无人驾驶是怎么回事

无人环保车,无人公交车,无人校车,虽然都是在路况简单的交通环境运行,但是无人驾驶技术确实已经逐渐走进我们生活中实用的一面了。无人驾驶离我们越来越近,那无人驾驶到底是什么呢?

无人公环保车

无人公交车

无人校车


要了解无人驾驶,首先要明白,无人驾驶其实也分等级。0级属于只能由人驾驶;1-3级属于半自动驾驶,这个阶段的无人驾驶,系统只能帮助驾驶员预测环境可能出现的情况,预先警告可能发生的危险,但最终做决策的还是驾驶员,也就是说,这个阶段的无人驾驶其实是辅助驾驶。到了4-5级,绝大部分情况都可以由系统处理,这个时候才是真正的自动驾驶。



在实现无人驾驶的过程中,以特斯拉为代表的汽车制造企业,很早就进入了L2、L3阶段,通过系统在实际驾驶过程中获取的大量数据,不断完善辅助驾驶系统,最终达到让系统智能到取代司机来驾驶汽车的目的。


但是,无人驾驶技术并不必需由L3到L4这样循序渐进的发展。很多公司就选择直接进入最高级L4、L5的完全无人驾驶,比如百度、谷歌。


无论是循序渐进也好,还是直接研究完全无人驾驶也好,在实现无人驾驶的路上,要解决的问题都差不多。一是给汽车定位,然后选择合适的路径;二是让汽车识别周围的环境;三是让汽车做出正确的判断。

 

定位方面,一个是定位技术、一个是高精度地图。

 

常用的定位技术有三种,一种是基于信号的定位,比如全球导航卫星系统(GNSS);一种是航迹推算,依靠惯性测量单元(IMU),根据上一时刻的位置和方位推断现在的位置和方位;还有一种是环境特征匹配,基于激光探测器的定位,用观测到的特征和数据库里的特征以及存储的特征进行匹配,得到现在车的位置和姿态。


三种定位技术各有优劣。


信号导航定位精度可以做到厘米级,但是严重依赖卫星数量,基站铺设成本也比较高。在一些特殊环境比如桥洞、高楼大厦下面,或者容易受到电磁干扰的环境,被干扰之后可能就没法定位。


航迹导航这种方法,以牛顿力学定律为基础,比较依赖仪器系统,系统造价高。优点是短时精度高,但是误差会随时间积累。而激光定位这种方法,必须要预先制作地图,有了地图,汽车搭载的激光雷达扫描到的环境信息就能跟地图上的对比,得出位置。这种方法要不断更新新地图,还有就是雨雪天气也会受到影响,因为会影响激光反射。


除了定位系统以外,高精度的地图也十分需要。因为需要定位系统与高精地图配合提供静态场景,然后车辆将感知得到的动态物体(行人、车辆等)正确放入静态场景中,才能根据位置和姿态用于路径规划和车辆控制。



这跟人类识路的感觉很相似,先记住路上的标识,指示牌、特殊建筑等等,然后把看到的信息与记忆比对,最后判断是不是走对了路。但是对于无人驾驶而言,这里的要求更高。车辆还需要根据搜集到的信息作出驾驶方面的判断。

 

关于高精度地图这一方面,无论是辅助驾驶也好,还是完全无人驾驶也好,都要事先搜集地图信息。


辅助驾驶(L1—L3)的模式是通过给大量的汽车预装摄像头,让汽车上路之后搜集路标、标识、线路等信息,最后汇总到地图上。这一模式的优势是制图成本低,但是地图的精度不够高。


完全无人驾驶(L4以上)的模式,通过给车辆加装激光雷达,激光雷达对环境的感知更强,搜集到的信息也更多。车辆行驶时,激光雷达同时扫描搜集周边的地图信息,搜集来的信息可以层叠相加,图层越多,地图也越精确。

 

搜集的这些信息,一方面用来更新地图,另一方面也是汽车作出判断的依据。除了雷达、摄像头等传感设备以外,无人驾驶汽车还有其它设备。但大都跟定位和识别相关。



雷达的主要作用是识别周围的行人、车辆、障碍物,测定距离速度等;



摄像头的作用是识别标识,包括红绿灯、指示牌、交警的手势等。



前面说了,无人驾驶最重要的三点,定位、识别环境、作出判断,无论是哪一点都离不开智能的系统。无人驾驶的历史很长,但无人驾驶正在进入“大航海时代”却是在深度学习爆发之后。


无论是定位还是识别周围的环境,车载摄像头、雷达等设备,每时每刻都会搜集海量的数据。传统的机器学习的系统,计算能力不足以处理这么多数据,深度学习出现之后,可以理解为系统在处理数据时做了精简,不用再被无关的数据影响。


谷歌无人驾驶系统

特斯拉辅助驾驶系统


无论是谷歌的无人驾驶,还是特斯拉的辅助驾驶,系统都只关注了道路上车辆、行人、路标等影响驾驶的关键因素,而忽略了大量的无关信息,做出正确的驾驶判断就容易了很多。最后,大量的路测可以不断完善这种无人驾驶系统,最终实现无人驾驶。


未来的无人驾驶,无论是私家车模式,还是共享模式,对于大众而言,都能获得更安全的乘车条件和更便利的出行环境。

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