路上是不是很快要出現(xiàn)無(wú)人駕駛汽車的身影了？

1、.【前沿物理】路上是不是很快要出現(xiàn)無(wú)人駕駛汽車的身影了？2019年5月23-25日， 2019中國(guó)國(guó)際智能交通展覽會(huì)在北京舉辦。說(shuō)到智能交通，大家關(guān)注的焦點(diǎn)之一就是“無(wú)人駕駛，尤其是近兩年，不斷聽(tīng)到無(wú)人駕駛汽車路測(cè)的消息，也不斷有朋友問(wèn)我，路上是不是很快要出現(xiàn)無(wú)人駕駛汽車的身影了？ 今天我們就一起聊聊這個(gè)問(wèn)題。1、無(wú)人駕駛汽車上路?有希望,也有困難無(wú)人駕駛汽車以前只出如今007等科幻電影中，但如今,它已經(jīng)不只存在于夢(mèng)想。將來(lái)的幾年內(nèi)，你可能就會(huì)買得起一輛能載著你自動(dòng)穿梭在城市道路上的智能汽車。但是，要想讓一輛無(wú)人駕駛汽車可以平安、舒適、高效、智能地混入到現(xiàn)有交通中跑起來(lái)，這中間還有一段困難的道

2、路要走。2、無(wú)人駕駛汽車技術(shù)現(xiàn)狀圖1. 典型無(wú)人駕駛汽車的構(gòu)造圖典型無(wú)人駕駛汽車構(gòu)造如圖1所示，無(wú)人駕駛汽車的“眼睛“即感知系統(tǒng)，負(fù)責(zé)感知道路周邊的環(huán)境，包括相機(jī)、微波雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器。無(wú)人駕駛汽車的“小腦即導(dǎo)航定位系統(tǒng),負(fù)責(zé)感覺(jué)車輛自身的運(yùn)行姿態(tài)，包括輪速、GPS定位、慣導(dǎo)和指南/北等傳感器。無(wú)人駕駛汽車的“大腦即決策系統(tǒng)，通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算軟件，選擇短間隔 的軌跡和長(zhǎng)距的駕駛道路。無(wú)人駕駛汽車的“四肢即控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)控制剎車、油門及方向等，包括相應(yīng)的電機(jī)控制或汽車總線控制模塊。在國(guó)家基金委“視聽(tīng)覺(jué)信息的認(rèn)知計(jì)算重大研究方案推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)多家無(wú)人車輛研究單位也與車企合作，研制了各具特色的原型

3、車輛，在每年都參加中國(guó)智能車將來(lái)挑戰(zhàn)賽，部分車輛如圖2所示。圖2. 中國(guó)智能車將來(lái)挑戰(zhàn)賽中的無(wú)人駕駛車輛3、無(wú)人駕駛汽車上路的難點(diǎn)1準(zhǔn)確環(huán)境感知無(wú)人駕駛汽車的“即感知系統(tǒng)主要由相機(jī)、微波雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器組成。圖3. 無(wú)人駕駛汽車看到的景象無(wú)人駕駛汽車的“眼睛必須可以感知和識(shí)別行駛車道的周邊的物體，如圖3所示，攝像頭可以看到實(shí)際場(chǎng)景，可以辨識(shí)車道線和交通信號(hào)，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目的等；激光雷達(dá)那么通過(guò)激光點(diǎn)云來(lái)建立周邊環(huán)境的3D模型，檢測(cè)出包括車輛、行人、樹(shù)木、路緣等；微波雷達(dá)用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目的，感應(yīng)車身周圍的挪動(dòng)障礙物等。最后交融成一幅如圖3的車輛“眼睛看到的場(chǎng)景。為什么說(shuō)無(wú)人駕駛車輛環(huán)境感知那么難

4、？畢竟計(jì)算機(jī)視覺(jué)還在不斷開(kāi)展中，要理解復(fù)雜的交通環(huán)境，存在不少挑戰(zhàn)。例如我們?nèi)祟愃緳C(jī)開(kāi)車過(guò)程中，看到前方漂浮的塑料袋就不會(huì)剎車或者躲避，而無(wú)人駕駛汽車就需要復(fù)雜的算法，才能理解和識(shí)別這個(gè)場(chǎng)景。對(duì)于每個(gè)地方的交通根底設(shè)施，不同標(biāo)志的表示形式有所差異，需要進(jìn)展外鄉(xiāng)化對(duì)待，計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)才能辨識(shí)。另外就是不同天氣和氣候情況下，針對(duì)復(fù)雜的交通環(huán)境，抑制傳感器各自物理限制和車輛運(yùn)動(dòng)干擾，進(jìn)步環(huán)境感知準(zhǔn)確程度，也存在很大難度。2準(zhǔn)確狀態(tài)感知圖4. 無(wú)人駕駛汽車運(yùn)行姿態(tài)圖5. 無(wú)人駕駛汽車定位無(wú)人駕駛汽車通過(guò)“小腦知道自己的姿態(tài)和確切位置。如圖4所示，車載的高精度IMU慣性單元可以知道車輛傾斜角、橫擺角和滾

5、動(dòng)角，相應(yīng)軸向上的角速度、加速度等，通過(guò)車身控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性控制，確保車輛“穩(wěn)當(dāng)行駛。要想實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，就需要通過(guò)“小腦進(jìn)展準(zhǔn)確定位，這樣才知道自己確切位置，以便執(zhí)行下一步駕駛?cè)蝿?wù)。在這方面, 無(wú)人駕駛汽車正面臨挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的GPS捷聯(lián)慣導(dǎo)等車載定位設(shè)備不能滿足擁堵交通流中的高精度定位要求。特別是隧道和高架橋下等交通場(chǎng)景中，會(huì)出現(xiàn)接收不到GPS信號(hào)等情況，這時(shí)，無(wú)人駕駛汽車就需要通過(guò)其他途徑來(lái)進(jìn)展定位，例如輔以SLAM、視覺(jué)導(dǎo)航等技術(shù)，在復(fù)雜交通環(huán)境中增強(qiáng)無(wú)人駕駛車輛的定位才能。3準(zhǔn)確控制人類駕駛員開(kāi)車的時(shí)候，往往會(huì)基于經(jīng)歷操控車輛，結(jié)合實(shí)際道路情況對(duì)車輛方向、速度進(jìn)展微調(diào)。由于具備了準(zhǔn)確

6、的感知系統(tǒng)，無(wú)人駕駛汽車通過(guò)“四肢可以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的控制。圖6. 構(gòu)造化道路無(wú)人駕駛汽車換道超車典型場(chǎng)景如圖6所示典型場(chǎng)景中，無(wú)人駕駛汽車準(zhǔn)備執(zhí)行右側(cè)超車時(shí)，可以準(zhǔn)確感知前車間隔 、速度和加速度以及臨近車道車輛運(yùn)動(dòng)情況，并合理控制自身速度和方向，進(jìn)展換道操作。而人類駕駛員由于受限于視野等因素，在這種情況下往往容易出現(xiàn)事故。但是，無(wú)人駕駛汽車要具備興隆的“四肢，還需要汽車廠商進(jìn)一步將智能化功能與車身總線進(jìn)展集成，將無(wú)人駕駛汽車的控制系統(tǒng)中剎車、油門及方向等控制模塊通過(guò)汽車總線進(jìn)展控制。4智能導(dǎo)航與決策無(wú)人駕駛汽車的“大腦負(fù)責(zé)進(jìn)展導(dǎo)航和決策。在給定了目的任務(wù)地點(diǎn)之后，無(wú)人駕駛汽車要可以在路網(wǎng)中找到

7、最經(jīng)濟(jì)、最快捷的途徑，將乘客送到地點(diǎn)。但是在實(shí)際中，交通環(huán)境常是部分，可能還有障礙物臨時(shí)出現(xiàn)/發(fā)現(xiàn)，必須重新規(guī)劃途徑。圖7. 無(wú)人駕駛汽車重新規(guī)劃道路如圖7所示，從A點(diǎn)到B點(diǎn)最短的道路被隔斷之后，無(wú)人駕駛汽車可以重新規(guī)劃途徑，到達(dá)目的地。此外，道路擁堵情況不斷在發(fā)生變化，如何正確判斷道路擁堵并進(jìn)展正確的通行決策，對(duì)無(wú)人駕駛汽車的“大腦智能性提出了更高要求。由于不同國(guó)情決定了交通參與者不同行為，使得無(wú)人駕駛汽車要具備學(xué)習(xí)與自適應(yīng)才能，這一點(diǎn)最具挑戰(zhàn)性。無(wú)人駕駛汽車興隆的“大腦，要能遵守交通規(guī)那么，在復(fù)雜交通場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)平安的、與人類駕駛行為類似的自主駕駛，使其不會(huì)對(duì)正常交通流造成影響，同時(shí)還要保障

8、車輛自主行駛的平安性。此外，無(wú)人駕駛汽車需要推斷前后左右其他車輛的意圖、處理不同駕駛員的異常行為，處理不遵守交通法規(guī)的行人、自行車和電動(dòng)車等突發(fā)情況。通過(guò)將機(jī)器學(xué)習(xí)的研究成果應(yīng)用于自主駕駛，將使得智能車輛可以處理復(fù)雜的交通環(huán)境，并產(chǎn)生自適應(yīng)行為。4、無(wú)人駕駛汽車上路的對(duì)策1更好的軟件無(wú)人駕駛汽車需要更平安的軟件，車載軟件要足夠棒。2需要更加精細(xì)的地圖Google無(wú)人駕駛汽車對(duì)試駕場(chǎng)地地圖進(jìn)展了強(qiáng)化，這樣汽車就知道街道詳細(xì)情況，假如碰到障礙可以輕松應(yīng)對(duì)。但要輕松的應(yīng)對(duì)目前城市道路情況，就需要更多的細(xì)致地圖。3更加廉價(jià)和性能優(yōu)秀的傳感器需要優(yōu)秀的傳感器，最好能讓無(wú)人駕駛汽車識(shí)別對(duì)它造成威脅的面上上

9、的釘子和坑洞，快速判斷路邊行人或者汽車是否突然進(jìn)入自己的車道。而且傳感器價(jià)格要控制在合理的區(qū)間，為廣闊消費(fèi)者承受。4汽車之間能否進(jìn)展有效溝通無(wú)人駕駛汽車要做到面對(duì)各種路況都可以行駛自如，甚至可以智能規(guī)劃道路，車與車之間的溝通是少不了的。這樣每個(gè)汽車在開(kāi)啟的時(shí)候，都可以共享數(shù)據(jù)，然后再重新繪制自己的駕駛道路，防止擁堵的產(chǎn)生。但如今如何做到汽車之間有效溝通，技術(shù)上還有待打破。我們可以料想到的是，需要V2X無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、接入效勞中心獲得多種智能效勞。5基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)智能的共享數(shù)據(jù)與無(wú)人駕駛技術(shù)的高度關(guān)聯(lián)性。“谷歌無(wú)人車借助于高精度導(dǎo)航地圖開(kāi)發(fā)無(wú)人駕駛軟件，進(jìn)步自主駕駛平安性、可靠性，已經(jīng)在路上

10、平安開(kāi)展了大量無(wú)人駕駛測(cè)試。但要實(shí)如今復(fù)雜多變的交通環(huán)境下的平安駕駛，還有待機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的進(jìn)步，特別是基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)智能的共享。6人工智能技術(shù)打破人工智能技術(shù)最新打破要能盡快應(yīng)用到無(wú)人駕駛上面，特別是圖像識(shí)別和深度學(xué)習(xí)技術(shù)獲得了打破可以用在交通環(huán)境的感知?？梢杂萌斯ぶ悄軄?lái)擴(kuò)展駕駛智能，使得自主駕駛系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整優(yōu)化，學(xué)習(xí)駕駛員行為和適應(yīng)駕駛環(huán)境。7需要開(kāi)展自主等級(jí)和平安測(cè)評(píng)，解決自動(dòng)駕駛存在的問(wèn)題通過(guò)分析自主駕駛功能組成與測(cè)評(píng)指標(biāo)，開(kāi)展功能測(cè)評(píng)；研究自主駕駛綜合測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)與體系，在復(fù)雜交通場(chǎng)景下開(kāi)展測(cè)試；通過(guò)自主駕駛測(cè)評(píng)，分析存在的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)可靠和成熟程度，隨后有針對(duì)性得

11、開(kāi)展研究。我們?cè)隈{駛汽車的時(shí)候，碰到突發(fā)情況，有時(shí)候是需要做出抉擇的。在無(wú)人駕駛車輛設(shè)計(jì)中，需要無(wú)人駕駛軟件衡量不同的結(jié)果并得出一個(gè)有道德抉擇。這也許是無(wú)人駕駛技術(shù)上一個(gè)很重要的打破，需要制定適應(yīng)無(wú)人駕駛車輛的交通法規(guī)，從法理和道德上加以約束。5、無(wú)人駕駛汽車美妙的前景無(wú)人駕駛汽車通過(guò)提供智能倉(cāng)儲(chǔ)和物流運(yùn)輸，將進(jìn)步運(yùn)輸效率；通過(guò)智能的士效勞，將減少路網(wǎng)中的車輛，減少對(duì)停車場(chǎng)的需求。例如最近ITF國(guó)際交通論壇基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)建模和理論，報(bào)告討論了兩種自動(dòng)駕駛共享車效勞形式，最關(guān)鍵是定量預(yù)測(cè)了車隊(duì)規(guī)模，用以滿足目的城市所有人的出行需求。其研究得出的理想化結(jié)果說(shuō)明：輔以大容量公共交通地鐵、快軌等的情況下，路面上只需要現(xiàn)有數(shù)量10%的轎車就能滿足一個(gè)中型歐洲城市的出行需求。此外，蘭德公司也對(duì)無(wú)人駕駛車輛的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)有交通系統(tǒng)的影響進(jìn)展了評(píng)估，認(rèn)為將會(huì)產(chǎn)生以下潛在影響：1無(wú)人車輛可以充分調(diào)度，極大減少對(duì)停車場(chǎng)地的需求。2自動(dòng)駕駛汽車由于輕量級(jí)設(shè)計(jì)，智能和節(jié)能地操控汽車，從而節(jié)省燃料。此外，采用新能源汽車可以減少排放。3由于無(wú)人駕駛車輛可以通過(guò)合理調(diào)度共享出行，減少了車輛數(shù)目；平安操控減少了交通事故；列隊(duì)出行，加快行駛速度等，從而可以緩解交通擁堵。4由于機(jī)器不會(huì)分心很少犯錯(cuò)誤，從而減少了人