張般若

（山西大學(xué)附屬中學(xué)校，山西 太原 030006）

近年來隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、人機(jī)交互等計(jì)算機(jī)新技術(shù)空前普及，人工智能成為了人類探索數(shù)字世界的前沿領(lǐng)域，自動駕駛技術(shù)也產(chǎn)生了一系列突破性的研究成果，有關(guān)自動駕駛的公司如雨后春筍般一般出現(xiàn)，比如國外的特斯拉、英偉達(dá)、Mobileye、高通、Luminar，國內(nèi)是華為、百度、地平線、小馬智行等。摩根斯坦利的研究報(bào)告[1]指出，自動駕駛預(yù)計(jì)每年將為美國帶來1.3 萬億美元的收益，分別來自燃油節(jié)省、擁堵減緩、事故減少和生產(chǎn)力提升等方面。舊版《維也納道路公約》（Vienna Conven for Roan Traffic）要求駕駛員時(shí)刻保持對車輛的控制，而2014 年修改后的《維也納道路公約》只要求其車輛控制權(quán)能夠“被駕駛員權(quán)限否決或接管”；美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）已經(jīng)建議各州在制定的法律框架里將交通相關(guān)法律中的“駕駛員”都用具有人工智能的“機(jī)器”替換；日本和歐洲已經(jīng)致力于建立統(tǒng)一的自動駕駛車型測試標(biāo)準(zhǔn)；2020 年中國作為聯(lián)合主席成員國，參與起草《自動駕駛車輛的通用功能性要求》草案。本文將探討自動駕駛技術(shù)現(xiàn)存的問題并暢想其未來的發(fā)展。

1 自動駕駛目前存在的問題

自動駕駛本質(zhì)上是人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)交通工具的結(jié)合，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，據(jù)此可將自動駕駛分為載具部分和計(jì)算機(jī)部分，為了實(shí)現(xiàn)自動駕駛必須的信息感知還增加了傳感器部分。

1.1 載具部分的突破依賴于電池技術(shù)

電動汽車相比傳統(tǒng)燃油車擁有更簡單的結(jié)構(gòu)，特斯拉已經(jīng)將車輛零件數(shù)量精簡為傳統(tǒng)燃油汽車的1/3，國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）評選的“2021 年十大頂級高科技汽車”中有9 輛采用電動或混合動力的形式。然而電動汽車的續(xù)航能力還是軟肋，現(xiàn)在電動汽車的續(xù)航里程表面上都很高，可如果考慮到駕駛方式、空調(diào)、路況和氣候等因素，其續(xù)航能力將會大打折扣，比如特斯拉在漂移駕駛時(shí)所表現(xiàn)出的續(xù)航里程僅有30 km。充電時(shí)長也是電動汽車的一大瓶頸，加油站3 min 就能加滿油，充電樁充滿電卻需要按小時(shí)計(jì)算。只有電池技術(shù)取得一個(gè)較大的飛躍，載具部分的格局才可能有突變。

1.2 傳感器的數(shù)量太多而且成本較高

和人的感知器官相似，不同類型的傳感器都擁有自身特點(diǎn)以及適用場景。自動駕駛汽車都需配備大量的傳感器來互相補(bǔ)償和驗(yàn)證。奧迪在汽車上就應(yīng)用了攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等多種設(shè)備。國內(nèi)現(xiàn)在主要依靠激光雷達(dá)，但動輒十幾萬的價(jià)格導(dǎo)致目前還不可能實(shí)現(xiàn)中低檔車輛的量產(chǎn)。各種傳感器對比結(jié)果如表1 所示。

表1 各種傳感器對比結(jié)果

以特斯拉為代表的企業(yè)實(shí)行圍繞單車開展的自動駕駛，這種方式常見問題是因傳感器故障、受遮擋和惡劣天氣等導(dǎo)致的安全隱患；還有一種則是圍繞車路協(xié)同開展的自動駕駛，代表企業(yè)是阿里、百度。車路協(xié)同通過“上帝視角”開展自動駕駛，要求車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)置都加裝傳感器，具有實(shí)現(xiàn)“全域感知”的核心優(yōu)勢，但需要超大規(guī)模傳感器配置的基礎(chǔ)建設(shè)。

1.3 計(jì)算機(jī)部分受限于人工智能水平

數(shù)字時(shí)代利用人工智能可以實(shí)現(xiàn)許多前沿研究領(lǐng)域的創(chuàng)新，但是“人的智能”才是“人工智能”的核心。人的智能包括表達(dá)、理解等人類所具有的高級智力和積累的知識，它是人類個(gè)體和群體的生物智能，包括基本智能、人腦智能和群體智能。計(jì)算機(jī)的智能則代表計(jì)算機(jī)解決問題的能力，它是由個(gè)體和群體計(jì)算設(shè)備產(chǎn)生的，是人類智能的賦能。目前來看，數(shù)據(jù)智能、感知智能、認(rèn)知智能和自主智能可以移植到計(jì)算機(jī)上，但現(xiàn)在人工智能還只能在特定領(lǐng)域中發(fā)揮良好作用，在處理車輛行駛過程中出現(xiàn)的復(fù)雜變化上還無法達(dá)到人類的水平，很多時(shí)候被譏笑為“人工智障”。

1.4 人類保守思維制約自動駕駛推廣

汽車發(fā)展史上雖然有臭名昭著的“紅旗法案”在前，但很多人對于自動駕駛這個(gè)新事物還抱有不信任的態(tài)度，更傾向于把“選擇權(quán)”留給自己而不是機(jī)器。蘭德公司的研究報(bào)告[2]指出，要在數(shù)學(xué)意義上證明自動駕駛比人駕駛更安全，需要測試上百億英里的距離、幾百年的時(shí)間。中國交通運(yùn)輸部公路院汽運(yùn)中心主任周煒表示，當(dāng)前自動駕駛車輛的測試，從測試時(shí)間來說50 d 之內(nèi)就能夠發(fā)現(xiàn)99.9%的問題，可是0.1%的問題也許5 000 d都不能被發(fā)現(xiàn)和解決。從測試?yán)锍虂碚f，在15 萬km 測試的時(shí)候就能發(fā)現(xiàn)99.9%的問題，但是0.1%的問題也許15 億km 都不能被發(fā)現(xiàn)和解決。

1.5 自動駕駛面臨倫理和隱私的問題

在遇到危險(xiǎn)時(shí)，自動駕駛選擇保護(hù)車主一人還是很多路人？是選擇撞向左面的一個(gè)人還是右面的五個(gè)人？是選擇撞向老人還是小孩？類似“電車難題”是自動駕駛推廣中遇到的重要倫理問題。隱私問題也是阻撓自動駕駛發(fā)展的另一因素，將車輛數(shù)據(jù)上傳到總部，由平臺自動對車輛進(jìn)行調(diào)控，這樣可以大大減少單車內(nèi)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的計(jì)算，但這無疑是種侵犯個(gè)人隱私的行為。而且統(tǒng)一調(diào)度從一定程度上來說也是一種侵犯個(gè)人財(cái)產(chǎn)的行為，一旦你的車接受了統(tǒng)一調(diào)度，那么意味著你對車輛并不具有實(shí)際控制權(quán)，這樣未來的自動駕駛就全部傾向于變成公共和共享性質(zhì)了。對共享汽車的信任參考《共享電動汽車分時(shí)租賃的消費(fèi)者信任研究》[3]。

2 自動駕駛未來展望

當(dāng)前自動駕駛的智能化、規(guī)范化、法制化進(jìn)程已經(jīng)初具規(guī)模。在不遠(yuǎn)的將來，自動駕駛依賴于不斷增長的計(jì)算能力、更加復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和逐步完善的法律法規(guī)，一定會有突破性的進(jìn)展。

2.1 自動駕駛所需計(jì)算能力大大增強(qiáng)

美國人工智能研究公司Open AI 曾經(jīng)在2018 年進(jìn)行了一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)開發(fā)突破性模型所需計(jì)算能力的增長速度與摩爾定律大致相同，2012 年之前單個(gè)微芯片計(jì)算能力往往每兩年翻一番。但圖像識別系統(tǒng)AlexNet 的發(fā)布刺激了頂級模型的計(jì)算需求急劇增加，2012—2018 年，這種需求每3～4 個(gè)月要翻一番。當(dāng)摩爾定律失效時(shí)，現(xiàn)在超大算力主要依賴于計(jì)算、內(nèi)存和存儲資源的并行疊加，高性能計(jì)算將很多計(jì)算機(jī)快速聯(lián)網(wǎng)成一個(gè)“集合”以進(jìn)行密集計(jì)算；通過云計(jì)算，用戶也可以選擇增加其高性能計(jì)算的容量。

目前機(jī)器的學(xué)習(xí)方法主要有3 種：模仿學(xué)習(xí)（Imitation Learning）、在線規(guī)劃（Online Planning）和離線學(xué)習(xí)（Offline Learning）。根據(jù)多任務(wù)學(xué)習(xí)[4]的核心原理，人工智能通過多場景上訓(xùn)練可以提升其表現(xiàn)，加強(qiáng)人工智能深度學(xué)習(xí)是打造可信賴的無人駕駛汽車的唯一可行方式。特斯拉自己建造了計(jì)算中心——Dojo，總計(jì)使用1.4 萬個(gè)英偉達(dá)的GPU，其專家表示，需要14 億幀畫面才能訓(xùn)練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對應(yīng)10 萬個(gè)GPU 工時(shí)。國際數(shù)據(jù)公司（IDC）統(tǒng)計(jì)，2022年自動駕駛公司對人工智能計(jì)算的投資全部在增長，28%的企業(yè)投資增長幅度超過30%。

2.2 相關(guān)部門將規(guī)范引導(dǎo)倫理等問題

“當(dāng)遇到‘電車難題’這樣的倫理困境的時(shí)候，最基礎(chǔ)的要求是程序一定不能夠預(yù)設(shè)答案，誰預(yù)設(shè)誰負(fù)責(zé)?！敝袊膊康缆方煌ò踩芯恐行姆ㄒ?guī)室副主任黃金晶在2022 世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會上表示：“根本的原則叫確保隨時(shí)接管原則，當(dāng)遇到這樣難題的時(shí)候一定要有一個(gè)人來承擔(dān)這樣的道德壓力，而非程序員在后臺通過系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)。”這一說法實(shí)際上從側(cè)面反映了官方目前對倫理問題的態(tài)度，也回應(yīng)了車內(nèi)完全無人駕駛什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)的問題。

2.3 獲取數(shù)據(jù)和保護(hù)隱私將取得平衡

車輛會在不影響車主隱私的情況下加密上傳一些數(shù)據(jù)，比如車輛自身地理位置、自身路線規(guī)劃等信息。當(dāng)然，交管部門和相應(yīng)企業(yè)所掌握的數(shù)據(jù)是有限的，會有法律法規(guī)的約束。能知道這條路上有多少輛車，但是絕對不會知道這條路上車?yán)锏某丝?。如果確實(shí)有抓捕罪犯等特殊需求，必須經(jīng)過法律的授權(quán)過程才能獲得車輛的各種保密信息。

自動駕駛上傳的合法數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總分析后，會產(chǎn)生極大的價(jià)值。比如可以將車輛分流，緩解高峰時(shí)期車流量密集的擁堵狀況；紅綠燈時(shí)長會隨著車流量而實(shí)時(shí)改變；也可以將車輛變道情況等提前做好規(guī)劃，提高安全性；如果前方有突發(fā)情況，相應(yīng)路段的車輛也可以在第一時(shí)間收到相關(guān)信息，以根據(jù)自身情況迅速作出反應(yīng)，距離事故地點(diǎn)較遠(yuǎn)的車輛可以重新規(guī)劃路線，距離事故地點(diǎn)較近而無法重新規(guī)劃路線的車輛也可以迅速減速，因駕駛員不知情出現(xiàn)連環(huán)撞車事故的情況將成為歷史；在堵車的時(shí)候可以自動通過遵守一定的通行法則，順序通過，以達(dá)到快速疏解的效果；如果道路上有正在執(zhí)行任務(wù)的特種車輛，相應(yīng)區(qū)域的其他車輛也會迅速地有序避讓，提高特種車輛便利度的同時(shí)，也杜絕了因緊急避讓所導(dǎo)致的事故。

2.4 自動駕駛各等級實(shí)現(xiàn)的時(shí)間預(yù)估

參考黃浩[5]的研究，用戶乘坐（駕駛）自動駕駛汽車和傳統(tǒng)小汽車、共享汽車等交通工具出行時(shí)在社會屬性、經(jīng)濟(jì)屬性和情感屬性方面有很多差異，結(jié)合相應(yīng)出行費(fèi)用、出行時(shí)間、等車時(shí)間、停車費(fèi)用等各方面因素，會有不同的選擇。初步推斷未來的自動駕駛發(fā)展將會經(jīng)過2 個(gè)時(shí)期：手動和自動駕駛共存期以及完全自動駕駛期。在共存期時(shí)，人類的自動駕駛技術(shù)經(jīng)過一定發(fā)展，可以基本代替人類駕駛員。此時(shí)市面上的汽車絕大多數(shù)都會有輔助駕駛功能，部分會具有完全自動駕駛功能，但是所有車輛都仍會配備方向盤等設(shè)備，人類駕駛也始終處于最高優(yōu)先層級，部分人會選擇自動駕駛汽車，但是仍有部分人因?yàn)榉N種原因選擇人類駕駛。在這個(gè)時(shí)期，出租網(wǎng)約、客貨運(yùn)輸、快遞物流等行業(yè)將推動自動駕駛普及，這些企業(yè)會為了更高的利潤而選擇大量購買自動駕駛商用車輛。到了完全自動駕駛期，隨著自動駕駛技術(shù)的完善和人類認(rèn)識水平的提高，絕大多數(shù)人將會選擇接受自動駕駛技術(shù)。此時(shí)所有的車輛都將具備自動駕駛系統(tǒng)，絕大多數(shù)車型完全取消人類駕駛功能，不配備方向盤等設(shè)施。少部分車型雖仍會配備相關(guān)設(shè)施以保持人類駕駛功能，但是人類駕駛的優(yōu)先層級會低于自動駕駛，計(jì)算機(jī)在必要時(shí)可以奪回車輛控制權(quán)并且作出與人類命令相反的決定，人類駕駛將會成為一種休閑活動。對于警車等部分特殊車輛，人類可以在認(rèn)證后取得車輛控制權(quán)。在這個(gè)時(shí)期，所有的自動駕駛汽車遵守的法則將根據(jù)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)而不是人類的特點(diǎn)而制定。自動駕駛各等級實(shí)現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)估如圖1 所示。

圖1 自動駕駛各等級實(shí)現(xiàn)的初步時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)估

2.5 自動駕駛將會具備非常多的功能

現(xiàn)在電池技術(shù)和多傳感器融合的研究進(jìn)行得如火如荼，自動駕駛很快可以進(jìn)入千家萬戶，與智能家居結(jié)合，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，達(dá)到每人都有一個(gè)屬于自己的“賈維斯（Jarvis）”：它可以充當(dāng)調(diào)控室內(nèi)家居的助手，可以擔(dān)任日常通行的司機(jī)，可以作為無聊枯燥時(shí)的伙伴，可以作為工作學(xué)習(xí)的秘書……車輛還可以小型化、折疊化、輕便化，大大節(jié)省停車位資源，甚至可以隨身攜帶。它能夠以軌道交通的穩(wěn)定性和安全性為基礎(chǔ)，與軌道系統(tǒng)結(jié)合，也可與飛行器結(jié)合，更高效快速?？傊詣玉{駛汽車的未來是廣闊的。期待未來有一天，汽車都會和手機(jī)一樣成為人類的忠實(shí)伙伴，人類可以擺脫枯燥乏味的舟車勞頓，真正讓駕駛成為一種樂趣。