科普 |《无人驾驶》

从颠覆驾驶开始，人工智能将全面重构人类生活。

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适听人群 

想了解未来驾驶技术的你

专业解读人 

Hana。浙江大学机械设计及理论硕士，精通4国语言的汽车工程师。

你将获得 

无人驾驶的世界是怎样的？

实现无人驾驶，需要哪些技术？

整个社会将因为无人驾驶技术的普及而重构么？

书中金句 

当深度学习软件获得了全新看世界的能力，那么自动汽车对数据的依赖程度就会不亚于汽油之于汽车。

将来的某天，我定会摘下乘坐无人驾驶汽车需要的保护头盔，去体验手动驾驶的乐趣。

我们依然在不停尝试，把生命气息带给毫无生命特征的机器。

精华笔记 

在未来，街道上会充满成群的有序的无人驾驶车辆，组成一个无人驾驶移动网。就像深海里的鱼群一样，遇到障碍物自动分开，又迅速合并，高速前进却又不发生碰撞。如果你想要乘车，只需打开手机摁下按键，一辆车会自动行驶到你身边，把你带到任何想去的地方。

据分析师预计，第一代民用的无人驾驶汽车会在2025年上市，到2035年全球销售的新车中会有10%的无人驾驶汽车，到2050年这个数字则上升至80%。在长达几十年的时间里，人类和机器人会共同掌管道路。

无人驾驶需要三个系统：感知、决策和执行。感知系统称为中层控制系统，负责感知周围的环境，并做出识别和分析；决策系统称为上层控制系统，负责路径规划和导航；执行系统称为底层控制系统，负责汽车的加速、刹车和转向。

一、感知系统

无人驾驶汽车的眼睛

无人驾驶汽车的眼睛包括：数码相机、激光雷达、微波雷达等。这些传感器收集周围的信息，为感知系统提供全面的环境数据。

数码相机是目前最便宜也是最常用的传感器，它最大的优点就是可以分辨颜色，因此，也成为场景解读的最佳工具。但是，它的缺点也很明显。首先就是没有立体视觉，没办法判断物体和相机之间的距离。另外，它对光线过于敏感，过强或者过暗的光线，都可能影响它的成像。

激光雷达，就是用激光来进行探测和测量。它的原理是向周围发射脉冲激光，遇到物体后反射回来，通过来回的时间差，计算出距离，从而对周围环境建立起三维建模。因为激光的波长短，所以可以探测到非常微小的目标，并且探测距离很长。

微波雷达，原理和激光雷达类似，不过它发射的是无线电波而不是激光。虽然精度不如激光雷达，但是胜在价格低、体积小。同时，精度低反过来又是它的优点，因为可以穿透雾、烟、灰尘等障碍，在恶劣天气下作用显著。

数码相机和雷达测量在感知环境中相辅相成，共同为无人驾驶车辆提供完整、准确的外部信息。有了眼睛接收信息，接下来就是要解决识别的问题。无人驾驶的识别系统，是以深度学习为基础。

深度学习

深度学习是怎样进行学习的呢？这就要归功于大名鼎鼎的机器学习方法——人工神经网络。

神经网络，指的就是生物的神经系统。外层的神经元细胞受到外界刺激，就会放电给下一层细胞，下一层细胞再放电给下一层细胞，最终电流会传递到大脑。对于神经细胞而言，最重要的问题就是“我该不该放电”以及“我应该放多少电”。

人工神经网络模拟这个原理，将一层一层人工神经元细胞连接在一起，组成一个计算网络。这些人工神经元细胞在算法里其实是一个个节点，通过调整节点之间的加权参数，来解决“该不该放电”和“该放多少电”的问题。如果判断错误，节点之间的参数就会被调整，再进行下一次学习。通过不断重复地判断和调整，来实现人工神经网络的学习。

二、决策系统

无人驾驶汽车用的并不是普通的导航地图，而是高清数字地图，它和普通地图最大的区别就是精确度和信息量。普通地图比较粗糙，而高清数字地图的精度一般在厘米级，而且是立体三维的，包含车道线、周围设施等各种物体的坐标位置。

另一个支持路径规划的技术就是V2X（vehicle-to-everything）技术。意思是将车和环境形成一个物联网，它包括车对车、车对基础设施，以及车对行人等一系列通讯系统。想象一下，如果车辆能够得到信号灯的信息，就能保证绝对不闯红灯，如果能够知道周围车辆的意图，就能很大程度地避免事故的发生。

有了高精度数字地图和V2X通讯网络，系统就可以应用搜索算法评估各种驾驶行为所花费的成本，包括信号灯等待时间、道路拥堵情况、路面维修情况等，以此来得到最佳的行驶路径。

三、执行系统

工程师们通过特制的“线控”装置控制方向盘和油门，来取代人类司机的手和脚。在汽车里配置多个处理器组成的子系统，以此来稳定、准确地控制汽车的机械系统。

这些子系统，包括ECU引擎控制单元、ABS制动防抱死系统、TCU自动变速箱控制系统等，它们通过一个“总线”来进行内部通讯，在汽车中称作 CAN总线。它的控制原理其实很简单。就拿定速巡航系统来举例，车速过低的时候，控制器会主动注入更多的汽油来提升车速，如果车速过高，就减少汽油。

对于无人驾驶汽车来说，精准的控制和快速的响应至关重要，这就意味着，首先要提高总线的传输速度，这对需要处理庞大数据的无人驾驶系统来说，有着很高的挑战。其次，控制的平滑性也影响着乘客的体验。另外，作为一个网络，数据传输的安全性也不容忽视，如果黑客成功攻击了CAN总线，就能对汽车进行控制。 

无人驾驶带来的影响

积极的一面

第一，节约时间，因为道路规划与预测系统可以有效地指引车辆、避免拥堵，使车辆更快地到达目的地；

第二，更加便捷舒适的乘车体验，汽车的设计会更贴心，方向盘会消失、仪表盘会更灵活，车里会有更多的娱乐设施；

第三，车祸数量会大幅降低；

第四，无人驾驶汽车还能节约能源、减少大气污染。

消极的一面

第一，无人驾驶汽车解放了你我，同时也剥夺了司机的工作机会；

第二，信息安全问题，试想，未来无人驾驶汽车真的普及之后，你的身份信息、你何时何地去了哪里，都会被详细记录；

第三，便利性为我们节约了时间，却也减少了我们在交通工具上与人交流的机会。

正如本书的作者所说，“无人驾驶汽车很可能成为我们有生之年接触到的最具颠覆性的机器之一”。与其抗拒它，不如尽早地拥抱它。

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫

播音 | 张煜