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自动驾驶离我们还有多远

来源:解放日报
2021-10-21 09:54:16
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  原标题:自动驾驶离我们还有多远

  近几年,自动驾驶技术的发展突飞猛进。真正的自动驾驶是什么样的?自动驾驶技术是否安全可靠?自动驾驶汽车何时才能进入寻常百姓家?请听中国工程院院士、西安交通大学教授郑南宁在央视财经频道《中国经济大讲堂》节目中,为我们深度解读“自动驾驶离我们还有多远”。

  目前,自动驾驶技术已经得到一定规模的应用,但是要实现完全自动驾驶,还有一段很艰难的路要走。面对自动驾驶研究的热潮,我们要保持一种冷静的思考,要进一步加大基础研究和关键技术的突破,使得自动驾驶汽车有一天能够真正进入普通老百姓的日常生活,为我们带来更好的人居环境。——郑南宁

  为什么要发展自动驾驶

  首先来谈谈我们为什么要发展自动驾驶。

  1.节省人工成本。

  截至2021年5月,全国机动车保有量达到3.8亿辆,驾驶人数达到了4.65亿。自动驾驶汽车的普及,将把许多人从繁重的驾驶任务中解放出来,从而节省大量的人工成本,让人们有更多的时间去从事其他工作。

  2.减少交通事故。

  道路交通事故造成的严重后果之一,就是死亡人数居高不下。世界卫生组织的数据显示,全世界每年因交通事故而死亡的人数约为125万,交通事故是15岁至29岁年轻人的首要死亡原因。造成交通事故最主要的因素是人为失误,很多交通事故是因为超速、酒驾或者不按交通规则行驶造成的。如果让机器来替代人类,自动驾驶系统是一个智能系统,它会按照规则去理性地判断交通环境,可以不辞辛苦地重复劳动,不会出现“路怒症”,也不会走神,因此可以大大减少交通事故的发生。

  3.缓解交通拥堵。

  如今,交通拥堵成了城市的一大通病。以北京为例,目前人们平均的通勤时间为47分钟。如果未来自动驾驶得到普及,把自动驾驶技术和城市智能交通系统融为一体,优化整个城市的交通系统,就可以根据预测的交通状况,为每一辆车制定最佳的行驶路径,这样在很大程度上能缓解城市的交通拥堵。

  4.提高能源利用效率。

  我国政府已经提出,力争在2030年二氧化碳的排放达到峰值,2060年实现碳中和。为了实现这个目标,自动驾驶也可以做出一定的贡献。举个例子,大雁南飞,飞行距离有几千公里,大雁在空中飞行的平均速度约每小时68公里—90公里。头雁在飞行的时候,其身后会形成一个低气压区,其他的大雁在这个低气压区飞行,它们遇到的阻力就会减少很多。如果我们利用自动驾驶技术让车组队行驶,也可以产生像大雁飞行一样的效能,降低风阻,节省能源。

  5.重塑未来城市景观。

  从历史的发展来看,城市在一定程度上是由交通塑造而成的。在前工业化时代,城市是沿着马车道形成的;到了20世纪60年代,随着汽车的大量出现,城市由行车道路所构成。未来,自动驾驶和智能交通系统的融合,将使现在的城市形态发生改变。怎么改变呢?因为自动驾驶是按照一定的规则来行驶的,所以它会使现有的道路变窄,这样既减少了道路所占用的土地资源,同时还可以扩大城市绿化,美化城市。

  人类对自动驾驶的百年情结

  其实,人类对于自动驾驶可以说有着百年情结。

  早在1912年,出于战争的需要,美国科学家发明了一种用光电感光器件设计的能自动驶向光源的小车。这辆小车取名叫“战争狗”,它能自动驶向敌营去引爆。这是人类对自动驾驶最初的尝试。

  1925年,美国工程师通过无线电装置对汽车进行遥控,使得一辆无人驾驶车可以通过远程控制进行前进、转向和刹车等操作。

  1939年,在纽约世界博览会上,通用汽车展示了一辆能够通过铺设在道路下的电缆来进行自动驾驶的汽车,这辆车可以沿着规划好的路线自动行驶。

  到20世纪70年代末,人工智能开始引入自动驾驶的研究。1979年,美国斯坦福大学设计了一辆依赖摄像头捕捉地面上的白线进行自动驾驶的汽车,这辆小车成功地穿越了一个放满椅子的房间。20世纪80年代,美国卡内基梅隆大学研发了一种自动驾驶的货车。1987年,德国慕尼黑联邦国防军大学也研发出一种自动驾驶汽车。

  1989年,中国开始了自动驾驶的研究。2001年,西安交通大学组建了无人驾驶研究的课题组,并于2003年研制出“思源1号”自动驾驶汽车,这辆自动驾驶汽车能以每小时10公里—15公里的速度在校园内进行自主行驶。当时,我们制订了一个雄心勃勃的计划,要让这辆车走出校门,从西安行驶到敦煌。但是,这辆车开出校园后几乎寸步难行,因为真实的交通场景远比校园里进行的道路测试要复杂多变,因此,在大多数的场合与环境下,这辆车都需要经过人工干预,只有在沙漠地带的公路上才能平稳地行驶。这是一次不成功的挑战,但是给我们带来了对所存在问题深刻思考和应对挑战的决心。

  2008年,国家自然科学基金委启动了“视听觉信息的认知计算”重大研究计划。为了验证实验室的研究成果,2009年,国家自然科学基金委举办了中国智能车未来挑战赛。从2009年到2020年,挑战赛已经成功举办了12届,现在很多企业从事自动驾驶的骨干人员中有不少人都参加过中国智能车未来挑战赛,我们称这个挑战赛是“中国自动驾驶技术研究的摇篮”。

  早期的中国自动驾驶汽车可以用8个字来形容:“封闭道路,步履维艰”。到了2013年—2015年这个阶段,自动驾驶车辆可以在简单的道路上缓慢行驶。2015年后,中国的自动驾驶技术走向了一个新的发展阶段,自动驾驶汽车可以在自然车流中行进,可以自如地转换车道,也可以在乡村道路、城市道路以及高速公路上行驶。尤其是在乡村道路上,没有车道线和交通指示灯,自动驾驶车完全依赖自己的传感器和算法来自动判断道路环境,进行自主行驶。

  2011年的时候,我国只有156家自动驾驶的相关企业。到2020年底,我国已有8714家自动驾驶的相关企业,涵盖核心传感激光雷达、视觉芯片与系统、高精度地图、网约车企、5G通信等全生态链条。

  还需破解五大技术难题

  自动驾驶技术分为硬件层、感知层、规划与推理层,这是自动驾驶技术最基本的三层结构。

  所谓硬件层,包括车载的各种传感器和执行器(方向盘、油门、刹车等),与传统汽车相差不大。感知层是由感知模块、环境建模组成,所谓感知模块就是要识别出周边的车辆、物体以及道路的状况,环境建模则是要识别出周围的环境以及车自身的位置、可行驶区域等等。规划与推理层是根据感知层所提供的数据生成全局地图,让自动驾驶汽车通过全局地图来规划它的行驶路线。同时,在行驶的过程中还要给出一条短路径,来确定汽车在下一个时刻的行驶行为,比如转向、速度等等,把这些决策的指令再送到硬件层的执行器,从而完成从感知、规划、推理、控制到执行的整个过程。

  那么,要真正实现自动驾驶,还有哪些技术难题需要突破?

  第一,复杂交通场景的周密感知。

  自动驾驶汽车必须要在所有条件下都能实现自动驾驶,也就是说,无论何种天气,无论在何种路况条件下,汽车都能做出安全的响应。自动驾驶必须是一种不能犯任何错误的人工智能系统,因为它一旦犯错,就会酿成交通事故。所以,我们必须要让自动驾驶汽车能够周密、可靠地感知周边的环境。

  第二,理解“预行为”。

  所谓“预行为”,是指在产生这个行为之前,自动驾驶汽车可以去判断在下一个时刻,周边的车辆或者移动的物体会发生什么样的变化。我们人类驾驶员是根据前方车辆或者周边的移动物体的预行为来感知汽车的行驶意图的,比如,我们会通过前方汽车的行为来判断该车驾驶员是一个新手还是一位老司机,这样对自己的驾驶行为会有一个预判。但是,目前的自动驾驶技术还很难解释细微的预行为。

  第三,对意外情况的应对。

  人类驾驶员可以根据身体的语言和其他语境的线索来理解交通场景。比如,我们开车到了某个区域,突然遇到了交通管制,驾驶员可以通过交警的手势制订自己下一步的行驶计划。但是,目前的自动驾驶技术很难去解释这类异常情况。此外,还有一种意外遭遇的现象。比如,路边有个孩子,他手里拿着一个玩具,突然这个玩具掉到路边,他要去拾起它。自动驾驶目前还没有办法将这种意外情况事先编码写入算法当中。

  第四,人与车的自然交互。

  人与自动驾驶汽车有许多自然交互的场景。比如,乘客坐到自动驾驶汽车里,要用语言和自动驾驶汽车进行沟通,告诉汽车自己要去哪里;在行驶途中,他会和自动驾驶汽车对话,询问还有多少时间才能到达目的地,等等。这种自然的交流,不仅能为乘客提供一种舒适的体验,也是一种安全的认证。此外,在未来,人类驾驶员开的车和无人驾驶汽车会共享道路,那时候车与车之间的交互也非常重要。因此,人与车的自然交互,还有很多课题需要研究。

  第五,网络安全的保障。

  自动驾驶汽车要通过云端更新它的地图,获取相关数据,因而面临着很大的风险。比如,黑客会侵入自动驾驶汽车系统,他可能禁用自动驾驶汽车,也可能在行驶过程中制造交通事故。所以,网络安全也是重中之重。

  聪明的车+智慧的路+强大的云

  国际汽车工程师协会把汽车智能划分为六级,它们分别是:人工驾驶(L0)、辅助驾驶(L1)、半自动驾驶(L2)、高度自动驾驶(L3)、超高度自动驾驶(L4)和全自动驾驶(L5)。目前来看,大多数厂商所谓的自动驾驶汽车仍然处于L2级,也就是半自动驾驶的级别,对于自动驾驶技术还不能过度依赖。

  国务院办公厅2020年10月印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》提出,到2025年,高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用,力争经过15年的持续努力,高度自动驾驶汽车实现规模化应用。

  那么,自动驾驶大规模应用,除了自动驾驶汽车本身的技术升级以外,还有哪些配套措施需要落地?

  首先,我们需要一种这样的生态——聪明的车+智慧的路+强大的云,才能使自动驾驶技术得到大规模的应用。“聪明的车”是要提高车本身的智能水平,“智慧的路”是要使车和路能够协同起来,“强大的云”则是指城市智能交通系统,这三者需要融为一体。在城市道路的路侧要装上大量的传感器,把车和云通过车路协同联系起来。此外,车也可以和云建立数据交换,这些数据反过来可以对自动驾驶汽车技术进行改进。因此,自动驾驶的发展需要强化基础设施的建设,包括车联网的通信设备、车路协同的设施、云数据计算中心等等。

  其次,自动驾驶的发展需要强化标准体系。

  自动驾驶标准体系的建立,应该从顶层引导自动驾驶技术的发展,同时要加强各个行业标准之间的协同、配套,行业自主与国家监管要同步进行。比如,需要建设大量的虚拟仿真测试与道路测试相结合的自动驾驶测试场。自动驾驶测试场就是为自动驾驶汽车提供的“驾校”,所有的自动驾驶汽车在上路之前必须要通过测试。我们一定要在标准体系的建设中,使自动驾驶汽车健康可持续地发展。

  再次,自动驾驶的发展需要强化法律法规。

  自动驾驶汽车大规模上路以后,与它相关的交通事故责任划分、保险理赔以及隐私保护、信息安全等各方面都需要进一步落实。此外,在商业应用方面也需要强化法律法规。

  我认为,自动驾驶汽车可能会带来一种新的商业模式。目前,我们普通家庭的私家车每辆大约十几万元、二十几万元。而自动驾驶汽车,根据配载的传感器,价格可能会达到传统汽车的几倍以上。从这个价格来看,今后自动驾驶汽车可能会以一种服务提供或是共享的形式来实现大规模应用。

  目前,自动驾驶技术已经得到一定规模的应用,但是要实现完全自动驾驶,还有一段很艰难的路要走。我们要创造智慧城市的未来,自动驾驶只是一个开始。面对自动驾驶研究的热潮,我们要保持一种冷静的思考,要进一步加大基础研究和关键技术的突破,使得自动驾驶汽车有一天能够真正进入普通老百姓的日常生活,为我们带来更好的人居环境。(解放日报记者 徐蓓 整理)

责任编辑:陈思南

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