关键词：无人驾驶、路线规划、车内信息采集、车外信息采集
1. 引言
无人驾驶汽车在20世纪已经有了数十年的历史，在21世纪呈现出了实用趋势，国内外几家公司也在快速推进无人驾驶汽车实用化。当前，人们对无人驾驶汽车的需求不断提高，无人驾驶技术也日益成熟。因此开展对无人驾驶方面的研究具有重要的意义。
2. 无人驾驶技术的简介
2.1 无人驾驶汽车的发展情况
无人驾驶这一概念最先由英、德、美等发达国家在上世纪七八十年代提出。发展至今，国外的许多公司都取得了不错的成绩。如谷歌，其在2014年12月中下旬，就首次展示了无人驾驶原型车成品，该车可全功能运行。2015年5月8日在美国内华达州允许测试3个月后，谷歌的无人驾驶汽车就取得了合法牌照。。
在我国，无人驾驶技术日臻成熟。在1992年国防科技大学成功研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。现今，百度与北汽合作打造的无人驾驶汽车已经试运营，并且达到L3级别。未来，我国将推进立法，使无人驾驶汽车真正合法化。
美国汽车工程师学会（SAE）对自动驾驶有明确的分级并已经被 NHTSA 确定为标准，从辅助驾驶到完全不需要人干预的自动驾驶有明确界定[1]。根据NHTSA对无人驾驶汽车的分级，无人驾驶汽车分为L0、L1、L2、L3、L4五个等级，如表1。美国摩根斯丹利研究报告中指出在2025 年自动驾驶技术在美国的潜在经济影响为 2000 亿到 1.9万亿美元左右。[2] 
2.2 无人汽车的组成部分
无人汽车的组成部分主要有：GPS、测距雷达、激光发射器、中央处理器、视频采集器。
GPS：在无人驾驶中主要起到导航的作用，对无人驾驶汽车进行定位，路线规划。
测距雷达：发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号,然后将接收到的信号与发射信号进行比较,适当处理后,就可获得部分信息，如距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
激光发射器：测距雷达在获取三维信息上有缺点，激光发射器可以很好的弥补。它可以远距离的探测，并获取准确的三维信息，与测距雷达互补，进行障碍物识别等工作，共同采集信息。
中央处理器：它操控着车辆的动向。它通过车辆采集到的路况信息，进行处理，最后输出对应的指令，得以控制车辆。值得一提的是，依靠机器学习的技术，无人驾驶汽车可以适应多种路况。
视频采集器：视频采集器就是由几个摄像头组成的视频采集装置。主要安装在车辆的前方和侧面。它的功能主要是车外视频信息的采集，将信息传给中央处理器，进行融合处理。
2.3 无人汽车的优势分析
无人驾驶汽车集无人控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物[3]。高科技带来高收益，无人驾驶汽车之所以如此受追捧，是因为它有诸多的优势。
I便利性：无人驾驶汽车的最大魅力莫过于它的便利性，它使驾驶员有解放双手的机会，省去了在日常驾驶中许多的不便，同时，节约了人们的时间。
II安全性：无人驾驶汽车可以自行控制行驶路线，使汽车安全抵达目的地[4]。在安全性方面无人驾驶汽车并不逊于人工驾驶，现在的无人驾驶技术的最高水平已经可以超过几十年驾龄的司机，在全面实现高度无人化级别后，安全性可以更上一层台阶。
III环保性：通过合理的路线规划，使得无人驾驶汽车节省燃料，从而达到环保效果。另外，无人驾驶汽车在达到高等级后，驾驶员的位置就可以节省出来，在一定程度上提高了运输效率，节约了能源。
3. 功能一：路线规划
3.1 路线规划的使用场景
无人驾驶技术的路线规划划受外界无关因素的干扰更少，更加合理，摆脱了人的错误判断对，真正实现了优质的路线规划。无人汽车可以根据位置、当天的天气、路况甚至驾驶员的主观意识，来拟定最优的路线，从而实现节约时间，保证安全，优化驾驶体验。
3.2 实现方式
路线规划的实现主要依靠GPS和中央处理器来实现。它通过GPS进行导航，GPS决定了车辆的可选路线。中央处理器要进行信息处理，在各类路况信息中进行路线的规划。在路线规划中，涉及到一个最优控制的问题，汽车是否达到最好的行驶效果，主要看中央处理器是否实现了最优控制。在纷繁复杂的路线中选出最省时间、最为合理的一条，在各类路况中做出最优处理与判断，这都涉及了最优控制。
在遇到突发情况时，如未预料的行人突然出现，道路维修，发生事故等时，应及时变更原有路线，执行新路线。通过机器学习的不断优化，积累的大量“经验”，就可以依靠中央处理器对这些情况进行快速妥当的处理。
4. 功能二：车外信息采集与处理
4.1 车外信息采集的基本原理
在汽车行驶过程中，采集车外信息是重要环节。车外信息的采集主要是通过计算机视觉实现的。在无人驾驶汽车行驶的过程中，会遇到各种信息，包括行人、其他车辆、信号灯等。对这些信息，无人驾驶汽车要建立一个数据库，分门别类的进行信息的甄别，通过算法来准确辨别。在驾驶过程中，车辆要先进行道路信息的采集，将信息与训练过的情形比较，做出判断，进行处理后将信息输出，从而实现对车外信息的采集及反馈过程。
4.2 采集道路信息
在行驶中采集其他车辆的信息，可以保证驾驶员的安全，对一些突发情况，无人汽车可以帮助驾驶员做出更好更快的反应。不仅仅是对其他车辆信息的采集，还有对行人运动状态的采集，对行人做出的行为进行预判，对突然出现的行人，如闯红灯的行人采取措施，紧急制动。采集车外信息并进行处理，车辆便可以通过分析，得出应对个个情况的处理方式。
除了上述对车辆信息、行人状态信息的采集之外，还要采集道路标识以及信号灯等道路信息。道路标识有许多的类型和形式，如标识牌、道路标线。还有交警的手势等等，这些都需要认真辨别，做到将识别和处理流畅。还有对信号灯的处理也非常重要，不仅识别要准确，更要考虑特殊因素。优先级处理不当，很可能导致交通事故。
另外还有对其他车辆信息的采集。我们的科技在不断发展，可以想象，未来的道路上将有更多的智能汽车。那么对车外信息的采集就还包括对其他智能车辆信息的采集，可以通过与其他智能车辆建立物联网进行信息交流，使驾驶的过程中能更好的了解其他车辆的意图，减少追尾等交通事故的发生。它还会大大的优化无人驾驶过程，无人驾驶的安全性也将进一步增强。
5. 功能三：车内信息采集与处理
车内信息的采集，主要是针对驾驶员的各种不正当驾驶行为。不正当行为包括两方面：一般的违规行为和严重危害驾驶员及车上乘客的行为。
一般的违规行为如：玩手机、抽烟、双手离开方向盘等。无人驾驶汽车将进行语音提醒，提示驾驶员改正，如果提示没有效果，甚至违规情况更加严重，无人驾驶汽车也将采取强制措施，交换驾驶权。严重危害驾驶员及车上乘客的行为如：酒驾、毒驾、疲劳驾驶，突发疾病等。如果出现这些情况，无人驾驶汽车将及时交换驾驶权。车内信息的采集还可以监管网约车的运行，对网约车行业的规范有积极作用。如果有交通事故发生，它可以作为信息证据来认定责任。
除了驾驶员，还包括乘客信息的采集。如：采集车辆是否超重超员，或者其余乘客是否有危险行为等。乘客也有一些危险的动作需要采集，如：在车辆行驶的过程中开门，将身体伸出车窗外等。对于这些危险行为，无人驾驶汽车将采集并进行提示、劝阻。
6. 展望及改善
6.1当前无人汽车的优势之处
总体上来说：无人汽车有诸多优势之处。它便利、安全、环保，具有科技进步性，因此，未来会有广阔的前景。并且有很大可能它完全取代人，解放人的不必要劳动，这也正是科技一直以来发展的方向。随着无人驾驶技术的普及，越来越多的公司投入到无人驾驶技术的研发中去，这项科技的市场前景也十分广阔，可以看出，无人驾驶汽车终会驶向未来、驶向世界。
6.2 当前无人汽车的不足之处
无人驾驶也存在着不足，在L2到L3范畴还没有量产，如今的无人汽车还停留在较低水平，可以说，很多任务它并不能完美的胜任，出现差错的可能性还不能排除。如2016年6月30日美国特斯拉公司承认了该公司生产的S型电动轿车在无人驾驶模式下发生撞车事故。这正是由于无人汽车的技术还不够成熟、完善。除此以外，无人驾驶技术还面临的巨大问题，各个国家的立法还不明朗，美国的很多州没有相关法律允许无人驾驶汽车上路，我国的法律也不允许“路测”更谈不上无人驾驶上路。另外，虽然无人驾驶汽车可以降低事故率并带给人们轻松的享受，但是低性价比则阻碍其大批量生产和普及。就算法律允许，普通家庭也支付不起高昂的车价，它的普及率有很长路要走。
参考文献
[1] SAE International; Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems(J3016); 2014 年 1 月.
[2] 朱宏任.解读中国制造 2025 战略下的汽车智能化发展路径 [J].汽车纵横 ,2015,11:20-23.
[3] 段永利, 侯蕴琦. 无人驾驶汽车开辟新蓝海市场[J]. 中国信息界, 2016(4):66-69.
[4] 乔维高, 徐学进. 无人驾驶汽车的发展现状及方向[J]. 上海汽车, 2007(7):40-43.
论文作者:张昊坤
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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