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無人駕駛：從科幻到落地

自動駕駛，也就是汽車利用傳感器和計算機系統(tǒng)實現(xiàn)無人操作的智能駕駛，在20世紀已有數(shù)十年的歷史，21世紀初呈現(xiàn)出接近實用化的趨勢。

通過對人類駕駛員長期駕駛實踐的理解，無人駕駛技術(shù)可以拆解為“環(huán)境感知-決策與規(guī)劃-控制與執(zhí)行”過程的理解、學習和記憶的物化。

根據(jù)美國國際汽車工程師學會2014年制定的SAE J3016標準，汽車自動化系統(tǒng)可以分為Level 0（無自動化）~ Level 5（完全自動化）六個級別。這一標準不僅被美國交通運輸部采納為聯(lián)邦標準，同時也已經(jīng)成為全球汽車業(yè)界評定自動駕駛等級的通用標準。

從技術(shù)的角度來看，無人駕駛汽車是一個復(fù)雜的軟硬件結(jié)合的智能自動化系統(tǒng)，運用到了自動控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、信息與通信技術(shù)以及人工智能等。

從戰(zhàn)略意義的角度來看，自動駕駛移動能力更強，能夠有效改善交通安全、實現(xiàn)節(jié)能減排、消除交通擁堵、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

 

• • KPMG：自動駕駛技術(shù)可在2014到2030年間使得全球車禍死亡人數(shù)降低2500；

 

• • IHS Automotive：無人駕駛量產(chǎn)汽車將在2025年上市，估計銷量可達23萬輛；

 

• • 英特爾：無人駕駛汽車市場的規(guī)模將在2050年前達到7萬億美元。

 

 

因此，自動駕駛汽車受到了各國政府前所未有的重視，國內(nèi)外各院校、研究機構(gòu)都投入了大量人力、物理，各大車企、科技公司、汽車零部件供應(yīng)商以及自動駕駛汽車創(chuàng)業(yè)公司也紛紛在這個領(lǐng)域進行布局。

在國外，無人駕駛技術(shù)的興起可以追述到上世紀七十年代的實驗室；隨后，在1984年，DARPA（美國國防高級研究計劃署）與陸軍合作自主地面車輛（ALV）項目；

同期，美國著名大學如卡內(nèi)基·梅隆、斯坦福、麻省理工等都先后加入無人駕駛汽車的研究工作中，著名的NavLab系列智能車輛就出自卡內(nèi)基·梅隆大學。

2009年，谷歌宣布開始研發(fā)無人駕駛技術(shù)（Project Chauffeur），并于2012年5月獲得了美國（內(nèi)華達州）首個自動駕駛車輛路測許可證；隨后，谷歌將其自動駕駛業(yè)務(wù)拆分出來，成立獨立的新公司W(wǎng)aymo。在谷歌的帶領(lǐng)下，新技術(shù)力量紛紛入局無人駕駛領(lǐng)域。

國外無人駕駛汽車發(fā)展圖譜（重要事件一覽）

外科研院校對無人駕駛技術(shù)的研究發(fā)展過程一覽

國外新技術(shù)力量對無人駕駛技術(shù)的研究貢獻（以谷歌為例）

與美、發(fā)達國家相比，我國在無人駕駛汽車方面的研究起步稍晚，從20世紀80年代底才開始。不同于國外車企以自主研發(fā)為主，我國汽車制造廠商多采取與國內(nèi)科研院所、高效合作研發(fā)無人駕駛技術(shù)的方式。

2011年，一汽集團聯(lián)手國防科技大學研制紅旗HQ3無人駕駛汽車，完成了286公里的面向高速公路的全程無人駕駛試驗；2013年，百度啟動無人駕駛汽車項目，并與傳統(tǒng)車企發(fā)展合作；隨后，高科技公司相繼加入角逐。

國內(nèi)無人駕駛汽車發(fā)展圖譜（重要事件一覽）

國內(nèi)科研院校對無人駕駛技術(shù)的研究發(fā)展過程一覽

國內(nèi)新技術(shù)力量對無人駕駛技術(shù)的研究貢獻（以百度為例）

六大關(guān)鍵技術(shù)概覽

無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知、精準定位、決策與規(guī)劃、控制與執(zhí)行、高精地圖與車聯(lián)網(wǎng)V2X、無人駕駛汽車測試與驗證技術(shù)。其中，環(huán)境感知、決策與規(guī)劃和車輛控制環(huán)節(jié)涉及了人工智能的應(yīng)用。

環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知可以理解成汽車利用傳感器套件對車身周圍的動搖和靜態(tài)對象進行3D重構(gòu)。

目前，環(huán)境感知技術(shù)有兩種技術(shù)路線，一種是以特斯拉為代表的以攝像機為主導(dǎo)的多傳感器融合方案；另一種是以谷歌、百度為代表的以激光雷達為主導(dǎo)，其他傳感器為輔助的技術(shù)方案。

精準定位技術(shù)

精準定位技術(shù)顧名思義就是讓汽車指導(dǎo)自己所在的物理位置，這就涉及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、輪速編碼器與航跡推算、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及SLAM自主導(dǎo)航系統(tǒng)。

決策與規(guī)劃技術(shù)

根據(jù)環(huán)境感知和導(dǎo)航子系統(tǒng)，自動駕駛汽車的行為決策與路徑規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)合給定的起始點和終點進行信息處理。目前，針對自動駕駛決策與規(guī)劃的專用芯片/計算平臺包括英特爾-Mobileye開發(fā)的EyeQX和英偉達的NVIDIA Drive PX系列。

控制與執(zhí)行系統(tǒng)

車輛控制平臺是無人車的核心部件，控制著車輛的各種控制系統(tǒng)。車輛控制系統(tǒng)可以分為縱向控制（采用油門和制動綜合控制的方法實現(xiàn)對預(yù)定車速的跟蹤）和橫向控制（包括對駕駛員行為的模擬和車輛動力學的分析）兩個環(huán)節(jié)。

高精地圖與車聯(lián)網(wǎng)V2X

為了更好的規(guī)避潛在風險，幫助車輛預(yù)知路面復(fù)雜信息，如坡度、曲率、航向等，無人駕駛往往需要結(jié)合實時的高精地圖，而這種實時性，可以通過車聯(lián)網(wǎng)（V2X系統(tǒng)）實現(xiàn)。

人工智能在自動駕駛汽車中的應(yīng)用

自動駕駛汽車學術(shù)熱點

學者分布及遷徙

根據(jù)國際期刊會議的學術(shù)論文，AMiner對自動駕駛領(lǐng)域全球h-index排名（國際公認比較能準確反映學者學術(shù)成就的指數(shù)）TOP 1000的學者進行計算分析，繪制出了該領(lǐng)域（automated vehicle）學者的全球分布地圖。

自動駕駛領(lǐng)域?qū)W者的全球分布地圖

各國自動駕駛?cè)瞬沤y(tǒng)計圖

據(jù)此可見，從國家來看，美國是自動駕駛汽車研究學者聚集最多的國家，英國、中國緊隨其后，加拿大和意大利也聚集了很多該領(lǐng)域的人才；從地區(qū)來看，西歐自動駕駛?cè)瞬诺募械兀袊箨?、美國東部等地區(qū)也吸引了大量人才。

中國學者分布

就中國來看，自動駕駛研究學者主要集中在北京、上海和南京，其次是西安、長沙、武漢和成都等地。

各國人才遷徙圖

根據(jù)全球自動駕駛h-index排名前1000的專家學者遷徙路徑統(tǒng)計來看，美國是自動駕駛領(lǐng)域人才流動大國，人才輸入和輸出都大幅領(lǐng)先（流出略大于流入），隨后是英國、德國、中國和加拿大，中國人才流入量大于流出量。

全球各h-index指數(shù)（左）、性別（右）的自動駕駛?cè)瞬沤y(tǒng)計圖

從h-index指數(shù)來看，全球自動駕駛h-index排名前1000的學者中，20到40的學者數(shù)量最多（占40%），40到60的學者次之（占20%）；從性別來看，全球男性自動駕駛學者比例占97%，遠高于女性。

中國各h-index指數(shù)（左）、性別（右）的自動駕駛?cè)瞬沤y(tǒng)計圖

在中國，h-index指數(shù)小于等于10的學者最多，占69%，大于等于60的學者最少，僅占1%；性別方面，中國男性自動駕駛學者比例占99%，遠高于女性。

國外代表性研究學者

國內(nèi)代表性研究學者

應(yīng)用和趨勢

自動駕駛的應(yīng)用目前主要體現(xiàn)在公共交通、快遞運輸，以及面向老年人和殘疾人的汽車品類。

公共交通方面，相比于小汽車，它更能惠及普通群眾，讓民眾感受到人工智能、自動駕駛帶來的技術(shù)革新和便利，這也使該項技術(shù)最初的出發(fā)點。

今年3月，法國EasyMile的自動駕駛巴士EZ10成為了首輛在加州道路運營上路的完全沒有司機駕座的汽車，這也是第一家受益于加州自動駕駛新政的公司。

而隨著全球老齡化問題的加劇，自動駕駛技術(shù)正在極力彌補快遞等行業(yè)面臨的勞動力不足問題。隨著技術(shù)的成熟和市場普及程度的提高，無人配送將成為必然的趨勢。

2018年“618”促銷活動期間，京東的北京上地配送站就出現(xiàn)了20余臺配送機器人。隨著調(diào)度平臺命令發(fā)出，首批載有“618”貨物訂單的3輛配送機器人依次出發(fā)，自動奔向訂單配送的目的地。

此外，自動駕駛汽車已經(jīng)開始在老年人和殘疾人這兩個消費群體中有所應(yīng)用。2012年，谷歌員工讓失去95%視力的Steve Mahan坐上谷歌自動駕駛車，展示了自動駕駛技術(shù)的巨大潛力。

自動駕駛汽車的真正落地，一方面還需要技術(shù)的完善，包括高精地圖和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建，專用計算平臺/芯片的推出，以及安全高效的決策規(guī)劃算法和控制執(zhí)行系統(tǒng)的實現(xiàn)；另一方面，需要相關(guān)政策法規(guī)的完善，刺激技術(shù)發(fā)展的同時，保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全、健康。

智東西認為，從歷史演繹路徑來看，自動駕駛作為未來高效、安全交通運行體系的解決方案，已經(jīng)從一開始的軍方科研項目，演繹成科技企業(yè)入局汽車/出行領(lǐng)域的籌碼。

其在汽車四化變革中的核心地位指向了顛覆性的價值鏈重組（根據(jù)普華永道思略特：2030年僅數(shù)字出行服務(wù)業(yè)，市場規(guī)模將達到2.2萬億美元，但現(xiàn)有的汽車制造商所占行業(yè)利潤將減半）?？萍计髽I(yè)們試圖通過信息技術(shù)的優(yōu)勢合縱連橫，分一杯羹，傳統(tǒng)車企也在努力調(diào)整戰(zhàn)略，與之博弈。

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