自動駕駛綜述

農(nóng)東樂

摘 要：隨著科技不斷發(fā)展，未來人類世界所發(fā)展的方向必然是向智能化進行發(fā)展，自動駕駛汽車，也稱無人駕駛汽車應時代潮流而興起，這將是未來汽車所追求智能化方面的最終目標。本文將對世界自動駕駛汽車的發(fā)展歷史，原理，基本構(gòu)成及有關(guān)安全問題和ADAS系統(tǒng)進行詳細論述。

關(guān)鍵詞：自動駕；ADAS系統(tǒng)；人體姿態(tài)識別；頭部姿態(tài)識別；視線跟蹤

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0236-03

1 自動駕駛的發(fā)展歷史

自動駕駛這一概念是怎么來的呢？它是由一名美國工業(yè)設(shè)計師，諾曼·貝爾格·迪斯（Norman Bale Geddes，1893～1958）在1933年提出的，然后在英、美等國家先后開始進行自動駕駛實驗[1]。

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)龍頭—谷歌首先提出并倡導了對自動駕駛技術(shù)的研究，它代表了目前自動駕駛的最高水平。谷歌從2009年起開始了對自動駕駛技術(shù)的研發(fā)，2011年10月，谷歌在內(nèi)華達州和加州的莫哈韋沙漠進行自動駕駛的測試，并于2012年4月宣布自己測試的自動駕駛汽車已經(jīng)開了20萬公里且已經(jīng)申請和獲得了多項相關(guān)專利。目前正在測試的無人駕駛汽車已累計行駛超過160萬千米[2]。谷歌在每個月都會在自己的網(wǎng)站上公開團隊自動駕駛研究項目的發(fā)展報告，不僅會透露無人駕駛每次事故的詳細內(nèi)容，還會分享無人車遇到的有趣的事。

隨著科技的不斷進步，越來越多的國家加入了開發(fā)自動駕駛技術(shù)的潮流之中。我國也應時代潮流的號召加入其中。

在國內(nèi)，2014年4月份百度公司正式開啟對自動駕駛的研究項目。百度所研發(fā)的自動駕駛汽車已經(jīng)可以在環(huán)城、城市路以及高速公路的混合路況下完成汽車的自動駕駛。百度將AI與互聯(lián)網(wǎng)作為自動駕駛技術(shù)的核心，并且在2017年12月2號當天，國內(nèi)第一輛自動駕駛客運巴士正式在深圳進行試運。百度公司取得的成就也代表著我國在高新技術(shù)方面的成就。

2 自動駕駛的基本原理及構(gòu)成

自動駕駛汽車在運行過程中，車載顯示器上的電子地圖會標出目的地并根據(jù)資料庫的信息設(shè)計好大致的行駛路線，并將做好的電子地圖導入車上搭載的CPU（中央處理器）中，CPU則根據(jù)地塊邊界進行規(guī)劃，選出最合適的行駛路徑。同時車載雷達上的DGPS（Differential Global Positioning System，差分全球定位系統(tǒng)）導航系統(tǒng)會檢測汽車的實時數(shù)據(jù)，并通過無線通訊手段發(fā)送給汽車的CPU，將補償?shù)玫胶蟮奈恢眯畔⑴c電子地圖規(guī)劃好的路徑進行對比，通過自動變速轉(zhuǎn)向功能來控制無人駕駛汽車的行駛速度和方向。汽車中的距離傳感器、紅外線傳感器和視頻攝像頭則將采集到的信息傳給CPU進行判斷決策，并且構(gòu)成緊急避險系統(tǒng)。

如圖1所示是谷歌研發(fā)的自動駕駛汽車，它通過使用雷達、紅外照相機，以及激光定位器來了解周圍的交通狀況，并通過GPS全球定位系統(tǒng)對前方的道路進行導航。最后，這些采集到的數(shù)據(jù)會傳到主控電腦中進行分析并給出優(yōu)化方案。

3 自動駕駛存在的相關(guān)安全問題與ADAS系統(tǒng)

3.1 自動駕駛的相關(guān)安全問題

自動駕駛作為一種智能化交通工具，能夠代替人類完成一系列的駕駛行為。自動駕駛技術(shù)的發(fā)展無疑會給我們的生活和出行帶來更多便利。自動駕駛的應用和推廣可使高效率的出行成為可能，并且可以推動電能、太陽能、風能等清潔新型的能源發(fā)展，改善空氣質(zhì)量，優(yōu)化我們的生活環(huán)境。

然而從100多年前汽車革命的推動開始，人們對于汽車帶來的社會變革頗有爭議，自動駕駛作為一種新型駕駛方式，由于技術(shù)還未成熟，目前尚未能被大眾所接受。

如表1所示，2009年到2015年的6年時間內(nèi)，在谷歌自動駕駛汽車的測試中，汽車自動行駛了274公里，共發(fā)生了11次事故，其中包括7次追尾事故和4次側(cè)面刮蹭，沒有造成人員死亡。谷歌研究院調(diào)查表明，這些事故都是其他車輛駕駛員操作不當撞上了谷歌試驗車。

2016年5月7日，美國佛羅里達州的一名司機在啟用特斯拉自動駕駛模式時發(fā)生事故并當場死亡。

這些事故表明，自動駕駛并不能完全避免事故的發(fā)生，如何在提高出行和駕駛效率的同時，確保自動駕駛的安全，這還有待進一步研究與探討。

3.2 ADAS系統(tǒng)

ADAS英文全稱為Advanced Driver Assistant System，即先進駕駛輔助系統(tǒng)，也稱為主動安全系統(tǒng)。

如圖2所示，ADAS系統(tǒng)的L0階段是由人類全權(quán)駕駛，系統(tǒng)在駕駛中主要起到提醒駕駛員的作用：當駕駛員存在不良駕駛行為時，ADAS系統(tǒng)就會對駕駛員發(fā)出警告提醒駕駛員目前處在“危險駕駛行為”[3]。這里需要運用到人體姿態(tài)識別技術(shù)，該技術(shù)通過先對人體進行檢測，得出邊界框，再對每一個邊界框中檢測人體的關(guān)鍵點連接成人形，從而判斷人的行為。

當駕駛員注意力不集中，行駛時左顧右盼，部分酒駕司機在駕駛過程中眼神會偏離不定，這時ADAS系統(tǒng)也會發(fā)出警告，提示駕駛員目前正處在“危險駕駛行為”。

這里需要用到頭部姿態(tài)識別技術(shù)和視線跟蹤技術(shù)：首先頭部姿態(tài)識別技術(shù)是通過攝像頭獲取位置信息。通過計算五官在圖片上的幾何相對位置，得出人臉當時相對于攝像頭的旋轉(zhuǎn)角度。通過現(xiàn)需判斷頭部三個方向（yaw方向，pitch方向，roll方向）的角度，可自動判斷出頭部運動的狀態(tài)，從而判定駕駛員是否在規(guī)定位置操作頭部轉(zhuǎn)動[4]。最后結(jié)合車輛位置信息達成自動評判車輛在通過規(guī)定位置時駕駛員是否對道路兩側(cè)進行左右查看的規(guī)則；其次是視線跟蹤技術(shù)，該技術(shù)通過測量人眼的凝視點和相對頭部的運動程度的技術(shù)。該技術(shù)需要到眼動儀進行測量人眼的角膜反射，眼睛旋轉(zhuǎn)情況，瞳孔中心，從而計算出人眼當時的聚焦點，最終判斷出駕駛員的注意力是否集中。

如圖2所示，L1——L3的自動駕駛主控制權(quán)由人逐漸轉(zhuǎn)移到車輛，L1級別是輔助駕駛，也就是由車輛代替人類駕駛員完成一些簡單的駕駛操作，例如減速加速等，這解放了駕駛員的雙腳，實現(xiàn)了Feet off；L2級別是部分自動駕駛，車輛接著控制了方向盤，使人類駕駛的手得以解放，做到了Hand off；L3級別的自動駕駛是條件自動駕駛，系統(tǒng)掌握了環(huán)境感知技術(shù)，可以在滿足條件的情況下實現(xiàn)由汽車全權(quán)掌控駕駛操作，不需要由人類駕駛員進行對環(huán)境的判斷來決定汽車的駕駛，做到了Eyes off。

L4級別的自動駕駛是高度自動駕駛，已經(jīng)屬于真正的自動駕駛了，行駛路途中由車輛全權(quán)把控操作，人類駕駛員不需要保持注意力，實現(xiàn)了Minds off。但該級別的自動駕駛只限定于某些場景，未能完全實現(xiàn)由汽車完全接管駕駛權(quán)。

L5級別的自動駕駛是完全自動駕駛，是完善的自動駕駛，是全世界的研發(fā)團隊所追求和探索的。該級別的自動駕駛不需要人類駕駛員的操作，完全由汽車全權(quán)接管，由汽車自行判斷所處場景應采取的駕駛操作，而且克服了場景的限制，不在受到特定場景的限制。只有在這一級別的自動駕駛技術(shù)才是完美的自動駕駛技術(shù)，如果人類駕駛員所使用的自動駕駛技術(shù)未能達到L5級別的要求，就有可能發(fā)生事故。

4 結(jié)語

在當今信息化時代，傳統(tǒng)機電系統(tǒng)的信息化和智能化是國家綜合國力的重要標志之一。作為機電系統(tǒng)代表的汽車駕駛系統(tǒng)進行自動化和智能化是當今世界科技競爭的重要領(lǐng)域，且這項技術(shù)會在交通安全、國防建設(shè)等有著良好而廣泛的應用前景，為人們的生活提供便利和保障。

參考文獻

[1]王芳，陳超，黃見曦.無人駕駛汽車研究綜述[J].中國水運，2016，（12）：126-128.

[2]王欽普，趙佳，趙浩.無人駕駛汽車發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與建議[J].客車技術(shù)與研究，2016，（6）：2-6.

[3]王楠，劉衛(wèi)國，張君媛，等.基于視覺傳感器的ADAS縱向行駛工況識別方法研究[J].交通信息與安全，2015，（01）：41-46.

[4]張波，王文軍，成波.基于人臉3D模型的駕駛?cè)祟^部姿態(tài)檢測[J].汽車工程，2016，（01）：53-60.