【泰伯網(wǎng)】（編譯作者：張校志） 從1879年卡爾·本茨申請(qǐng)第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的專(zhuān)利算起，汽車(chē)工業(yè)發(fā)生了劇變，但其基本原理仍然是：配有四個(gè)輪子，由汽油或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)---目前電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)份額占比還很小，絕大多數(shù)的汽車(chē)還需要人類(lèi)來(lái)駕駛。

　　然而，歷經(jīng)幾百年變遷，一個(gè)重大的改變即將發(fā)生：自動(dòng)駕駛汽車(chē)，無(wú)需人類(lèi)駕駛的車(chē)輛即將上線。值得一提的是，假若沒(méi)有測(cè)繪地理信息技術(shù)的支持，自動(dòng)駕駛也走不到今天。筆者今日編譯了一篇來(lái)自外媒GIM雜志的文章，供大家參考。

　　過(guò)去的幾年間，不僅僅是汽車(chē)制造商例如福特、沃爾沃、特斯拉以及梅賽德斯奔馳等，像谷歌和優(yōu)步這樣的公司也一直在測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車(chē)。近期，沃爾沃宣稱(chēng)正在尋找對(duì)其自動(dòng)駕駛汽車(chē)試驗(yàn)感興趣的司機(jī)，這是目前已報(bào)道的汽車(chē)廠商實(shí)施的最大的實(shí)驗(yàn)。一位瑞典的汽車(chē)制造車(chē)說(shuō)道，駕駛汽車(chē)應(yīng)該和使用智能手機(jī)一樣的簡(jiǎn)單。下一代汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)邁出了巨大的一步，但是再往后呢?本文詳細(xì)分析測(cè)繪地理信息技術(shù)如何在自動(dòng)駕駛中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

　　圖1、特斯拉在多種條件下自動(dòng)安全駕駛

　　圖2、奔馳是自動(dòng)駕駛騎車(chē)領(lǐng)域的先鋒

　　GNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

　　自動(dòng)駕駛汽車(chē)能夠做到自動(dòng)導(dǎo)航，這說(shuō)明其中涉及了測(cè)繪科學(xué)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)提供滿(mǎn)足汽車(chē)自動(dòng)駕駛所需要的精度，最基本的是一個(gè)高精度和可靠的定位解決方案。試想，假如低精度的定位將汽車(chē)指引到了錯(cuò)誤的車(chē)道上將會(huì)發(fā)生什么。因此，自動(dòng)駕駛發(fā)展的關(guān)鍵是高精度和可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。只有最成熟的GNSS接收機(jī)才適用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)。這些接收機(jī)依靠多種頻率和多個(gè)星座進(jìn)行定位。GNSS定位技術(shù)結(jié)合慣導(dǎo)技術(shù)(INS)，能夠彌補(bǔ)使用單個(gè)技術(shù)的系統(tǒng)偏差。此外，抗干擾技術(shù)也被用來(lái)提供所要求的定位服務(wù)和傳感器集成。

　　在測(cè)繪行業(yè)中，眾所周知的一家專(zhuān)注于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的企業(yè)司是諾瓦泰(NovAtel)。來(lái)自加拿大的GNSS專(zhuān)家聲稱(chēng)，他們的技術(shù)可以提供厘米級(jí)的精度，保證了汽車(chē)保持在自己的車(chē)道上行駛，并且與其他車(chē)輛保持安全距離。諾瓦泰致力于自動(dòng)駕駛汽車(chē)定位參照系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，目標(biāo)是讓無(wú)人駕駛汽車(chē)成為常態(tài)。據(jù)悉，該公司還專(zhuān)門(mén)成立了一支特殊的工程隊(duì)——安全標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)，致力于為完全自動(dòng)駕駛應(yīng)用開(kāi)發(fā)功能安全的GNSS定位技術(shù)。

　　光學(xué)相機(jī)

　　光學(xué)相機(jī)組成一套傳感器的一部分，與車(chē)載電腦協(xié)同，實(shí)時(shí)繪制汽車(chē)所處的環(huán)境。這些相機(jī)拍攝位處它們正前方的物體，包括人行道和其他的駕駛者，以及橫穿的野生動(dòng)物。顯然，自動(dòng)駕駛需要相機(jī)拍攝的影像可靠解譯，這樣才能完全適用于決策。

　　新加坡南洋科技大學(xué)(NTU 新加坡，圖3)最近宣布已研發(fā)出超高速、高對(duì)比相機(jī)來(lái)幫助自動(dòng)駕駛汽車(chē)在極端條件例如惡劣天氣下進(jìn)行更好地觀察。盡管傳統(tǒng)的光學(xué)相機(jī)能夠面對(duì)強(qiáng)光或者夜晚帶來(lái)的遮蔽問(wèn)題，這款新的超級(jí)相機(jī)可以實(shí)時(shí)記錄所有的移動(dòng)目標(biāo)。好幾項(xiàng)相機(jī)技術(shù)正被應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)工業(yè)，每種都有自己的優(yōu)點(diǎn)。例如，特斯拉將相機(jī)作為基本傳感器，并為其汽車(chē)配備了八個(gè)單眼相機(jī)。立體相機(jī)，則能夠給予汽車(chē)類(lèi)似人眼能夠察覺(jué)到的景深，立體相機(jī)成本低，且可以實(shí)時(shí)提供高質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果。不過(guò)，一些人為魚(yú)眼相機(jī)是更佳的選擇，因?yàn)轸~(yú)眼相機(jī)可以覆蓋更大的視場(chǎng)，以及能夠探測(cè)普通雙筒立體相機(jī)對(duì)無(wú)法檢測(cè)到的近場(chǎng)目標(biāo)。([1] Christian Häne et al).

　　圖3、開(kāi)發(fā)超高速相機(jī)的新加坡南洋理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)

　　雷達(dá)

　　搭載雷達(dá)技術(shù)增加了乘客的安全性，這是自動(dòng)駕駛中的基本問(wèn)題。雷達(dá)傳感器被裝載在汽車(chē)的前后保險(xiǎn)杠上，可以讓汽車(chē)得知前后都有什么東西。汽車(chē)將會(huì)與前車(chē)維持安全距離(2秒)。配置雷達(dá)技術(shù)后，汽車(chē)可以根據(jù)其他車(chē)輛的行為自動(dòng)加速或者減速。事實(shí)上，是雷達(dá)觀測(cè)汽車(chē)與其他車(chē)輛之間不斷變化的距離，通過(guò)軟件處理觀測(cè)進(jìn)而給汽車(chē)發(fā)送信號(hào)控制，以判斷其是否需要加速或者減速。

　　V2X雷達(dá)是雷達(dá)領(lǐng)域最新的進(jìn)展，它結(jié)合了車(chē)與車(chē)通訊和車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施交互技術(shù)，并集成在單個(gè)天線上進(jìn)行操作。相比于其他技術(shù)，雷達(dá)具備巨大的優(yōu)勢(shì)：全天候，可以在霧，雪和大雨天氣下工作。利用多普勒效應(yīng)，通過(guò)單一天線獲取360°全方位感知V2X能夠即時(shí)檢測(cè)到車(chē)輛的瞬時(shí)速度。這些特點(diǎn)使V2X雷達(dá)成為開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)新型傳感器的重要一步。

　　激光雷達(dá)

　　在汽車(chē)工業(yè)中，激光雷達(dá)(LiDAR)常常被安裝在汽車(chē)頂部，通過(guò)旋轉(zhuǎn)掃描獲取周?chē)臄?shù)據(jù)。激光脈沖遇到周?chē)奈矬w會(huì)反射，通過(guò)測(cè)量脈沖傳播的時(shí)間，借助360°全方位的傳感器實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，汽車(chē)可以精確得知其與其他物體的距離。由于激光雷達(dá)充當(dāng)著自動(dòng)駕駛汽車(chē)的眼睛，這也不難理解大部分自動(dòng)駕駛汽車(chē)解決方案將其作為主要傳感器。激光雷達(dá)對(duì)緊急制動(dòng)，行人監(jiān)測(cè)和規(guī)避碰撞至關(guān)重要。

　　2016年8月，鐳射雷達(dá)公司宣布獲得了福特和中國(guó)第一搜索引擎公司百度聯(lián)合給出1.5億美元的投資。這筆投資將使鐳射雷達(dá)公司快速擴(kuò)張高性能低成本汽車(chē)激光雷達(dá)傳感器的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品線(圖4)。這一舉措將為量產(chǎn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)和所謂的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)鋪平道路，并將加速這一關(guān)鍵改革。

　　激光雷達(dá)技術(shù)是全球汽車(chē)公司公認(rèn)的促成完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵要素。與此同時(shí)，在2016年12月，汽車(chē)部件制造商Magna公司方面透漏，他們正在合作推進(jìn)激光雷達(dá)遙感應(yīng)用于自動(dòng)駕駛以及未來(lái)汽車(chē)的自主性。這些只是兩個(gè)汽車(chē)行業(yè)投資激光雷達(dá)的案例，許多著名的汽車(chē)廠商也已經(jīng)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了激光雷達(dá)上。大部分自動(dòng)駕駛概念車(chē)依靠雷達(dá)和激光雷達(dá)來(lái)交叉驗(yàn)證汽車(chē)規(guī)劃路線的準(zhǔn)確性。

　　圖4、車(chē)載測(cè)速發(fā)電機(jī)雷達(dá)技術(shù)

　　2016年，單光子激光雷達(dá)制造商Princeton Lightwave公司成立了汽車(chē)激光雷達(dá)辦事處。不同于傳統(tǒng)的激光雷達(dá)系統(tǒng)，光子激光雷達(dá)在系統(tǒng)發(fā)射的一次脈沖制造一列點(diǎn);一次脈沖被劃分為數(shù)十或者數(shù)百個(gè)子脈沖。這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于地球觀測(cè)研究，并且能夠探測(cè)200米之外的物體，探測(cè)范圍遠(yuǎn)高于其他的激光雷達(dá)系統(tǒng)。由于自動(dòng)駕駛汽車(chē)在導(dǎo)航方面非常依賴(lài)可靠的道路幾何繪圖，單光子激光雷達(dá)尤為適合。因?yàn)槠?chē)知道所處環(huán)境的狀況---例如行車(chē)道，彎道，斜坡等等。

　　汽車(chē)可以自行計(jì)算安全速度，變道等等。Princeton Lightwave辦事處設(shè)立的目的是為了將其公司的光子雷達(dá)商業(yè)化地推廣到到汽車(chē)產(chǎn)業(yè)。大部分自動(dòng)駕駛汽車(chē)依靠激光雷達(dá)，然而特斯拉是個(gè)例外。至今，該公司的掌門(mén)人埃隆馬斯克，這位怪咖億萬(wàn)富翁，堅(jiān)持使用傳統(tǒng)的雷達(dá)和超聲波傳感器。馬斯克多次駁回對(duì)激光雷達(dá)的需求，在自動(dòng)駕駛車(chē)上使用激光雷達(dá)沒(méi)有必要。但是從激光雷達(dá)技術(shù)的成本不斷降低這一無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)來(lái)看，特斯拉遲早裝配激光雷達(dá)也并非沒(méi)有可能。

　　人工智能

　　福特不僅高度關(guān)注激光雷達(dá)技術(shù)。2017年2月，該公司宣布將在未來(lái)五年內(nèi)向Argo AI公司(由谷歌和優(yōu)步的前領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建的人工智能公司)投資10億美金。這一大筆投資背后的事實(shí)是，Argo AI在機(jī)器人和人工智能軟件開(kāi)發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)未來(lái)的發(fā)展至關(guān)重要。這項(xiàng)合作的關(guān)鍵目標(biāo)是福特公司在2021年建立全新的全自動(dòng)駕駛軟件平臺(tái)。

　　人工智能是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的重要手段，以應(yīng)對(duì)上路的諸多挑戰(zhàn)，如如何應(yīng)對(duì)隨機(jī)的交通流，以及如何針對(duì)其他駕駛者做出反應(yīng)。交通狀況瞬息萬(wàn)變，而且沒(méi)有固定的行為模式。每個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)景與之前的場(chǎng)景都不相同。人工智能所關(guān)注的是深度學(xué)習(xí)與傳感器融合，而不是幫助汽車(chē)預(yù)測(cè)交通場(chǎng)景。盡管如此，創(chuàng)造汽車(chē)周?chē)h(huán)境完整的、三維的實(shí)時(shí)地圖是可行的，這樣可以幫助車(chē)輛更快地做出更好的決定。通過(guò)與其他汽車(chē)共享經(jīng)驗(yàn)和分析，自動(dòng)駕駛汽車(chē)能夠比人類(lèi)表現(xiàn)得更好。多虧了人工智能算法，自動(dòng)駕駛汽車(chē)可以提升應(yīng)對(duì)道路狀況的能力而不用必須先親身經(jīng)歷這些場(chǎng)景。

　　3D地圖

　　自動(dòng)駕駛車(chē)的發(fā)展是獲取現(xiàn)實(shí)世界點(diǎn)云的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素。自動(dòng)駕駛車(chē)要求地圖提供更逼真更高精度的信息，包含車(chē)道標(biāo)志和防護(hù)欄等細(xì)節(jié)。高精度(HD)地圖能提供更高精度的智能道路特征，包括斑馬線、路標(biāo)、3D建筑模型、信號(hào)燈、站臺(tái)標(biāo)志和停車(chē)場(chǎng)等。所謂的自動(dòng)恢復(fù)式地圖系統(tǒng)為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供了當(dāng)前最新的解決方案。這種地圖系統(tǒng)憑借它們?yōu)槠?chē)提供了自動(dòng)更新地圖的功能，解決了導(dǎo)航數(shù)據(jù)過(guò)期的問(wèn)題。

　　自動(dòng)駕駛汽車(chē)將能夠在行駛途中獲取和處理數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為有用信息。此外，汽車(chē)能夠和云端連接從而決定它們要去哪里，如何選擇最優(yōu)路徑等。

　　圖5、舊金山自動(dòng)駕駛優(yōu)步沃爾沃騎車(chē)XC90

　　包括HERE，Nvidia(圖6)以及Sanborn等公司都在提供設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的地圖系統(tǒng)，來(lái)幫助汽車(chē)生產(chǎn)商，圖商和創(chuàng)業(yè)公司快速生產(chǎn)高精度地圖并保持更新。一項(xiàng)有趣的項(xiàng)目正在日本展開(kāi)，那就是汽車(chē)廠商協(xié)會(huì)正在參加由三菱電子發(fā)起的動(dòng)態(tài)地圖規(guī)劃倡議活動(dòng)。九家汽車(chē)生產(chǎn)商正在與來(lái)自Zenrin的圖商建立聯(lián)盟。這一合作將促成通過(guò)駕駛特殊裝備的汽車(chē)走遍國(guó)家重要高速公路而生產(chǎn)出相應(yīng)的數(shù)字地圖。日本的目標(biāo)是在2020年?yáng)|京夏季奧運(yùn)會(huì)時(shí)讓自動(dòng)駕駛車(chē)大規(guī)模地走上道路。

　　圖6、NVIDA驅(qū)動(dòng)PX 2利用深度學(xué)習(xí)來(lái)探測(cè)目標(biāo)和分類(lèi)，地圖定位以及道路規(guī)劃

　　結(jié)論

　　自動(dòng)駕駛車(chē)需要能夠?qū)崟r(shí)地理解其周?chē)l(fā)生了什么，在高精度地圖上精準(zhǔn)地定位自己，并制定安全前進(jìn)的路線。世界上最先進(jìn)的自動(dòng)駕駛平臺(tái)結(jié)合了深度學(xué)習(xí)，傳感器融合以及環(huán)繞式視覺(jué)，從而達(dá)成最優(yōu)的駕駛體驗(yàn)。

　　GNSS，測(cè)距和3D地圖系統(tǒng)(特別是激光雷達(dá))，以及人工智能正在使得實(shí)現(xiàn)上述成為可能。因此，它們是未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)改變交通游戲格局的最基礎(chǔ)的因素，而激光雷達(dá)已經(jīng)確認(rèn)成為自動(dòng)駕駛汽車(chē)世界中的要素之一?？赡苄枰紤]的是激光雷達(dá)的價(jià)格，特別是與相機(jī)、GPS類(lèi)的數(shù)據(jù)或者雷達(dá)等技術(shù)比較，但是科技創(chuàng)新將會(huì)逐漸解決這個(gè)問(wèn)題。未來(lái)市場(chǎng)調(diào)查的報(bào)告指出，據(jù)預(yù)測(cè)到2027年，全球自動(dòng)駕駛車(chē)的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到653億美元。因此，對(duì)于測(cè)繪行業(yè)來(lái)說(shuō)的最好建議是，系好安全帶，盡情享受旅程吧!