智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用*

楊 康

（閩江師范高等?？茖W(xué)校，福建 福州 350108）

社會(huì)信息化程度的日益提高讓汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用成為了可能，為了提高汽車駕駛的安全性，人類在汽車上進(jìn)行了一系列研究、開發(fā)，相關(guān)研究成果在實(shí)踐中也收獲了大量的關(guān)注。智能自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生之后，汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)能夠更進(jìn)一步地滿足人類駕駛汽車的需求，降低人在駕駛汽車過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而確保汽車能夠在復(fù)雜的環(huán)境和條件下完成自主駕駛，保障汽車以及駕駛?cè)说陌踩?/p>

1 汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)綜合水平大幅度提升。目前，安全輔助駕駛系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)包括人工智能、監(jiān)控裝置、定位雷達(dá)等，這些技術(shù)可以提高汽車駕駛的安全水平。國(guó)內(nèi)針對(duì)汽車安全輔助駕駛的研究已經(jīng)有了一定的時(shí)間，很多投入到市場(chǎng)中的汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。隨著越來越多的企業(yè)對(duì)安全輔助駕駛系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用成果越來越多，效果越來越好，在未來還能夠獲得更好的發(fā)展前景。

安全輔助駕駛系統(tǒng)離不開智能自動(dòng)化技術(shù)，很多研究人員在具體的研究過程中對(duì)智能、大數(shù)據(jù)分析以及傳感等技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化應(yīng)用，使得安全輔助駕駛系統(tǒng)可以計(jì)算分析并發(fā)送指令，最大程度地提升了人類駕駛汽車過程中的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度非?？?，各行各業(yè)都力求在技術(shù)上加以突破。智能自動(dòng)化技術(shù)作為熱門的技術(shù)研究重點(diǎn)，應(yīng)盡快將其更好地融入到汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中，不斷更新與優(yōu)化。通過技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐來積累經(jīng)驗(yàn)，并積極培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)的人才，結(jié)合汽車安全駕駛的需求以及特征構(gòu)建更具體的應(yīng)用方案。當(dāng)人力、物力以及財(cái)力資源均足夠豐富之后，便能夠更快速地完成汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)的技術(shù)更新，促使汽車駕駛的安全水平進(jìn)一步提升[1]。

2 智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 分層遞階式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

各種模塊在此結(jié)構(gòu)之下成為若干個(gè)層次，并且每一個(gè)層次中的模塊擁有不同的工作任務(wù)、性能以及操作模式。一些復(fù)雜的判斷和操作程序主要由高層模塊完成，因?yàn)楦邔幽K的智能化程度更深，可以滿足具體的需求。一些難度相對(duì)較小、較為簡(jiǎn)單的程序則由低層模塊完成。不過值得注意的是，在低層的模塊與外界之間存在交互的關(guān)系，因此，其在實(shí)時(shí)響應(yīng)方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯。具體來講，低層模塊負(fù)責(zé)的是傳感、控制、伺服等工作，這與汽車駕駛的情況相適應(yīng)。

執(zhí)行級(jí)在分層遞階式的結(jié)構(gòu)中一直備受關(guān)注，主要因?yàn)槠渚邆鋫鞲衅?，能夠用于感知環(huán)境的變化，探測(cè)、掌握并發(fā)送信息，執(zhí)行的是高級(jí)模塊的命令。從協(xié)調(diào)級(jí)來看，控制任務(wù)、控制規(guī)則等操作都是由其完成的，主要的作用是提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力。安全輔助系統(tǒng)中的每一層次都負(fù)責(zé)相應(yīng)的任務(wù)，生成了實(shí)際可操作的目標(biāo)之后有利于讓其他層完成具體的步驟。研究智能自動(dòng)化技術(shù)的專家學(xué)者往往都會(huì)強(qiáng)調(diào)精度隨智能降低而提高的原理，所以在應(yīng)用分層遞階式結(jié)構(gòu)的時(shí)候，越上面的層次具有越高的智能化水平，精度也越小。這種結(jié)構(gòu)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，也得益于遵循了這樣的原理。安全輔助駕駛系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反應(yīng)能力如果明顯降低，通常是因?yàn)樵诜謱舆f階式結(jié)構(gòu)中智能處理層處于上層，傳感到動(dòng)作是一個(gè)上下和下上的往復(fù)過程。

2.2 包容式體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

從靈敏程度來看，分層遞階式的結(jié)構(gòu)無法與包容式體系結(jié)構(gòu)相媲美。包容式體系結(jié)構(gòu)會(huì)按照具體的標(biāo)準(zhǔn)分解系統(tǒng)為若干個(gè)子系統(tǒng)，通常情況下，會(huì)以不同的任務(wù)與行為作為分類的標(biāo)準(zhǔn)。每一個(gè)子系統(tǒng)在這樣的情況下具有獨(dú)立行為，能夠直接對(duì)外界環(huán)境的變化做出反應(yīng)。在這一結(jié)構(gòu)中，并不存在高層與低層的互斥行為，能夠提高安全輔助駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用水平。如果在應(yīng)用過程中需要擴(kuò)大功能，技術(shù)人員僅需要增加新的層次即可打造新的功能層，并不需要考慮高層、低層之間的互斥行為。層次之間的行為依靠的是階層控制協(xié)調(diào)，因?yàn)槊恳粋€(gè)層次的輸出都有具體的階層控制，所以層次內(nèi)部的工作井然有序，受到干擾的概率比較小。

包容式結(jié)構(gòu)中中心控制并不存在，由于每一個(gè)層次的信息量在這樣的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之下比較小，擴(kuò)充整體功能也不會(huì)影響到系統(tǒng)的運(yùn)行水平。每一個(gè)層次中行為感知的作用都體現(xiàn)得比較明顯，傳感信號(hào)融合的問題不會(huì)發(fā)生。高層出現(xiàn)故障的時(shí)候，低層能夠承擔(dān)起系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的需求[2]。在這樣的結(jié)構(gòu)中，低層的功能失去與否并不會(huì)影響到高層功能的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以能夠從這一點(diǎn)看到包容式結(jié)構(gòu)的中心思想，即單元的獨(dú)立、平行工作特征。從整體的角度來看包容式結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)它存在的局限性，即在指導(dǎo)、協(xié)調(diào)方面的全局感不強(qiáng)，缺少明顯的主動(dòng)性、目的性，無法適應(yīng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的行動(dòng)計(jì)劃需求。

2.3 分布式多智能體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

既然是智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用，即意味著自主式系統(tǒng)在模擬人的智能，以達(dá)到模擬人駕駛汽車的基本狀態(tài)。有了這樣的前提條件之后，單個(gè)智能系統(tǒng)在求解問題的過程中遇到的局限性會(huì)直接表現(xiàn)出來，進(jìn)一步地強(qiáng)調(diào)了組織協(xié)作的必要性。分布式人工智能系統(tǒng)包括了分布問題求解、多智能體系統(tǒng)。前者求解分布問題的時(shí)候依靠的是智能子系統(tǒng)的功能作用，同時(shí)需要借助仲裁機(jī)構(gòu)的作用。在這一程序中加權(quán)和的方式應(yīng)用所產(chǎn)生的效果也比較好，在可靠性上擁有明顯的優(yōu)勢(shì)。不過在應(yīng)用的過程中也發(fā)現(xiàn)，此種求解方式面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境時(shí)反應(yīng)的速度和效果無法達(dá)到要求，因此，分布問題求解的結(jié)構(gòu)更加適用于靜態(tài)或者準(zhǔn)靜態(tài)的條件。

多智能體系統(tǒng)具有自治性、社會(huì)性、反應(yīng)性、自發(fā)性、主動(dòng)性等特點(diǎn)。這種自主式的系統(tǒng)智能體系之間的聯(lián)系非常緊密，針對(duì)復(fù)雜的任務(wù)完成度比較高。同時(shí)，因?yàn)橥ㄐ殴δ艿拇嬖冢沟孟到y(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的資源可以共享和擴(kuò)張。當(dāng)系統(tǒng)有了一個(gè)龐大的知識(shí)庫(kù)之后，系統(tǒng)本身的可靠性明顯增加，靈活性也會(huì)具有明顯的優(yōu)越性。此種結(jié)構(gòu)在一些作業(yè)任務(wù)難度較高的條件下適用效果比較好。自主式智能系統(tǒng)共享的是具體的信息，目的是實(shí)現(xiàn)問題求解，應(yīng)用于汽車安全輔助駕駛中能夠更進(jìn)一步地解決駕駛的具體問題。在主動(dòng)性上，安全輔助駕駛系統(tǒng)呈現(xiàn)的是一種主動(dòng)采取行動(dòng)達(dá)到目的的狀態(tài)，在智能自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)之上，各個(gè)環(huán)節(jié)之間處于通信、協(xié)調(diào)的狀態(tài)，這有助于它們?cè)谔幚韽?fù)雜任務(wù)的過程中提高時(shí)效性。分布式多智能體結(jié)構(gòu)資源共享、擴(kuò)張的特點(diǎn)十分明顯，如此狀態(tài)下的知識(shí)管理困難得到解決，增強(qiáng)了靈活可靠性。在一些對(duì)實(shí)時(shí)性有著明顯要求的任務(wù)中，分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)會(huì)體現(xiàn)得更加明顯。自主式智能系統(tǒng)在解決作業(yè)任務(wù)求解次序不確定的問題時(shí)效率也非常高，而且是以一種相對(duì)獨(dú)立的模式進(jìn)行的。實(shí)時(shí)處理能力得到了充分應(yīng)用之后，將分層遞階式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)融入其中，整體上的實(shí)用價(jià)值會(huì)上升不少[3]。

3 智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

智能自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用得益于其處理復(fù)雜環(huán)境的能力，此項(xiàng)技術(shù)在很多領(lǐng)域中高頻率應(yīng)用，在汽車的安全輔助駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用的目的就是解決駕駛環(huán)境復(fù)雜多變引起的各類安全隱患。從汽車駕駛的環(huán)境來看，空間和時(shí)間上呈現(xiàn)出來的非結(jié)構(gòu)化、非線性化特征都相當(dāng)明顯。人工駕駛汽車過程會(huì)受到生理因素、心理因素的影響而增加駕駛安全隱患。駕駛?cè)藛T作為人，與智能自動(dòng)化的機(jī)器相比自然存在一定的環(huán)境感知局限，無法獲得全面細(xì)致、及時(shí)有效的環(huán)境信息，從而在操作過程中可能出現(xiàn)偏差、失誤等。這也是當(dāng)前人工駕駛汽車安全事故發(fā)生率較高的重要原因。在很多領(lǐng)域進(jìn)行智能自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用之后，其存在的缺陷和不足也得到了進(jìn)一步的改善。再將其應(yīng)用到汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中就有了更多可以參考和借鑒的經(jīng)驗(yàn)，有利于從整體上完善汽車駕駛的安全漏洞。

3.1 環(huán)境感知層

汽車運(yùn)行的過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，駕駛?cè)藶榱吮Ｕ献陨硪约八说陌踩枰兄浅６嗟男畔?，這些信息的量駕駛?cè)艘胪耆?，可能性不高。因?yàn)槌艘兄畔⒅?，駕駛?cè)诉€需要處理信息，這些信息又具有動(dòng)態(tài)性，對(duì)于人的感知系統(tǒng)能力要求比較高。而當(dāng)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用智能自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，則可以進(jìn)一步地利用CCD、紅外探測(cè)儀、雷達(dá)測(cè)距儀等。這些儀器的精密程度非常高，而且擁有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在感知范圍上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人類。值得一提的是，駕駛?cè)嗽谘b有安全輔助駕駛系統(tǒng)的汽車上也會(huì)受到監(jiān)測(cè)，這樣就更進(jìn)一步地保障了駕駛?cè)说陌踩?。傳感技術(shù)是現(xiàn)如今各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用頻率都比較高的技術(shù)之一，因?yàn)閭鞲屑夹g(shù)可以拓展人的環(huán)境感知能力，在安全輔助駕駛系統(tǒng)中所占的地位也比較高。人自然無法與機(jī)器相比，但當(dāng)人利用機(jī)器的能力之后，機(jī)器的功能作用會(huì)更好地發(fā)揮出來。設(shè)計(jì)環(huán)境感知系統(tǒng)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要考慮到駕駛?cè)伺c安全輔助駕駛系統(tǒng)之間的關(guān)系，從而分別發(fā)揮出人和機(jī)器在汽車駕駛過程中的作用。人和機(jī)器感知環(huán)境的特點(diǎn)非常不同，人的感知任務(wù)包括了交通信息、天氣狀況等。而機(jī)器的感知任務(wù)則包括了前方車輛的相對(duì)運(yùn)行狀態(tài)，以及道路上是否存在障礙物等。當(dāng)人和機(jī)器分工協(xié)作的時(shí)候，汽車的駕駛安全水平是最高的。

3.2 評(píng)價(jià)決策層

安全輔助駕駛系統(tǒng)具有的感知信息的功能發(fā)揮出來之后，便可以建立起環(huán)境模型，從而評(píng)價(jià)汽車的運(yùn)行狀態(tài)以及汽車面臨的運(yùn)行環(huán)境，并結(jié)合這些評(píng)價(jià)結(jié)果來判斷汽車駕駛的危險(xiǎn)程度，從而給出具體的決策。安全輔助駕駛技術(shù)與一般的汽車安全技術(shù)相比，其行為決策的水平非常高。評(píng)價(jià)決策任務(wù)通常由多智能體、黑板兩者相互聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。駕駛?cè)藛T的手動(dòng)駕駛可以與安全輔助系統(tǒng)逐步地一體化，這樣就能夠滿足很多人安全駕駛的需求。將環(huán)境感知變化看作事件，而黑板以事件為基礎(chǔ)判斷各個(gè)智能體的工作方式，并盡快讓各個(gè)工作方式協(xié)調(diào)配合，針對(duì)總體決策加以執(zhí)行。環(huán)境事件的隨機(jī)性非常明顯，因此，安全輔助駕駛系統(tǒng)要具有推理的功能，針對(duì)全局情況以及事件的變化等調(diào)整各個(gè)智能體的工作狀態(tài)。各個(gè)事件發(fā)射出來的信號(hào)可以為提高系統(tǒng)快速反應(yīng)能力創(chuàng)造有利的條件。智能體承擔(dān)的是評(píng)價(jià)決策的任務(wù)，所以在智能體中要設(shè)計(jì)環(huán)境建模、狀態(tài)評(píng)估以及安全預(yù)警和緊急響應(yīng)等功能。安全輔助駕駛系統(tǒng)判斷出汽車行駛過程中存在的危險(xiǎn)因素之后，駕駛員會(huì)立即接收到警示信號(hào)，從而提醒駕駛員檢查并消除危險(xiǎn)因素。另外，當(dāng)遇到了駕駛?cè)藷o法采取具體解決措施的情況，安全輔助駕駛系統(tǒng)會(huì)直接發(fā)揮運(yùn)行控制的作用。

3.3 行為執(zhí)行層

智能自動(dòng)化技術(shù)在汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用非常必要。從行為執(zhí)行層來看，輔助駕駛的功能作用可以從行為輸出上看出來。環(huán)境感知、判斷推理等都是由其完成的。駕駛?cè)藛T可能擁有豐富的駕駛經(jīng)驗(yàn)，但這并不意味著駕駛?cè)丝梢悦婷婢愕健＝Y(jié)合這一點(diǎn)來看待安全輔助駕駛系統(tǒng)，可以知道，當(dāng)駕駛?cè)藛T出現(xiàn)了身體反應(yīng)滯后的情況時(shí)，安全輔助駕駛系統(tǒng)可以及時(shí)做出反應(yīng)并使汽車保持在一個(gè)安全的運(yùn)行狀態(tài)中，以防止意外的發(fā)生。汽車運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性、安全性都是駕駛?cè)说男枨螅怯捎隈{駛?cè)说鸟{駛水平不同，所以安全輔助駕駛系統(tǒng)也具有減輕駕駛?cè)瞬僮髫?fù)擔(dān)的作用。在行為執(zhí)行層上，交互式執(zhí)行、直接執(zhí)行屬于兩個(gè)重要的方面。前者主要發(fā)揮系統(tǒng)感知信息的功能，包括感知汽車運(yùn)行狀態(tài)以及汽車所處環(huán)境的信息等，在這些信息基礎(chǔ)之上作出決策，如更改車道、及時(shí)停車等。汽車在一定的時(shí)間之內(nèi)處于安全運(yùn)行的狀態(tài)，可以為駕駛?cè)藸?zhēng)取緩沖的時(shí)間，進(jìn)一步強(qiáng)化汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)的輔助性作用。駕駛?cè)撕拖到y(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互之后，駕駛行為可以達(dá)到最佳的狀態(tài)。從汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)的整體功能作用來看，主要是想要達(dá)到人機(jī)一體化的效果。當(dāng)汽車處于某種極限狀態(tài)時(shí)，在執(zhí)行安全輔助駕駛系統(tǒng)的緊急措施之后，汽車可以擺脫危險(xiǎn)的困境[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能自動(dòng)化技術(shù)在 汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用有助于提高汽車駕駛的安全水平。如今，人們的生活水平大幅度提升，汽車的數(shù)量不斷增加，但很多人的駕駛技能水平較低，造成了許多交通事故。應(yīng)積極地應(yīng)用汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)，充分全面地發(fā)揮其作用，建構(gòu)高效科學(xué)的系統(tǒng)應(yīng)用體系，逐步推進(jìn)人機(jī)一體化設(shè)計(jì)思想的應(yīng)用，從各個(gè)層面出發(fā)，保障汽車駕駛的安全。