从无人驾驶汽车看信息技术的未来

无人驾驶汽车很有可能成为我们在有生之年所接触到的最具颠覆性的新机器之一。未来的几十年里, 无人驾驶汽车将逐渐取代由人类驾驶的汽车。 当运输行业演化为一种自动化、 即时需求的服务,世界各地的汽车运送人类和货物的方式就会产生翻天覆地的改变。 无人驾驶汽车将会转变我们对时间和空间的认知,如何出行去上班、 住在哪里、 如何购物等都会受到影响。

——摘自《无人驾驶》 by Hod Lipson & Melba Kurman

西安某著名商业街附近的大塞车

自汽车发明这一个多世纪的时间里, 汽车已经改变了我们的生活。 这种无需马匹拉动的“自动”车厢的出现, 已经改变了城市格局。 过去蜂巢般的小巷商铺、广场交织而成的城市,已经演变成了由广阔街道和停车场组成的整齐的汽车城。

汽车给人们带来了移动的便捷性的同时,也让人类付出了极高的代价。在百年的进程中, 交通事故已经夺去了数百万人的生命。 当汽车赋予人们开车到远方工作的自由时,也催生了一种新的城市病——交通拥堵。 有多少次,当我们在通勤路上陷入如上面那样大塞车时,多希望交通可以回归到一个令人愉悦的服务。如果可以单纯地享受汽车为我们提供的私密性空间和便利性,悠哉游哉地将每一次通勤变成愉快的旅行,那该多好。

自动驾驶让人们享受交通

今天,无人驾驶、智能汽车已经从原来只出现在科幻电影中的概念,正在一天天变得清晰。自谷歌开始,全世界的互联网巨头和大小汽车公司都争先恐后地投入无人驾驶的研发。科技界更把当下比作是无人驾驶的“寒武纪”,期待着即将到来的无人驾驶大爆发,给人类带来安全、便捷、舒适的出行服务。

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已经出现的那些辅助驾驶技术

如果你是一名特斯拉车主,相信你一定不止一次傲娇地向副驾驶上的好友演示过那个令人惊羡的自动巡航(Autopilot)功能。之所以我没有使用特斯拉宣传语中常用的“自动驾驶”一词,是为了区别于后面我们要说的真正的自动驾驶(Autonomous Drivng)。

特斯拉的自动巡航(Autopilot)功能

虽然特斯拉的自动巡航功能还不能算真正意义上的自动驾驶,但绝对已经可以跻身最好的辅助驾驶技术了。

常见的辅助驾驶技术

除了炫酷的自动巡航,我们今天更熟悉的,应该是那些已经装备在自家汽车上的各种电子辅助功能:

倒车雷达

全车雷达

泊车辅助

偏航检测

前车启动监测

胎压监测

车载信息娱乐系统

GPS导航

基于增强现实技术的导航

随着增强现实(Augmented Reality)技术的发展,AR导航技术也开始应用,使得驾驶员在视线不好或者天气状况不佳时,依然能够清晰地掌握道路和周边状况。也许抬头显示功能(Head-Up Display)也可以算作是一种简单的AR导航技术。

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信息技术驱动的无人驾驶汽车

究竟什么才能算是真正的无人驾驶,汽车的自动化程度如何界定?目前业界普遍使用的是美国高速公路安全管理局(NHTSA)和美国机动车工程师协会(SAE)对汽车自动化层次的定义:

自动驾驶技术分级的含义

自动驾驶汽车的核心技术分别是:传感(即为环境感知)、控制,还有执行。

形象的类比到人的话传感就是人的眼。如人眼般对环境得到感知。车的感知是通过传感器得以实现的,图像摄像头、激光传感器、毫米波雷达等设备使汽车可以感知图像、距离、夜景等多种功能。

无人驾驶汽车上的关键技术

将得到的信息进行分析并做出决策。处理阶段可以分为两部分析和决策。传感器传来的只是图像、 距离信息等数据流,通过算法将图像中车辆、行人、道路等甄别出来, 将距离配合车速得到碰撞可能的概率等是进行分析。对分析得到的结果进行决策, 是否应该预警、降低车速等。

执行部分,电控转向、油门、刹车可以融合传统车身控制系统实现辅助驾驶,也是对前两步的补充。

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实现无人驾驶需要智能交通系统

无人驾驶汽车的实时行人监测

然而,真正实现无人驾驶,只有单个汽车本身的升级还是远远不够的。在行驶过程中,无人驾驶汽车还要与周围环境、车辆、路况进行实时交互。

V2V(车车通讯)、V2I(车与基础设施通讯)的加入使得车与车之间的协作更加有效,对道路的通讯能及时了解交通信号灯等变化做出反应。车际网能使车辆了解附近的位臵信息和速度信息以及道路的交通状况。这样减少了车辆自身对周边环境的感知。

无人驾驶汽车与交通信号系统的实时通信

通信标准化组织3GPP在不断推动车联网通讯标准的统一。即将到来的5G蜂窝通讯技术将实现车联网通信的突破,在速度、安全性、实时性上都带来质的飞跃。

无人驾驶汽车间的交互

高精度地图与传感器互相补充,为无人驾驶提供精确的定位和道路规划,以及安全保障。

智能决策支持系统是无人驾驶的核心。智能决策支持系统是人工智能和决策支持系统相结合,使决策支持系统能够更充分应用人类知识,如决策过程中的过程性知识、无人驾驶过程中遇到的路面问题,形成云端数据,通过逻辑推理来解决复杂的决策问题的辅助决策系统。

智能决策支持系统在无人驾驶过程中自主规划,基于路况、车况等静止信息和实时的视觉、触觉等运动状态进行规划。

无人驾驶汽车与道路设施的通信

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也许还有一种可能

通过渐进式地发展,将今天的汽车和道路交通设施,一步步提升自动化程度,最终实现完全无人驾驶。这是大多数汽车企业的演进思路。

然而,这个演进的过程必将长期存在无人驾驶汽车和常规非无人驾驶汽车,以及为传统汽车设置的道路交通设施共存的问题。而这其实是无人驾驶汽车技术演进过程中最复杂的部分。

作为交通服务提供者的无人驾驶汽车

于是,对于那些没有传统汽车包袱的互联网巨头而言,直奔主题地向Level 5的完全无人驾驶汽车,以及新建专门供无人驾驶汽车使用道路交通设施,一定是更加容易的路径。

完全由无人驾驶自动汽车组成的智慧交通系统

这样的全无人驾驶环境,当然有一些技术乌托邦的成分。但是,对于一些特定的地区和应用场景,如园区、景点等,这种解决方案未必不是一条捷径。

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从无人驾驶看信息技术的明天

套用一个国人评价复杂事务的句式,我们可以说,无人驾驶真的是一个系统工程。这里面几乎涉及了今天信息技术领域的每一个技术热点:

新型传感器技术

车联网和5G无线通信

人工智能和深度学习

物联网和边缘计算

大数据和云计算

这些技术或多或少还会在未来的若干年里,持续保持在最受关注的信息技术热点中。但是,这些热点是不是就一定代表了未来的趋势呢?反观科技史,一再出现的规律是:大的方向(或者说是需要解决的问题)不会有很剧烈的改变,但最终解决方案却与最初期待的技术方案大相径庭。

那么,从今天人类面对的糟糕交通状况, 到未来实现无人驾驶的理想, 这条探索之路究竟会走向哪里呢?我们今天所有预测可能都是错误的。

也许未来的发展就如海明威在《太阳照常升起》中描述的那样。

比尔问麦克: “你是怎么破产的? ”

麦克回答: “两种方式,慢慢地, 且突然地。 ”

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180905G213NS00?refer=cp_1026
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