1、谷歌的無(wú)人駕駛技術(shù),第三組：郟高祥16205216080,一、研究背景 二、研究過(guò)程 三、重點(diǎn)技術(shù) 四、未來(lái)展望,一、研究背景,21世紀(jì)初，美國(guó)國(guó)會(huì)指示美國(guó)軍方開(kāi)始設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)，國(guó)會(huì)甚至給五角大樓定下了一個(gè)具體目標(biāo)；到2015年，1/3的軍隊(duì)用車(chē)應(yīng)該能在沒(méi)有人類(lèi)駕駛員的情況下到達(dá)設(shè)定好的目標(biāo)位置。不過(guò)，這一指令并沒(méi)有明確指定是自動(dòng)駕駛還是遠(yuǎn)程遙控車(chē)輛，但對(duì)兩種情況的考慮是一樣的：智能車(chē)輛能夠節(jié)約資金，并減少士兵傷亡。,20世紀(jì)80年代，美德兩國(guó)的機(jī)器人專(zhuān)家在自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域取得了零星進(jìn)展，但現(xiàn)實(shí)情況是，想要打造一輛能夠在高峰時(shí)段自動(dòng)行駛的汽車(chē)，要比制作一個(gè)能上月球的機(jī)器人更難。到了2004

2、年，五角大樓的這一項(xiàng)目仍然沒(méi)能取得什么進(jìn)展。因此，DARPA決定舉辦自動(dòng)駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽，旨在說(shuō)服黑客、大學(xué)教授以及那些希望以此一戰(zhàn)成名的企業(yè)，加入自動(dòng)駕駛技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。,圖中為2005年的冠軍斯坦福大學(xué)的史坦利號(hào)(Stanley）,實(shí)踐證明，美國(guó)軍方舉辦自動(dòng)駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽的做法非常有效，自動(dòng)駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽以及此后舉辦的城市挑戰(zhàn)賽，吸引了大批硅谷發(fā)明家以及大學(xué)科研機(jī)構(gòu)人員的參與。應(yīng)該說(shuō)，美國(guó)軍方是無(wú)人駕駛技術(shù)當(dāng)仁不讓的推手，正是DARPA組辦的系列賽事，為日后谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2005年DARPA自動(dòng)駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽的冠軍就是來(lái)自斯坦福大學(xué)的塞巴斯蒂安特龍帶領(lǐng)的

3、團(tuán)隊(duì)，而特龍后來(lái)加盟谷歌，成為“谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)之父”。,谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)之父塞巴斯蒂安特龍（ Sebastian Thrun ）,出席2013年世界經(jīng)濟(jì)論壇的塞巴斯蒂安特龍,2.1 硅谷精英低調(diào)研發(fā)谷歌汽車(chē),2007年，DAPRA挑戰(zhàn)賽決賽結(jié)束后不到一年，特龍從斯坦福大學(xué)辭職，開(kāi)始了在谷歌的全職工作，他的離職從來(lái)沒(méi)有被公之于眾，甚至也沒(méi)有被媒體提及。加盟谷歌后，特龍第一個(gè)項(xiàng)目就創(chuàng)建了街景車(chē)隊(duì)，捕捉美國(guó)每一條街道上的民宅和企業(yè)的數(shù)字影像。,二、研究過(guò)程,2009年，特龍開(kāi)始了另一個(gè)更具野心的嘗試：能在公共街道和高速公路上穿行的無(wú)人自動(dòng)駕駛汽車(chē)。 無(wú)人駕駛汽車(chē)的主要原理在于通過(guò)車(chē)載傳感系統(tǒng)感知道

4、路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車(chē)路線(xiàn)并控制車(chē)輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)；同時(shí)通過(guò)車(chē)載傳感器感知周?chē)h(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車(chē)輛位置和障礙物信息，控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車(chē)輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。,任何一場(chǎng)事故都可能毀滅尚在襁褓之中的谷歌汽車(chē)，因此在項(xiàng)目起步的時(shí)候，特龍便已經(jīng)建立了詳盡的安全制度。他敏銳地意識(shí)到，如果這一項(xiàng)目中有任何差池，那么便會(huì)帶來(lái)異常災(zāi)難。他從來(lái)都不允許未經(jīng)訓(xùn)練的司機(jī)靠近研發(fā)用的豐田普銳斯車(chē)隊(duì)的方向盤(pán)。這些汽車(chē)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)8O萬(wàn)公里以上的零事故行駛，但特龍明白，即使每80-160萬(wàn)公里內(nèi)僅會(huì)出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，這樣的錯(cuò)誤率仍然高得讓人害怕。,從2009年開(kāi)始，谷歌的無(wú)人駕駛汽車(chē)研發(fā)一直在

5、秘密進(jìn)行。正是特龍低調(diào)謹(jǐn)慎的行事風(fēng)格，令谷歌汽車(chē)在研發(fā)初期沒(méi)有受到外界的任何干擾，保證了無(wú)人駕駛汽車(chē)這個(gè)新生事物的順利落地。 2010年10月谷歌對(duì)外正式公布，Google研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。這款汽車(chē)已經(jīng)基本具備自動(dòng)操作和行駛能力，并在各種交通環(huán)境中行駛了22萬(wàn)公里。,這款谷歌汽車(chē)與普通汽車(chē)相比有兩大區(qū)別：一是車(chē)身布滿(mǎn)了各種傳感器，有雷達(dá)，車(chē)道保持系統(tǒng)， 激光測(cè)距系統(tǒng)，紅外攝像頭，GPS/慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)等。這些傳感器能收集周?chē)?60度全方位的環(huán)境信息，幫助智能駕駛系統(tǒng)理解和感知周?chē)沫h(huán)境；二是這輛車(chē)沒(méi)有方向盤(pán)、油門(mén)和剎車(chē)，完全是為了無(wú)人駕駛而設(shè)計(jì)的。同時(shí)，智能駕駛系統(tǒng)還要預(yù)

6、測(cè)周邊物體的行為，這十分具有挑戰(zhàn)性。,SICK公司激光雷達(dá)。用于檢測(cè)周?chē)系K物，無(wú)人車(chē)需要能夠感知周?chē)h(huán)境，又不能像人一樣單純用眼睛完成，于是這玩意可以返回周?chē)系K物的距離，誤差毫米級(jí)。,5個(gè)SICK，一個(gè)SICK當(dāng)時(shí)等價(jià)于一輛帕薩特。,360度多線(xiàn)激光雷達(dá)，現(xiàn)在價(jià)值3個(gè)帕薩特,除了激光雷達(dá)（避障），還有有毫米波雷達(dá)（探測(cè)）、GPS（定位）、里程計(jì)（定位）、陀螺儀（定位）、視覺(jué)系統(tǒng)（檢測(cè)、避障）、數(shù)傳電臺(tái)（監(jiān)控）等等。,GPS的定位精度遠(yuǎn)達(dá)不到無(wú)人車(chē)的需求，GPS官方定位精度“10m”，更高精度的GPS基本要依靠差分完成。差分的原理很簡(jiǎn)單：設(shè)置一個(gè)固定基站，固定基站校準(zhǔn)位置，再將信號(hào)傳遞給車(chē)載

7、設(shè)備，車(chē)載設(shè)備在接收到基站信號(hào)和GPS信號(hào)后差分獲得。但是每一個(gè)基站的有效范圍也就30km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到無(wú)人車(chē)的應(yīng)用要求。如果是“1米”的精度對(duì)于車(chē)輛定位基本上夠用，但是GPS一定要在空曠的場(chǎng)地上才能得到這種級(jí)別的定位精度。而且，當(dāng)無(wú)人車(chē)行駛到比較偏僻的地方，可能GPS沒(méi)信號(hào)，這樣的話(huà)就需要尋找更加精確的定位方式。,2.2 無(wú)人車(chē)定位問(wèn)題,這時(shí)就需要里程計(jì)+陀螺儀，俗稱(chēng)慣性導(dǎo)航單元。這套系統(tǒng)的原理就是：花錢(qián)越多，有效時(shí)間越久。如果要能在沒(méi)有GPS的情況下堅(jiān)持20分鐘，3個(gè)帕薩特。原因是里程計(jì)、陀螺儀都存在累積誤差。注意誤差是累計(jì)的，也就是說(shuō)上一時(shí)刻是0.5m的誤差，下一時(shí)刻指定大于0.5m。因此

8、要盡可能約束累積誤差，使其數(shù)量級(jí)很低，那么就要上光纖陀螺。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，體積小，重量輕，有很高的靈敏度和分辨率。,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、由于它是不依賴(lài)于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)，故隱蔽性好，也不受外界電磁干擾的影響； 2、可全天候、全時(shí)間地工作于空中、地球表面乃至水下； 3、能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低； 4、數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。,2.3城市路測(cè)表現(xiàn)并不完美,目前谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)研發(fā)中面臨的最大一個(gè)挑戰(zhàn)：智能駕駛系統(tǒng)如何預(yù)測(cè)周邊汽車(chē)和行人的行為。從2013年開(kāi)始，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)開(kāi)始了在更為復(fù)雜的城市道

9、路的路測(cè)，但結(jié)果并不盡如人意。 有參與試乘體驗(yàn)的人士表示，谷歌汽車(chē)因過(guò)于謹(jǐn)慎而出錯(cuò)的情形，往往令人十分惱火：一次，谷歌汽車(chē)為了避開(kāi)一輛車(chē)而在一個(gè)住宅區(qū)急轉(zhuǎn)彎。那輛車(chē)停得很糟糕，令谷歌汽車(chē)的傳感器無(wú)法識(shí)別它會(huì)不會(huì)開(kāi)到車(chē)道上來(lái)。,2016年的情人節(jié)，對(duì)于谷歌汽車(chē)來(lái)說(shuō)頗為郁悶。2月14日當(dāng)天，一輛進(jìn)行路測(cè)的谷歌汽車(chē)試圖變道并入緩慢移動(dòng)的車(chē)流時(shí)，一名大巴司機(jī)并沒(méi)有減速留出空間，導(dǎo)致兩輛車(chē)發(fā)生輕微碰撞。當(dāng)時(shí)為了轉(zhuǎn)彎，這輛谷歌汽車(chē)已靠近路邊行駛，為同一車(chē)道內(nèi)仍保持直行的其他車(chē)輛讓出空間。但在發(fā)現(xiàn)前方道路被一堆沙袋阻擋后，這輛谷歌汽車(chē)不得不駛回車(chē)流當(dāng)中，由此造成了這起事故。谷歌在事后發(fā)布的公告中將這起事故歸

10、咎于“一系列棘手的情況”這是一個(gè)關(guān)于協(xié)商的典型例子，而這種協(xié)商是駕駛的一個(gè)正常組成部分一我們都試圖在預(yù)判對(duì)方的運(yùn)動(dòng)。,對(duì)車(chē)?yán)锏某丝蛠?lái)說(shuō),谷歌汽車(chē)行駛到一處紅燈前時(shí)采取的操作更是令人氣惱。當(dāng)時(shí),車(chē)流量屬中等，安裝在谷歌汽車(chē)頂部的激光系統(tǒng)檢測(cè)到,反方向的一輛車(chē)正在以高于安全水平的車(chē)速朝著紅燈開(kāi)來(lái)。于是，谷歌汽車(chē)猛地右拐，以防撞車(chē)。但其實(shí)，那輛車(chē)的行為不過(guò)是人類(lèi)司機(jī)通常會(huì)做的:遇到紅燈時(shí)不夠小心，但司機(jī)還是很及時(shí)地停了下來(lái)。,盡管谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)的實(shí)際路測(cè)并不完美，但特龍堅(jiān)信，人類(lèi)是糟糕而可怕的司機(jī)，這主要是因?yàn)槿巳菀追稿e(cuò)誤，精力不集中。而有了無(wú)人駕駛汽車(chē)，交通事故會(huì)大量減少，樂(lè)觀(guān)預(yù)計(jì)，無(wú)人駕駛汽車(chē)

11、上路后有望降低90%的交通事故，甚至零傷亡也可以成為一種可能。,正是在這種令世界變得更好的強(qiáng)烈意愿支持下，特龍團(tuán)隊(duì)以及全球眾多無(wú)人駕駛汽車(chē)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在這條改變?nèi)祟?lèi)未來(lái)交通方式的道路上，篳路藍(lán)縷，努力前行。盡管真正意義上的無(wú)人駕駛汽車(chē)還有很長(zhǎng)一段路要走，但它確實(shí)給未來(lái)的交通開(kāi)啟了一條不同的道路傳統(tǒng)道路上配有更智慧、更安全的人類(lèi)司機(jī)；而在另一條未來(lái)之路上，人類(lèi)將成為乘客。,三、重點(diǎn)技術(shù),從原理上來(lái)說(shuō)，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)是通過(guò)車(chē)身上的傳感器感知路況和周邊情況，然后傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)，中央處理系統(tǒng)根據(jù)人工智能對(duì)情況做判斷，然后通知電傳系統(tǒng)，電傳系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)操控機(jī)械裝置，最后機(jī)械裝置操控車(chē)輛做各種動(dòng)作。在這

12、個(gè)過(guò)程中，技術(shù)難點(diǎn)在于怎么用傳感器準(zhǔn)確感知周?chē)畔⒁约叭斯ぶ悄苋绾巫龀雠袛唷?谷歌無(wú)人駕駛技術(shù)的真正核心就是傳感器采集處理和人工智能的算法。從技術(shù)途徑上看，感知周?chē)闆r有多種模式，谷歌選擇了激光傳感器，激光傳感器對(duì)距離的判斷非常準(zhǔn)確，但是價(jià)格昂貴，惡劣天氣下實(shí)用性受限。而谷歌人工智能的算法則一直對(duì)外秘而不宣。,車(chē)頂上的掃描器發(fā)射64束激光射線(xiàn)，然后激光碰到車(chē)輛周?chē)奈矬w，又反射回來(lái)，這樣就計(jì)算出了物體的距離。,另一套在底部的系統(tǒng)測(cè)量出車(chē)輛在三個(gè)方向上的加速度、角速度等數(shù)據(jù)，然后再結(jié)合GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出車(chē)輛的位置，所有這些數(shù)據(jù)與車(chē)載攝像機(jī)捕獲的圖像一起輸入計(jì)算機(jī)，軟件以極高的速度處理這些數(shù)據(jù)。這樣

13、，系統(tǒng)就可以非常迅速的作出判斷。,谷歌無(wú)人駕駛技術(shù)系統(tǒng)并不限于谷歌汽車(chē)，而是可以移植到任何一輛新款汽車(chē)上。只要是以電傳為操控方式的汽車(chē)，就可以把谷歌的信息采集和人工智能算法移植過(guò)來(lái)，要適應(yīng)的只是不同汽車(chē)的動(dòng)力、剎車(chē)和方向參數(shù)。無(wú)論是電動(dòng)車(chē)、燃油車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)，都可以移植谷歌無(wú)人駕駛系統(tǒng)。因此，只要谷歌研發(fā)成功，無(wú)論哪家汽車(chē)廠(chǎng)商，只要應(yīng)用谷歌無(wú)人駕駛系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛功能。,四、未來(lái)展望,盡管各大車(chē)企紛紛表示，2020年左右推出第一批真正意義上的量產(chǎn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)產(chǎn)品，但在國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)資深人士看來(lái)，完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)要想駛?cè)雽こ０傩占遥€須“過(guò)三關(guān)”：,一是技術(shù)關(guān)，城市道路的路況更為復(fù)雜，這對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的識(shí)別能力是一大考驗(yàn)。谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)人員也表示，在市區(qū)里行駛一英里路程要遠(yuǎn)比在高速公路上更為復(fù)雜，因?yàn)榍罢咴谝粋€(gè)小的區(qū)域中會(huì)因?yàn)橐?guī)則的不同存在數(shù)百種不同的路面情況。我們花了大量時(shí)間改進(jìn)了我們的軟件，因此它現(xiàn)在可以實(shí)時(shí)的區(qū)別上百個(gè)不同物體一如行人、公共汽車(chē)、由協(xié)管員手握的停車(chē)標(biāo)志，或者是騎自行車(chē)者給出的要通過(guò)馬路的手勢(shì)信號(hào)等。目前看，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)在城市道路上的測(cè)試結(jié)果仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)零事故。,二是道德關(guān)，在突發(fā)情況時(shí)，自