一文了解自動(dòng)駕駛的前世今生

自動(dòng)駕駛汽車通過攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器來感知世界。類似雷達(dá)，激光雷達(dá)，使用不可見的光脈沖來繪制周圍區(qū)域的高精度3D地圖。攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)三者是相輔相成的關(guān)系。攝像頭便宜，可以看到道路標(biāo)記，但卻不能測(cè)量距離；雷達(dá)可以測(cè)量距離和速度，但卻捕捉不到細(xì)節(jié)；激光雷達(dá)提供了很好的細(xì)節(jié)，但是價(jià)格昂貴，并且容易將雪地和其他地形混淆。

現(xiàn)代汽車時(shí)代是從競(jìng)爭(zhēng)開始的。

在19世紀(jì)90年代早期，人們對(duì)新興的無馬車技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，當(dāng)時(shí)，它有望集火車的速度、馬車的靈活性和自行車的便利性于一身。法國(guó)的Le Petit Journal報(bào)社憑借其強(qiáng)大的宣傳影響力舉辦了一場(chǎng)比賽，欲比較出蒸汽、電力或汽油三者誰才是最佳的推動(dòng)力。該報(bào)邀請(qǐng)參賽者從巴黎開車到79英里外的魯昂。該評(píng)比并不是以他們車輛的速度來一較高下，而是考察這些車是否安全、易于使用和有商業(yè)價(jià)值。

這場(chǎng)比賽于1894年7月舉行，共有21輛全新發(fā)明的車從巴黎出發(fā)，吸引了眾多圍觀者。最后，只有17輛車完成了比賽。比賽路上，有七條狗被撞倒，一名自行車手受傷。最終，贏得大獎(jiǎng)的，是一名叫做Gottlieb Daimler（哥特利布·戴姆勒）的發(fā)明家。

*戴姆勒

在這次比賽中，他一共派出了9輛由其發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，其中，有4輛同時(shí)獲得了一等獎(jiǎng)。裁判宣布，戴姆勒為車輛提供了“石油或汽油燃料轉(zhuǎn)化成的內(nèi)在動(dòng)力”，這種車開始有了一個(gè)法語名字——“Automobile”（汽車）。戴姆勒的勝利確立了汽車在20世紀(jì)的霸主地位，汽車這個(gè)術(shù)語很快就滲透到英語和其他語言中。

有意思的是，現(xiàn)代自動(dòng)駕駛汽車的時(shí)代也是從比賽開始的。2004年3月，美國(guó)主要的軍事研究機(jī)構(gòu)DARPA在莫哈韋（Mojave）沙漠組織了一場(chǎng)比賽，要求無人駕駛車輛駕駛150英里的越野路線。這場(chǎng)比賽共有21支隊(duì)伍獲得參賽資格，但經(jīng)過賽前評(píng)比和意外事故后，最終只有12輛車參賽。由于機(jī)械故障和陷入沙坑等問題，所有參賽隊(duì)伍都沒有跑完全程?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的“沙塵暴”（Sandstorm），跑出了最佳成績(jī)，在被卡住之前行駛了7.4英里。在它試圖解救自己的時(shí)時(shí)候，不幸前輪起火。

看來DARPA似乎設(shè)置了太高的標(biāo)準(zhǔn)。2005年10月，他們舉行另一場(chǎng)比賽時(shí)，23支參賽隊(duì)伍中有5支完成了132英里的路程，剩下的，只有一支隊(duì)伍未能完成一年前的7.4英里的記錄。斯坦福大學(xué)Sebastian Thrun所領(lǐng)導(dǎo)的一支隊(duì)伍獲得第一名，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“沙塵暴”排名第二。

*Sandstorm

在短短的18個(gè)月里，自動(dòng)駕駛就從不可能變成了可能。在2007年11月的第三次DARPA比賽中，參賽車輛必須在模擬的城市環(huán)境中完成任務(wù)，處理路標(biāo)、交通信號(hào)和其他車輛等問題。11支團(tuán)隊(duì)中，有6支完成了這個(gè)更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

這種快速的發(fā)展步伐，令Google在2009年建立了由Thrun領(lǐng)導(dǎo)的自動(dòng)駕駛汽車項(xiàng)目。自那時(shí)起，DARPA競(jìng)賽的參賽者們已經(jīng)開始在Google、Uber、特斯拉和許多初創(chuàng)公司開展自動(dòng)駕駛技術(shù)研究。2012年，自動(dòng)駕駛原型車開始進(jìn)入美國(guó)公共道路，他們已經(jīng)行駛了數(shù)百萬英里，也變得更加安全可靠。但這項(xiàng)技術(shù)離大規(guī)模部署還有一段距離。

真正的完全自動(dòng)駕駛汽車必須解決三個(gè)獨(dú)立的任務(wù)：感知（了解周圍世界發(fā)生了什么）、預(yù)測(cè)（確定下一步會(huì)發(fā)生什么）和駕駛策略（采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)）。Thrun說，最后一個(gè)任務(wù)是最簡(jiǎn)單的，自動(dòng)駕駛中只有10%的問題與之有關(guān)，而感知和預(yù)測(cè)則是較困難的部分。

自動(dòng)駕駛汽車通過攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器來感知世界。類似雷達(dá)，激光雷達(dá)，使用不可見的光脈沖來繪制周圍區(qū)域的高精度3D地圖。攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)三者是相輔相成的關(guān)系。攝像頭便宜，可以看到道路標(biāo)記，但卻不能測(cè)量距離；雷達(dá)可以測(cè)量距離和速度，但卻捕捉不到細(xì)節(jié)；激光雷達(dá)提供了很好的細(xì)節(jié)，但是價(jià)格昂貴，并且容易將雪地和其他地形混淆。

大多數(shù)從事自動(dòng)駕駛工作的人都認(rèn)為，有必要將幾種傳感器組合起來確保安全性和可靠性。（不過，特斯拉是一個(gè)明顯的例外：它希望在不使用激光雷達(dá)的條件下實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛）。目前，高端的激光雷達(dá)系統(tǒng)要數(shù)萬美元，初創(chuàng)公司正在研發(fā)新的固態(tài)激光雷達(dá)，有望最終將激光雷達(dá)的價(jià)格降低到幾百美元。

結(jié)合來自傳感器的數(shù)據(jù)后，汽車需要識(shí)別周圍的物體：其他車輛、行人、騎自行車的人、路面標(biāo)記、道路標(biāo)志等。在識(shí)別方面，人類比機(jī)器要好得多，機(jī)器必須通過大量仔細(xì)標(biāo)記的樣本訓(xùn)練過后才有這樣的能力。獲得這些樣本的一種方法是雇人手動(dòng)標(biāo)記圖像。

位于西雅圖的Mighty AI擁有一個(gè)30萬人的在線社區(qū)，他們?yōu)樵S多汽車企業(yè)客戶標(biāo)記街景圖像?！拔覀兿Ｍ嚹軌蛴腥说呐袛嗔?，”Mighty AI的老板Daryn Nakhuda說，“因此我們需要人類專業(yè)技能的幫助?！?/p>

一些來自視頻游戲的圖像，如《俠盜獵車手》中的圖像，與現(xiàn)實(shí)街景非常接近，也可以起到幫助做用。因?yàn)橛螒蜍浖酪磺惺挛?，它可以?zhǔn)確地標(biāo)記這些場(chǎng)景，因此這些圖像也可以用于訓(xùn)練。

Thrun說，最難識(shí)別的是那些很少見的東西，例如路上的垃圾或是在高速公路上被吹起的塑料袋。他回憶起Google的自動(dòng)駕駛項(xiàng)目早期的時(shí)候，“我們的感知模塊無法區(qū)分出物體究竟是塑料袋還是飛奔的孩子。”路上的水坑也讓識(shí)別系統(tǒng)混淆。不過，結(jié)合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)就可以分辨道路上的物品是否為堅(jiān)硬的障礙物。

傳感器獲得的數(shù)據(jù)還能夠與先前在同一條路上行駛的其他車輛收集的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這種相互交流的過程被稱為“車隊(duì)學(xué)習(xí)”。自動(dòng)駕駛的先行者們已經(jīng)積累了許多的數(shù)據(jù)，這讓他們占一定的優(yōu)勢(shì)，但一些創(chuàng)業(yè)公司也在制作和銷售現(xiàn)成的供自動(dòng)駕駛汽車使用的高精度地圖。

一輛車識(shí)別出周圍的一切之后，它就需要立刻預(yù)測(cè)未來幾秒會(huì)發(fā)生什么并決定如何應(yīng)對(duì)。道路標(biāo)志，交通信號(hào)燈，停車燈和轉(zhuǎn)向標(biāo)志也提供了一些提示。但是，自動(dòng)駕駛車輛在某些地方還離人類駕駛員還是有差距的，人類駕駛員擅于處理一些意外情況，例如道路施工、拋錨的車輛、運(yùn)輸卡車，緊急車輛、倒下的樹木或惡劣的天氣等。雪是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)：激光雷達(dá)系統(tǒng)必須仔細(xì)調(diào)整才能忽略飄落的雪花，道路積雪也會(huì)降低高精度地圖的準(zhǔn)確度。

雖然高精度地圖技術(shù)仍在開發(fā)中，但它對(duì)于一些限定的地區(qū)還是有幫助的，這些地區(qū)已有了詳細(xì)繪制的地圖并且通常天氣很好。這就解釋了為什么陽光燦爛、道路規(guī)劃整齊的鳳凰城能成為測(cè)試自動(dòng)駕駛車輛的熱門城市。而匹茲堡則由于其惡劣的天氣，是一座測(cè)試難度比較大的城市。

被通用汽車收購的自動(dòng)駕駛創(chuàng)業(yè)公司Cruise，則選擇在舊金山市中心復(fù)雜的街道上進(jìn)行測(cè)試，其表現(xiàn)也給人們留下了深刻的印象。Cruise的創(chuàng)始人 Kyle Vogt認(rèn)為，在人口稠密的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試意味著汽車會(huì)經(jīng)常遇到異常情況，因此能學(xué)得更快。

當(dāng)自動(dòng)駕駛車輛感到困惑并且不知道如何回應(yīng)或做出錯(cuò)誤決定時(shí)，駕駛座上的安全工程師就會(huì)接管。這就是所謂的“脫離”，每千英里的脫離數(shù)為對(duì)比自動(dòng)駕駛相關(guān)公司提供了一個(gè)粗略衡量標(biāo)準(zhǔn)（見上圖表）。不過，最好還是不要將脫離視為失敗的情況，脫離其實(shí)是有助于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)吸取經(jīng)驗(yàn)并改進(jìn)的。

Uber自動(dòng)駕駛汽車部門的安全負(fù)責(zé)人Noah Zych表示，在接近脫離狀態(tài)時(shí)記錄的傳感器數(shù)據(jù)可以揭示汽車出了什么問題。然后就可以在模擬中對(duì)同一問題進(jìn)行測(cè)試，然后修改軟件。Zych說：“我們可以一次又一次地測(cè)試，改變情景，分析不同的結(jié)果，”改進(jìn)后的軟件最后會(huì)在真實(shí)汽車中使用。

就算自動(dòng)駕駛現(xiàn)在就能被廣泛部署，他們?nèi)匀慌紶栃枰说膸椭?。無人駕駛接駁車制造商N(yùn)avya的CEO Christophe Sapet舉了個(gè)例子：在一個(gè)兩車道的路上，自動(dòng)駕駛汽車由于不敢越過道路中的實(shí)線而追尾了一輛拋錨的卡車。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因，是自動(dòng)駕駛汽車被編程、被設(shè)定必須遵守交通規(guī)則（而不會(huì)隨機(jī)應(yīng)變）。但如果是人類，只要對(duì)面沒車，就會(huì)壓過實(shí)線繞開這兩卡車。

Navya的自動(dòng)駕駛車輛則會(huì)向遠(yuǎn)程監(jiān)督中心求助，人類操作員可以看到車輛攝像頭拍攝的實(shí)時(shí)信號(hào)。遇到剛剛所說的情況時(shí)，操作人員并不會(huì)直接遠(yuǎn)程控制一起，而是在保證安全的情況下允許該車壓過實(shí)線行駛。Thrun預(yù)測(cè)，這些操作員在未來可能會(huì)一次監(jiān)控?cái)?shù)千輛自動(dòng)駕駛車。

與此同時(shí)，低配版的自動(dòng)駕駛在正在逐漸加入到現(xiàn)有的汽車之中。由美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)制定的量化表將自動(dòng)駕駛水平分成了5個(gè)等級(jí)。Level 1級(jí)別的自動(dòng)駕駛包括基本的協(xié)助（如巡航控制）。Level 2級(jí)別增加了諸如車道保持等功能，令汽車能夠在高速公路上行駛，但仍要求駕駛員時(shí)刻注意。奧迪今年推出的A8是第一款達(dá)到Level 3級(jí)別的車型，它能夠自動(dòng)駕駛并監(jiān)控周圍環(huán)境，但在系統(tǒng)要求時(shí)，駕駛員及時(shí)必須接管。

*奧迪A8

Waymo、Uber和其的公司則試圖直接跳到Level 4級(jí)別，即在特定的條件下，例如在城市的特定地區(qū)，車輛能夠完全自動(dòng)駕駛。一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，Level 2級(jí)別和Level3級(jí)別這種不完全的自動(dòng)駕駛是不安全的，因?yàn)榧词瓜到y(tǒng)控制了車輛，駕駛員仍然需要時(shí)刻注意，而駕駛員們很難做到這一點(diǎn)。

2016年5月，一輛特斯拉Model S撞上了一輛卡車，司機(jī)在事故中喪生，調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，盡管Autopilot系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)出警告，但司機(jī)仍然未能留意道路情況。特斯拉的Autopilot就屬于Level 2級(jí)別。

自動(dòng)駕駛汽車的面臨的一個(gè)問題是，道路是為了人類司機(jī)而建的，自動(dòng)駕駛汽車必須與之共享道路。人會(huì)通過燈光和使用其他非語言的提示進(jìn)行交流，這些提示因地而異。自動(dòng)駕駛的技術(shù)制造商Mobileye的CTO Amnon Shashua認(rèn)為，自動(dòng)駕駛車輛可能最終能夠適應(yīng)周圍環(huán)境，例如，在波士頓開車就要比在加州猛一些。

自動(dòng)駕駛汽車公司Aurora的CEO Chris Urmson說：“我們必須讓汽車能夠在像今天這樣的世界中運(yùn)行?！?/p>

但將來，事情可能會(huì)變得容易些。在未來，可能會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛專用的道路或區(qū)域，以及用于支持它們的專用設(shè)備，即V2I（車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備）技術(shù)。在一些已經(jīng)有自動(dòng)駕駛汽車運(yùn)行的地區(qū)，已經(jīng)對(duì)交通信號(hào)燈做了一些修改。未來，V2I和V2V（車對(duì)車）技術(shù)能夠幫助自動(dòng)駕駛車輛更好地相互協(xié)調(diào)。

公眾似乎主要擔(dān)憂與自動(dòng)駕駛汽車有關(guān)的兩種潛在風(fēng)險(xiǎn)：第一種就是他們應(yīng)該如何面對(duì)道德困境。比如說，在撞到一群孩子和撞向另一輛車之間進(jìn)行選擇。許多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這些問題并不能反映現(xiàn)實(shí)世界。

第二個(gè)擔(dān)憂就是網(wǎng)絡(luò)攻擊。自動(dòng)駕駛汽車本質(zhì)上是安裝在車上的計(jì)算機(jī)，可能會(huì)被遠(yuǎn)程劫持和破壞。不過，自動(dòng)駕駛業(yè)內(nèi)的工程師們則堅(jiān)持，他們非常重視網(wǎng)絡(luò)安全，他們所建立的多重冗余傳感器和控制系統(tǒng)，在技術(shù)上說，可以提供一定的安全保障。如果一輛自動(dòng)駕駛車中的任何部分開始出現(xiàn)異常的行為，無論出于何種原因，這輛車都會(huì)停下來。Sapet開玩笑說：“想使用普通汽車殺人比使用無人駕駛汽車更容易。”

自動(dòng)駕駛車輛很快就要進(jìn)入我們的生活了，至少能在天氣良好、有序的環(huán)境中行駛?！耙坏┠阏业搅藛栴}的關(guān)鍵，它就能漸漸被完全解決?！?Urmson說。

從不可到可能，從可能到現(xiàn)實(shí)生活，盡管公眾仍有擔(dān)憂，但自動(dòng)駕駛的發(fā)展速度，可以說是越來越快了。