黃美宜

摘 要：無人駕駛系統(tǒng)通過計算機視覺感知外界環(huán)境，模擬人的意識、思維來實現(xiàn)汽車的自動行駛，主要包含一個由傳感器組成的信息采集網(wǎng)絡(luò)、高精度路況三維建模和路線規(guī)劃模塊、以及控制汽車行駛的控制器。信息采集網(wǎng)絡(luò)收集汽車所處位置的周邊信息，將這些信息構(gòu)建出車輛周圍環(huán)境的三維模型進(jìn)行路況分析，再通過具有機器學(xué)習(xí)能力的控制器來規(guī)劃路線和“駕駛”汽車。通過人工智能的使用，使汽車在處理駕駛路況時貼近于人的思維，實現(xiàn)智能駕駛。

關(guān)鍵詞：人工智能 無人駕駛 傳感器 機器學(xué)習(xí)

中圖分類號：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0001-02

人工智能催生的汽車智能化技術(shù)，具有操作簡單、可靠性高等優(yōu)點，在如今的汽車系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。與此同時，無人駕駛的概念應(yīng)運而生，得到很多業(yè)內(nèi)外人士的關(guān)注和追捧。無人駕駛汽車通過雷達(dá)、監(jiān)控設(shè)備與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、人工智能計算模塊之間的相互協(xié)作，由計算機對車輛的駕駛操作進(jìn)行控制，實現(xiàn)無人駕駛[1-2]。

基于高科技研究的無人駕駛汽車，攜帶各種各樣的傳感器，相當(dāng)于給汽車安裝了無數(shù)個“眼睛”，無論在其安全性還是可靠性方面，都極具發(fā)展?jié)摿?。近期，很多國家和地區(qū)都在進(jìn)一步加快無人駕駛領(lǐng)域的布局。至2016年，全球無人駕駛產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已突破300億元，無人駕駛產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的階段，相關(guān)的法律法規(guī)也在不斷完善。中國在《中國制造2025》中提到，到2025年，要掌握自動駕駛總體技術(shù)及各項關(guān)鍵技術(shù)，建立較為完善的智能網(wǎng)聯(lián)汽車自主研發(fā)體系、生產(chǎn)配套體系及產(chǎn)業(yè)群[3]。

1 無人駕駛系統(tǒng)的組成和關(guān)鍵技術(shù)

無人駕駛系統(tǒng)通過雷達(dá)、計算機視覺等技術(shù)感知外界環(huán)境，通過各種傳感器了解汽車本身的狀態(tài)。人工智能算法模擬人的思考決策過程來實現(xiàn)汽車的自動行駛。一個無人駕駛系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

無人駕駛汽車主要包含一個由傳感器組成的信息采集網(wǎng)絡(luò)、三維路況分析模塊和路線規(guī)劃模塊、以及一個汽車行駛控制器。在典型的無人駕駛系統(tǒng)中，信息采集網(wǎng)絡(luò)收集汽車所處位置的周邊信息，用這些信息建立汽車所在點周圍環(huán)境模型進(jìn)行路況分析，再通過具有機器學(xué)習(xí)能力的控制器來規(guī)劃路線和“駕駛”汽車。

1.1 智能傳感系統(tǒng)

在無人駕駛方興未艾的時代，作為汽車的視覺感知和外界信息的重要來源，智能傳感器系統(tǒng)顯現(xiàn)出越來越重要的作用。目前在無人駕駛領(lǐng)域?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行識別的主要由視覺傳感器、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等。

采用視覺傳感器進(jìn)行導(dǎo)航又被稱為視覺導(dǎo)航，車輛利用裝配的攝像機拍攝道路周圍環(huán)境的局部圖像，通過特征識別、距離估計等圖像處理技術(shù)，對汽車周邊環(huán)境檢測并對汽車進(jìn)行定位。

激光雷達(dá)是無人駕駛汽車主要的動態(tài)障礙物監(jiān)測傳感器，它的主要特點是探測精度高、受光照影響小，直接獲取的障礙物位置信息可以有效的用于動態(tài)障礙物的檢測與運動狀態(tài)估計。激光雷達(dá)用來描繪周圍環(huán)境參數(shù)，包括線數(shù)、點密度、水平垂直視角、檢測距離、掃描頻率、精度等。除了位置和距離信息，激光雷達(dá)還提供被掃描物體的密度信息，后續(xù)算法據(jù)此可以判斷掃描物體的反射率，再進(jìn)行下一步處理。

毫米波雷達(dá)頻率范圍為30～300GHz，低頻段接近厘米波段，具有厘米波全天候的特點；高頻段具有紅外波的高分辨能力。毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)探測原理相同，都是通過物體對于雷達(dá)波的反射來檢測物體的形狀與性質(zhì)。與激光雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)穿透力強，技術(shù)成熟，成本低；缺點是探測距離受到頻段影響，無法感知行人，對目標(biāo)無法細(xì)化識別。

視覺傳感器、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的性能對比如表1所示。在無人駕駛系統(tǒng)中，采用多種傳感系統(tǒng)，給汽車周圍安裝多雙“眼睛”，是無人駕駛汽車安全行駛的重要保障。

1.2 路況分析與路徑規(guī)劃

有人駕駛員可以根據(jù)路況自行判斷行駛方式，在無人駕駛必須依靠高精度三維路況模型，精確計算汽車與周圍物體的相對位置、速度等動態(tài)特性，才可以保障安全行駛。路況的三維模型幾乎要做到實時狀態(tài)，由此產(chǎn)生的龐大的數(shù)據(jù)流量需要高性能的分析計算能力，因而需要用GPU或分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來獲得大數(shù)據(jù)處理能力。對于無人駕駛來說，高精度三維路況圖的實時性要靠所有裝備自動駕駛系統(tǒng)的車輛共同收集路況信息來保證，一般通過給采集車配備眾多的傳感器、激光測距雷達(dá)、車內(nèi)慣性雷達(dá)來采集路面的信息來實現(xiàn)。

除了高精度的三維路況圖外，路徑規(guī)劃還需要高精度的定位技術(shù)，使得無人駕駛系統(tǒng)能時刻感知自己的位置，按照系統(tǒng)在地圖標(biāo)注好的最優(yōu)路線進(jìn)行行駛，遵守交通秩序，規(guī)避其他車輛發(fā)生摩擦碰撞，最終安全到達(dá)目的地。

路徑規(guī)劃的主要任務(wù)包含三個方面：第一，根據(jù)整體環(huán)境規(guī)劃車道，計算機依據(jù)駕駛?cè)蝿?wù)制定一條路線，使無人駕駛車設(shè)定去目的地的具體路線信息；第二，車道信息整合，通過傳感器、算法、導(dǎo)航等多種方式將行駛的車道信息整合，最后選定最穩(wěn)定的車道路線；第三，車道信息理解，采用深度學(xué)習(xí)算法，無人駕駛系統(tǒng)對正在行駛的車道上的信息做出正確的判斷，從而對汽車的行為和運動做出判斷。

1.3 車輛控制與自動駕駛

處于自動駕駛狀態(tài)的汽車實質(zhì)是一種輪式移動機器人，在以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀的控制下來實現(xiàn)自動駕駛。該控制器的作用包含兩個方面：第一，考慮車輛的動力學(xué)性能和車輛配備的傳感器性能的融合，以使車輛性能和傳感器性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，在不犧牲速度的前提下，安全、穩(wěn)定地實現(xiàn)自動駕駛；第二，充分的用車輛的動力學(xué)性能和傳感器的識別性能，使無人駕駛汽車能夠像經(jīng)驗老道的司機一樣，根據(jù)道路與環(huán)境情況確定最優(yōu)的車速與車距，綜合考慮車輛的動力性、經(jīng)濟性、通過性、舒適性等，給人帶來更好的乘坐感受，而不是一會兒加速行駛，一會兒緊急剎車。

自動駕駛的關(guān)鍵技術(shù)在于車輛的精準(zhǔn)控制，而控制最重要的目的就是保證人員和車輛的安全，這就對汽車的制動系統(tǒng)提出了新的要求。無人駕駛汽車中使用的制動系統(tǒng)如圖2所示，當(dāng)汽車遇到突發(fā)事件時，在智能駕駛控制器的作用下，制動系統(tǒng)能迅速做出反應(yīng)，解決突發(fā)狀況。目前絕大部分自動駕駛汽車采用的是模擬和分析人為駕駛經(jīng)驗，通過“學(xué)習(xí)”后，并經(jīng)過智能駕駛儀的分析與控制，再采取措施。自動駕駛的汽車應(yīng)該具備隨時處理緊急事件的能力，包括未遇到過的各種復(fù)雜情況，這就需要一個強大的“大腦”來做出準(zhǔn)確的判斷。

有了新的制動系統(tǒng)的支持，關(guān)鍵還需要準(zhǔn)確的控制算法。算法必須給出足夠的制動控制精度和魯棒性。首先應(yīng)考慮的是安全問題，人為駕駛根據(jù)每個司機的心理承受能力不同，某些場合采取的措施也不一樣，而自動駕駛畢竟沒有人的感情，一切還是以穩(wěn)妥為重；其次是舒適性，自動駕駛不能僅僅停留在實驗階段，需要盡快投入市場才可以得到充分的認(rèn)同，所以如何使處理過程得到最大化的舒適性，也是一個值得研究的問題。

2 結(jié)語

安全和高效地實現(xiàn)無人駕駛是目前汽車制造業(yè)和電子信息領(lǐng)域內(nèi)的重要課題之一，也是一大有待攻克的難題。高級人工智能能有效地規(guī)避部分不必要的和繁瑣的算法，理論上它能和人一樣分析周圍環(huán)境然后做出選擇，在判斷周圍環(huán)境時不必次次都是精確判斷，它能根據(jù)以前車輛對同樣環(huán)境做出的動作而進(jìn)行“學(xué)習(xí)”，或說向前車“學(xué)習(xí)經(jīng)驗”。如果是車第一次遇到的環(huán)境，則需要對其進(jìn)行精確的分析，選擇最正確的方案，或模糊處理，選擇與此時環(huán)境相類似的方法，快速選擇方案。

也許在不久的將來，人工智能將促進(jìn)人類向更具創(chuàng)造性的方向進(jìn)化，在改變?nèi)祟惿罘绞降耐瑫r也改造人類自身。

參考文獻(xiàn)

[1] 喬維高，徐學(xué)進(jìn).無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J]. 上海汽車，2007（7）：40-43.

[2] 端木慶玲，阮界望，馬鈞.無人駕駛汽車的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2014（3）：30-33.

[3] 潘建亮.無人駕駛汽車社會效益與影響分析[J].汽車工業(yè)研究，2014（5）：22-24.endprint