在西安交通大學(xué)校園的四大發(fā)明廣場上，時常會看到一輛藍(lán)白相間的小轎車行駛其中。變道、掉頭……如果不仔細(xì)看，很難發(fā)現(xiàn)這輛車竟沒有駕駛員。
這就是西安交大鄭南寧院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的無人駕駛智能車——“發(fā)現(xiàn)號”。它在2017年“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”中，成為城區(qū)綜合交通環(huán)境比賽及城區(qū)高架道路比賽的雙料冠軍。
無人車探索者
早在上世紀(jì)80年代，歐美等國就已率先開始了智能駕駛研究。其中，無需人類參與的“自主駕駛”更成為研究主題之一。
作為西安交大人工智能與機(jī)器人研究所學(xué)術(shù)帶頭人，鄭南寧敏銳察覺到國外輔助安全駕駛與無人駕駛技術(shù)的發(fā)展趨勢。自上個世紀(jì)90年代末起，鄭南寧就開始布局無人車的相關(guān)研究。2001年末，鄭南寧正式組建起無人駕駛智能汽車課題組。
17年來，課題組深耕于人工智能與無人車研究領(lǐng)域，在模式識別與智能系統(tǒng)、機(jī)器視覺與圖象處理等重要領(lǐng)域進(jìn)行了長期、系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究，并且在無人駕駛智能車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、道路環(huán)境感知、多傳感數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及交互智能駕駛綜合測試與驗(yàn)證平臺研究等方面不斷取得新的進(jìn)展。
2002年，無人駕駛車“思源1號”正式誕生。2005年，“思源1號”在校園道路環(huán)境測試成功后，為了獲得實(shí)際的交通路況數(shù)據(jù)，課題組制定了“新絲綢之路挑戰(zhàn)”計(jì)劃，即讓“思源1號”從西安出發(fā)一直行駛到敦煌。然而，“思源1號”無人車出了校門之后，幾乎無法應(yīng)對真實(shí)的交通場景，在許多路段都依賴于人工干預(yù)，只在接近敦煌的公路上能夠?qū)崿F(xiàn)自主行駛。
“2005年無人車‘新絲綢之路挑戰(zhàn)’的經(jīng)歷給予我們深刻的啟示，要想使無人車研究的實(shí)驗(yàn)室成果真正走向應(yīng)用環(huán)境，我們還面臨許多艱難的挑戰(zhàn)。”鄭南寧回顧當(dāng)年情況時表示。
從模擬實(shí)驗(yàn)走向真實(shí)交通環(huán)境，從特定路段到復(fù)雜道路，從直線行走到轉(zhuǎn)彎超車，從每小時10～15公里到70～80公里的速度……
“從2017年回看2005年的無人車，就像是‘丑小鴨’實(shí)現(xiàn)了蛻變�？茖W(xué)研究就是這樣，要腳踏實(shí)地一步步走向更加完善的階段。”說起無人車研究從“理想”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;現(xiàn)實(shí)”的過程，鄭南寧感慨萬分。
重構(gòu)類人自主駕駛
美國汽車工程學(xué)會將自動駕駛分為三級：輔助安全駕駛、自動駕駛和自主駕駛。
從技術(shù)角度來看，無人車自主駕駛的技術(shù)鏈路分為三個步驟：對環(huán)境的感知與理解，就是使用車輛傳感器獲取眼前的環(huán)境數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；駕駛的決策與規(guī)劃，即在數(shù)據(jù)理解的基礎(chǔ)上進(jìn)一步部署規(guī)劃車輛的行駛路線；最后是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的控制，車輛方能進(jìn)行自主駕駛。
自主駕駛的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行的路線規(guī)劃。因?yàn)橄到y(tǒng)始終無法像人類一樣感知車外的各種復(fù)雜狀況，機(jī)器并不能完全模擬人的認(rèn)知能力，這就提出了一個難題：如何才能讓機(jī)器具備準(zhǔn)確、快速的判斷，并根據(jù)判斷做出適當(dāng)?shù)?ldquo;應(yīng)對行為”。
自主駕駛不是簡單的人工智能形式，更不是一種形式化問題的求解。它需要研究人員研制一種進(jìn)化的、發(fā)展的自主駕駛學(xué)習(xí)系統(tǒng)，使自主駕駛系統(tǒng)像人類駕駛員一樣熟能生巧。而實(shí)現(xiàn)“熟能生巧”和系統(tǒng)的結(jié)合，就是目前無人車研究團(tuán)隊(duì)正在全力突破的關(guān)鍵點(diǎn)。
從認(rèn)知的角度出發(fā)，團(tuán)隊(duì)將研究的重點(diǎn)瞄向“人類大腦如何儲存、加工交通環(huán)境信息”以及“駕駛行為的背后存在怎樣的表征特性”等極具復(fù)雜性的內(nèi)容，而后將現(xiàn)實(shí)操作過程中系統(tǒng)感知的獨(dú)立“事件”轉(zhuǎn)換成有意義的模型。
緊接著，通過對信息進(jìn)行預(yù)編碼、短期記憶，最終形成長期記憶。事實(shí)上，過程的關(guān)鍵在于如何將短期記憶和交通規(guī)則整體形成長期記憶的知識庫并進(jìn)行反復(fù)的“深度學(xué)習(xí)”。
為了驗(yàn)證不同的技術(shù)路線，西安交大人工智能與機(jī)器人研究所組建了緊密合作的“夸父”“發(fā)現(xiàn)”和“先鋒”3個無人車課題組，分別從環(huán)境感知、新型系統(tǒng)架構(gòu)和擬人控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)和突破。
一項(xiàng)偉大的科學(xué)研究從不是“隨隨便便、敲鑼打鼓”就能獲得成功的。“我們團(tuán)隊(duì)從不會走捷徑，碰到問題就要一個一個努力解決。”“夸父”無人車課題組負(fù)責(zé)人薛建儒教授告訴《科學(xué)新聞》。
量產(chǎn)五大挑戰(zhàn)
自無人車進(jìn)入試驗(yàn)階段以來，對于其何時能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的提問從未間斷，學(xué)術(shù)界、企業(yè)界都在熱烈討論著。
然而，量產(chǎn)是否就意味著無人車能夠進(jìn)入尋常百姓家？在鄭南寧看來，“行百里者半九十”，盡管近年來無人駕駛技術(shù)確實(shí)取得了突破性進(jìn)展，但在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，要著力解決五大挑戰(zhàn)，才能推動無人車實(shí)現(xiàn)真正的量產(chǎn)。
第一是對復(fù)雜場景的感知。例如無論天氣或照明情況如何，無人車都必須在不斷變化的情景中作出安全的響應(yīng)；
第二是對意外境遇的處理。目前的自主駕駛技術(shù)很難解釋異常情況，如交警的手勢和行人的肢體語言等，“由計(jì)算機(jī)來判斷一個孩子是否即將闖入道路是很難的”；
第三是對預(yù)行為的理解。駕駛?cè)烁鶕?jù)預(yù)行為傳達(dá)行駛意圖，但目前的自主駕駛技術(shù)很難對場景中其它運(yùn)動對象（包括行人）的預(yù)行為作出解釋；
第四是對人車自然交互的探索。自主駕駛必須要實(shí)現(xiàn)車輛與乘客的無障礙交流，并且能通過交流使智能汽車系統(tǒng)理解并回答乘客提出的相關(guān)問題等；
最后是對網(wǎng)絡(luò)安全的保障。越來越多的計(jì)算滲透到人們使用的智能終端中，為避免發(fā)生黑客入侵智能汽車系統(tǒng)的情況，就必須保障無人駕駛系統(tǒng)的安全穩(wěn)固。
除了以上技術(shù)層面的五大挑戰(zhàn)之外，無人車在量產(chǎn)之前還必須在真實(shí)而復(fù)雜的交通環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)測試，以確保一個高度安全可靠的人工智能系統(tǒng)。
打造無人駕駛時代
回顧人類歷史不難發(fā)現(xiàn)，每一次重大科學(xué)發(fā)明首先都極大拓展了人類的認(rèn)知邊界，進(jìn)而催生出了意義深遠(yuǎn)的技術(shù)革命，最終成為推動經(jīng)濟(jì)社會變革的巨大力量。
新時代召喚無人駕駛，無人駕駛智能車屬于新時代。就在今年，上海市已陸續(xù)發(fā)放出5張智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試牌照，一些人大代表也呼吁要填補(bǔ)無人駕駛法律方面的空白。面對無人車的研發(fā)現(xiàn)狀，鄭南寧希望通過共同努力，營造更加開放包容的環(huán)境。可以預(yù)見的是，這些愿景正在逐步變成現(xiàn)實(shí)。
關(guān)于未來的創(chuàng)新之路，鄭南寧認(rèn)為，第一是發(fā)展低成本、高性能的傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)是無人車的核心技術(shù)，但我國目前所用的傳感器仍大多來自外國。第二，要解決五大挑戰(zhàn)，從根本上必須使無人車擁有非常強(qiáng)大的計(jì)算能力，才能實(shí)現(xiàn)更為強(qiáng)大的理解能力。第三，加強(qiáng)與汽車企業(yè)的合作，在無人駕駛產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展過程中，車企一定要成為創(chuàng)新的主體；高校作為科研力量的聚集地，一定要加強(qiáng)與企業(yè)的合作，積極促進(jìn)科學(xué)研究成果的落地轉(zhuǎn)化。
創(chuàng)新引領(lǐng)科技發(fā)展，一個以無人車為代表的人工智能時代正向我們走來�！�