA(美國高速公路安全管理局)的四級劃分和SAE（國際自動機(jī)工程師學(xué)會）的六級劃分，當(dāng)前大多采用SAE的劃分方法。SAE關(guān)于汽車自動化等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)為SAEJ3016。大型互聯(lián)網(wǎng)公司無人駕駛車輛已經(jīng)經(jīng)歷了合計幾千萬公里的測試，事故率遠(yuǎn)低于正常有人駕駛，但離真正普及還缺少上述兩個階段的鋪墊。

人工智能在地球資源有限的前提下能為人類帶來最高極限的生產(chǎn)力，優(yōu)化生產(chǎn)、生活方式，為人類造福。在交通領(lǐng)域，新能源汽車、無人駕駛技術(shù)的國際競爭也愈演愈烈，推動市場應(yīng)用抓住發(fā)展規(guī)律才能事半功倍，實現(xiàn)快速領(lǐng)先。