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雷鋒網(wǎng)「新智造」按：本文作者星河研究院分析師吳極，關(guān)注人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機器人等前沿科技領(lǐng)域，希望通過專業(yè)洞察助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在本文中吳極分享了關(guān)于無人駕駛技術(shù)硬件設(shè)備方面的研究，在接下來的文章中還有關(guān)于軟件技術(shù)及未來的探討。新智造已獲取授權(quán)。新智造作為雷鋒網(wǎng)旗下欄目，關(guān)注智能時代的創(chuàng)新與創(chuàng)造，目標是找到哪個領(lǐng)域還有值得創(chuàng)業(yè)和投資的機會。
自動駕駛是目前汽車產(chǎn)業(yè)乃至科技行業(yè)中受關(guān)注度最高的技術(shù)之一，此前A16Z的合伙人Frank Chen便在一場活動中講到了對自動駕駛技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，以及對未來在自動駕駛技術(shù)影響下的社會與經(jīng)濟等多方面變化的看法。借著他的觀點，星河研究院吳極又增加了一部分內(nèi)容與分析，我們今天就來探討一下自動駕駛技術(shù)，準備好了嗎？
美國汽車工程師協(xié)會（SAE）提出了自動駕駛的6個等級，目前大多數(shù)汽車尚處在第一級中。圍繞著這一分級自動駕駛產(chǎn)生了兩種不同的發(fā)展路徑，其中百度與Google的無人車是想要直接發(fā)力第五級，實現(xiàn)全自動駕駛的功能，而Tesla目前的自動駕駛技術(shù)路線應(yīng)該是想要偏向于盡快量產(chǎn)實用，再隨著技術(shù)的進展不斷的迭代升級。
這一級不需要任何自動駕駛能力，而是需要專門的司機駕駛汽車。
這些汽車有著包含ABS、自動巡航在內(nèi)的功能，基于這些功能車輛能夠在一些特定環(huán)境下維持行駛的狀態(tài)。
在這一級別中，汽車的控制系統(tǒng)可以在特定情況下接管汽車，但司機還是需要坐在駕駛位并全程監(jiān)控駕駛情況。一般情況下這一功能適用于高速公路場景，司機不需要操作，但需要坐在駕駛位并確保汽車自動控制程序一直能夠保持穩(wěn)定。
該水平意味著駕駛員不必一直監(jiān)視系統(tǒng)，但依然需要呆在能夠快速控制并恢復汽車行駛狀態(tài)的位置。這意味著駕駛員不需要時刻把手放在方向盤上監(jiān)控情況，但能夠在系統(tǒng)判定緊急情況并發(fā)出警報后及時接管。
由自動駕駛系統(tǒng)完成特定場景或一段路途中絕大部分的駕駛，在這一級別中駕駛員已經(jīng)不需要對自動駕駛狀態(tài)做任何干擾。
最高級別的自動駕駛技術(shù)，這意味著在全部旅途、全部情況下都不需要司機的干預，自動駕駛程序就能夠獨自完成所有情況的處理，此時也將會淡化司機這一角色。
傳感器、車聯(lián)網(wǎng)與基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)設(shè)備作為必要的硬件設(shè)備構(gòu)成了技術(shù)的一大發(fā)展方向，同樣為無人駕駛汽車提供駕駛算法以及車用高精度地圖的軟件業(yè)務(wù)也是技術(shù)發(fā)展中不可或缺的必要環(huán)節(jié)。
首先，傳感器是至關(guān)重要的硬件設(shè)備，對于自動駕駛汽車來說相當于它的眼睛。通過傳感器無人駕駛汽車能夠識別道路、其他車輛、行人、障礙物及交通基礎(chǔ)設(shè)施。目前傳感器主要分為激光雷達、傳統(tǒng)雷達和攝像頭這三個部件，在應(yīng)用層面攝像頭又有單目和雙目之分。
激光雷達：
激光雷達目前是被采用比例最大的設(shè)備，Google、百度、Uber等公司的自動駕駛技術(shù)目前都依賴于它，這種設(shè)備被架在汽車的車頂上，能夠用激光脈沖對周圍環(huán)境進行距離檢測，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動駕駛汽車提供足夠多的環(huán)境信息。
但目前的問題是激光雷達的價格高達80000美元，在其降低成本之前不可能被量產(chǎn)的自動駕駛汽車采用。好在目前已經(jīng)有一些方案能夠降低激光雷達的成本，例如將上述“機械”式的激光雷達改變?yōu)椤肮虘B(tài)”激光雷達。
固態(tài)激光雷達能夠通過電子部件進行相控陣掃描，并不需要依靠內(nèi)部機械部件的旋轉(zhuǎn)，這樣不僅能把激光雷達越做越小，也控制住了成本。目前全固態(tài)激光雷達的主要研發(fā)廠商有Quanergy、以色列的Innoviz以及TetraVue等企業(yè)，但均未實現(xiàn)量產(chǎn)，Quanergy宣布其純固態(tài)激光雷達已經(jīng)在進行測試，如果順利的話2018年初可實現(xiàn)量產(chǎn)。
而前不久接受了百度與福特投資，目前是機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達最大企業(yè)的Velodyne，僅開發(fā)出“混合固態(tài)激光雷達”，而這一產(chǎn)品還是要靠內(nèi)部的機械部件實現(xiàn)360°的高速旋轉(zhuǎn)，僅僅實現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化，算是過渡產(chǎn)品。國內(nèi)企業(yè)鐳神智能、禾賽科技及北科天繪也推出了內(nèi)部旋轉(zhuǎn)式的混合固態(tài)激光雷達產(chǎn)品。
傳統(tǒng)雷達與攝像頭：
由于激光雷達的高昂價格，走實用性技術(shù)路線的特斯拉便采取了更加切合實際的路線發(fā)展其“輔助駕駛”功能，其采用的硬件便是傳統(tǒng)的雷達和單目攝像頭。這一設(shè)備其硬件原理與目前車載的ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)類似，依靠覆蓋汽車周圍360°視角的攝像頭及前置雷達來識別三維空間信息，從而確保交通工具之間不會互相碰撞。
具體來說，單目攝像頭先通過圖像匹配進行目標識別，再通過目標在圖像中的大小去估算目標距離，準確識別是準確估算距離的第一步。因此單目識別技術(shù)需要建立并不斷維護龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，如果缺乏待識別目標的特征數(shù)據(jù)，就會導致系統(tǒng)無法識別以及測距，很容易導致事故的發(fā)生。
目前基于單目攝像頭的半自動駕駛系統(tǒng)還遠未成熟，此前特斯拉導致駕駛員死亡的事故便是因為其單目攝像頭誤將掉頭的白色集裝箱貨車錯誤的識別為了空中的白云而未能及時剎車。
雙目攝像頭的測距方式則是通過對圖像視差進行計算，直接對前方景物進行距離測量。雙目攝像頭的原理與人眼相似，難點在于計算量大，對計算單元的性能要求非常高，這使得雙目系統(tǒng)的產(chǎn)品化、小型化的難度較大。因此目前寶馬i3、特斯拉以及日產(chǎn)ProPilot等自動駕駛技術(shù)均采用了單目攝像頭設(shè)備。
星河研究院預計，短期內(nèi)基于雙目攝像頭的算法與處理器將會得到較快的發(fā)展與自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)的青睞，但其低解析度、相對激光雷達準確性較低的特點在面對未來成本不斷降低的激光雷達的競爭中很大概率要敗下陣來，因此不出意外的話實現(xiàn)第五級別的全自動駕駛功能很大概率還是要建立在激光雷達技術(shù)之上。
V2X是一個能夠讓車輛與周圍的移動交通控制系統(tǒng)通信的技術(shù)，V2V技術(shù)則允許車輛與其他車輛互相通信。這是未來全自動駕駛汽車所依賴的一項技術(shù)，但遺憾的是相比于火熱的傳感器領(lǐng)域，V2X技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新還很冷清。
通過 V2X 技術(shù)，道路上的汽車彼此間可以通過開放頻段交換數(shù)據(jù)，具備了與其他汽車和路邊基礎(chǔ)設(shè)備分享實時駕駛信息以及生成預測路況信息的能力。
通過實時共享汽車駕駛數(shù)據(jù)，在同一條道路上的汽車就能共享自己的實時位置以防止交通事故，交通信號設(shè)施也可以依據(jù)車輛的通行需求合理安排交通順序，降低車輛的等待時間，而V2P 技術(shù)則能讓行人和自行車騎行者也加入到這個 V2X 的環(huán)境中來，使用他們的手機來發(fā)送和接收警示信息，保證行人的安全通行。
更大膽的設(shè)想是，如果汽車之間可以互相通信，并且實現(xiàn)了完全的自動駕駛，那么紅綠燈便沒有理由繼續(xù)存在了。沒有了紅綠燈后，交通設(shè)施將會需要智能的調(diào)度算法和對交叉路口極嚴密的監(jiān)控，但相比于交通運輸效率的提升，這些設(shè)施的成本就不是問題。
另外在一些情況下車輛能夠提早的預判危險情況，如果一定會發(fā)生事故或是在車輛已經(jīng)確認遭遇撞擊后可以通過V2X系統(tǒng)廣播信息求助，從而極大的提升車內(nèi)人員被救治的效率。
根據(jù)美國交通部的數(shù)據(jù)，V2X 技術(shù)能夠降低 80% 的交通事故率。僅僅在美國，這就將每年減少 59.4 萬次交通事故并拯救多達 1321 條人命。
這里需要重點關(guān)注的是通訊協(xié)議的兼容性以及執(zhí)行效率，因為這些緊急通訊與控制系統(tǒng)的決策通常發(fā)生在幾毫秒之內(nèi)，因此沒有額外的時間讓計算機去處理諸如通信語言兼容之類的問題。
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