无人驾驶技术

刘庆显

(山东省实验中学,山东济南 250001)

1 “无人驾驶“概念

“无人驾驶技术“,即用计算机取代驾驶员来控制汽车,从而利用相关知识原理将驾驶员从驾驶任务中解脱出来的技术。换句话说,”无人驾驶汽车“也就是把驾驶员换成了计算机,在这个层面上,汽车也变成了一个智能机器人,拥有驾驶员该具备的躲避障碍物、观察周围环境、实时做出行为决策等等素质,从而实现车辆安全、高效地行驶。”无人驾驶技术”,它是一个宽泛的概念,而不仅仅是简单的一个技术,要实现它就必须实现各方面的智能技术,从而合成一个整体的概念,同时它也是人工智能延伸应用的一个重要领域,因为其中的每一个技术几乎都和人工智能息息相关。从20世纪70年代起,欧洲的一些发达国家例如美国德国等,就已经开始进行无人驾驶方面的研究工作,而中国稍微晚一点,是从20世纪80年代开始研究,目前,它已经是人工智能方向一个相当热门的技术。

2 从“有人驾驶”到“无人驾驶”

“无人驾驶技术”热潮的掀起不是没有缘由的。汽车行业的兴起,使得人们对汽车各方面性能的要求越来越高,一开始人们希望汽车能够更快捷方便,速度更快,启动更快,反应更快,低耗能成为了人们初步的追求,但随着汽车行业不断发展,人们生活水平不断提高,人们又希望汽车更舒适,设计更加人性化,甚至能够听懂驾驶员的指令,越来越具备“智能”,拥有跟人类的一样的智慧,最终人们希望能够将驾驶员从驾驶的任务中解脱出来,在绝对安全的情况下,人们可以在车内睡觉、阅读、看书,甚至办公,再也不用关心跟驾驶有关的任何问题,于是”无人驾驶技术”在历史的推动中被人们关注,并不断进行相关研究。整体上来说,从“有人驾驶”到“无人驾驶”,可以被分为四个阶段：(1)驾驶员辅助。这一阶段是指：驾驶员在驾驶过程中会收到汽车上相关辅助系统的提示信息或已经采集好的重要信息,来提醒或者警告驾驶员在当前驾驶过程中可能遇到的问题,应该规避的风险等等。(2)半自动驾驶。这一阶段仍由驾驶员占绝大部分主导作用,车辆也由驾驶员主要负责驾驶,但不同之处在于,如果驾驶员在收到相关警告、提示之后还是没有做出相关行为决策来防止危险的发生,那么就由汽车本身做出强制行为,如：紧急自动刹车。(3)高度自动驾驶。这一阶段“自动驾驶”的概念才真正体现出来,人们在行驶的路程当中,除了自己开车以外,可能还会有很长或很短的一段时间是由车辆自动行驶而不用驾驶员监管的。(4)完全自动驾驶。这一阶段真正实现了“无人驾驶技术”。驾驶员已经脱离了这个角色,车内的人都只扮演着乘客的角色,车辆可以自动选择最佳路径,并且及时根据周围情况做出相关反应,在这同时还能够保证乘客的安全,避免意外情况而对乘客产生安全威胁。

这四个阶段中,第一、二阶段已经完全实现了,基本上相关功能在中高档车上已经普及,而且价位也在不断降低。第三阶段正在研制当中,但并未普及,基本模型已经出来,很多公司也公布了他们的研制成果。最后一个阶段正是人们追求的最终目标,自动驾驶还在不断地测试研制当中,技术水平也在不断成熟和改善。

3 无人驾驶的技术原理

3.1 传感器技术原理

“无人驾驶”要完全实现相关技术,首先要考虑的一点是汽车如何感知周围环境,并根据环境实时做出行为决策。驾驶员在驾驶过程中的任务一直都是感受环境变化,并根据自己获取的信息做出对行驶过程中最有利的决定,而“无人驾驶”中这些都要交给车辆本身来完成。那么车辆如何“看”到周围环境呢？它只是装载了计算机系统,归根结底还是机器,如何做到有跟人类一样的智慧呢？要实现这一功能,最重要的就是传感器,有了车载传感器,汽车能够根据它提供的数据判断自身所处的位置和周围车辆的位置、速度,以及道路相关的信息,这就使得当周围出现障碍物时,车辆能够及时计算出安全距离并计算出前轮方向盘角度和行驶速度,最终使车辆自主完成行驶任务到达目标点。这也就是汽车能够躲避障碍物最基础的技术原理。

3.2 Google无人驾驶技术原理及瓶颈

说到无人驾驶汽车,就不得不提到Google公司研发的相关产品。Go og le公司研制无人驾驶技术已经有很多年,虽然它不是最先投入该领域的,但是它的无人驾驶汽车取得了很多技术上的突破,据记录,谷歌的无人驾驶汽车已经行驶超过20万英里,它的技术是如何实现的呢？谷歌的无人驾驶汽车是通过激光发射器、雷达、摄像头和相关处理器来“看到”其他车辆,并使用详细的地图来进行导航。其中激光发射器是最重要的组成部分,它可以一边旋转一边连续发射120m射程的激光束再重新接收,根据从发射到接收之间的时间差值来计算出其他物体和汽车本身的距离,由于激光发射器发射和接收的频率十分地快,几乎可以当成实时传送,因此汽车能够准确判断出周围的物体和运动轨迹从而准确高效地做出躲避障碍物的行为。

无人驾驶技术中的激光发射器是无法穿透固体障碍物的,当路上突然出现行人时,汽车可能无法及时检测到导致不能够快速躲避,除此之外,汽车除了要“看到”周围的车辆,还需要预测前后方几百米的车辆行驶情况,甚至还要在积雪等恶劣天气下清楚地分辨环境相关的其他信息,例如红绿灯、斑马线、车道、交通标志牌等等,这也是十分困难的。

3.3 导航定位技术

导航定位技术是无人驾驶汽车中必不可少的一项技术,汽车要实现自动驾驶,那么能够确定自身位置,能够定位目的地是最基本的要求,因此谈到无人驾驶汽车就必须设计导航定位技术。

现在运用最广泛的就是G P S全球定位系统,它的英文全称是Global Positioning System。目前导航系统已经普及,不管是高中低档的汽车还是各种价位的智能手机,都已经安装了导航系统,但是GPS是如何定位的呢？其实工作原理十分简单,人们先是发送一定数量的人造卫星,且能够获取每个卫星的具体位置,再根据多颗卫星到用户之间的距离值综合起来分析,就可以获得用户的具体位置。卫星的位置是由卫星携带的星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出,而用户到卫星的距离就用卫星信号传播到用户的时间乘以光速就可以得到。导航技术就像汽车的眼睛,如果没有它,那汽车就没有任何方向感可言。

4 未来展望

无人驾驶技术目前还没有国家真正投入使用的,该技术仍然在研发阶段,英国监管部门已经要求无人驾驶汽车配备导航系统,并且必须有人监控,在任何时候随意切换到人工模式,这就说明该技术还是很不完善的,不能够达到一定的安全系数,因此需要人类监管。而中国中金预计2021年无人驾驶汽车将实现商业化应用,美国Forrester公司预计2035年无人驾驶汽车这一趋势将使所有汽车生产商转型为高科技公司,政府也需要做好相应的道路改造。这就可以预见,如果无人驾驶技术真正普及之后,我们整个社会都会发生翻天覆地的变化,大家不用再去考驾照,驾驶员的概念将会逐渐消失,很多残疾人士可能无法开车,但是他们也可以拥有自己的汽车并且安全出行。交通体质中的红绿灯可能被赋予不同的概念,因为它不再为了给人看,而是为了给汽车看,汽车公司也都变成了研发更高科技的科技公司而不单单只为了多卖产品,未来的汽车将不仅仅是一种普通的交通工具,同时还是消费类电子产品,是硬件和软件的结合体

[1] 崔佳超.无人驾驶智能车在动态环境中的避障方法[D].西安工业大学,2015.

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[3] 端木庆玲,阮界望,马钧.无人驾驶汽车的先进技术与发展[J].农业装备与车辆工程,2014,52(03)：30-33.

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