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高科技民用化:无人驾驶技术

CES大会历来被视为新一年的科技技术风向标。在今年的CES 2017大会上,无人驾驶成为各科技巨头、汽车厂家甚至其他行业所追捧的对象。在此之前,特斯拉汽车就实现了无人驾驶技术,测试者乘坐无人驾驶状态的特斯拉汽车在高速上“奔跑”的画面不仅让测试者心惊胆战,也让后来观看视频的网友惊嘘不已。

不只特斯拉,宝马、福特等汽车品牌甚至美国的谷歌、苹果,中国的百度等互联网科技企业也争相加入了无人驾驶技术的开发行列,为催生催熟无人驾驶技术起到了极大的促进作用。无人驾驶技术又作为CES 2017大会的“明星”,相信在接下来的2017年会达到一个新的高度。

浅谈无人驾驶技术原理

早在2005年,Google就开始了自己的无人驾驶技术的研发,到目前为止,谷歌的无人驾驶汽车已经累计行驶20万英里(32万公里)以上,接下来我们将以谷歌无人驾驶汽车Google Car 为例为大家简单介绍一下无人驾驶汽车的工作原理。

Google Car上最重要也是最贵的器件就是头顶的这台VelodyneLidar公司生产的HDL-64E 64线激光发射器了。它可以一边旋转一边不间断的发射64束最远射程可达120米的激光束,并接收反射回来的光束,依据返回时间的差别计算出物体与汽车之间的距离。从而绘制出汽车周围实时的3D地形图。并且因为光束非常密集并且刷新频率非常快,综合探测数据后还可以判断出物体的形状、大小和大致的运动轨迹,以此作为接下来行动的判断依据之一。HDL-64E的性能非常强大。每秒可以给Google Car的处理器提供130万组数据,这可以保证提供给Google Car处理器的信息几乎是实时的。当然这也对处理器提出了更高的要求,这里暂且按下不表。下图就是在HDL-64E的运作下Google Car看到的世界:

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HDL-64E生成图

HDL-64E是有一定判断物体运动轨迹和速度的能力的。但其获得的数据毕竟不实时,并且要将其与车辆自身的速度结合,计算出两者的相对运行速度,还需要许多额外的计算量。因此谷歌为车辆前后都配备了车载雷达,它们可以很精确的测出前后车辆与Google Car的相对速度,以此判断接下来的车速该如何变化。

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Google Car 车载雷达

 理论上HDL-64E已经足以确定汽车的位置了。但在环境复杂的道路上,驾驶者和行人的安全都需要多重保障。因此谷歌给Google Car配了更直观的眼睛:摄像头。Google Car有一对向前的摄像头,其之间有着一定的距离。从两个摄像头传回的画面的视差就像人的两只眼睛一样,可以帮助车辆判断自己的位置、行进的速度等信息。Google Car的车胎轮毂上同样带有位置传感器,用于探测车轮转动,也能帮助车辆进行定位。再同GPS得出的数据进行整合。数组数据共同保证车辆定位的准确性。另外,摄像头还可以辨识出路上出现的交通标志和信号灯等物体,以保证自身的运行会严格遵守交通规则。这点是激光发射器很难办到的。

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原理总图

以上所有传感器的数据都会汇集起来并传输给位于汽车右后方的处理器进行处理,由于所有数据都是实时的,因此流量异常庞大(可达到1GB每秒)。因此Google Car的车在计算机的性能也是非常强的。处理器会参照各传感器提供过来的数据,并绘制出一份最终的周边环境地形图。它会将所有对其意义不同的物体用不同的颜色标示出来。如粉色代表暂时不会与行进路线相交的物体,绿色代表已经阻挡在行进路线上的物体等。然后车内的程序,或者说AI就会对路况作出判断,随时根据道路情况决定汽车下一步的行动。

各国在无人驾驶技术方面的研究情况

中国自主研制的无人车

由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车,2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验,创造了中国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录,标志着中国无人车在复杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破,达到世界先进水平。

2014年7月24日[4]  ,记者从百度证实,百度已启动无人驾驶汽车研发计划。根据规划,该无人驾驶汽车可自动识别交通指示牌和行车信息,具备雷达、相机、全球卫星导航等电子设施,并安装同步传感器。车主只要向导航系统输入目的地,汽车即可自动行驶,前往目的地。在行驶过程中,汽车会通过传感设备上传路况信息,在大量数据基础上进行实时定位分析,从而判断行驶方向和速度。百度方面证实,百度已经将视觉、听觉等识别技术应用在无人汽车系统研发中,负责该项目的是百度深度学习研究院。

2016年5月16日,百度宣布,与安徽省芜湖市联手打造首个全无人车运营区域,这也是国内第一个无人车运营区域。2015年12月,百度无人车路测完成并成立自动驾驶事业部后,其负责人王劲曾明确表示,百度无人车项目的目标是3年商用,5年量产。据悉,芜湖之外,百度还将与全国十几座城市达成无人车商用落地合作。

美国谷歌版:无人驾驶汽车

该项目是塞巴斯蒂安-特龙(Sebastian Thrun[6]  )的智慧结晶,这位43岁的斯坦福大学人工智能实验室的主任是谷歌工程师和谷歌街景地图服务的创造者之一。2005年,他领导一个由斯坦福学生和教师组成的团队设计出了斯坦利机器人汽车,该车在由美国国防部高级研究计划局(DARPA)举办的第二届“挑战”(Grand Challenge)大赛中夺冠,该车在沙漠中行驶超过132英里(212.43公里),因此赢得了由五角大楼颁发的200万美元奖金。而且,这一支由15位工程师组成的团队继续投身于此项目。另外,谷歌聘请了至少12人,并且这些人均没有不良驾驶记录,这部分员工坐在主驾座上以观察汽车行驶状况,他们每小时的薪酬为15美元或者更多。谷歌在此项目中使用了六辆普锐斯和一辆奥迪TT。

谷歌无人驾驶汽车已经行驶超过20万英里。技术人员表示:谷歌无人驾驶汽车[7]  通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆,并使用详细的地图来进行导航。手动驾驶车辆收集来的信息是如此巨大,必须将这些信息进行处理转换,谷歌数据中心将这一切变成了可能,它的数据处理能力是如此强大。所面临的难题是自动驾驶汽车和人驾驶的汽车如何共处而不引起交通事故的问题。

英国版:像外星飞船

一些人在英国伦敦希斯罗机场亲眼目睹了许多辆无人驾驶汽车“优尔特拉”(ULTra)自动驶离、抵达车站的奇妙场景。一辆辆车子鱼贯而出,几乎毫无噪音,一切都显得井然有序。这种汽车由英国的先进交通系统公司和布里斯托尔大学联合研制,并将于2010年投放希斯罗机场作为出租车运送旅客。这种汽车可能会让阻塞交通、汽油味难闻、拥挤不堪的公共汽车变成一种过时的交通工具。这种超前的独立舱没有驾驶员、也没有喋喋不休的谈话声伴随你的旅途,只有一个装在墙上的按钮。按钮旁边写着“开始”。该无人驾驶汽车有4个座位,形状似气泡,看起来就像一艘外星人飞船:这种汽车依靠电池产生动力,而且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的地,它们的时速可达40千米,而且会自动沿着其狭长的道路系统行使。一旦乘客选择好了目的地,控制系统会记录下要求,并向舱车发送一条信息。随后舱车会遵循一条电子传感路径前进。在旅程期间,如果需要的话,乘客可以按下一个按钮和控制人员通话。

法国版:巡航导弹技术

法国INRIA公司花费十年心血研制出“赛卡博”(Cycab)无人驾驶汽车,外形看起来像未来的高尔夫球车。该车使用类似于给巡航导弹制导的全球定位技术,通过触摸屏设定路线,“赛卡博”就能把你带到想要去的地方了。只不过给“赛卡博”带路的全球定位系统要比普通的全球定位系统功能强大许多。普通GPS系统的精度只能达到几米,而“赛卡博”却装备了名为“实时运动GPS”的特殊GPS系统,其精良高达1厘米。这款无人驾驶汽车装有充当“眼睛”的激光传感器.能够避开前进道路上的障碍物,还装有双镜头的摄像头,来按照路标行驶,人们甚至可以通过手机控嗣驾驶汽车,每一辆无人驾驶汽车都能通过互联网来进行通信,这意味着这种无人驾驶汽车之间能够做到信息共享,这样多辆无人驾驶汽车能够组成车队,以很小的间隔顺序行驶。该车也能通过交通网络获取实对交通信息,防止交通阻塞的发生在行驶过程中,该车还会自动发出警告,提醒过往行人注意。

德国版:像普通轿车

在德国汉堡的Ibeo公司应用先进的激光传感技术把无人驾驶汽车变成了现实:这辆无人驾驶智能汽车在车身安装了6台名为“路克斯”(LUX)的激光传感器,由普通轿车改装而成,可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶。这归功于车内安装的无人驾驶设备,包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。

在行驶过程中,车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位。隐藏在前灯和尾灯附近的激光摄像机随时探测汽车周围180米内的道路状况,并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型。此外,它还能识别各种交通标志,保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。安装在汽车后备箱内的计算机将汇总、分析两组数据,并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。

激光扫描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道。在激光扫描器的帮助下,无人汽车便可以实现自行驾驶:如果前方突然出现汽车,它会自动刹车:如果路面畅通无阻,它会选择加速;如果有行人进入车道,它也能紧急刹车。此外,它也会自行绕过停靠的其他车辆。

日本开发出车队一体无人驾驶行车系统

日本新能源和产业技术综合开发机构当天在一个试验场展示了这一技术的应用,4辆卡车分别保持4米间距、以时速80公里的同一速度进行了试跑。每辆卡车上都安装了自动驾驶系统,通过车辆间的通信,各辆车可以共享速度和刹车等信息,从而使得系统能够同时控制多辆卡车。

阿联酋版:外形方正

2016年8月31日,阿拉伯联合酋长国迪拜道路交通管理局宣布,一种用于载客摆渡的无人驾驶汽车9月1日起将在迪拜市中心开始为期1个月的试运营。这种名为“EZ10”的10座无人驾驶电动车外形方正,车身不分前后,可以双向行驶。该项目由迪拜道路交通管理局与伊玛尔地产公司联合推出,是迪拜为打造新型智能城市采取的智能移动解决方案的一部分。

有支持由反对,无人驾驶技术仍不能让人全盘接受

2014年12月,大多数英国民众对无人驾驶汽车持保守态度。英国机械工程师协会今年上半年公布的一项调查结果显示,56%的人明确表示不会购买无人驾驶汽车,愿意购买的人只占20%,其余人持观望态度。

央广网北京10月3日消息(记者张筱璇)据中国之声《新闻纵横》报道,美国加利福尼亚州近日终于允许无人全自动驾驶汽车上路测试。加州是硅谷所在地,包括“无人驾驶汽车”在内地众多高科技企业在此落户。不过此前,加州只允许有方向盘和刹车踏板等装置的自动驾驶汽车,在持有驾照的测试员在车上监控的情况下,上路测试。

但仍有部分人对无人驾驶持反对态度。一些人喜欢驾车的人表示:有时候,驾驶会让人感到轻松惬意,而且要让人们愿意托付性命,无人驾驶技术还得解决许多问题。驾驶员失误也有其反面优势,那就是人类的判断能力。无人驾驶技术永远是将保护车辆和车内人员作为第一要务。而一个驾驶员则可能宁愿牺牲自己的车来保护他人。例如,您驾驶时前方有辆车突然打滑,而您已经来不及停车。此时,在您的左边有一辆大卡车,右边则是一群等着过马路的孩子。大多数司机会选择撞向大卡车,以避免撞到行人。而无人驾驶车辆无法识别孩子们——它只会简单地看到右边的阻力较少,而将车转而冲向右边。这是个极端的例子,但是类似的问题有待解决,只有这样才能安心告诉车该往哪儿走,然后轻松享受无人驾驶之旅。

无人驾驶技术虽然得到各国政府、企业全力的发展,但是要想普及还有很长一段路要走。就像反对者表示,无人驾驶会在遇到大卡车的情况下选择冲向一群孩子,这种判断必然比不上人类要求的道德基准,无法被社会所接受。不过我们依然希望无人驾驶亦或是人工智能技术得到更好的完善,借助无人驾驶技术不仅保障车内乘客安全,也保证车外周边的安全。

 

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责任编辑:宋雪岩