自動(dòng)駕駛綜述

農(nóng)東樂(lè)

摘 要：隨著科技不斷發(fā)展，未來(lái)人類(lèi)世界所發(fā)展的方向必然是向智能化進(jìn)行發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車(chē)，也稱(chēng)無(wú)人駕駛汽車(chē)應(yīng)時(shí)代潮流而興起，這將是未來(lái)汽車(chē)所追求智能化方面的最終目標(biāo)。本文將對(duì)世界自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展歷史，原理，基本構(gòu)成及有關(guān)安全問(wèn)題和ADAS系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕；ADAS系統(tǒng)；人體姿態(tài)識(shí)別；頭部姿態(tài)識(shí)別；視線跟蹤

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0236-03

1 自動(dòng)駕駛的發(fā)展歷史

自動(dòng)駕駛這一概念是怎么來(lái)的呢？它是由一名美國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)師，諾曼·貝爾格·迪斯（Norman Bale Geddes，1893～1958）在1933年提出的，然后在英、美等國(guó)家先后開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)[1]。

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)龍頭—谷歌首先提出并倡導(dǎo)了對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究，它代表了目前自動(dòng)駕駛的最高水平。谷歌從2009年起開(kāi)始了對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)，2011年10月，谷歌在內(nèi)華達(dá)州和加州的莫哈韋沙漠進(jìn)行自動(dòng)駕駛的測(cè)試，并于2012年4月宣布自己測(cè)試的自動(dòng)駕駛汽車(chē)已經(jīng)開(kāi)了20萬(wàn)公里且已經(jīng)申請(qǐng)和獲得了多項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利。目前正在測(cè)試的無(wú)人駕駛汽車(chē)已累計(jì)行駛超過(guò)160萬(wàn)千米[2]。谷歌在每個(gè)月都會(huì)在自己的網(wǎng)站上公開(kāi)團(tuán)隊(duì)自動(dòng)駕駛研究項(xiàng)目的發(fā)展報(bào)告，不僅會(huì)透露無(wú)人駕駛每次事故的詳細(xì)內(nèi)容，還會(huì)分享無(wú)人車(chē)遇到的有趣的事。

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的國(guó)家加入了開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)的潮流之中。我國(guó)也應(yīng)時(shí)代潮流的號(hào)召加入其中。

在國(guó)內(nèi)，2014年4月份百度公司正式開(kāi)啟對(duì)自動(dòng)駕駛的研究項(xiàng)目。百度所研發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)已經(jīng)可以在環(huán)城、城市路以及高速公路的混合路況下完成汽車(chē)的自動(dòng)駕駛。百度將AI與互聯(lián)網(wǎng)作為自動(dòng)駕駛技術(shù)的核心，并且在2017年12月2號(hào)當(dāng)天，國(guó)內(nèi)第一輛自動(dòng)駕駛客運(yùn)巴士正式在深圳進(jìn)行試運(yùn)。百度公司取得的成就也代表著我國(guó)在高新技術(shù)方面的成就。

2 自動(dòng)駕駛的基本原理及構(gòu)成

自動(dòng)駕駛汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)載顯示器上的電子地圖會(huì)標(biāo)出目的地并根據(jù)資料庫(kù)的信息設(shè)計(jì)好大致的行駛路線，并將做好的電子地圖導(dǎo)入車(chē)上搭載的CPU（中央處理器）中，CPU則根據(jù)地塊邊界進(jìn)行規(guī)劃，選出最合適的行駛路徑。同時(shí)車(chē)載雷達(dá)上的DGPS（Differential Global Positioning System，差分全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)汽車(chē)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通訊手段發(fā)送給汽車(chē)的CPU，將補(bǔ)償?shù)玫胶蟮奈恢眯畔⑴c電子地圖規(guī)劃好的路徑進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)自動(dòng)變速轉(zhuǎn)向功能來(lái)控制無(wú)人駕駛汽車(chē)的行駛速度和方向。汽車(chē)中的距離傳感器、紅外線傳感器和視頻攝像頭則將采集到的信息傳給CPU進(jìn)行判斷決策，并且構(gòu)成緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。

如圖1所示是谷歌研發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，它通過(guò)使用雷達(dá)、紅外照相機(jī)，以及激光定位器來(lái)了解周?chē)慕煌顩r，并通過(guò)GPS全球定位系統(tǒng)對(duì)前方的道路進(jìn)行導(dǎo)航。最后，這些采集到的數(shù)據(jù)會(huì)傳到主控電腦中進(jìn)行分析并給出優(yōu)化方案。

3 自動(dòng)駕駛存在的相關(guān)安全問(wèn)題與ADAS系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)駕駛的相關(guān)安全問(wèn)題

自動(dòng)駕駛作為一種智能化交通工具，能夠代替人類(lèi)完成一系列的駕駛行為。自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展無(wú)疑會(huì)給我們的生活和出行帶來(lái)更多便利。自動(dòng)駕駛的應(yīng)用和推廣可使高效率的出行成為可能，并且可以推動(dòng)電能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔新型的能源發(fā)展，改善空氣質(zhì)量，優(yōu)化我們的生活環(huán)境。

然而從100多年前汽車(chē)革命的推動(dòng)開(kāi)始，人們對(duì)于汽車(chē)帶來(lái)的社會(huì)變革頗有爭(zhēng)議，自動(dòng)駕駛作為一種新型駕駛方式，由于技術(shù)還未成熟，目前尚未能被大眾所接受。

如表1所示，2009年到2015年的6年時(shí)間內(nèi)，在谷歌自動(dòng)駕駛汽車(chē)的測(cè)試中，汽車(chē)自動(dòng)行駛了274公里，共發(fā)生了11次事故，其中包括7次追尾事故和4次側(cè)面刮蹭，沒(méi)有造成人員死亡。谷歌研究院調(diào)查表明，這些事故都是其他車(chē)輛駕駛員操作不當(dāng)撞上了谷歌試驗(yàn)車(chē)。

2016年5月7日，美國(guó)佛羅里達(dá)州的一名司機(jī)在啟用特斯拉自動(dòng)駕駛模式時(shí)發(fā)生事故并當(dāng)場(chǎng)死亡。

這些事故表明，自動(dòng)駕駛并不能完全避免事故的發(fā)生，如何在提高出行和駕駛效率的同時(shí)，確保自動(dòng)駕駛的安全，這還有待進(jìn)一步研究與探討。

3.2 ADAS系統(tǒng)

ADAS英文全稱(chēng)為Advanced Driver Assistant System，即先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)，也稱(chēng)為主動(dòng)安全系統(tǒng)。

如圖2所示，ADAS系統(tǒng)的L0階段是由人類(lèi)全權(quán)駕駛，系統(tǒng)在駕駛中主要起到提醒駕駛員的作用：當(dāng)駕駛員存在不良駕駛行為時(shí)，ADAS系統(tǒng)就會(huì)對(duì)駕駛員發(fā)出警告提醒駕駛員目前處在“危險(xiǎn)駕駛行為”[3]。這里需要運(yùn)用到人體姿態(tài)識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)先對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè)，得出邊界框，再對(duì)每一個(gè)邊界框中檢測(cè)人體的關(guān)鍵點(diǎn)連接成人形，從而判斷人的行為。

當(dāng)駕駛員注意力不集中，行駛時(shí)左顧右盼，部分酒駕司機(jī)在駕駛過(guò)程中眼神會(huì)偏離不定，這時(shí)ADAS系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出警告，提示駕駛員目前正處在“危險(xiǎn)駕駛行為”。

這里需要用到頭部姿態(tài)識(shí)別技術(shù)和視線跟蹤技術(shù)：首先頭部姿態(tài)識(shí)別技術(shù)是通過(guò)攝像頭獲取位置信息。通過(guò)計(jì)算五官在圖片上的幾何相對(duì)位置，得出人臉當(dāng)時(shí)相對(duì)于攝像頭的旋轉(zhuǎn)角度。通過(guò)現(xiàn)需判斷頭部三個(gè)方向（yaw方向，pitch方向，roll方向）的角度，可自動(dòng)判斷出頭部運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，從而判定駕駛員是否在規(guī)定位置操作頭部轉(zhuǎn)動(dòng)[4]。最后結(jié)合車(chē)輛位置信息達(dá)成自動(dòng)評(píng)判車(chē)輛在通過(guò)規(guī)定位置時(shí)駕駛員是否對(duì)道路兩側(cè)進(jìn)行左右查看的規(guī)則；其次是視線跟蹤技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)測(cè)量人眼的凝視點(diǎn)和相對(duì)頭部的運(yùn)動(dòng)程度的技術(shù)。該技術(shù)需要到眼動(dòng)儀進(jìn)行測(cè)量人眼的角膜反射，眼睛旋轉(zhuǎn)情況，瞳孔中心，從而計(jì)算出人眼當(dāng)時(shí)的聚焦點(diǎn)，最終判斷出駕駛員的注意力是否集中。

如圖2所示，L1——L3的自動(dòng)駕駛主控制權(quán)由人逐漸轉(zhuǎn)移到車(chē)輛，L1級(jí)別是輔助駕駛，也就是由車(chē)輛代替人類(lèi)駕駛員完成一些簡(jiǎn)單的駕駛操作，例如減速加速等，這解放了駕駛員的雙腳，實(shí)現(xiàn)了Feet off；L2級(jí)別是部分自動(dòng)駕駛，車(chē)輛接著控制了方向盤(pán)，使人類(lèi)駕駛的手得以解放，做到了Hand off；L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛是條件自動(dòng)駕駛，系統(tǒng)掌握了環(huán)境感知技術(shù)，可以在滿足條件的情況下實(shí)現(xiàn)由汽車(chē)全權(quán)掌控駕駛操作，不需要由人類(lèi)駕駛員進(jìn)行對(duì)環(huán)境的判斷來(lái)決定汽車(chē)的駕駛，做到了Eyes off。

L4級(jí)別的自動(dòng)駕駛是高度自動(dòng)駕駛，已經(jīng)屬于真正的自動(dòng)駕駛了，行駛路途中由車(chē)輛全權(quán)把控操作，人類(lèi)駕駛員不需要保持注意力，實(shí)現(xiàn)了Minds off。但該級(jí)別的自動(dòng)駕駛只限定于某些場(chǎng)景，未能完全實(shí)現(xiàn)由汽車(chē)完全接管駕駛權(quán)。

L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛是完全自動(dòng)駕駛，是完善的自動(dòng)駕駛，是全世界的研發(fā)團(tuán)隊(duì)所追求和探索的。該級(jí)別的自動(dòng)駕駛不需要人類(lèi)駕駛員的操作，完全由汽車(chē)全權(quán)接管，由汽車(chē)自行判斷所處場(chǎng)景應(yīng)采取的駕駛操作，而且克服了場(chǎng)景的限制，不在受到特定場(chǎng)景的限制。只有在這一級(jí)別的自動(dòng)駕駛技術(shù)才是完美的自動(dòng)駕駛技術(shù)，如果人類(lèi)駕駛員所使用的自動(dòng)駕駛技術(shù)未能達(dá)到L5級(jí)別的要求，就有可能發(fā)生事故。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今信息化時(shí)代，傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)的信息化和智能化是國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。作為機(jī)電系統(tǒng)代表的汽車(chē)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化和智能化是當(dāng)今世界科技競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域，且這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在交通安全、國(guó)防建設(shè)等有著良好而廣泛的應(yīng)用前景，為人們的生活提供便利和保障。

參考文獻(xiàn)

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