人工智能在汽車駕駛技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展綜述

張凱　任維平

【摘 要】近些年來，汽車與人工智能的結(jié)合愈加契合，汽車在智能駕駛方面體現(xiàn)出的便利更加顯著。車載物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)一步為智能駕駛的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。無人駕駛和腦控汽車，兩種智能駕駛方式的研究實(shí)踐為未來汽車發(fā)展提供了兩條不同的道路。文章簡要介紹了智能汽車駕駛的特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r，對智能汽車駕駛技術(shù)的發(fā)展前景做了一個符合實(shí)際的展望。

【關(guān)鍵詞】無人駕駛 腦控汽車 發(fā)展前景

1 前言

近些年，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車駕駛已經(jīng)是現(xiàn)代人需要掌握的基本技能之一，在其拓展普及的同時，安全駕駛成為了現(xiàn)代社會最關(guān)注的焦點(diǎn)之一。所謂的安全駕駛就是要杜絕在汽車駕駛過程中存在安全隱患的行為，其中不安全駕駛包括：酒后駕駛、超速行駛、疲勞駕駛[1]、大燈晃眼、闖紅黃燈、違法超車、急停急剎、隨意變道、駕駛打電話、不系安全帶等容易致使事故發(fā)生的行為。汽車所帶來的安全問題多數(shù)出自駕駛司機(jī)的個人行為和個人原因，因此以人工智能輔助或者替代駕駛者駕駛汽車成為了汽車智能駕駛技術(shù)研究的主要趨勢。

2 無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外駕駛汽車的研發(fā)狀況

從上世紀(jì)開始國外就開始進(jìn)行了無人駕駛汽車的研究[2][3]。所謂無人駕駛，是通過為車輛裝配多種感應(yīng)設(shè)備，包括車載傳感器、GPS和攝像頭等，配合車內(nèi)的智能軟件，如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）等實(shí)現(xiàn)脫離駕駛員的自動駕駛汽車[4]。國外著名汽車企業(yè)及IT行業(yè)巨頭谷歌都競相亮相其在無人駕駛汽車技術(shù)研究的成果。截至目前，谷歌的無人駕駛汽車已問世6年多，這期間發(fā)生了14起事故，僅一次造成人員受傷[5]；德國梅賽德斯奔馳的無人駕駛卡車在德國的Autobahn8公路上已經(jīng)啟動了上路測試，這是量產(chǎn)版自動駕駛卡車首次在高速公路上進(jìn)行行駛；據(jù)英國《每日電訊報》15年2月11日消息，奧迪方面確認(rèn)其首款采用無人駕駛技術(shù)的車型將于2017年上市。另外各大汽車制造商以及相關(guān)科技巨頭表示無人汽車在2020年可以推出商用。美國內(nèi)華達(dá)、加利福尼亞、佛羅里達(dá)及密歇根州為谷歌、奧迪等正在開發(fā)的無人駕駛車發(fā)放了公路試驗(yàn)牌照。這表明了一點(diǎn)：使用人工智能替代駕駛員來駕駛汽車被各大發(fā)達(dá)國家與科技巨頭認(rèn)可。這是因?yàn)闊o人駕駛汽車經(jīng)過精密計算，由系統(tǒng)精確控制，在一般條件下，比真人駕駛應(yīng)該更加安全可靠。無人駕駛汽車至少不會犯情緒上的錯誤，不會因?yàn)樾锞?、生氣、郁悶等精神原因而造成汽車失控，也不會因?yàn)槿硕唷⒙氛?、彎多等?fù)雜路況而緊張，造成誤操作。對長途行駛而言，無人駕駛汽車不會出現(xiàn)疲勞駕駛。在城市道路中，無人駕駛汽車不會闖紅燈、逆行。在有限速標(biāo)記的道路上，無人駕駛汽車會嚴(yán)格遵守規(guī)定，不會超速行駛。

2.2 國內(nèi)駕駛汽車的研發(fā)狀況

我國關(guān)于無人駕駛汽車的研究相對國外起步較晚，但是發(fā)展迅速。十幾年前，國防科技大學(xué)已經(jīng)開始對一款紅旗轎車進(jìn)行相應(yīng)改裝，研制出了紅旗HQ3智能無人車，能實(shí)時處理岔道、斑馬線和虛線；對車體姿態(tài)變動，自然光照變化及樹木、路橋陰影都具有較強(qiáng)的自適應(yīng)力。HQ3，其“大腦”是藏在后備廂里的計算機(jī)設(shè)備，車輛沒有GPS 等導(dǎo)航設(shè)備，完全是利用自身的“環(huán)境傳感器”來識別道路標(biāo)線，進(jìn)而依靠車載的智能行為決策和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)正常匯入高速公路的密集車流中自主駕駛。于2011年，紅旗HQ3智能無人車首次在復(fù)雜路況下公開進(jìn)行無人駕駛的測試，并完成了從長沙至武漢近300公里高速公路路試。除了無人駕駛汽車的研究外，南開大學(xué)計算機(jī)與控制工程學(xué)院段峰副教授的研究團(tuán)隊與長城汽車共同合作研發(fā) “腦控汽車”，這項(xiàng)研究通過腦電設(shè)備， 捕捉人在集中注意力時產(chǎn)生的腦電信號， 利用腦電信號識別系統(tǒng)分析人的驅(qū)車意圖并向汽車發(fā)送操控指令， 以此實(shí)現(xiàn)人腦控制汽車的目的[6]。“腦控汽車” 顛覆了手腳并用的駕車方式，它可以利用人腦進(jìn)行汽車操控并低速行駛， 但離真正投入生產(chǎn)使用還需要一定時間。由此可以看出我國在研究人工智能“替代”的同時也涉及“輔助”研究，將人工智能應(yīng)用于汽車駕駛技術(shù)方面更為廣泛。

3 智能駕駛研究中遇到的問題

無人駕駛汽車在其優(yōu)勢凸顯的同時也更加暴露出其問題。無人駕駛汽車的問題包括局限性高、人文接受程度問題和安全防御性低等。

3.1 局限性高

無人駕駛汽車在其“視覺能力”方面無法達(dá)到人腦的高度，其傳感器通過紅外攝像和普通攝像兩種技術(shù)完成道路環(huán)境的收集。當(dāng)車輛在人口密集的樓房建筑區(qū)、事故區(qū)域或者其他有人通過通用手勢信號來指揮車輛在此區(qū)域通行時，無人汽車將遇到判斷難題。另外，道路存在信號標(biāo)志老舊變形等情況出現(xiàn)，無人汽車可能產(chǎn)生誤識或者漏識，造成不必要的事故。

3.2 人文接受程度問題

社會對無人駕駛汽車依然存在諸多疑問，如當(dāng)無人駕駛汽車行駛在這個人口稠密的世界時， 發(fā)現(xiàn)已經(jīng)無法避免事故的發(fā)生時，智能計算機(jī)應(yīng)該選擇沖向馬路的行人還是直接撞擊迎面而來的車輛？在受到外部虛擬網(wǎng)絡(luò)攻擊后是否還可以維持完全駕駛？未被Google或GPS完全測繪的道路如何行使等。無人駕駛汽車在法律法規(guī)方面同樣存在極大的挑戰(zhàn)。如產(chǎn)品責(zé)任，立法和多重管轄權(quán)等。無人汽車與有人汽車發(fā)生事故責(zé)任判定和無人汽車之間發(fā)生事故責(zé)任判定等。

3.3 安全防御性低

軟件安全公司Security Innovation首席科學(xué)家喬納桑·佩蒂特（Jonathan Petit）表示，大部分無人駕駛汽車探測障礙物的激光雷達(dá)系統(tǒng)只需一個成本不到60美元的裝置即可破解。佩蒂特表示，通過這一裝置，黑客可以在任何位置設(shè)置實(shí)際并不存在的汽車、行人，或是墻壁，導(dǎo)致無人駕駛汽車的行駛速度放慢，甚至寸步難行。其相關(guān)論文已在歐洲黑帽安全大會上發(fā)表。

4 智能駕駛的發(fā)展前景

智能駕駛是通過人工智能輔助或代替人進(jìn)行汽車駕駛行為，它可以彌補(bǔ)人類駕駛員會存在的缺陷。經(jīng)過大量的研究和發(fā)展，智能駕駛所需的各種傳感器、計算機(jī)的性能和技術(shù)等方面取得了極大進(jìn)步，成本也在逐步降低。

從人工智能和汽車駕駛結(jié)合的長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，純智能的無人駕駛應(yīng)為未來駕駛的主要方式，即使在當(dāng)前基于貝葉斯、決策樹和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)的方法被運(yùn)用在無人駕駛的行為識別和行為決策的技術(shù)環(huán)境下，我們也可以考慮設(shè)立專門的行駛路線保證無人駕駛汽車的應(yīng)用推廣。在馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)下面向駕駛行為的機(jī)器學(xué)習(xí)，一直以來都是智能車領(lǐng)域的“瓶頸”。隨著國際“類腦”研究的興起，我國也上線了“中國腦計劃”，但畢竟類腦計算還僅從理論階段開始向前邁步，類腦計算機(jī)仍難以得到實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

從當(dāng)前智能駕駛的技術(shù)角度來看，相對于無人汽車，腦控汽車的發(fā)展可能更加適合。這是因?yàn)闊o人駕駛汽車的計算機(jī)系統(tǒng)目前還無法達(dá)到類腦計算機(jī)體系的高度，因此很難做到像人腦一樣思考問題，難以較好處理駕駛過程中各種各樣的突發(fā)問題和針對無人駕駛做出的阻礙或破壞行為。

因此提高人工智能在輔助方面的全面完善是全面實(shí)施無人駕駛的必經(jīng)之路?，F(xiàn)在的家用汽車基本配備雷達(dá)輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以不斷監(jiān)控周圍的交通狀況，可以用發(fā)聲頻率提示本車與可能碰撞物體的距離，也可以確定與前車距離以及前車行駛速度，如與前車距離明顯低于安全距離，系統(tǒng)會向駕駛者發(fā)送聽覺警報。目前奔馳的主動式駐車輔助系統(tǒng)能夠在主動轉(zhuǎn)向和制動功能干預(yù)下自動泊車。并且，在車輛通過自動駐車輔助系統(tǒng)停入平行車位后，該系統(tǒng)也可以在自動轉(zhuǎn)向和制動控制功能的幫助下，讓車輛完全自動地駛出平行車位。

在此基礎(chǔ)之上，我們可以在擴(kuò)大自然語言處理等人機(jī)交互方式在人為干預(yù)下“釋放雙手”的模式上加大科研力度，如：語音操控、腦控汽車或類似飛機(jī)自動與手動駕駛切換等智能駕駛方式。其中語音操控汽車可以通過語言指令如“倒庫”“直行”或“開啟雨刷”等自然語言實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)的自動處理并通過車輛配置的傳感器和攝像頭等硬件付出行動來響應(yīng)命令的方式來實(shí)現(xiàn)語音操控汽車的智能模式。因?yàn)橛旭{駛員的加入會使智能汽車的行駛方式更加靈活多變，適合于當(dāng)前復(fù)雜的交通環(huán)境，滿足社會法律和倫理觀念的接受要求，所以提高人工智能在輔助方面的研究應(yīng)用的價值更加巨大。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱盛鐳.未來智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].上海汽車，2015（08）.

[2]鄭寶成.智能汽車及其新技術(shù)發(fā)展研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（17）.

[3]馮學(xué)強(qiáng)，張良旭，劉志宗.無人駕駛汽車的發(fā)展綜述[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（05）.

[4]辛煜，梁華為，梅濤 等.基于激光傳感器的無人駕駛汽車動態(tài)障礙物檢測及表示方法[J]. 機(jī)器人，2014（06）.

[5]關(guān)天瑜.谷歌無人駕駛汽車再次追尾[J].計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2015（15）.

[6]張建新，喬仁銘.“腦控汽車”在南開大學(xué)“開跑”[J].農(nóng)家參謀，2015（08）.

[7]陳慧，涂強(qiáng)，范正帥，王琳. 互聯(lián)智能汽車關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].中國集成電路，2015（06）.

[8]賈祝廣，孫效玉，王斌，張維國.無人駕駛技術(shù)研究及展望[J].礦業(yè)裝備，2014（05）.

[9]楊帆.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].上海汽車，2014（03）.

[10]李崇寒，彭鑫.無人駕駛汽車：可行還是不可行？[J].今日科苑，2011（12）.

[11]喬維高，徐學(xué)進(jìn).無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].上海汽車，2007（07）.

[12]王握文.時速75.6km──國產(chǎn)無人駕駛汽車創(chuàng)新時速[J].中國科技月報，2000（07）.

[13]林一平.無人駕駛汽車逐步進(jìn)入實(shí)用化[J].專用汽車，2000（02）.

[14]林一平.新世紀(jì)的無人駕駛汽車[J].交通與運(yùn)輸，2000（02）.

[15]閆民.無人駕駛汽車的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].汽車維修，2003（02）.

[16]林一平.不斷創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)代無人駕駛汽車[J].專用汽車，2003（01）.

[17]薛福連.自動控制高速公路上的無人駕駛汽車[J].汽車運(yùn)用，2006（04）.

[18]呂宏，劉大力，孫嘉燕.從無人駕駛汽車奔赴世博會看未來汽車[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010（06）.

[19]邊疆，赫玉瑩，王貫安.無人駕駛車圖像采集的失真矯正[J].中國科技信息，2014（09）.

[20]宋世春.初露頭角的無人駕駛汽車[J].國外自動化，1980（04）.

[21]付其軍，丁潤濤，王豪，李志杰.無人駕駛汽車轉(zhuǎn)向控制單元設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2007（03）.

作者簡介：張凱（1993—），男，河北廊坊人，研究生在讀，研究方向：計算語言學(xué)。