文/天津市第四十一中學(xué)高二六班 楊鉑 指導(dǎo)教師/劉敏

據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，2011年中國的汽車普及率已經(jīng)達(dá)到每千人56輛，幾乎是2003年的5倍。面對(duì)越來越擁擠的大街小巷和熙熙攘攘的車流，人們愈發(fā)關(guān)注交通事故引發(fā)的自身安全問題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為什么不能讓更準(zhǔn)確、更迅速的計(jì)算機(jī)代替人類來控制汽車的駕駛呢？本文針對(duì)已經(jīng)日漸成熟的汽車無人駕駛技術(shù)，進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)的理性思考。

汽車無人駕駛技術(shù)的現(xiàn)狀

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛。清華大學(xué)汽車系副研究員王建強(qiáng)將無人駕駛汽車定義為“通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車”。它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

法國INRIA公司曾用類似于給巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)的全球定位技術(shù)，通過觸摸屏設(shè)定路線，花費(fèi)十年心血研制出“賽卡博”(Cycab)無人駕駛汽車。德國漢堡一家公司應(yīng)用先進(jìn)的激光傳感技術(shù)（包括激光攝像機(jī)、全球定位儀和智能計(jì)算機(jī)),把無人駕駛汽車變成了現(xiàn)實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市公路系統(tǒng)的中無人駕駛。

2005年，由美國斯坦福大學(xué)學(xué)生和教師組成的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了斯坦利機(jī)器人汽車，在由美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）舉辦的第二屆“挑戰(zhàn)”（Grand Challenge）大賽中奪冠。該車在沙漠中行駛超過132英里（212.43公里），因此贏得了由五角大樓頒發(fā)的200萬美元獎(jiǎng)金。

2011年7月14日我國自主研制的無人駕駛汽車—由國防科技大學(xué)自主研制的紅旗HQ3無人駕駛汽車，首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛汽車實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了我國自主研制的無人駕駛汽車在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國無人駕駛汽車在復(fù)雜環(huán)境識(shí)別、智能行為決策和控制等方面實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

目前汽車無人駕駛技術(shù)的原理

每年，駕駛員們的疏忽大意都會(huì)導(dǎo)致許多交通事故。既然駕駛員失誤頻出，汽車制造商們當(dāng)然要集中精力設(shè)計(jì)能確保汽車安全的系統(tǒng)。“無人”駕駛系統(tǒng)種類繁多，其中有些根本算不上“無人”，還有些活像是科幻小說中的東西。

無人駕駛汽車車頂上裝載的掃描器能發(fā)射64束激光射線，當(dāng)激光掃描到車輛周圍的物體，會(huì)反射回來，從而計(jì)算出了汽車與物體之間的距離，如圖1。

另一套在底部的系統(tǒng)測量出車輛在三個(gè)方向上的加速度、角速度等數(shù)據(jù)，然后再結(jié)合GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出車輛的位置。所有這些數(shù)據(jù)與車載攝像機(jī)捕獲的圖像一起輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件以極高的速度處理這些數(shù)據(jù)，形成一幅三圍立體圖片，如圖2。這樣，系統(tǒng)就可以非常迅速的作出判斷，決定汽車的行駛方式。

在目前的高端汽車市場上，大多數(shù)車輛都已經(jīng)裝載了車用雷達(dá)，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預(yù)防系統(tǒng)，它的后保險(xiǎn)杠上有一個(gè)裝置，當(dāng)它在汽車的盲點(diǎn)內(nèi)檢測到物體時(shí)，便會(huì)發(fā)出警報(bào)。奔馳的另一款轎車在擋風(fēng)玻璃上裝載攝像頭，它可以通過分析路面和邊界線的差別來識(shí)別車道標(biāo)記。如果汽車不小心駛離了車道，方向盤會(huì)輕微震動(dòng)來提醒駕駛者。根據(jù)奔馳公司發(fā)布的材料，未來的梅賽德斯無人駕駛汽車會(huì)在擋風(fēng)玻璃上裝載兩個(gè)攝像頭以實(shí)時(shí)生成前方路面的三維圖像（見圖2），檢測諸如行人之類的潛在危險(xiǎn)，并且預(yù)測他們的行動(dòng)。

圖1 無人駕駛汽車示意圖

圖2 無人駕駛汽車前方路面的三維圖像

無人駕駛技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

當(dāng)人們還在為側(cè)位停車苦苦練習(xí)的時(shí)候，無人駕駛汽車幫你解決了這一切。在現(xiàn)在這個(gè)車位如金的城市中，無人駕駛汽車會(huì)為人們節(jié)省出很多停車位。大眾、雷克薩斯、奧迪車輛上已經(jīng)基本標(biāo)配了自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)，為司機(jī)減少了很多麻煩。每個(gè)司機(jī)都有過疲勞駕駛的時(shí)候，這時(shí)候，您只需點(diǎn)按一個(gè)按鈕，車輛便會(huì)進(jìn)入無人駕駛狀態(tài)。無人駕駛系統(tǒng)會(huì)使車輛更加準(zhǔn)確地控制供油及剎車，無形間就為車輛節(jié)省了汽油，減少了環(huán)境污染，運(yùn)用到電動(dòng)車輛上，更加綠色環(huán)保。

另外，研發(fā)無人駕駛汽車的目的只有一個(gè)，那就是—安全。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，每年全球因道路交通事故死亡的人數(shù)超過120萬，自動(dòng)駕駛可以大大減少駕駛?cè)耸д`造成的安全事故，自動(dòng)駕駛汽車能夠促使更多人共同使用車輛，極大減少汽車的使用，創(chuàng)造“明天的高速公路火車”。這些“高速公路火車”能減少能源消耗，增加主要道路的運(yùn)力。在節(jié)約時(shí)間方面，美國交通運(yùn)輸部估計(jì)，每一工作日，人們平均花費(fèi)52分鐘在上下班路上。未來，人們可以以更有效率的方式使用這些時(shí)間。

缺點(diǎn)：

人們都知道，基于無線網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)會(huì)受到無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)弱的影響，太陽黑子的活動(dòng)也會(huì)對(duì)電子設(shè)備出現(xiàn)干擾，在隧道里GPS會(huì)不能正常使用等等這些情況。

雖然激光傳感器能區(qū)分出其他車輛、行人、自行車，以及其他大大小小的固定物體，而且不會(huì)發(fā)出肉眼可見的光線，但是它仍然需要雷達(dá)協(xié)助它探測遠(yuǎn)處的高速移動(dòng)物體。安裝在車前的攝像頭可以幫助系統(tǒng)觀測道路指示牌和交通燈，并把信息傳達(dá)給車載電腦進(jìn)行處理作出相應(yīng)的動(dòng)作。

可以想象，這一整套系統(tǒng)的編程會(huì)有多么繁瑣，比如換道的算法，沒有交通燈時(shí)的路口會(huì)車等等復(fù)雜駕駛動(dòng)作。以后者為例，無人駕駛汽車會(huì)先靠右停下來，觀察對(duì)方行動(dòng)，如果對(duì)方?jīng)]有動(dòng)作，它就往前挪一點(diǎn)點(diǎn)，再看對(duì)方反應(yīng)，如果還不動(dòng)，那它才會(huì)開始轉(zhuǎn)向。越繁瑣的程序，就會(huì)越容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，造成無法逆轉(zhuǎn)的悲劇。然而，最最主要的問題是：造價(jià)過高！

對(duì)汽車無人駕駛技術(shù)提出的改進(jìn)建議

1.現(xiàn)在的無人駕駛技術(shù)只能選擇一條路線行進(jìn)，無法根據(jù)道路擁擠情況做出路線的實(shí)時(shí)最優(yōu)選擇。由于目前3G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，建議可以從車內(nèi)地圖導(dǎo)航系統(tǒng)快速獲取前往目的地之間的道路擁擠情況，選擇最佳路線前往目的地。

2.雷達(dá)、激光測距儀和攝像頭只能檢測到車身周圍近距離物體的變化，無法根據(jù)前方車輛所處位置做出最佳的變道選擇。建議通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、WIFI、GPS三大設(shè)備同時(shí)處理，準(zhǔn)確定位車輛信息。若每一輛車都配備這一套設(shè)備，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，就可以更加準(zhǔn)確地得知前方車輛的具體位置、方向、車速以及加速度，從而使車輛做出最優(yōu)的超車方案。

3.目前的計(jì)算機(jī)無法分辨出行人、障礙物以及行駛車輛?？梢宰鲆粋€(gè)假設(shè)：在你的前方有一個(gè)突然打滑的車輛，你的左邊是一輛大貨車，右邊是一群小孩，那么現(xiàn)在的無人駕駛車輛會(huì)選擇撞向小孩，因?yàn)樽枇^小。而有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)都會(huì)減慢車速撞上大貨車，這是一個(gè)道德觀念問題。而作為計(jì)算機(jī)，既沒有道德也沒有情感?，F(xiàn)在的技術(shù)還無法使計(jì)算機(jī)更加準(zhǔn)確的做出判斷，需要做出長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)來完成改進(jìn)。

4.無人駕駛汽車只停留在規(guī)定路線后沿路線前進(jìn)，我的想法是通過攝像頭對(duì)周圍進(jìn)行三維掃描，并通過語音時(shí)時(shí)改變行車路線。并可以通過語音控制汽車的車速、變道、超車及轉(zhuǎn)彎等一切功能。

可以看出來，以現(xiàn)在的科技水平人們對(duì)無人駕駛技術(shù)處于完全不放心的態(tài)度。但是我相信，隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，這一態(tài)度將會(huì)有所改變。