無人駕駛技術(shù)

劉慶顯

(山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué),山東濟(jì)南 250001)

1 “無人駕駛“概念

“無人駕駛技術(shù)“,即用計(jì)算機(jī)取代駕駛員來控制汽車,從而利用相關(guān)知識原理將駕駛員從駕駛?cè)蝿?wù)中解脫出來的技術(shù)。換句話說,”無人駕駛汽車“也就是把駕駛員換成了計(jì)算機(jī),在這個(gè)層面上,汽車也變成了一個(gè)智能機(jī)器人,擁有駕駛員該具備的躲避障礙物、觀察周圍環(huán)境、實(shí)時(shí)做出行為決策等等素質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)車輛安全、高效地行駛。”無人駕駛技術(shù)”,它是一個(gè)寬泛的概念,而不僅僅是簡單的一個(gè)技術(shù),要實(shí)現(xiàn)它就必須實(shí)現(xiàn)各方面的智能技術(shù),從而合成一個(gè)整體的概念,同時(shí)它也是人工智能延伸應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,因?yàn)槠渲械拿恳粋€(gè)技術(shù)幾乎都和人工智能息息相關(guān)。從20世紀(jì)70年代起,歐洲的一些發(fā)達(dá)國家例如美國德國等,就已經(jīng)開始進(jìn)行無人駕駛方面的研究工作,而中國稍微晚一點(diǎn),是從20世紀(jì)80年代開始研究,目前,它已經(jīng)是人工智能方向一個(gè)相當(dāng)熱門的技術(shù)。

2 從“有人駕駛”到“無人駕駛”

“無人駕駛技術(shù)”熱潮的掀起不是沒有緣由的。汽車行業(yè)的興起,使得人們對汽車各方面性能的要求越來越高,一開始人們希望汽車能夠更快捷方便,速度更快,啟動更快,反應(yīng)更快,低耗能成為了人們初步的追求,但隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展,人們生活水平不斷提高,人們又希望汽車更舒適,設(shè)計(jì)更加人性化,甚至能夠聽懂駕駛員的指令,越來越具備“智能”,擁有跟人類的一樣的智慧,最終人們希望能夠?qū)Ⅰ{駛員從駕駛的任務(wù)中解脫出來,在絕對安全的情況下,人們可以在車內(nèi)睡覺、閱讀、看書,甚至辦公,再也不用關(guān)心跟駕駛有關(guān)的任何問題,于是”無人駕駛技術(shù)”在歷史的推動中被人們關(guān)注,并不斷進(jìn)行相關(guān)研究。整體上來說,從“有人駕駛”到“無人駕駛”,可以被分為四個(gè)階段：(1)駕駛員輔助。這一階段是指：駕駛員在駕駛過程中會收到汽車上相關(guān)輔助系統(tǒng)的提示信息或已經(jīng)采集好的重要信息,來提醒或者警告駕駛員在當(dāng)前駕駛過程中可能遇到的問題,應(yīng)該規(guī)避的風(fēng)險(xiǎn)等等。(2)半自動駕駛。這一階段仍由駕駛員占絕大部分主導(dǎo)作用,車輛也由駕駛員主要負(fù)責(zé)駕駛,但不同之處在于,如果駕駛員在收到相關(guān)警告、提示之后還是沒有做出相關(guān)行為決策來防止危險(xiǎn)的發(fā)生,那么就由汽車本身做出強(qiáng)制行為,如：緊急自動剎車。(3)高度自動駕駛。這一階段“自動駕駛”的概念才真正體現(xiàn)出來,人們在行駛的路程當(dāng)中,除了自己開車以外,可能還會有很長或很短的一段時(shí)間是由車輛自動行駛而不用駕駛員監(jiān)管的。(4)完全自動駕駛。這一階段真正實(shí)現(xiàn)了“無人駕駛技術(shù)”。駕駛員已經(jīng)脫離了這個(gè)角色,車內(nèi)的人都只扮演著乘客的角色,車輛可以自動選擇最佳路徑,并且及時(shí)根據(jù)周圍情況做出相關(guān)反應(yīng),在這同時(shí)還能夠保證乘客的安全,避免意外情況而對乘客產(chǎn)生安全威脅。

這四個(gè)階段中,第一、二階段已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了,基本上相關(guān)功能在中高檔車上已經(jīng)普及,而且價(jià)位也在不斷降低。第三階段正在研制當(dāng)中,但并未普及,基本模型已經(jīng)出來,很多公司也公布了他們的研制成果。最后一個(gè)階段正是人們追求的最終目標(biāo),自動駕駛還在不斷地測試研制當(dāng)中,技術(shù)水平也在不斷成熟和改善。

3 無人駕駛的技術(shù)原理

3.1 傳感器技術(shù)原理

“無人駕駛”要完全實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù),首先要考慮的一點(diǎn)是汽車如何感知周圍環(huán)境,并根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)做出行為決策。駕駛員在駕駛過程中的任務(wù)一直都是感受環(huán)境變化,并根據(jù)自己獲取的信息做出對行駛過程中最有利的決定,而“無人駕駛”中這些都要交給車輛本身來完成。那么車輛如何“看”到周圍環(huán)境呢？它只是裝載了計(jì)算機(jī)系統(tǒng),歸根結(jié)底還是機(jī)器,如何做到有跟人類一樣的智慧呢？要實(shí)現(xiàn)這一功能,最重要的就是傳感器,有了車載傳感器,汽車能夠根據(jù)它提供的數(shù)據(jù)判斷自身所處的位置和周圍車輛的位置、速度,以及道路相關(guān)的信息,這就使得當(dāng)周圍出現(xiàn)障礙物時(shí),車輛能夠及時(shí)計(jì)算出安全距離并計(jì)算出前輪方向盤角度和行駛速度,最終使車輛自主完成行駛?cè)蝿?wù)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。這也就是汽車能夠躲避障礙物最基礎(chǔ)的技術(shù)原理。

3.2 Google無人駕駛技術(shù)原理及瓶頸

說到無人駕駛汽車,就不得不提到Google公司研發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品。Go og le公司研制無人駕駛技術(shù)已經(jīng)有很多年,雖然它不是最先投入該領(lǐng)域的,但是它的無人駕駛汽車取得了很多技術(shù)上的突破,據(jù)記錄,谷歌的無人駕駛汽車已經(jīng)行駛超過20萬英里,它的技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？谷歌的無人駕駛汽車是通過激光發(fā)射器、雷達(dá)、攝像頭和相關(guān)處理器來“看到”其他車輛,并使用詳細(xì)的地圖來進(jìn)行導(dǎo)航。其中激光發(fā)射器是最重要的組成部分,它可以一邊旋轉(zhuǎn)一邊連續(xù)發(fā)射120m射程的激光束再重新接收,根據(jù)從發(fā)射到接收之間的時(shí)間差值來計(jì)算出其他物體和汽車本身的距離,由于激光發(fā)射器發(fā)射和接收的頻率十分地快,幾乎可以當(dāng)成實(shí)時(shí)傳送,因此汽車能夠準(zhǔn)確判斷出周圍的物體和運(yùn)動軌跡從而準(zhǔn)確高效地做出躲避障礙物的行為。

無人駕駛技術(shù)中的激光發(fā)射器是無法穿透固體障礙物的,當(dāng)路上突然出現(xiàn)行人時(shí),汽車可能無法及時(shí)檢測到導(dǎo)致不能夠快速躲避,除此之外,汽車除了要“看到”周圍的車輛,還需要預(yù)測前后方幾百米的車輛行駛情況,甚至還要在積雪等惡劣天氣下清楚地分辨環(huán)境相關(guān)的其他信息,例如紅綠燈、斑馬線、車道、交通標(biāo)志牌等等,這也是十分困難的。

3.3 導(dǎo)航定位技術(shù)

導(dǎo)航定位技術(shù)是無人駕駛汽車中必不可少的一項(xiàng)技術(shù),汽車要實(shí)現(xiàn)自動駕駛,那么能夠確定自身位置,能夠定位目的地是最基本的要求,因此談到無人駕駛汽車就必須設(shè)計(jì)導(dǎo)航定位技術(shù)。

現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛的就是G P S全球定位系統(tǒng),它的英文全稱是Global Positioning System。目前導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)普及,不管是高中低檔的汽車還是各種價(jià)位的智能手機(jī),都已經(jīng)安裝了導(dǎo)航系統(tǒng),但是GPS是如何定位的呢？其實(shí)工作原理十分簡單,人們先是發(fā)送一定數(shù)量的人造衛(wèi)星,且能夠獲取每個(gè)衛(wèi)星的具體位置,再根據(jù)多顆衛(wèi)星到用戶之間的距離值綜合起來分析,就可以獲得用戶的具體位置。衛(wèi)星的位置是由衛(wèi)星攜帶的星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出,而用戶到衛(wèi)星的距離就用衛(wèi)星信號傳播到用戶的時(shí)間乘以光速就可以得到。導(dǎo)航技術(shù)就像汽車的眼睛,如果沒有它,那汽車就沒有任何方向感可言。

4 未來展望

無人駕駛技術(shù)目前還沒有國家真正投入使用的,該技術(shù)仍然在研發(fā)階段,英國監(jiān)管部門已經(jīng)要求無人駕駛汽車配備導(dǎo)航系統(tǒng),并且必須有人監(jiān)控,在任何時(shí)候隨意切換到人工模式,這就說明該技術(shù)還是很不完善的,不能夠達(dá)到一定的安全系數(shù),因此需要人類監(jiān)管。而中國中金預(yù)計(jì)2021年無人駕駛汽車將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,美國Forrester公司預(yù)計(jì)2035年無人駕駛汽車這一趨勢將使所有汽車生產(chǎn)商轉(zhuǎn)型為高科技公司,政府也需要做好相應(yīng)的道路改造。這就可以預(yù)見,如果無人駕駛技術(shù)真正普及之后,我們整個(gè)社會都會發(fā)生翻天覆地的變化,大家不用再去考駕照,駕駛員的概念將會逐漸消失,很多殘疾人士可能無法開車,但是他們也可以擁有自己的汽車并且安全出行。交通體質(zhì)中的紅綠燈可能被賦予不同的概念,因?yàn)樗辉贋榱私o人看,而是為了給汽車看,汽車公司也都變成了研發(fā)更高科技的科技公司而不單單只為了多賣產(chǎn)品,未來的汽車將不僅僅是一種普通的交通工具,同時(shí)還是消費(fèi)類電子產(chǎn)品,是硬件和軟件的結(jié)合體

[1] 崔佳超.無人駕駛智能車在動態(tài)環(huán)境中的避障方法[D].西安工業(yè)大學(xué),2015.

[2] 李旭,張為公.智能車輛導(dǎo)航技術(shù)的研究進(jìn)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2007,(04)：24-27.

[3] 端木慶玲,阮界望,馬鈞.無人駕駛汽車的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2014,52(03)：30-33.

[4] 彭金帥.淺析無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)及其未來商業(yè)化應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,(25)：46.