自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析

【亞洲發(fā)電機(jī)網(wǎng)】自動(dòng)駕駛是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等新一代信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，是當(dāng)前全球汽車(chē)與交通出行領(lǐng)域智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的主要方向，已成為各國(guó)爭(zhēng)搶的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹自動(dòng)駕駛涉及的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)，以及國(guó)內(nèi)外在測(cè)試、部署方面的進(jìn)展和趨勢(shì)。

自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析

一、自動(dòng)駕駛技術(shù)及分類(lèi)

（一）自動(dòng)駕駛技術(shù)分級(jí)

自動(dòng)駕駛技術(shù)分為多個(gè)等級(jí)，目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界采用較多的為美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）和美國(guó)高速公路安全管理局（NHTSA）推出的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。按照SAE的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)視智能化、自動(dòng)化程度水平分為6個(gè)等級(jí)：無(wú)自動(dòng)化（L0）、駕駛支援（L1）、部分自動(dòng)化（L2）、有條件自動(dòng)化(L3)、高度自動(dòng)化(L4)和完全自動(dòng)化（L5）。兩種不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別在于完全自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下，SAE更加細(xì)分了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)作用范圍。詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下圖：

（二）自動(dòng)駕駛技術(shù)路線

在自動(dòng)駕駛技術(shù)方面，有兩條不同的發(fā)展路線：

第一種是“漸進(jìn)演化”的路線，也就是在今天的汽車(chē)上逐漸新增一些自動(dòng)駕駛功能，例如特斯拉、寶馬、奧迪、福特等車(chē)企均采用此種方式，這種方式主要利用傳感器，通過(guò)車(chē)車(chē)通信（V2V）、車(chē)云通信實(shí)現(xiàn)路況的分析。

第二種是完全“革命性”的路線，即從一開(kāi)始就是徹徹底底的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，例如谷歌和福特公司正在一些結(jié)構(gòu)化的環(huán)境里測(cè)試的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，這種路線主要依靠車(chē)載激光雷達(dá)、電腦和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，第一種方式更加適合在結(jié)構(gòu)化道路上測(cè)試，第二種方式除結(jié)構(gòu)化道路外，還可用于軍事或特殊領(lǐng)域。

（三）自動(dòng)駕駛涉及的軟硬件

1、傳感器

傳感器相當(dāng)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的眼睛。通過(guò)傳感器，自動(dòng)駕駛汽車(chē)能夠識(shí)別道路、其他車(chē)輛、行人障礙物和基礎(chǔ)交通設(shè)施。按照自動(dòng)駕駛不同技術(shù)路線，傳感器可分為激光雷達(dá)、傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭三種。

（1）激光雷達(dá)

目前是被采用比例最大的設(shè)備，Google、百度、Uber等公司的自動(dòng)駕駛技術(shù)目前都依賴于它，這種設(shè)備被架在汽車(chē)的車(chē)頂上，能夠用激光脈沖對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行距離檢測(cè)，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供足夠多的環(huán)境信息。激光雷達(dá)具有準(zhǔn)確快速的識(shí)別能力，唯一缺點(diǎn)在于造價(jià)高昂（平均價(jià)格在8萬(wàn)美元一臺(tái)）導(dǎo)致量產(chǎn)汽車(chē)中難以使用該技術(shù)。

（2）傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭

由于激光雷達(dá)的高昂價(jià)格，走實(shí)用性技術(shù)路線的車(chē)企紛紛轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭作為傳感器替代方案，例如著名電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)特斯拉，采用的方案就是雷達(dá)和單目攝像頭，國(guó)際知名廠商為Mobileye等。其硬件原理與目前車(chē)載的ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)類(lèi)似，依靠覆蓋汽車(chē)周?chē)?60°視角的攝像頭及前置雷達(dá)來(lái)識(shí)別三維空間信息，從而確保交通工具之間不會(huì)互相碰撞。

雖然這種傳感器方案成本較低、易于量產(chǎn)，但對(duì)于攝像頭的識(shí)別能力具有很高要求：?jiǎn)文繑z像頭需要建立并不斷維護(hù)龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫(kù)，如果缺乏待識(shí)別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別以及測(cè)距，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。而雙目攝像頭可直接對(duì)前方景物進(jìn)行測(cè)距，但難點(diǎn)在于計(jì)算量大，需要提高計(jì)算單元性能。

2、高精度地圖

自動(dòng)駕駛技術(shù)對(duì)于車(chē)道、車(chē)距、路障等信息的依賴程度更高，需要更加精確的位置信息，是自動(dòng)駕駛車(chē)輛對(duì)環(huán)境理解的基礎(chǔ)，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)不斷進(jìn)化升級(jí)，為了實(shí)現(xiàn)決策的安全性，需要達(dá)到厘米級(jí)的精確程度。如果說(shuō)傳感器向自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供了直觀的環(huán)境印象，那么高精度地圖則可以通過(guò)車(chē)輛準(zhǔn)確定位，將車(chē)輛準(zhǔn)確地還原在動(dòng)態(tài)變化的立體交通環(huán)境中。

3、V2X

V2X，指的是車(chē)輛與周?chē)囊苿?dòng)交通控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互的技術(shù)，X可以是車(chē)輛，可以是紅綠燈等交通設(shè)施，也可以是云端數(shù)據(jù)庫(kù)，最終目的都是為了幫助自動(dòng)駕駛車(chē)輛掌握實(shí)時(shí)駕駛信息和路況信息，結(jié)合車(chē)輛工程算法做出決策，是自動(dòng)駕駛車(chē)輛邁向無(wú)人駕駛階段的關(guān)鍵。

4、AI算法

算法是支撐自動(dòng)駕駛技術(shù)最關(guān)鍵的部分，目前主流自動(dòng)駕駛公司都采用了機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。海量的數(shù)據(jù)是機(jī)器學(xué)習(xí)以及人工智能算法的基礎(chǔ)，通過(guò)此前提到的傳感器、V2X設(shè)施和高精度地圖信息所獲得的數(shù)據(jù)，以及收集到的駕駛行為、駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛規(guī)則、案例和周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，不斷優(yōu)化的算法能夠識(shí)別并最終規(guī)劃路線、操縱駕駛。

二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況及趨勢(shì)

從自動(dòng)駕駛國(guó)內(nèi)外整個(gè)發(fā)展情況來(lái)看，美德引領(lǐng)自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展大潮，日本、韓國(guó)迅速覺(jué)醒，我國(guó)呈追趕態(tài)勢(shì)。具體而言，體現(xiàn)出以下幾個(gè)趨勢(shì)：

（一）以盡快商用為目標(biāo)，加快推進(jìn)路面測(cè)試和法規(guī)出臺(tái)

在路面測(cè)試方面，美、德、日、韓、我國(guó)均積極推進(jìn)路測(cè)，作為自動(dòng)駕駛汽車(chē)應(yīng)用的基礎(chǔ)。從國(guó)際看，各國(guó)紛紛將2020年作為重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，希望屆時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)全面部署。

美國(guó)在州層面積極進(jìn)行自動(dòng)駕駛立法，截至2016年底，16個(gè)州通過(guò)相關(guān)法案或行政令，明確測(cè)試條件和要求，允許企業(yè)在州層面展開(kāi)路面測(cè)試。

德國(guó)政府2015年已允許在連接慕尼黑和柏林的A9高速公路上開(kāi)展自動(dòng)駕駛汽車(chē)測(cè)試項(xiàng)目，交通運(yùn)輸部門(mén)今年3月還向柏林的Diginet-PS自動(dòng)駕駛試點(diǎn)項(xiàng)目發(fā)放補(bǔ)貼，用于開(kāi)發(fā)處理系統(tǒng)并提供自動(dòng)駕駛的實(shí)時(shí)交通信息。

日本Nissan公司已經(jīng)在東京、硅谷和倫敦測(cè)試了旗下的自動(dòng)駕駛汽車(chē)LEAF，希望盡快積累安全測(cè)試記錄。

韓國(guó)目前已頒發(fā)13張自動(dòng)駕駛測(cè)試許可，計(jì)劃于2020年前商業(yè)化3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

從我國(guó)看，工信部2016年在上海開(kāi)展上海智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)試點(diǎn)示范；在浙江、北京-河北、重慶、吉林、湖北等地開(kāi)展“基于寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能汽車(chē)、智慧交通應(yīng)用示范”，推進(jìn)自動(dòng)駕駛測(cè)試工作。

北京已出臺(tái)智能汽車(chē)與智慧交通應(yīng)用示范五年行動(dòng)計(jì)劃，將在2020年底完成北京開(kāi)發(fā)區(qū)范圍內(nèi)所有主干道路智慧路網(wǎng)改造，分階段部署1000輛全自動(dòng)駕駛汽車(chē)的應(yīng)用示范。江蘇于2016年11月與工信部、公安部簽訂三方合作協(xié)議，共建國(guó)家智能交通綜合測(cè)試基地。

（二）以網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)為方向，推動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)和通信標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

從目前產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)來(lái)看，多數(shù)企業(yè)采取了網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)（Connected Cars）的發(fā)展路徑，加快芯片處理能力、自動(dòng)駕駛認(rèn)知系統(tǒng)研發(fā)，推動(dòng)統(tǒng)一車(chē)輛通信標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)。

研發(fā)方面，德國(guó)博世集團(tuán)和NVIDIA正在合作開(kāi)發(fā)一個(gè)人工智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，NVIDIA提供深度學(xué)習(xí)軟件和硬件，Bosch AI將基于NVIDIA Drive PX技術(shù)以及該公司即將推出的超級(jí)芯片Xavier，屆時(shí)可提供第4級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)。 IBM宣布其科學(xué)家獲得了一項(xiàng)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的專利，可以在潛在的緊急情況下動(dòng)態(tài)地改變?nèi)祟?lèi)駕駛員和車(chē)輛控制處理器之間的自主車(chē)輛控制權(quán)，從而預(yù)防事故的發(fā)生。

車(chē)輛通信標(biāo)準(zhǔn)方面，LTE-V、5G等通信技術(shù)成為自動(dòng)駕駛車(chē)輛通信標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵，將為自動(dòng)駕駛提供高速率、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)支撐。

一方面，國(guó)內(nèi)外協(xié)同推進(jìn)LTE-V2X成為3GPP 4.5G重要發(fā)展方向。大唐、華為、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)信通院等合力推動(dòng)，在V2V、V2I的標(biāo)準(zhǔn)化工作方面取得了積極進(jìn)展。

另一方面，LTE-V2X技術(shù)也隨著自動(dòng)駕駛需求的發(fā)展正逐步向5GV2X演進(jìn)。5G、V2X專用通信可將感知范圍擴(kuò)展到車(chē)載傳感器工作邊界以外的范圍，實(shí)現(xiàn)安全高帶寬業(yè)務(wù)應(yīng)用和自動(dòng)駕駛，完成汽車(chē)從代步工具向信息平臺(tái)、娛樂(lè)平臺(tái)的轉(zhuǎn)化，有助于進(jìn)一步豐富業(yè)務(wù)情景。

當(dāng)前，5G汽車(chē)協(xié)會(huì)（5GAA）和歐洲汽車(chē)與電信聯(lián)盟（EATA）簽署了諒解備忘錄，將共同推進(jìn)C-V2X產(chǎn)業(yè)，使用基于蜂窩的通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、頻譜和預(yù)部署項(xiàng)目。中國(guó)移動(dòng)與北汽、通用、奧迪等合作推動(dòng)5G聯(lián)合創(chuàng)新，華為則與寶馬、奧迪等合作推動(dòng)基于5G的服務(wù)開(kāi)發(fā)。

此外，工信部組織起草的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)體系方案即將對(duì)外發(fā)布，車(chē)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系也在逐步完善，對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展至關(guān)重要。

（三）以創(chuàng)新業(yè)態(tài)為引領(lǐng)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成為重要驅(qū)動(dòng)力量

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)天生具有業(yè)務(wù)創(chuàng)新和發(fā)展的基因，目前也紛紛涉足自動(dòng)駕駛行業(yè)，成為了行業(yè)重要的驅(qū)動(dòng)力量。

美國(guó)方面，谷歌公司2009年已開(kāi)始無(wú)人駕駛企業(yè)研發(fā)，2015 年 12 月至 2016 年12月在加州道路上共行駛記錄 635,868 英里，不僅是加州測(cè)試?yán)锍套疃嗟钠髽I(yè)，也是系統(tǒng)停用率最低的企業(yè)。美國(guó)第一大網(wǎng)約車(chē)服務(wù)商Uber已在匹茲堡、坦佩、舊金山和加州獲準(zhǔn)進(jìn)行無(wú)人駕駛路測(cè)，第二大網(wǎng)約車(chē)服務(wù)商Lyft去年9月公布自動(dòng)駕駛汽車(chē)三階段發(fā)展計(jì)劃 ，目前也已在匹茲堡開(kāi)展測(cè)試。蘋(píng)果公司也于今年4月剛剛獲得加州測(cè)試許可證。韓國(guó)方面，剛剛批準(zhǔn)韓國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司Naver在公路上測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車(chē)，成為第13家獲得許可的自動(dòng)駕駛汽車(chē)研發(fā)企業(yè)，計(jì)劃于2020年前商業(yè)化3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

從我國(guó)來(lái)看，百度公司也于去年9月獲得了在美國(guó)加州的測(cè)試許可，11月在浙江烏鎮(zhèn)開(kāi)展普通開(kāi)放道路的無(wú)人車(chē)試運(yùn)營(yíng)。其總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官陸奇更是于今年4月19日發(fā)布了“Apollo”計(jì)劃，計(jì)劃將公司掌握的自動(dòng)駕駛技術(shù)向業(yè)界開(kāi)放，將開(kāi)放環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、車(chē)輛控制、車(chē)載操作系統(tǒng)等功能的代碼或能力，并且提供完整的開(kāi)發(fā)測(cè)試工具，目的是進(jìn)一步降低無(wú)人車(chē)的研發(fā)門(mén)檻，促進(jìn)技術(shù)的快速普及。

騰訊于2016年下半年成立自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)室，依托360度環(huán)視、高精度地圖、點(diǎn)云信息處理以及融合定位等方面技術(shù)積累，聚焦自動(dòng)駕駛核心技術(shù)研發(fā)。阿里、樂(lè)視等也紛紛與上汽等車(chē)企合作開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)。

（四）以企業(yè)并購(gòu)為突破，初創(chuàng)企業(yè)和領(lǐng)軍企業(yè)成為標(biāo)的

自動(dòng)駕駛發(fā)展較快的企業(yè)所并購(gòu)的主要對(duì)象為掌握自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)或初創(chuàng)企業(yè)。

2016年7月，通用公司以超過(guò)10億美元價(jià)格收購(gòu)了硅谷創(chuàng)業(yè)公司Cruise Automation，后者研發(fā)的RP-1高速公路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備高度自動(dòng)化駕駛應(yīng)用潛力。

2017年3月，英特爾以153億美元收購(gòu)以色列科技企業(yè)Mobileye，后者致力于研發(fā)與自動(dòng)駕駛有關(guān)的軟硬件系統(tǒng)，是特斯拉、寶馬等公司駕駛輔助系統(tǒng)的主要攝像頭供應(yīng)商，掌握一系列圖像識(shí)別方面的專利。

優(yōu)步公司2015年收購(gòu)了提供位置API的創(chuàng)業(yè)公司deCarta，還從微軟Bing部門(mén)獲取了精通圖像和數(shù)據(jù)收集的員工。

2017年4月，百度宣布全資收購(gòu)一家專注于機(jī)器視覺(jué)軟硬件解決方案的美國(guó)科技公司xPerception，該公司對(duì)面向機(jī)器人、AR/VR、智能導(dǎo)盲等行業(yè)客戶提供以立體慣性相機(jī)為核心的機(jī)器視覺(jué)軟硬件產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)智能硬件在陌生環(huán)境中對(duì)自身的定位、對(duì)空間三維結(jié)構(gòu)的計(jì)算和路徑規(guī)劃。據(jù)業(yè)界分析，百度此舉可能為了加強(qiáng)視覺(jué)感知領(lǐng)域的軟硬件能力。

總的來(lái)看，收購(gòu)領(lǐng)軍企業(yè)或具有潛力的初創(chuàng)企業(yè)，可迅速加快自身自動(dòng)駕駛技術(shù)的積累，形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。