真正自動(dòng)駕駛：或許是5年 或許是10年

　　最近又有從事哪些職業(yè)的人員將被機(jī)器所取代呢?其中一個(gè)備選答案是汽車司機(jī)——世界上最普遍的職業(yè)之一。傳統(tǒng)車企正在面臨一場(chǎng)主要由科技公司主導(dǎo)的以自動(dòng)駕駛技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)革命，而與之相關(guān)的各類媒體報(bào)道使得許多消費(fèi)者產(chǎn)生了他們的下一輛汽車將是完全自動(dòng)駕駛的預(yù)期。

　　但是，仔細(xì)審視一下實(shí)現(xiàn)高級(jí)別自動(dòng)駕駛(SAELevel4及以上)所需的技術(shù)，就會(huì)了解到，真正實(shí)現(xiàn)并推廣該類汽車需要花上比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間，或許是5年，或許是10年。

　　厘清此次技術(shù)革命的脈絡(luò)

　　對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的首次嘗試主要集中在高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(AdvancedDriver AssistantSystems，ADAS)領(lǐng)域，屬于此類的功能包括緊急制動(dòng)(Emergency Braking)，倒車攝像頭(Backup Camera)，自適應(yīng)巡航控制(Adaptive Cruise Control)以及自動(dòng)泊車系統(tǒng)(Self-Parking System)等，這些技術(shù)一開(kāi)始最先應(yīng)用在豪華車上。最終，產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)開(kāi)始要求在每輛汽車中都配置部分ADAS功能，這加速了其對(duì)大眾市場(chǎng)的滲透。截至到2016年，ADAS技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)規(guī)模約為150億美元的市場(chǎng)。

　　在全球范圍內(nèi)，ADAS系統(tǒng)(例如，夜視功能及車輛盲點(diǎn)探測(cè))的出國(guó)量從2014年的9000萬(wàn)套增加到了2016年的約1.4億套，僅兩年時(shí)間規(guī)模就增長(zhǎng)了50%。其中，部分ADAS功能相比于其他功能更有吸引力，例如，從2014年到2016年，具有環(huán)視視角的停車系統(tǒng)(Surround-View Parking Systems)的普及率增長(zhǎng)超過(guò)了150%，而自適應(yīng)前置照明系統(tǒng)(Adaptive Front-Lighting Systems)的數(shù)量在同一時(shí)間段內(nèi)增加了約20%。

　　客戶的支付意愿和產(chǎn)品價(jià)格的下降都幫助了ADAS系統(tǒng)套件的普及。麥肯錫公司最近的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了給汽車配置相應(yīng)的ADAS功能，駕駛員將平均多花費(fèi)500 ~2500美元。盡管起初ADAS功能只在豪華車上配置，但目前許多汽車制造商可以在售價(jià)20000美元級(jí)別的汽車上配置相同的ADAS功能。許多高端汽車不僅在高速公路條件下能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎(即橫向控制)、加速及制動(dòng)(即縱向控制)，而且還能采取相應(yīng)的行動(dòng)避免車輛發(fā)生碰撞。一些在有限距離的固定線路上行駛的商用乘用車(如短駁車)甚至可以將自己停入空間極為緊湊的停車位。

　　但是，雖然ADAS已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，但整個(gè)行業(yè)還沒(méi)有確定半自動(dòng)駕駛汽車(如SAE Level3車輛)的最佳技術(shù)原型，因此目前仍處于測(cè)試-改進(jìn)模式(test-and-refine mode)。截至到目前為止，共出現(xiàn)了3種技術(shù)路線：

　　以攝像頭(Camera Systems)為主，毫米波雷達(dá)為輔;

　　以毫米波雷達(dá)(Radar)為主，攝像頭為輔;

　　混合路線，即把激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等硬件以及傳感器融合算法相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境更細(xì)致的理解。

　　實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)路線的成本各不相同，其中“混合路線”最為昂貴。截至到目前為止，上述3種技術(shù)路線之間尚未決出勝負(fù)，每個(gè)系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，例如，“以毫米波雷達(dá)為主”的方法可以在高速公路場(chǎng)景下運(yùn)行良好，該場(chǎng)景中的交通流量相對(duì)而言較易預(yù)測(cè)且對(duì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)繪的精度要求并不高。另一方面，“混合路線”的方法在人口稠密的城市地區(qū)能夠更好地工作，在該場(chǎng)景下，精確的測(cè)繪可以幫助汽車能沿狹窄的街道行駛，識(shí)別出體積較小的但影響行駛安全的物體。

　　解決自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)中的難題

　　自動(dòng)駕駛汽車無(wú)疑將開(kāi)啟了交通運(yùn)輸行業(yè)的新時(shí)代，但整個(gè)行業(yè)尚需解決一些技術(shù)難題，方可真正實(shí)現(xiàn)能夠商業(yè)化的自動(dòng)駕駛技術(shù)。我們已經(jīng)看到，ADAS功能可以減輕駕駛負(fù)擔(dān)，并使駕駛的過(guò)程變得更安全。但在某些情況下，該技術(shù)也會(huì)引發(fā)新的問(wèn)題，例如，人類過(guò)分信任或依賴這些新系統(tǒng)。這并不是一個(gè)新現(xiàn)象，當(dāng)安全氣囊成在20世紀(jì)90年代為汽車的標(biāo)配時(shí)，一些駕駛員和乘客將此作為自己可以不佩戴安全帶的理由，顯然這種錯(cuò)誤的觀念將導(dǎo)致額外傷亡事件的發(fā)生。

　　與之相類似，ADAS功能的標(biāo)配化會(huì)使駕駛員在工況超出ADAS處理能力的情況仍然盲目依靠它。例如，自適應(yīng)巡航控制技術(shù)在汽車直接跟隨另一輛行駛中的汽車時(shí)能夠運(yùn)行良好，但它通常不能發(fā)現(xiàn)靜止的物體。不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中的情況以及受控實(shí)驗(yàn)都表明，對(duì)自動(dòng)化過(guò)于信任的駕駛員最終會(huì)以撞上靜止的汽車或其他物體而告終。ADAS目前可實(shí)現(xiàn)的功能有限，而這正是許多早期用戶所沒(méi)有真正領(lǐng)會(huì)理解到的。

　　此外，還有一些因素會(huì)導(dǎo)致安全難題。2015年，在美國(guó)，駕駛傳統(tǒng)汽車(即SAELevel0)的司機(jī)因開(kāi)車時(shí)分心而引發(fā)的交通事故造成了近3500人死亡，39萬(wàn)余人受傷。不幸的是，據(jù)專家預(yù)計(jì)，在引入具有某種級(jí)別自動(dòng)駕駛功能但仍要求人類駕駛員隨時(shí)接管車輛控制權(quán)以防止事故發(fā)生(注：即該自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍然無(wú)法完全取代人類駕駛員，應(yīng)該指SAELevel3及以下的自動(dòng)駕駛水平)的汽車之后，一開(kāi)始車禍發(fā)生的數(shù)量并不會(huì)顯著下降。

　　安全專家擔(dān)心，半自動(dòng)駕駛汽車的駕駛員可能會(huì)在自動(dòng)駕駛模式下進(jìn)行閱讀或發(fā)短信等活動(dòng)，從而在被要求接管汽車控制權(quán)的瞬間會(huì)缺乏對(duì)環(huán)境必要的感知。隨著駕駛員又再次操控汽車，他們必須立即評(píng)估周圍環(huán)境、確定車輛在其中的位置、分析其所面臨的危險(xiǎn)狀況并選定一個(gè)安全的行動(dòng)方案。而當(dāng)車速達(dá)到65英里/小時(shí)(約合104公里/小時(shí))時(shí)，汽車只需不到4秒的時(shí)間便可駛過(guò)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)長(zhǎng)度的距離，且駕駛員將控制權(quán)交給汽車的時(shí)間越長(zhǎng)，再次進(jìn)入駕車狀態(tài)的過(guò)程也會(huì)越長(zhǎng)。因此，汽車制造商必須開(kāi)發(fā)更好的人機(jī)界面，以確保新技術(shù)將挽救更多的生命而不是引發(fā)更多的事故。

　　我們?cè)谄渌麍?chǎng)合也遇到過(guò)類似的問(wèn)題：2009年，因?yàn)轱w行員在客機(jī)處于自動(dòng)駕駛模式下飛行時(shí)沒(méi)有及時(shí)接管控制權(quán)，致使該航班飛機(jī)駛過(guò)了其目的地機(jī)場(chǎng)約150英里才被發(fā)現(xiàn)。對(duì)于半自動(dòng)駕駛汽車而言，“空域”(對(duì)應(yīng)于汽車行駛的“地面”)將變得更加擁擠，“飛行員”(對(duì)應(yīng)于操控汽車的“駕駛員”)的訓(xùn)練狀況也較差。因此，對(duì)于全神貫注于做其它事情的駕駛員而言，汽車在自動(dòng)駕駛模式下運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)變得更加危險(xiǎn)。

　　向全自動(dòng)駕駛演進(jìn)

　　在接下來(lái)的5年中，可能會(huì)出現(xiàn)屬于SAELevel4級(jí)別的自動(dòng)駕駛汽車，該類汽車能夠在特定場(chǎng)景下完成所有原本需要人類駕駛員完成的駕駛?cè)蝿?wù)，期間并不需要人類駕駛員的干預(yù)。雖然此技術(shù)已經(jīng)能夠在有限場(chǎng)景下以將來(lái)正常工作的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，但真正驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能可能仍然需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，因?yàn)橄到y(tǒng)必須進(jìn)行大量測(cè)試以求得能夠暴露于罕見(jiàn)場(chǎng)景(注：即機(jī)器學(xué)習(xí)中所謂的“Edge Cases”)中的機(jī)會(huì)，并采取應(yīng)對(duì)措施將其剔除。此外，工程師還需要實(shí)現(xiàn)與保證系統(tǒng)可靠性及安全性方面的目標(biāo)。起初的時(shí)候，公司通常會(huì)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠在特定地理區(qū)域內(nèi)的特定應(yīng)用場(chǎng)景中可靠運(yùn)行，即所謂的設(shè)定“地理柵欄”(Geofence)。另外一個(gè)先決條件是，在調(diào)整系統(tǒng)以確保能在特定場(chǎng)景中成功運(yùn)行之后，當(dāng)“地理柵欄”擴(kuò)展到涵蓋更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和更大面積的地理區(qū)域時(shí)，亦需進(jìn)行相應(yīng)的額外調(diào)整。

　　實(shí)現(xiàn)SAELevel4及SAELevel5的難點(diǎn)在于需要在任何環(huán)境下且在沒(méi)有任何限制的條件下安全地操控汽車，例如，需要在沒(méi)有繪制過(guò)地圖的地區(qū)或者沒(méi)有車道線及重要基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境特征的道路上行駛。因此，由于工程師必須要覆蓋和測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)景(Use Cases)數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，建立一個(gè)可在(大部分)無(wú)限制環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)將需要花費(fèi)更多的精力。例如，在沒(méi)有車道標(biāo)記或車輛行駛在未鋪設(shè)石板/柏油的道路上，系統(tǒng)必須能夠判斷出哪些區(qū)域是可行駛區(qū)域。這是一個(gè)困難的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)問(wèn)題，特別是如果路面與周圍環(huán)境沒(méi)有顯著差異時(shí)，例如道路被大雪所覆蓋時(shí)間。

　　實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛可能需要花費(fèi)10年以上的時(shí)間

　　鑒于目前的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)10年內(nèi)完全自動(dòng)駕駛汽車(SAELevel4及以上級(jí)別)將難以真正實(shí)現(xiàn)，其中主要的障礙在于開(kāi)發(fā)滿足SAELevel4及以上級(jí)別要求的軟件。雖然硬件方面的技術(shù)創(chuàng)新能夠提供所需的計(jì)算能力，而且價(jià)格(特別是傳感器)會(huì)下降(注：由于反摩爾定律的作用)，但軟件仍將是關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。

　　事實(shí)上，硬件的性能已經(jīng)接近達(dá)到使高度優(yōu)化后的自動(dòng)駕駛汽車軟件(Well-Optimized AV Software)順暢運(yùn)行所需的水平，目前的技術(shù)應(yīng)該能夠很快達(dá)到自動(dòng)駕駛汽車所需的計(jì)算能力，不論是圖形處理器(Graphics Processing Units，GPU)還是中央處理器。

　　目前攝像頭已經(jīng)能夠滿足測(cè)試距離、分辨率和視場(chǎng)等方面的性能要求，但在惡劣天氣條件下也面臨顯著的局限性。毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，它是惡劣天氣及路況條件下進(jìn)行探測(cè)的最佳選項(xiàng)。提供最佳視場(chǎng)的是激光雷達(dá)，它可以極高的精度探測(cè)車輛周圍360度內(nèi)的環(huán)境狀況。雖然目前市場(chǎng)上出售的激光雷達(dá)的價(jià)格還非常昂貴，但一些商業(yè)上可行的小型廉價(jià)產(chǎn)品應(yīng)該會(huì)在未來(lái)一兩年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)。幾家高科技公司聲稱可將激光雷達(dá)的成本降低到500美元以下，另一家公司已經(jīng)推出了一種售價(jià)約為10000美元的能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)(大約有十幾個(gè)傳感器)。從商業(yè)化的角度來(lái)看，企業(yè)需要了解SAELevel5汽車所需的最佳的傳感器數(shù)量，以控制整車的成本。(注：例如，以色列固態(tài)激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司Innoviz在5月23日剛剛推出的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品InnovizPro的售價(jià)將低于7000美元)

　　令人頭疼的軟件方面的問(wèn)題仍然存在

　　開(kāi)發(fā)出與自動(dòng)駕駛汽車硬件所具備的全部潛力相配且能充分利用之的軟件仍然需要較長(zhǎng)時(shí)間，鑒于問(wèn)題的復(fù)雜性和目前以科研為導(dǎo)向的屬性，工程開(kāi)發(fā)方面的時(shí)間進(jìn)度表基本已處于停滯狀態(tài)。

　　一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是，自動(dòng)駕駛汽車必須在道路上有其他自動(dòng)駕駛汽車以及人類駕駛員的情形下，學(xué)習(xí)如何與之協(xié)商駕駛方式(注： ChrisUrmson在4月份CMU的講座中也指出這是一個(gè)令人頭疼的博弈難題)。此外，使用易出錯(cuò)的GPS傳感器來(lái)對(duì)車輛進(jìn)行高精度定位是另一個(gè)待解決的復(fù)雜問(wèn)題。解決上述難題不僅需要大量的前期研發(fā)，而且還需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和驗(yàn)證。

　　3種類型的問(wèn)題更具體地說(shuō)明了軟件問(wèn)題。首先是物體分析(Object Analysis)，即探測(cè)到物體并理解它們所代表的含義，對(duì)自動(dòng)駕駛汽車至關(guān)重要。例如，該系統(tǒng)應(yīng)該以不同的方式處理靜止停放的摩托車和在路邊騎自行車的人。因此，必須在物體分析階段就捕捉到兩者之間關(guān)鍵性的差異。