郭巍

摘 要：無(wú)人駕駛汽車(chē)可以通過(guò)傳感器感知道路環(huán)境，通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取實(shí)時(shí)道路信息，根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況自行規(guī)劃路線，在危險(xiǎn)情況時(shí)提醒駕駛員，在不同程度上代替駕駛員控制汽車(chē)。這樣可以有效地改善交通擁堵，減少環(huán)境污染，提高資源利用率，真正地實(shí)現(xiàn)安全、快捷、舒適、綠色出行。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的無(wú)人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行梳理，為我國(guó)無(wú)人駕駛系統(tǒng)發(fā)展提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛系統(tǒng)；傳感器；車(chē)聯(lián)網(wǎng)

1 引言

近年來(lái)由于我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為全球第一大汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)。根據(jù)國(guó)家相關(guān)部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了解到，截止到2018年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已經(jīng)達(dá)到3.22億，駕駛?cè)藬?shù)量突破4億。隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)汽車(chē)的門(mén)檻越來(lái)越低，隨之機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量迅速增長(zhǎng)，一方面機(jī)動(dòng)車(chē)的機(jī)動(dòng)性為人們工作生活帶來(lái)了極大的便利，另一方面也為人們的生活環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，如機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)大氣的污染。機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的猛增為城市道路交通帶來(lái)了巨大的壓力，城市路網(wǎng)擁堵情況越來(lái)越嚴(yán)重，人們的生活幸福感受到了極大的影響，同時(shí)，交通路網(wǎng)上通行的機(jī)動(dòng)車(chē)越來(lái)越多，也增大了交通事故的幾率，世界上每年大約有130多萬(wàn)人死于道路交通事故，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他疾病帶來(lái)的危害。由此可見(jiàn)，無(wú)人駕駛系統(tǒng)的研究是當(dāng)前非常重要且有社會(huì)價(jià)值研究的課題之一。

引起道路行駛安全、通行狀況的原因有很多，總體可以分為人、車(chē)、環(huán)境這三大方面，司機(jī)的駕駛技術(shù)的嫻熟程度、對(duì)安全駕駛的認(rèn)知等；車(chē)本身的性能、質(zhì)量等；天氣的好壞等多方面問(wèn)題。在眾多因素影響下，除了改變以及避免可能碰到的危險(xiǎn)情形，全球都將研究方向集中在自動(dòng)控制來(lái)取代人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)為主要方向，為汽車(chē)裝上智能大腦，使汽車(chē)學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)自主駕駛，擺脫對(duì)人的依賴(lài)，保障人身安全。為此，要研究一款性能穩(wěn)定、智能安全的無(wú)人駕駛系統(tǒng)，有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外的無(wú)人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研與分析，進(jìn)而為我國(guó)的無(wú)人駕駛發(fā)展提供一些參考及借鑒。

2 國(guó)外無(wú)人駕駛系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)Google公司是世界上最早開(kāi)始無(wú)人駕駛系統(tǒng)研究的企業(yè)，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展，已能完成自主的啟動(dòng)和停車(chē)等行動(dòng)，其無(wú)人駕駛系統(tǒng)的道路試驗(yàn)已完成400萬(wàn)英里。目前，Google的無(wú)人駕駛部門(mén)已經(jīng)分離成一個(gè)獨(dú)立的公司W(wǎng)aymo，Waymo通過(guò)集成三維激光雷達(dá)、2D測(cè)距雷達(dá)、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）、車(chē)載攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛系統(tǒng)（如圖1）。從2017年11月7日開(kāi)始，Waymo對(duì)外宣布將進(jìn)行真正的無(wú)人駕駛測(cè)試，在無(wú)人駕駛測(cè)試車(chē)上將不再設(shè)置安全員。

除此之外，蘋(píng)果、Uber等均已在其發(fā)展方向中指定了無(wú)人駕駛技術(shù)的投入。2015年Uber收購(gòu)了提供位置API的創(chuàng)業(yè)公司deCarta，還從微軟Bing部門(mén)獲取了精通圖像和數(shù)據(jù)收集的員工，收購(gòu)了前谷歌資深無(wú)人駕駛專(zhuān)家創(chuàng)建的無(wú)人駕駛公司Otto，Uber通過(guò)集成2個(gè)三維激光雷達(dá)（一個(gè)位于車(chē)頂、一個(gè)位于車(chē)前部）、7個(gè)車(chē)載相機(jī)、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛系統(tǒng)。2016年7月，通用公司收購(gòu)創(chuàng)業(yè)公司Cruise Automation，其無(wú)人駕駛系統(tǒng)集成了5個(gè)三維激光雷達(dá)、21個(gè)2D雷達(dá)、16部攝像機(jī)等傳感器，用來(lái)保證無(wú)人駕駛汽車(chē)的行駛安全2018年初第四代Cruise自動(dòng)駕駛汽車(chē)正式發(fā)布，同時(shí)通用汽車(chē)也已經(jīng)向美國(guó)交通部遞交申請(qǐng)，有望在2019年將這款自動(dòng)駕駛車(chē)輛安全地投入應(yīng)用。2017年2月，福特汽車(chē)投資10億美元收購(gòu)了初創(chuàng)人工智能公司ArgoAI，以利用其技術(shù)開(kāi)發(fā)無(wú)人駕駛系統(tǒng)，其方案也是通過(guò)集成三維激光雷達(dá)、攝像機(jī)等傳感器形成整體的解決方案。蘋(píng)果公司也于2017年4月獲得了加州測(cè)試許可證，他們選擇的方案也是集成三維激光雷達(dá)、攝像機(jī)等多傳感器設(shè)備。

3 國(guó)內(nèi)無(wú)人駕駛系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)的無(wú)人駕駛技術(shù)研發(fā)開(kāi)始較國(guó)外相比略晚，國(guó)內(nèi)第一輛智能駕駛車(chē)由國(guó)防科技大學(xué)在1989年研發(fā)，接著國(guó)防科大與上海、一汽聯(lián)合共同開(kāi)發(fā)智能駕駛，最開(kāi)始應(yīng)用是2003年在紅旗汽車(chē)上。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步，2011年紅旗汽車(chē)首次進(jìn)行了實(shí)際的公路測(cè)試，系統(tǒng)集成三維激光雷達(dá)、攝像機(jī)等傳感器，測(cè)試路段從長(zhǎng)沙至武漢共280多公里，過(guò)程中對(duì)天氣環(huán)境測(cè)試、超車(chē)行駛進(jìn)行了測(cè)試，并順利完成全部行程測(cè)試。

國(guó)內(nèi)很多實(shí)力較強(qiáng)的重點(diǎn)大學(xué)如上海交大、浙大、軍事交通學(xué)院等也加入無(wú)人駕駛技術(shù)的開(kāi)發(fā)探索。上海交大在2005年與歐盟合作共同開(kāi)展智能駕駛車(chē)的研制，06年上海交大組建了無(wú)人駕駛研究的實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始投入研究無(wú)人駕駛方面的理論及應(yīng)用技術(shù)，其研究成果CyberC3在智能未來(lái)挑戰(zhàn)賽中獲得了不錯(cuò)的成績(jī)，CyberC3在研發(fā)過(guò)程中集成了攝像頭、三維激光雷達(dá)、超聲傳感器、磁傳感器等，該車(chē)還可以通過(guò)感知地面的磁性物體，從而判斷前進(jìn)方向，但這種方法需要在車(chē)輛運(yùn)行的道路上埋入磁釘。此外，國(guó)內(nèi)的很多互聯(lián)網(wǎng)公司和汽車(chē)制造公司也逐步向無(wú)人駕駛智能汽車(chē)領(lǐng)域進(jìn)軍，例如，國(guó)內(nèi)的百度、滴滴、樂(lè)視、阿里巴巴、上海一汽、上海汽車(chē)等公司都開(kāi)始了自己的無(wú)人駕駛智能車(chē)的研究。以百度無(wú)人車(chē)為例，百度公司在2014年，己經(jīng)開(kāi)始了無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā)計(jì)劃，百度無(wú)人駕駛系統(tǒng)的多傳感器感知系統(tǒng)主要包括了三維激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、GPS及車(chē)載主控計(jì)算機(jī)等設(shè)備及傳感器（如圖5）。2017年4月19日，百度開(kāi)放名為阿波羅的軟件平臺(tái)，旨在向汽車(chē)行業(yè)及自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的合作伙伴提供一個(gè)開(kāi)放、完整、安全的軟件平臺(tái)，幫助他們結(jié)合車(chē)輛和硬件系統(tǒng)，快速搭建一套屬于自己的完整的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。到當(dāng)年的9月20日時(shí)，百度副總裁宣布“Apollo已成為最扎實(shí)、最全面的自動(dòng)駕駛生態(tài)”，并對(duì)外宣布Apollo1.5正式對(duì)外界開(kāi)放。

4 總結(jié)

綜上所述，不管是任何一家團(tuán)體研究無(wú)人駕駛應(yīng)用，都無(wú)法忽視多傳感器的綜合應(yīng)用。各個(gè)技術(shù)團(tuán)體的無(wú)人駕駛方案中，都集成了激光雷達(dá)、攝像機(jī)等傳感器，事實(shí)說(shuō)明無(wú)人駕駛系統(tǒng)需要多傳感器為定位、導(dǎo)航、分析、決策提供精確的數(shù)據(jù)保障，而多傳感器的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形態(tài)各異，必須將多源數(shù)據(jù)有效的融合在一起才能從中獲取最有效的基礎(chǔ)信息。作為一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，多傳感器集成融合應(yīng)用涉及信號(hào)處理、信息技術(shù)、概率統(tǒng)計(jì)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)應(yīng)用，應(yīng)用中將各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)合理的技術(shù)處理，從而獲得特定數(shù)據(jù)成果。多傳感器集成是多源信息應(yīng)用的基礎(chǔ)，融合分析應(yīng)用多源數(shù)據(jù)是多傳感器集成應(yīng)用的最終目的。無(wú)人駕駛系統(tǒng)在近幾年的發(fā)展中已經(jīng)取得了一些成果，但是實(shí)際的交通情況復(fù) 雜，而且人工智能技術(shù)和人腦之間還存在較大的差距，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)的無(wú)人駕駛技術(shù)仍然是任重而道遠(yuǎn)。

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