你的假期已余額不足

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走親訪友接受靈魂拷問？

其實，你的假期可以不那么無聊

這是一個靜下心來開啟深度閱讀的好機會

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大數(shù)據(jù)（ID：hzdashuju）在長假期間

將推送6篇入門級科普，包括：

未來世界?|?健康生活?|?電動汽車

無人駕駛 |?AI凜冬 |?A/B測試

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在豬年的最開頭

來一波高能充電！

今天是我們一起充電的第4天

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導(dǎo)讀：近兩年來隨著無人駕駛技術(shù)突飛猛進，各大整車企業(yè)、無人駕駛系統(tǒng)解決方案提供商（如百度阿波羅、景馳等）也在不斷努力，以將無人駕駛技術(shù)向商業(yè)化落地推進。顯然，無人駕駛技術(shù)已經(jīng)不再是遙不可及的“未來技術(shù)”。

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無人駕駛技術(shù)范疇不僅僅涉及車輛控制、路徑規(guī)劃、感知融合等領(lǐng)域，還涉及人工智能、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)等前沿領(lǐng)域，無人駕駛在未來的5～10年里必將掀起一場新的技術(shù)和市場革命。

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作者：申澤邦，雍賓賓，周慶國，李良，李冠憬

如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系大數(shù)據(jù)（ID：hzdashuju）

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01 什么是無人駕駛

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無人駕駛汽車（Self-Driving Car）也稱為無人車、自動駕駛汽車，是指車輛能夠依據(jù)自身對周圍環(huán)境條件的感知、理解，自行進行運動控制，且能達到人類駕駛員駕駛水平。

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無人駕駛系統(tǒng)包含的技術(shù)范疇很廣，是一門交叉學(xué)科，包含多傳感器融合技術(shù)、信號處理技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)，計算機技術(shù)等。

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若用一句話來概述無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)，即“通過多種車載傳感器（如攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、GPS、慣性傳感器等）來識別車輛所處的周邊環(huán)境和狀態(tài)，并根據(jù)所獲得的環(huán)境信息（包括道路信息、交通信息、車輛位置和障礙物信息等）自主做出分析和判斷，從而自主地控制車輛運動，最終實現(xiàn)無人駕駛”。

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1. 無人駕駛的分級標準

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在車輛智能化的分級中，工業(yè)界目前有兩套標準，一套是由美國交通部下屬的國家高速公路安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA）制定的，另一套是由國際汽車工程師協(xié)會（Society of Automotive Engineer，SAE）制定的。

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兩者的L0、L1、L2的分類都是相同的，不同之處在于NHTSA的L4被SAE細分為L4和L5。國內(nèi)多采用SAE標準，圖1-1是SAE的分級標準[1]。

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▲圖1-1 SAE無人駕駛系統(tǒng)分級機制

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其中，L0級即完全由人類駕駛員駕駛車輛。

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L1又稱為輔助駕駛，增加了預(yù)警提示類的ADAS功能，包括車道偏離預(yù)警（Lane Departure Warning，LDW）、前撞預(yù)警（Forward Collision Warning，FCW）、盲點檢測（Blind Spot Detection，BSD）預(yù)警等，主要是預(yù)警提示，并無主動干預(yù)功能。

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L2稱為半自動駕駛或者部分自動駕駛，這類系統(tǒng)已經(jīng)具備了干預(yù)輔助類的ADAS功能，包括自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control，ACC）、緊急自動剎車（Autonomous Emergency Braking，AEB）、車道保持輔助（Lane Keeping Assist，LKA）等，這個等級的車輛已經(jīng)實現(xiàn)在高速公路上自主加速，或在緊急時刻自主剎車等功能，能達到進行簡單的自動控制操作的程度。

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從L2到L3，無人駕駛系統(tǒng)的能力發(fā)生了本質(zhì)的改變，L2及以下還是由人來監(jiān)控駕駛環(huán)境，并且需要人來直接進行車輛控制；而L3級被稱為自動駕駛，這個等級下的無人駕駛系統(tǒng)已經(jīng)具備了綜合干預(yù)輔助類功能，包括自動加速、自動剎車、自動轉(zhuǎn)向等，處于L3級的車輛系統(tǒng)已經(jīng)能夠依靠自身傳感器來感知周圍駕駛環(huán)境，但是監(jiān)控任務(wù)仍然需要人類駕駛員來主導(dǎo)，在緊急情況下仍然需要人類駕駛員進行干預(yù)。

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L4又稱為高度自動駕駛，是指在限定區(qū)域或限定環(huán)境下（如固定園區(qū)、封閉、半封閉高速公路等環(huán)境下），可以實現(xiàn)由車輛完全感知環(huán)境，并在緊急情況下進行自主干預(yù)，無須人類駕駛員進行任何干預(yù)動作。

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在L4級中，車輛可以沒有方向盤、油門、剎車踏板，但其只能限定在特殊場景和環(huán)境下應(yīng)用。L4和L3的最主要區(qū)別在于是否仍然需要人類干預(yù)，L4的無人車能夠在緊急情況下自行解決問題，而L3的無人車在此情況下則需要人類駕駛員的介入。

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L5即全自動駕駛，L5不需要駕駛員，也不需要任何人來干預(yù)方向盤和油門、剎車等，也不局限于特定場景的駕駛，可以適應(yīng)任意場景和環(huán)境下的自動駕駛。

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目前大多數(shù)無人駕駛創(chuàng)業(yè)公司、整車廠等仍然處于L2到L4級別無人駕駛技術(shù)階段，即無人駕駛原型車僅能夠在特定的限制區(qū)域（如封閉或半封閉園區(qū)內(nèi)、路況非常良好的部分高速路段等）測試，并且需要車上安全員隨時進行介入。

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很多互聯(lián)網(wǎng)公司（如百度、Waymo、Uber、景馳、小馬等）均在測試和研發(fā)L4級別的無人駕駛系統(tǒng)，但目前L4級無人駕駛?cè)匀贿€有大量的實際問題需要解決，包括技術(shù)、成本、量產(chǎn)、法律法規(guī)、市場等。

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一些公司宣稱已經(jīng)實現(xiàn)了在特定園區(qū)內(nèi)的L4無人駕駛，這其實是帶有一定迷惑性的，一方面，這些固定園區(qū)的場景規(guī)模一般較小，場景簡單，不會覆蓋到紅綠燈、各種復(fù)雜標志標線、大量行人穿過馬路等現(xiàn)實的復(fù)雜場景，僅僅能夠在園區(qū)進行無人駕駛的demo并沒有達到真正的L4水準。

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另一方面，就無人駕駛的區(qū)域而言，顯然開放、復(fù)雜路段的無人駕駛要比封閉、半封閉環(huán)境下的無人駕駛復(fù)雜得多，無人駕駛技術(shù)存在一種“長尾效應(yīng)”，即最后5%需要解決的技術(shù)問題可能需要花費95%以上的精力。

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再者，目前L4級無人駕駛技術(shù)主要基于高精度地圖（HD Map）實現(xiàn)，構(gòu)建高精度地圖需要較高成本，并且可適用范圍有限，即在沒有繪制高精度地圖或地圖基本元素變化很大的地方，無人駕駛系統(tǒng)幾乎完全不能運行，這也是為什么當前無人駕駛初創(chuàng)公司展示的案例多為精心設(shè)計的場地演示，而非在普通公共道路上的真實實際應(yīng)用。

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這也引出了我們馬上要展開的一個話題——實現(xiàn)真實公共道路的無人駕駛技術(shù)到底有多困難？

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2. 無人駕駛到底有多難

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在討論運行在公共道路上可靠的無人駕駛系統(tǒng)的實現(xiàn)有多困難之前，我們先來看一幅公共道路的交通狀況圖，圖1-2是比較常見的路況。

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▲圖1-2 某交通路況

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在這種路況下沒有清晰的道路線，路人、自行車、三輪車、動物甚至是馬車均為道路交通的參與者，這個例子看起來似乎比較極端，但是這種路況在發(fā)展中國家是普遍存在的。

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中國的城市公共道路設(shè)施（道路線、交通標識、紅綠燈）雖然相對完善，但是在諸如鄉(xiāng)村、縣城等區(qū)域，交通的參與者種類也會很多而且情況復(fù)雜，每個個體的行為都難以預(yù)估。

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對于這類復(fù)雜的交通場景，任何一個訓(xùn)練有素的、清醒的人類駕駛員都能夠輕松解決這些問題并且順利完成駕駛?cè)蝿?wù)。但是對于無人駕駛系統(tǒng)而言，要處理這類場景就現(xiàn)階段而言非常困難，這些復(fù)雜、變化多端的交通狀況是實現(xiàn)全自動駕駛之路的最大障礙之一。

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無人駕駛的第二個難點則是由人類的法規(guī)和制度帶來的。道路交通在不同的國家和地區(qū)呈現(xiàn)出各種各樣的狀態(tài)，如英國的駕駛習(xí)慣是左側(cè)行駛，而中國的駕駛習(xí)慣是右側(cè)行駛。并且，不同國家都有不同類型、符號的交通信號標志，其表示的含義也大為不同。

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這也就意味著，并不存在全球通用的無人駕駛系統(tǒng)，不同國家的道路法規(guī)、習(xí)俗都不盡相同，因此，無人駕駛系統(tǒng)也需要做“本地化”，如果全球通用，那么這個技術(shù)的成本、系統(tǒng)復(fù)雜性可謂是相當高了，也不現(xiàn)實。

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第三個障礙則來源于人們對于機器的“高期望”。人類能夠容忍自身犯錯，但是對于機器犯錯容忍度卻極低。

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而在第一點提到的復(fù)雜多變的駕駛場景下，無人車難免會犯錯，比如在光線條件非常差的情況下識別不出路人，或者高精度地圖里沒有包含剛剛施工完成（但確實已經(jīng)通車）的路段等，事實是當前的技術(shù)和算法（無論是機器人學(xué)科的理論還是人工智能方向的方法）都還遠遠無法滿足大眾對于無人車的高期望。

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第四個障礙來源于無人車的成本。經(jīng)過百余年的發(fā)展，汽車工業(yè)已經(jīng)將傳統(tǒng)汽車的成本壓縮到了極致，人們只需要幾萬元就能獲得一輛汽車以及各種配置。

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但是無人駕駛系統(tǒng)為汽車引入了一筆不小的額外成本，其中包括各種新的傳感器設(shè)備、計算設(shè)備、軟件研發(fā)成本等，以目前在無人車的感知中應(yīng)用最廣泛的激光雷達為例，滿足L4級別的激光雷達售價普遍在10萬美元以上，僅僅這些傳感器的硬件成本就已經(jīng)遠遠超出了絕大多數(shù)車輛自身的價格了，而如何降低成本實現(xiàn)量產(chǎn)也是目前推動無人車商業(yè)化落地的一個重要研究課題。

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當然，在無人駕駛技術(shù)的道路上障礙還有很多。例如，無人駕駛法規(guī)急需完善、高昂的研發(fā)投入、安全性問題、復(fù)雜場景的感知、人工智能技術(shù)難題、量產(chǎn)規(guī)模等。

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無人駕駛技術(shù)在當前仍然充滿挑戰(zhàn)，換句話說，我們在無人駕駛領(lǐng)域仍然還有大量的技術(shù)研究工作要做，對于希望進入無人駕駛領(lǐng)域的讀者而言，仍然有巨大的可以有所作為的空間。

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02 為什么需要無人駕駛

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無人駕駛技術(shù)之所以能夠帶來社會變革，其根本原因在于高度的無人駕駛能夠從根本上改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞胶蜕罘绞?#xff0c;使人們的出行、生活方式更加智能化。

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研究表明，無人駕駛技術(shù)能夠提高道路交通安全，以及緩解城市交通擁堵問題，隨著無人駕駛技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，還將催生出一批新的產(chǎn)業(yè)鏈，創(chuàng)造大量的就業(yè)機會。

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1. 提高道路交通安全

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2015年，全美約有35 092人死于車禍[2]，而在中國大約為26萬人。

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我們以駕駛?cè)丝诒壤齺砉浪愕脑?#xff0c;平均每行駛14 000多萬千米就會發(fā)生一次事故死亡事件，人類駕駛員在一年發(fā)生車禍并死亡的平均概率為0.011%，在一生中發(fā)生車禍并死亡的平均概率為0.88%。同時，每年約有260萬人在道路交通事故中受傷。

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這也涉及數(shù)十億美元的汽車修理費（僅限于免賠額）。如果我們能夠減少25%的事故發(fā)生，將為社會節(jié)省一大筆費用開支。

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引發(fā)道路交通事故的四大原因如下：

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• 駕駛員分心，注意力不集中。

• 超速。

• 酒后駕駛。

• 魯莽駕駛。

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但對于無人車，則不會存在上述問題。

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• 無人駕駛系統(tǒng)不會分心，人類坐在無人車上不管是發(fā)短信還是吃東西都不會影響車輛行駛。

• 無人車也不會因為乘客趕時間而超速駕駛，它會嚴格按照交通法規(guī)非常平順合理地將乘客送至目的地。

• 無人車不會飲酒，也沒有興趣在公路上莽撞行駛、開“斗氣車”等。

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種種研究表明，高度的無人駕駛系統(tǒng)能夠大大提高道路交通的安全性，減少道路交通事故的發(fā)生[3]。

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▲無人駕駛幫你成為“高手”

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2. 緩解城市交通擁堵

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交通擁堵幾乎是所有大城市面臨的問題，無人駕駛汽車的廣泛使用將在很大程度上緩解城市交通擁堵問題，因為它能完全克服人為因素，使得城市交通運行效率最高。在大數(shù)據(jù)分析調(diào)度下，未來無人駕駛能夠做到：

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• 快速了解擁堵情況，及時調(diào)整線路。

• 避免大量人為因素如加塞等導(dǎo)致的不合理擁堵。

• 潮汐公路的動態(tài)分段使用。

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當然，對交通擁堵的緩解還是要看其在不同場景下的具體應(yīng)用。

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舉個例子，在堵車的情況下，很多時候會因為他人加塞導(dǎo)致道路更加擁堵，無人駕駛則不會莽撞加塞，而是會依據(jù)一定規(guī)則、順序依次排隊通過，這就可以大大減輕擁堵的程度，提高人們的出行效率。

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無人駕駛汽車還可以根據(jù)實時路況自動調(diào)整路線，在最短的時間內(nèi)安全地把乘客送到目的地。數(shù)據(jù)表明，美國的平均通勤時間為50分鐘，待自動駕駛普及后，人們將能空閑出大量額外時間來處理其他事情，而不是無奈地被堵在路上。

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3. 提升出行效率

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對有人駕駛的出行服務(wù)運營，我們經(jīng)常會遇到司機拒載、叫不到車、司機文明素質(zhì)低等情況。

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而在無人駕駛的出行服務(wù)運營中，無人駕駛車輛不會發(fā)生拒載乘客的情況，只要有派單就按調(diào)度需要接送，也不會因為路程短而不愿意載客；另外，也會減少夜晚開車的安全事故發(fā)生，如減少疲勞駕駛、酒后駕駛、車輛搶劫等情況。

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在無人駕駛運營方面，除了補充能源的情況，車輛會24小時待命，無論老、弱、病、殘、孕都可享受無人駕駛出行服務(wù)帶來的安全和便利，因為不需要駕駛員，也會相應(yīng)節(jié)省一大筆人力成本，進而攤薄出行費用，這些都可以極大地提升車輛運營的效率，進而提升人們的出行效率，改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞胶蜕罘绞健?/span>

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4. 降低駕駛者的門檻

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以往申請駕駛證時，有關(guān)部門對駕駛者的年齡、身體狀況等方面會有較為嚴格的要求。例如，低齡、超齡人士就不允許申請駕駛證，而身體有殘障的人士則要進行多方面的評估。

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而無人駕駛汽車的出現(xiàn)讓汽車駕駛申請門檻大為降低，在完全自動駕駛階段甚至無須申請，這對駕駛技術(shù)不過關(guān)的人來說是個福音。無論是對交通管理部門的影響還是對汽車駕駛者的影響，無人駕駛汽車的意義都是巨大的。

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當然，在當前的技術(shù)情況下，最初的無人駕駛技術(shù)很可能仍然需要車主具備必要的無人駕駛監(jiān)管資格，從而確保在極端情況下的安全。

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隨著技術(shù)的發(fā)展，我們相信無人駕駛會越來越成熟，越來越完善，最終實現(xiàn)全社會完全無人駕駛的終極目標，讓傳統(tǒng)出行變成一種新型服務(wù)或移動生活空間，而不是困難和不便。

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參考文獻：

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[1]Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems［EB/OL］.?

https://www.sae.org/standards/content/j3016_201401/.

[2]美國國家公路交通安全局. TRAFFIC SAFETY FACTS 2015［R］.2015.

[3]潘福全, 亓榮杰, 張璇, 等. 無人駕駛汽車研究綜述與發(fā)展展望［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2017(2):27-28.

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關(guān)于作者：申澤邦，蘭州大學(xué)RockAuto智能駕駛組創(chuàng)始人、負責人。研究方向包括無人駕駛，高級輔助駕駛，機器人學(xué)和深度學(xué)習(xí)。自動駕駛?cè)珬９こ處煛?/span>

本書作者包括國內(nèi)一線無人駕駛科研團隊負責人、一線新能源汽車廠商無人駕駛技術(shù)專家，他們對無人駕駛整個技術(shù)棧有著全面深入的研究，同時擁有大量工業(yè)應(yīng)用實踐。

本文摘編自《無人駕駛原理與實踐》，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。

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延伸閱讀《無人駕駛原理與實踐》

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推薦語：本書適合希望進入無人駕駛汽車行業(yè)的技術(shù)人員和高校學(xué)生作為技術(shù)入門書籍，亦可作為無人駕駛應(yīng)用研究的工具書籍。

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