曹世龍 汪一帆 辛宇洋

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器的發(fā)展，越來(lái)越多的汽車(chē)開(kāi)始應(yīng)用無(wú)人駕駛技術(shù)，無(wú)人駕駛給汽車(chē)帶來(lái)了一些革命性的變化。無(wú)人駕駛會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)諸多便利，但同時(shí)由于技術(shù)水平的限制，無(wú)人駕駛也會(huì)存在許多問(wèn)題，文章對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)提出了創(chuàng)新優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛汽車(chē);復(fù)合駕駛;語(yǔ)音感知系統(tǒng);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：U471.15 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-40-03

Analysis of the Advantages and Disadvantages of Driverless Cars andInnovative Optimization Solutions

Cao Shilong，?Wang Yifan，?Xin Yuyang

（?College of Mechanical and Electrical Engineering， Hebei Agricultural University， Hebei Baoding 071000?）

Abstract：?With the development of computer technology and sensors， more and more cars have begun to apply driverless technology， and driverless has brought some revolutionary changes to cars. Unmanned driving will bring many conveniences to human beings， but at the same time， there will be many problems with unmanned driving due to the limitation of technical level. This article analyzes the advantages and disadvantages of unmanned vehicles， and proposes innovations for unmanned vehicles. Optimization.

Keywords： Self-driving car; Compound driving; Speech perception system; Neural Networks

CLC NO.： U471.15 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）10-40-03

引言

對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)的研究可以追溯到上個(gè)世紀(jì)七十年代左右，最初興起于一些西方國(guó)家^[1]?，F(xiàn)在，許多國(guó)家都開(kāi)始研究無(wú)人駕駛技術(shù)。在國(guó)內(nèi)，百度在無(wú)人駕駛領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，百度研發(fā)的Apollo自動(dòng)駕駛平臺(tái)也達(dá)到了世界領(lǐng)先水平^[2]。無(wú)人駕駛汽車(chē)的出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)使未來(lái)的交通體系，以及人們的日常出行發(fā)生巨大的變化。從汽車(chē)的發(fā)展歷史來(lái)看，對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)的研究又是一次新的解放人類(lèi)的技術(shù)革命。

1 無(wú)人駕駛汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 減少交通事故的發(fā)生，使交通更加有秩序

維護(hù)交通秩序，消除因駕駛員而造成的交通事故，是研究無(wú)人駕駛技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)之一。無(wú)人駕駛汽車(chē)安裝有視覺(jué)傳感器、二維激光雷達(dá)、三維激光雷達(dá)等傳感器，并通過(guò)Boss、Junior、Talos、Google等環(huán)境感知系統(tǒng)感知外界環(huán)境^[3]。環(huán)境感知系統(tǒng)將外界環(huán)境的信號(hào)傳遞給下一個(gè)處理環(huán)境信號(hào)的單元，對(duì)外界環(huán)境信號(hào)進(jìn)行處理的單元稱(chēng)為決策系統(tǒng)。決策系統(tǒng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境信號(hào)進(jìn)行處理。由于計(jì)算機(jī)的處理速度高于人腦的處理速度，所以無(wú)人駕駛汽車(chē)可以對(duì)行駛過(guò)程中的突發(fā)狀況進(jìn)行快速處理，并且在很短的時(shí)間內(nèi)做出正確的反應(yīng)，從而避免了因?yàn)橛龅骄o急突發(fā)狀況駕駛員反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)的事故。由于通過(guò)傳感器感知外部環(huán)境并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行決策，進(jìn)而統(tǒng)一了所有車(chē)輛的行駛行為，避免了因不同駕駛員駕駛偏好或熟練程度不同所引起的堵車(chē)或者其他破壞交通秩序的現(xiàn)象。

1.2 為駕駛者節(jié)省時(shí)間，減少駕駛員的工作量

無(wú)人駕駛汽車(chē)在工作過(guò)程中可以擺脫或者減少對(duì)駕駛者的依賴，因此駕駛者可以在乘車(chē)過(guò)程中進(jìn)行工作、娛樂(lè)、休息等，同時(shí)駕駛者還可以給無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)布指令并讓其獨(dú)立完成，節(jié)省了駕駛員的時(shí)間，提高了工作效率。比如，駕駛者駕駛無(wú)人駕駛汽車(chē)抵達(dá)目的地后，可以利用車(chē)載或者手機(jī)上的操控功能對(duì)汽車(chē)發(fā)出自動(dòng)尋找車(chē)位的指令，無(wú)人駕駛汽車(chē)可以自動(dòng)尋找到車(chē)位并且完成停車(chē)，對(duì)汽車(chē)發(fā)出指令后駕駛者就可以開(kāi)始做自己的事情，節(jié)約了尋找車(chē)位和停車(chē)的時(shí)間。當(dāng)需要開(kāi)車(chē)時(shí)，駕駛者可以通過(guò)手機(jī)對(duì)汽車(chē)發(fā)出指令，使汽車(chē)自動(dòng)行駛到指定位置，節(jié)省了尋找車(chē)輛的時(shí)間?？傊?，無(wú)人駕駛汽車(chē)可以給駕駛者帶來(lái)許多便利，極大地方便了我們的生活。

2 無(wú)人駕駛汽車(chē)的缺點(diǎn)

2.1 無(wú)人駕駛汽車(chē)難以深度理解外界環(huán)境

無(wú)人駕駛汽車(chē)是通過(guò)人類(lèi)編寫(xiě)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的處理，從現(xiàn)在的科技水平來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息的處理很難與經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)進(jìn)化的人腦相媲美。在駕駛過(guò)程中，人腦可以準(zhǔn)確理解外界環(huán)境的變化。比如駕駛員可以根據(jù)前方車(chē)輛的行駛狀態(tài)判斷出前方車(chē)輛駕駛員的熟練程度，從而調(diào)整自己的跟車(chē)距離。駕駛員遇到大型載重貨車(chē)時(shí)通常會(huì)加速超車(chē)以避免跟其行駛。在遇到有人攔截車(chē)輛時(shí)，駕駛員可以根據(jù)攔截者的信息來(lái)合理決定是否停車(chē)。而對(duì)于上述情況，無(wú)人駕駛汽車(chē)很難通過(guò)現(xiàn)在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行正確的判斷從而做出合理的操作。同時(shí)，無(wú)人駕駛汽車(chē)在正確理解交警手勢(shì)方面還存在困難。

2.2 受惡略天氣和復(fù)雜路況的限制

在無(wú)人駕駛汽車(chē)的測(cè)試過(guò)程中，外部的環(huán)境條件是特定的，暴雨、大霧、大雪等惡略的天氣狀況會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)載傳感器的正常工作^[4]。傳感器受到影響，車(chē)輛采集的外部環(huán)境信號(hào)就會(huì)不準(zhǔn)確，環(huán)境感知系統(tǒng)傳遞給控制系統(tǒng)的信息也會(huì)不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響車(chē)輛的決策，汽車(chē)無(wú)法在相應(yīng)的情況下做出正確的行動(dòng)。

2.3 無(wú)人駕駛汽車(chē)存在網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題

汽車(chē)在無(wú)人駕駛過(guò)程中可能會(huì)受到他人從網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)行的攻擊，影響車(chē)輛的正常行駛和乘客的生命安全。無(wú)人駕駛汽車(chē)在定位，感知外界環(huán)境并通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理發(fā)出指令的過(guò)程中會(huì)與外界進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在這一過(guò)程中外界人員可能會(huì)利用技術(shù)手段對(duì)車(chē)輛的信息進(jìn)行劫持，甚至可能會(huì)遠(yuǎn)程操控車(chē)輛的行駛，嚴(yán)重影響了車(chē)內(nèi)人員的生命安全。

2.4 法律對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)存在盲區(qū)

由于無(wú)人駕駛汽車(chē)不需要人來(lái)操控，所以當(dāng)無(wú)人駕駛汽車(chē)出現(xiàn)交通事故后難以劃分責(zé)任。到目前為止，還沒(méi)有出臺(tái)一部完整的，針對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)生交通事故責(zé)任認(rèn)定的法律。無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)生交通事故后會(huì)出現(xiàn)事故的責(zé)任主體確定困難，無(wú)法可依，沒(méi)有完善的保險(xiǎn)制度等一系列法律問(wèn)題^[5]。這會(huì)給事故雙方造成困難，甚至引發(fā)沖突，影響了社會(huì)秩序。

3 創(chuàng)新優(yōu)化方案

3.1 概述

針對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)對(duì)外界環(huán)境的深度理解存在的問(wèn)題，在這里提出一種復(fù)合駕駛的模式。這種模式以汽車(chē)控制系統(tǒng)的指令為主導(dǎo)，在必要時(shí)刻駕駛員通過(guò)語(yǔ)音對(duì)車(chē)輛的行為進(jìn)行干涉。

3.2 工作原理分析

該模式需要一個(gè)車(chē)內(nèi)語(yǔ)音感知系統(tǒng)，并通過(guò)某種方式開(kāi)啟此系統(tǒng)，比如通過(guò)觸控或者按下相關(guān)按鍵實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的開(kāi)啟。開(kāi)啟此系統(tǒng)后，車(chē)內(nèi)人員通過(guò)語(yǔ)音對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)的控制系統(tǒng)發(fā)出指令，此時(shí)汽車(chē)的控制系統(tǒng)會(huì)接收到兩種指令信號(hào)，一是通過(guò)環(huán)境感知系統(tǒng)傳遞來(lái)的外界環(huán)境的信號(hào)，二是通過(guò)語(yǔ)音感知系統(tǒng)傳遞來(lái)的車(chē)內(nèi)人員的指令信號(hào)。其中由語(yǔ)音感知系統(tǒng)傳遞來(lái)的信號(hào)占有的權(quán)重最大，此信號(hào)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決定是否激活某種指令的影響最大，可以說(shuō)起決定性作用。

此模式的工作原理如上圖所示，語(yǔ)音感知系統(tǒng)檢測(cè)的信號(hào)為x1，該信號(hào)的權(quán)重nmax最大，x2、x3為環(huán)境感知系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的外部環(huán)境信號(hào)其權(quán)重分別為n2、n3，然后對(duì)所有信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和并通過(guò)激活函數(shù)f決定是否執(zhí)行相關(guān)指令。當(dāng)乘坐無(wú)人駕駛汽車(chē)時(shí)，車(chē)內(nèi)人員可以通過(guò)語(yǔ)音感知系統(tǒng)控制車(chē)輛的行動(dòng)。比如，汽車(chē)在遇到不法分子攔截時(shí)，車(chē)內(nèi)人員可以給汽車(chē)發(fā)出指令并令汽車(chē)?yán)^續(xù)行駛或加速行駛。再比如駕駛員需要與前方車(chē)輛保持一定距離時(shí)，也可以通過(guò)語(yǔ)音感知系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)發(fā)出指令，控制汽車(chē)的行為。

綜上所述，這種模式不僅僅是汽車(chē)單獨(dú)通過(guò)環(huán)境感知系統(tǒng)獲取信號(hào)，而是通過(guò)人和車(chē)共同完成信號(hào)的獲取，實(shí)現(xiàn)了人車(chē)的復(fù)合駕駛。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然現(xiàn)階段的無(wú)人駕駛汽車(chē)存在諸多問(wèn)題，但是隨著傳感器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人駕駛汽車(chē)將越來(lái)越完善，實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多，人類(lèi)的出行將越來(lái)越安全，未來(lái)是屬于無(wú)人駕駛汽車(chē)的。無(wú)人駕駛汽車(chē)將以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)給人類(lèi)帶來(lái)更多的便利，把人類(lèi)帶入一個(gè)全新的，高度智能化的交通出行體系之中。

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