無(wú)人駕駛技術(shù)的原理是什么？

無(wú)人駕駛技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能、通信、導(dǎo)航定位、模式識(shí)別、機(jī)器視覺、智能控制等多門前沿學(xué)科的綜合體。

無(wú)人駕駛汽車，又稱自動(dòng)駕駛汽車或輪式移動(dòng)機(jī)器人，是一種運(yùn)輸動(dòng)力的無(wú)人地面載具。我們理想的無(wú)人駕駛汽車是無(wú)需人類操作即能從地點(diǎn)A行駛到地點(diǎn)B，不管途中環(huán)境多復(fù)雜天氣多惡劣都由機(jī)器自己完成。無(wú)人駕駛汽車的核心在于無(wú)人駕駛技術(shù)，如果說汽車工業(yè)是制造業(yè)的皇冠，那么無(wú)人駕駛技術(shù)就是皇冠上的明珠。

無(wú)人駕駛汽車需要多門技術(shù)整合才能實(shí)現(xiàn)，它并非是一項(xiàng)單一的新技術(shù)，其中包括雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭、GPS、計(jì)算機(jī)視覺、決策系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、高精地圖、實(shí)時(shí)定位、機(jī)械控制、能耗散熱管理等等。盡管無(wú)人駕駛汽車看起來(lái)很科幻，但實(shí)際上夢(mèng)想正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

無(wú)人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的目標(biāo)。

據(jù)湯森路透知識(shí)產(chǎn)權(quán)與科技最新報(bào)告顯示，2010年到 2015年間，與汽車無(wú)人駕駛技術(shù)相關(guān)的發(fā)明專利超過22，000件，并且在此過程中，部分企業(yè)已嶄露頭角，成為該領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。

如同其他很多事物一樣，無(wú)人駕駛實(shí)際上也有一個(gè)技術(shù)循序漸進(jìn)發(fā)展的過程。無(wú)人駕駛也需分為不同階段。

階段一：輔助駕駛階段。車道保持、自適應(yīng)巡航等輔助駕駛功能，均屬于這個(gè)階段的技術(shù)，不過駕駛員仍舊是操作主體。

階段二：半自動(dòng)駕駛。在這個(gè)階段中，電腦操縱下的自動(dòng)駕駛已經(jīng)可以完成前往目的地的過程，其可作為備用系統(tǒng)完成行駛，但受限于法律法規(guī)等因素，其仍舊不能作為整個(gè)駕駛行為的主體存在。

階段三：全自動(dòng)駕駛。技術(shù)、成本、法衡去規(guī)等因素都不再成為影響普及的因素，電腦控制的系統(tǒng)已經(jīng)作為駕駛主體而存在，駕駛員也可以隨時(shí)接管操作系統(tǒng)。

由于技術(shù)和法規(guī)等的限制，目前的無(wú)人駕駱氣車大多處于第=階段。當(dāng)前主流的無(wú)人駕駛汽車技術(shù)有激光雷達(dá)式和攝像頭+測(cè)距雷達(dá)式兩種。

1、激光雷達(dá)式

自上世紀(jì)80年代DARPA的ALV項(xiàng)目以來(lái)，我們看到的大多數(shù)現(xiàn)代自動(dòng)駕駛原型車上都布滿了傳感器，并且頭頂著一臺(tái)激光雷達(dá)。車輛使用傳感器的探測(cè)以及激光雷達(dá)的三維立體掃描來(lái)“感知”周圍的世界，而車載控制計(jì)算機(jī)則像人類大腦一樣決定需要進(jìn)行的操作。Google的無(wú)人駕駛汽車就是激光雷達(dá)應(yīng)用的典型代表。

Google算得上是最早跨界進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車研發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)公司，同時(shí)依托著自己獨(dú)有的地圖和大數(shù)據(jù)計(jì)算資源，在這一領(lǐng)域具有領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。由于自身有著地圖和街景這樣先天的優(yōu)勢(shì)，Google自動(dòng)駕駛車輛使用一臺(tái)由Velodyne公司提供的64位三維激光雷達(dá)將周圍環(huán)境繪制成一幅3D地圖，并與Google的高精度地圖相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)以及云端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能：

早期的豐田普銳斯原型車搭載了視頻攝像頭、激光雷達(dá)、位置傳感器和測(cè)距雷達(dá)幾種傳感裝置。其中視頻攝像頭用來(lái)判斷交通信號(hào)燈以及任何移動(dòng)的物體;激光雷達(dá)用于形成真實(shí)道路環(huán)境的3D地圖;測(cè)距雷達(dá)用于探測(cè)車輛周圍的障礙物，一旦有物體接近，車輛將自動(dòng)減速;位于左后輪處的位置傳感器用來(lái)偵測(cè)和估算車輛的側(cè)向位置偏移，以判斷車輛在地圖上的位置。

在經(jīng)過多年的試驗(yàn)后，Google推出了自己的無(wú)人駕駛原型車。這臺(tái)原型車上同樣搭載了諸多雷達(dá)及傳感器，以及聳立在車頂上的激光雷達(dá)。Google的無(wú)人駕駛汽車已經(jīng)取消了方向盤，汽車完全靠車載計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控，是目前最接近無(wú)人駕駛概念的汽車。

2、攝像頭+測(cè)距雷達(dá)式

奔馳公司在80年代就開始研發(fā)無(wú)人駕駛技術(shù)，在2013年其研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車成功的從斯圖加特行駛到法蘭克福，行駛里程約100 km。該無(wú)人駕駛汽車是在并沒有采用激光雷達(dá)，而是采用攝像機(jī)+測(cè)距雷達(dá)的組合實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)。page_break]

車頭兩側(cè)的長(zhǎng)距雷達(dá)可以更早地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的路口;另外的長(zhǎng)距雷達(dá)監(jiān)控著車輛前后的交通路況;車身四角的四個(gè)短距雷達(dá)可迅速偵測(cè)到車輛周圍的事物以及其他車輛;車前風(fēng)擋處的攝像機(jī)負(fù)責(zé)識(shí)別交通標(biāo)識(shí)，后風(fēng)擋處的攝像機(jī)拍攝街景，通過與導(dǎo)航系統(tǒng)中的地形特點(diǎn)比對(duì)和辨別來(lái)確定車輛的精確位置。這輛無(wú)人駕駛汽車的立體攝像機(jī)也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，從而可以進(jìn)一步提升探測(cè)距離。盡管是一臺(tái)真正的自動(dòng)駕駛車輛，但還保留了傳統(tǒng)汽車的完整的操作方式。與Google自動(dòng)駕駛車輛類似，它對(duì)于路面障礙的偵測(cè)完全來(lái)自車輛自身的傳感裝置。不過，奔馳使用了更加成熟的攝像頭組合代替了激光雷達(dá)，因此在成本上更容易進(jìn)行控制，同時(shí)也不會(huì)破壞現(xiàn)有車輛的外觀質(zhì)感。

奔馳在2015年又推出了新能源自動(dòng)駕駛概念車F015。奔馳F015概念車?yán)昧Ⅲw攝像頭、雷達(dá)以及超聲波傳感器來(lái)獲取車輛四周的環(huán)境數(shù)據(jù)，來(lái)為自動(dòng)駕駛提供大量的參考信息。高精度GPS配合三維導(dǎo)航地圖，可以確保車輛定位精度達(dá)到厘米級(jí)別。

專家介紹說，車身安裝的傳感器，就是它的“眼睛”，能360度感知路上物體的遠(yuǎn)近深淺，常見的傳感器有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)及組合導(dǎo)航模塊等。無(wú)人車的“大腦”就是車輛的控制技術(shù)，能根據(jù)實(shí)時(shí)感知的環(huán)境信息、高精度地圖，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃，預(yù)測(cè)周邊車輛和行人的行為和意圖。在交規(guī)和路況允許下，無(wú)人駕駛汽車會(huì)按照最高時(shí)速行駛，以提高行駛效率。

百度深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室主任林元慶介紹說，百度無(wú)人駕駛汽車是利用人工智能，通過使用攝像機(jī)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和GPS等系統(tǒng)來(lái)感知周圍環(huán)境，決定最優(yōu)行車路線，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)的全自動(dòng)駕駛。

“百度無(wú)人駕駛汽車的核心技術(shù)是百度汽車大腦，它可為汽車提供自動(dòng)駕駛整體解決方案?！绷衷獞c說，這些技術(shù)包含計(jì)算機(jī)視覺、高精度地圖與定位、多傳感器融合、智能決策規(guī)劃等，運(yùn)用于汽車啟動(dòng)、行駛和停車的整個(gè)過程。比如，當(dāng)前方有減速車輛時(shí)，智能決策系統(tǒng)將依據(jù)周邊的環(huán)境狀況，合理地決策減速尾隨或變道超車。汽車“大腦”也能夠不斷學(xué)習(xí)人類的駕駛經(jīng)驗(yàn)，不斷提升自身的“智商”，以保證安全、舒適、便捷的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)。

專家認(rèn)為，無(wú)人駕駛技術(shù)或自動(dòng)駕駛技術(shù)的出現(xiàn)，依靠的是人工智能技術(shù)的突破，因此也和人工智能一樣，受益于海量數(shù)據(jù)、超強(qiáng)計(jì)算和優(yōu)秀算法。

人工智能技術(shù)突破的一個(gè)重要原因就是海量數(shù)據(jù)的積累，為訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)算法提供了所需的材料。無(wú)人駕駛汽車也是通過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，不斷提升其智能水平。無(wú)人車搭載了各種類型的傳感器，單車每小時(shí)大約產(chǎn)生100GB的數(shù)據(jù)。如果按照萬(wàn)臺(tái)車輛計(jì)算，每天將會(huì)有數(shù)十PB的數(shù)據(jù)被收集到云平臺(tái)上，用于訓(xùn)練自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。無(wú)人車所使用的高精度地圖每公里道路的原始數(shù)據(jù)量也將是傳統(tǒng)地圖的10萬(wàn)倍，數(shù)據(jù)的快速積累推動(dòng)著汽車智能的不斷突破。

超強(qiáng)計(jì)算能力方面，伴隨著云計(jì)算和車載計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提升，車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能在更短的時(shí)間內(nèi)處理更復(fù)雜的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛實(shí)時(shí)感知路況、智能決策和控制。而隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等優(yōu)秀算法的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，人工智能在2013年后進(jìn)入了快速發(fā)展的新階段。應(yīng)用到自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，在權(quán)威評(píng)測(cè)中，2015年使用深度學(xué)習(xí)方法的車輛識(shí)別錯(cuò)誤率要比2013年采用的傳統(tǒng)方法下降了69%。

無(wú)人駕駛汽車技術(shù)原理是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車。

它是利用車載傳感器來(lái)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。