自动驾驶基础（一）

汽车行业是一个有百年历史的行业，且在这100多年来，一直循序渐进的发展，很少有突破性的进展。但最近几年，由于技术上的一些新突破，从传感器，到计算机技术，新能源技术，尤其是人工智能领域的一些突破，给传统的汽车行业带来了深刻的变革。其中最突出的就是对自动驾驶的研究和实施。汽车给人类带来的巨大便利，极大的提高了生产效率，但同时也带来了很多负面影响。包括人员的伤亡（交通事故），空气污染，以及交通拥堵带来的巨大时间成本。

在美国，自动驾驶汽车如能得到广泛使用，每年就能挽救3万多条因交通意外而逝去的生命。统计数据显示，交通事故的产生90%以上的原因是由于驾驶员人为失误因素造成的。一旦大多数路上行驶的汽车都由可以互相交流对话的电脑驾驶，车祸（伤害）率也应该会显著降低。同时，车辆行驶时间平均可缩短40%，可节省因通勤和交通阻塞而浪费掉的800亿小时，还可减少燃耗40%。多方研究表明，上述社会效益在美国的经济价值高达1.3万亿美元。

另外，对很多人而言，个人可以在日常交通中不用花心思专注于驾驶，开车将会是一种休闲，而企业则可以利用自动驾驶汽车辆降低成本，提高服务质量。或许，共享出行服务也可以用随叫随到的机器人出租车（robot taxi）取代现在的人工驾驶，减少对车辆和人力的需求。

其实刚刚出现自动驾驶技术以后，很多人觉得没有必要，特别是最初谷歌的无人驾驶使用了高昂的穿传感器，使大家觉得民用遥不可及，成本贵，风险比较高，不可靠等，那么还不如人自己来开车了，但是自动驾驶能够解决的问题远远不止代替人驾驶的的问题，它还有以下的功能：



除了上面列举的功能外，无人驾驶的军用技术对于一些特殊行业来讲，还有很多特殊的功能，比如采矿、消防等特种车辆的自动驾驶，将解决当前高危行业和一些危险工况下人参与的风险。对于中国的特殊情况：地理环境复杂、人口众多、道路交通拥挤的情况，无人驾驶最有可能出现在特种车和特定的工作环境下；首先发展应用的路线基本上是从城市道路到农村道路，从高速到国道省道。自动驾驶首先会应用在景区、公交等固定路线的场景中，会首先应用在特种车上面，以及应用在特定的情况下，其次是高速（货运、客运），再其次就是一般城市道路、普通乡村道路。应用的场合和驾驶技术应用程度有关，比如是人车交互驾驶或者是全自动驾驶等等。
但是，在目前的情况下，如果完全实现自动驾驶，也还有一些问题亟待解决。
最主要的问题就是算法的道德困境：不像人在紧急情况下会产生本能反应，自动驾驶汽车需要计算，然后从数据中选择一个合适的方案，这可能包括在车主和车外人群之间做出选择。
其次是责任的法律归属：经过测试的自动驾驶汽车被允许上路之前，立法也应该完善，而保险公司也必须决定如果汽车出现意外谁来负责。
对于自动驾驶的安全性，兰德指出自动驾驶汽车被认为可以消除许多人为操作安全隐患，但也存在黑客攻击等潜在风险。另外如果自动驾驶汽车开始工作，并且比人类驾驶更安全，那么我们要取消人类司机吗？
不管怎么样，由于汽车市场本身的体量，而自动驾驶又是未来的发展方向，所以这个领域的市场发展空间是巨大的。根据据罗兰贝格预测，至2030年自动驾驶市场规模达500亿美元左右。而BCG（波士顿咨询）则预测至2035年自动驾驶渗透率可达25%，市场规模达770亿美元。高盛公司预计到2050年市场规模会到达300亿美元。如果真的实现了自动驾驶， 那么到那个时候，市场上已经不会有驾驶员了。Elon Musk曾经说过，自动驾驶的时代，人开车是违法的。虽然现在自动驾驶还处于一个相对早期的阶段，但未来的想象空间是无限的。
其实从20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达国家就开始进行无人驾驶汽车的研究，在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。中国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车，其他欧美国家都有自己的无人车项目，这些项目的出发点都是造军用无人驾驶车，在1980年左右，美国和欧洲国家在无人驾驶技术方面已经迅速的得到发展，而中国是紧随其后，虽然技术落后甚多。八五期间，由北理工和国防科大等高校联合研制的ATB-1无人车，可以达到时速21公里，这标志这中国无人驾驶正式起步。
中国自主研制的无人车——由国防科技大自主研制的红旗HQ3无人车，2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验，创造了中国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着中国无人车在复杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破，达到世界先进水平。
红旗HQ3无人车由国防科技大学自主研制，2011年7月中旬它从京沙高速公路长沙杨梓冲收费站出发，历时3小时22分钟到达武汉，总距离286公里。实验中，无人车自主超车67次，途遇复杂天气，部分路段有雾，在咸宁还遭逢降雨。
红旗HQ3全程由计算机系统控制车辆行驶速度和方向，系统设定的最高时速为110公里。在实验过程中，实测的全程自主驾驶平均时速为87公里。国防科技大学方面透露，该车在特殊情况下进行人工干预的距离仅为2.24公里，仅占自主驾驶总里程的0.78%。
2014年11月20日 解放军军事交通学院研发无人驾驶车辆在高速路上进行了测试，最高时速110公里/小时，自主变道36次，一举夺得“中国智能车未来挑战赛”的冠军。而2015年长安实现了从重庆到北京的高速路无人驾驶测试。从这些方面可以看到中国无人驾驶车的技术进步是非常大的。
说到最新的无人驾驶技术，可能大家最先想到google的无人车，因为它的车最先进入城市道路落地测试，稳定性比较好，出错非常少，口碑和风头都很足，所以很多人记住了，其实在这之前，美国的智能车比赛已经有很多很厉害的车能够在马路上飞奔了，只不过关注度和知名度没那么高。国外的无人驾驶技术积累非常足，国内对这方面的研究比较落后，这也是为什么最近通用的无人车已经在洛杉矶这样的大城市复杂的路况下测试了很久了，而我们的城市无人驾驶车至今还没有落地进行测试的影子，很多国内的无人驾驶车都是有限条件下跑，我们搞的也不晚，只能说高校没有这种雄心去整合，军用一直没有停止过研究和发展，但是民用需要依托高校的研发实现商用化，这还有非常远的路要走。当然，最近两年，国内的车企和互联网公司开始奋起直追，希望可以尽快实现商用。

上面视频中的无人驾驶车辆使用的技术主要依赖各种传感器，比如各种雷达、摄像头等，同时，其核心还在于实现数据处理的智能计算系统和人工智能系统。另外，车联网马上也会用到无人驾驶上。无人驾驶的技术对传感器的依赖将会增加成本和控制的难度，使用车联网来传递一些稳定的信号以减少无人驾驶环境感知，比如使用V2X来传递交通灯的信号、车道信息、前方道路情况，这样将会减少对传感器的依赖程度，增强对环境的适应性。

什么是无人驾驶汽车？和“人工智能”一样，“自动驾驶”也是一个有歧义，经常被人用不同方式解读的概念。例如，有人喜欢用“无人驾驶”来描述相关技术与应用，但“无人”一词带有鲜明的“100%由机器操控”的含义，无法涵盖辅助驾驶等初级功能。事实上，许多汽车厂商都把计算机辅助驾驶称为“自动驾驶”。

大家应该知道，装配有碰撞告警、车道保持、定速巡航、自动泊车等自动化功能的汽车好多年前就已经开始在市场上销售了，厂家在做广告宣传时，就将这些辅助告诉人类驾驶员，并将辅助完成特定操作（如泊车）的系统称作“自动驾驶”，但这和谷歌研发的全功能的自动驾驶汽车显然不是一个级别的技术。从中文语义上来说，“无人驾驶”的语义过于狭窄，而“自动驾驶”的语义过于宽泛。即便在英文文本中，“self-driving car”“driverlesscar”“robotic car”和“autonomous car”等术语之间，内涵和外延也并非完全一致。
从理想的情况看，人类当然希望尽早看到完全“无人驾驶”的汽车取代现有的所有人类司机，但从自动驾驶技术的发展进程看，未来将存在10年或更长时间的过渡期，各种不同类型、不同层次的自动驾驶技术将呈现共同发展，各自覆盖不同需求、不同路况、不同人群、不同商业模式的情况。因此，用内涵单一的术语不利于自动驾驶技术目前的发展阶段。
清华大学汽车系副研究员王建强将无人驾驶汽车定义为“通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车”。同时它也可以称之为轮式移动机器人，其核心在于位于其内的计算机系统。总体来讲，无人驾驶的的发展是从军用到民用，从特殊环境到普通环境，从多传感器融合到传感器+车联网的一个渐进的过程。通俗地理解，自动驾驶汽车（AutonomousVehicles；Self-piloting Automobile ）是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。
在无人驾驶（自动驾驶）出现之前，很多无人驾驶的技术作为辅助驾驶技术得到了商业的推广和应用，Mobileye就是ADAS（高级驾驶辅助系统，Advanced Driver Assistance Systems）的行业先驱，ADAS包括：车道偏离、前碰撞预警、行人检测、交通灯检测、移动物体检测等，这些技术作为辅助驾驶技术，只提供预警，不干预车辆的驾驶。ADAS可以说是无人驾驶的技术试金石。
按照现在业界主流的理解，可以通俗地分为三个等级：辅助驾驶、半自动驾驶、自动驾驶；也即三个阶段，初级，高级和终极阶段。初级阶段主要以预防为主，高级阶段主要以控制为主，终极阶段就是无人驾驶。

• 辅助驾驶：通过环境感知，为驾驶员提供决策和预警信息。人驾驶车辆，无人驾驶技术只提供辅助作用
• 半自动驾驶：驾驶员干预和纠正车辆的自动驾驶。以车辆自动驾驶为主，人干预驾驶为辅助。在特殊情况下只能依靠人来完成驾驶任务。
• 全自动驾驶：自动驾驶为主，人只提供辅助驾驶，不干预车辆自动驾驶。

目前，奥迪、沃尔沃、奔驰等企业开发的都是具有自动驾驶功能的汽车。Google开发的就是无人驾驶，部分原型车辆上直接取消了方向盘、油门和刹车踏板这些给驾驶员使用的操控设备。