3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛為深入貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院的重要部署，順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革趨勢(shì)，抓住產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇，加快推進(jìn)智能汽車創(chuàng)新發(fā)展，國(guó)家發(fā)改委等11個(gè)部門在2020年印發(fā)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，指出當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，智能汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。智能汽車又稱為智能網(wǎng)聯(lián)汽車、自動(dòng)駕駛汽車等，是指通過搭載先進(jìn)傳感器等裝置，運(yùn)用人工智能等新技術(shù)，使其具有自動(dòng)駕駛功能，逐步成為智能移動(dòng)空間和應(yīng)用終端的新一代汽車。下圖展示的是百度自動(dòng)駕駛汽車。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛自動(dòng)駕駛需要多種技術(shù)的支撐，其中復(fù)雜系統(tǒng)體系架構(gòu)、復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策控制、人機(jī)交互及人機(jī)共駕、車路交互、網(wǎng)絡(luò)安全等基礎(chǔ)前瞻技術(shù)，以及新型電子電氣架構(gòu)、多源傳感信息融合感知、新型智能終端、智能計(jì)算平臺(tái)、車用無線通信網(wǎng)絡(luò)、高精度時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)和智能汽車基礎(chǔ)地圖、云控基礎(chǔ)平臺(tái)等共性交叉技術(shù)都是亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)一般需要感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)，根據(jù)信息的流向，相應(yīng)地也劃分為感知層、決策層和控制執(zhí)行層。三個(gè)系統(tǒng)都離不開人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)，具體技術(shù)架構(gòu)如下圖所示。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛3.4.1感知系統(tǒng)汽車行業(yè)是一個(gè)特殊的行業(yè)，因?yàn)樯婕俺丝偷陌踩?，任何事故都是不可接受的，所以?duì)于安全性、可靠性有著近乎苛刻的要求。因此在研究無人駕駛的過程中，對(duì)于傳感器、算法的準(zhǔn)確性和魯棒性有著極高的要求。另一方面，無人駕駛車輛是面向普通消費(fèi)者的產(chǎn)品，所以需要控制成本。高精度的傳感器有利于算法結(jié)果準(zhǔn)確，但又非常昂貴，這種矛盾在過去一直很難解決。如今深度學(xué)習(xí)技術(shù)帶來的高準(zhǔn)確性促進(jìn)了無人駕駛車輛系統(tǒng)在目標(biāo)檢測(cè)、決策、傳感器應(yīng)用等多個(gè)核心領(lǐng)域的發(fā)展。深度學(xué)習(xí)技術(shù)，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），目前廣泛應(yīng)用于各類圖像處理中，非常適用于無人駕駛領(lǐng)域。其訓(xùn)練測(cè)試樣本是從廉價(jià)的攝像機(jī)中獲取的，這種使用攝像機(jī)取代雷達(dá)從而壓縮成本的方法廣受關(guān)注。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛3.4.2決策系統(tǒng)1.協(xié)同決策協(xié)同決策是指決策層綜合場(chǎng)景認(rèn)知、先驗(yàn)知識(shí)、全局規(guī)劃、車路協(xié)同、人機(jī)交互等信息，在保證行車安全的前提下，盡可能地適應(yīng)實(shí)時(shí)工況，進(jìn)行舒適友好、節(jié)能高效的決策。常用的決策手段有:有限狀態(tài)機(jī)（FSM）、決策樹、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。下圖展示了協(xié)同決策技術(shù)。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛2.人機(jī)協(xié)同控制人機(jī)協(xié)同控制是指駕駛員和智能控制系統(tǒng)同時(shí)在環(huán)，協(xié)同完成駕駛?cè)蝿?wù)。自動(dòng)駕駛汽車是否允許人工干預(yù)，也是一個(gè)比較有爭(zhēng)議的話題。開放的同時(shí)，意味著暗門的暴露，而完全封閉，又存在著不可控的隱患。人機(jī)共駕的核心是協(xié)同與互補(bǔ)，而人機(jī)并行控制時(shí)，將會(huì)帶來由于冗余輸入所造成的人機(jī)沖突、控制權(quán)分配問題。智能汽車人機(jī)協(xié)同控制是一種典型的人在回路中的人機(jī)協(xié)同混合增強(qiáng)智能系統(tǒng)，如下圖所示。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛3.4.3控制執(zhí)行系統(tǒng)車輛運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)汽車智能化的首要前提，控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制車輛油門、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，在滿足一定設(shè)計(jì)需求（如追蹤性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等）的基礎(chǔ)上，使實(shí)際軌跡收斂于決策層規(guī)劃的期望軌跡。常見的應(yīng)用場(chǎng)景包括：多目標(biāo)自適應(yīng)巡航控制（ACC）、走停巡航控制、車道保持控制、車隊(duì)協(xié)同控制。典型車輛控制算法包括：PID控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模型預(yù)測(cè)控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛3.4.4其他關(guān)鍵技術(shù)1.高精地圖智能高精地圖是汽車自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，因此也被稱之為自動(dòng)駕駛地圖。L3級(jí)實(shí)時(shí)環(huán)境感知的主體由人類駕駛員變?yōu)樽詣?dòng)駕駛系統(tǒng)，高精地圖已成為必選項(xiàng)，且需要車輛實(shí)時(shí)位置與高精地圖能匹配一致。L3級(jí)系統(tǒng)作用域?yàn)閳?chǎng)景相對(duì)簡(jiǎn)單的限定環(huán)境（如高速公路、封閉園區(qū)等），地圖精度要求相對(duì)較低，且復(fù)雜度高的動(dòng)態(tài)目標(biāo)（如行人等）數(shù)量相對(duì)較少，實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)足夠支撐有效的動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別，地圖只需提供靜態(tài)環(huán)境與動(dòng)態(tài)交通（即實(shí)時(shí)路況）信息；L4級(jí)自動(dòng)駕駛能夠完成限定條件下的全部任務(wù)，無須人工干預(yù)，安全性要求高，地圖精度要求高，且需地圖提供動(dòng)態(tài)交通和事件信息（包括實(shí)時(shí)路況與高度動(dòng)態(tài)信息），以輔助周邊環(huán)境模型構(gòu)建；L5級(jí)能夠在任意環(huán)境條件下完全自動(dòng)駕駛，作用域的顯著擴(kuò)大需要海量眾包源為地圖提供數(shù)據(jù)支撐，且需要地圖具備高度智能性，能結(jié)合分析數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高度自適應(yīng)。因此未來的高精地圖將會(huì)具備高精度、高維度和高實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。3.4

人工智能與自動(dòng)駕駛2.SLAM技術(shù)21世紀(jì)以來，無人系統(tǒng)呈現(xiàn)出自主化、小型化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用場(chǎng)景也逐漸由物資投放、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、協(xié)同作戰(zhàn)等軍事領(lǐng)域向自動(dòng)駕駛、倉(cāng)庫(kù)管理、災(zāi)害救援、城市安保、資源勘探、電力巡線等民用領(lǐng)域擴(kuò)展。這些新的場(chǎng)景普遍具有較高的動(dòng)態(tài)性、未知性和封閉性，要求無人系統(tǒng)在缺乏環(huán)境先驗(yàn)信息和可靠的外界輔助信息源（例如GPS、遙測(cè)系統(tǒng)等）的前提下，具有僅依靠自身傳感器實(shí)現(xiàn)全自主導(dǎo)航定位和環(huán)境感知的能力，為后續(xù)工作提供必要的信息支撐。同步定位與建圖