【泰伯網(wǎng)】（編譯作者：張校志） 從1879年卡爾·本茨申請第一臺內(nèi)燃機的專利算起，汽車工業(yè)發(fā)生了劇變，但其基本原理仍然是：配有四個輪子，由汽油或者柴油發(fā)動機驅(qū)動---目前電動車市場份額占比還很小，絕大多數(shù)的汽車還需要人類來駕駛。

　　然而，歷經(jīng)幾百年變遷，一個重大的改變即將發(fā)生：自動駕駛汽車，無需人類駕駛的車輛即將上線。值得一提的是，假若沒有測繪地理信息技術的支持，自動駕駛也走不到今天。筆者今日編譯了一篇來自外媒GIM雜志的文章，供大家參考。

　　過去的幾年間，不僅僅是汽車制造商例如福特、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試自動駕駛汽車。近期，沃爾沃宣稱正在尋找對其自動駕駛汽車試驗感興趣的司機，這是目前已報道的汽車廠商實施的最大的實驗。一位瑞典的汽車制造車說道，駕駛汽車應該和使用智能手機一樣的簡單。下一代汽車的發(fā)展已經(jīng)邁出了巨大的一步，但是再往后呢?本文詳細分析測繪地理信息技術如何在自動駕駛中發(fā)揮的關鍵作用。

　　圖1、特斯拉在多種條件下自動安全駕駛

　　圖2、奔馳是自動駕駛騎車領域的先鋒

　　GNSS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)

　　自動駕駛汽車能夠做到自動導航，這說明其中涉及了測繪科學。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)提供滿足汽車自動駕駛所需要的精度，最基本的是一個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指引到了錯誤的車道上將會發(fā)生什么。因此，自動駕駛發(fā)展的關鍵是高精度和可靠的衛(wèi)星導航技術。只有最成熟的GNSS接收機才適用于自動駕駛汽車。這些接收機依靠多種頻率和多個星座進行定位。GNSS定位技術結合慣導技術(INS)，能夠彌補使用單個技術的系統(tǒng)偏差。此外，抗干擾技術也被用來提供所要求的定位服務和傳感器集成。

　　在測繪行業(yè)中，眾所周知的一家專注于自動駕駛汽車的企業(yè)司是諾瓦泰(NovAtel)。來自加拿大的GNSS專家聲稱，他們的技術可以提供厘米級的精度，保證了汽車保持在自己的車道上行駛，并且與其他車輛保持安全距離。諾瓦泰致力于自動駕駛汽車定位參照系統(tǒng)的開發(fā)，目標是讓無人駕駛汽車成為常態(tài)。據(jù)悉，該公司還專門成立了一支特殊的工程隊——安全標準系統(tǒng)團隊，致力于為完全自動駕駛應用開發(fā)功能安全的GNSS定位技術。

　　光學相機

　　光學相機組成一套傳感器的一部分，與車載電腦協(xié)同，實時繪制汽車所處的環(huán)境。這些相機拍攝位處它們正前方的物體，包括人行道和其他的駕駛者，以及橫穿的野生動物。顯然，自動駕駛需要相機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(NTU 新加坡，圖3)最近宣布已研發(fā)出超高速、高對比相機來幫助自動駕駛汽車在極端條件例如惡劣天氣下進行更好地觀察。盡管傳統(tǒng)的光學相機能夠面對強光或者夜晚帶來的遮蔽問題，這款新的超級相機可以實時記錄所有的移動目標。好幾項相機技術正被應用于自動駕駛汽車工業(yè)，每種都有自己的優(yōu)點。例如，特斯拉將相機作為基本傳感器，并為其汽車配備了八個單眼相機。立體相機，則能夠給予汽車類似人眼能夠察覺到的景深，立體相機成本低，且可以實時提供高質(zhì)量的測量結果。不過，一些人為魚眼相機是更佳的選擇，因為魚眼相機可以覆蓋更大的視場，以及能夠探測普通雙筒立體相機對無法檢測到的近場目標。([1] Christian Häne et al).

　　圖3、開發(fā)超高速相機的新加坡南洋理工大學團隊

　　雷達

　　搭載雷達技術增加了乘客的安全性，這是自動駕駛中的基本問題。雷達傳感器被裝載在汽車的前后保險杠上，可以讓汽車得知前后都有什么東西。汽車將會與前車維持安全距離(2秒)。配置雷達技術后，汽車可以根據(jù)其他車輛的行為自動加速或者減速。事實上，是雷達觀測汽車與其他車輛之間不斷變化的距離，通過軟件處理觀測進而給汽車發(fā)送信號控制，以判斷其是否需要加速或者減速。

　　V2X雷達是雷達領域最新的進展，它結合了車與車通訊和車與基礎設施交互技術，并集成在單個天線上進行操作。相比于其他技術，雷達具備巨大的優(yōu)勢：全天候，可以在霧，雪和大雨天氣下工作。利用多普勒效應，通過單一天線獲取360°全方位感知V2X能夠即時檢測到車輛的瞬時速度。這些特點使V2X雷達成為開發(fā)自動駕駛汽車新型傳感器的重要一步。

　　激光雷達

　　在汽車工業(yè)中，激光雷達(LiDAR)常常被安裝在汽車頂部，通過旋轉(zhuǎn)掃描獲取周圍的數(shù)據(jù)。激光脈沖遇到周圍的物體會反射，通過測量脈沖傳播的時間，借助360°全方位的傳感器實時處理數(shù)據(jù)，汽車可以精確得知其與其他物體的距離。由于激光雷達充當著自動駕駛汽車的眼睛，這也不難理解大部分自動駕駛汽車解決方案將其作為主要傳感器。激光雷達對緊急制動，行人監(jiān)測和規(guī)避碰撞至關重要。

　　2016年8月，鐳射雷達公司宣布獲得了福特和中國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公司快速擴張高性能低成本汽車激光雷達傳感器的設計和產(chǎn)品線(圖4)。這一舉措將為量產(chǎn)自動駕駛汽車和所謂的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)鋪平道路，并將加速這一關鍵改革。

　　激光雷達技術是全球汽車公司公認的促成完全自動駕駛汽車的關鍵要素。與此同時，在2016年12月，汽車部件制造商Magna公司方面透漏，他們正在合作推進激光雷達遙感應用于自動駕駛以及未來汽車的自主性。這些只是兩個汽車行業(yè)投資激光雷達的案例，許多著名的汽車廠商也已經(jīng)將重點轉(zhuǎn)移到了激光雷達上。大部分自動駕駛概念車依靠雷達和激光雷達來交叉驗證汽車規(guī)劃路線的準確性。

　　圖4、車載測速發(fā)電機雷達技術

　　2016年，單光子激光雷達制造商Princeton Lightwave公司成立了汽車激光雷達辦事處。不同于傳統(tǒng)的激光雷達系統(tǒng)，光子激光雷達在系統(tǒng)發(fā)射的一次脈沖制造一列點;一次脈沖被劃分為數(shù)十或者數(shù)百個子脈沖。這項技術廣泛應用于地球觀測研究，并且能夠探測200米之外的物體，探測范圍遠高于其他的激光雷達系統(tǒng)。由于自動駕駛汽車在導航方面非常依賴可靠的道路幾何繪圖，單光子激光雷達尤為適合。因為汽車知道所處環(huán)境的狀況---例如行車道，彎道，斜坡等等。

　　汽車可以自行計算安全速度，變道等等。Princeton Lightwave辦事處設立的目的是為了將其公司的光子雷達商業(yè)化地推廣到到汽車產(chǎn)業(yè)。大部分自動駕駛汽車依靠激光雷達，然而特斯拉是個例外。至今，該公司的掌門人埃隆馬斯克，這位怪咖億萬富翁，堅持使用傳統(tǒng)的雷達和超聲波傳感器。馬斯克多次駁回對激光雷達的需求，在自動駕駛車上使用激光雷達沒有必要。但是從激光雷達技術的成本不斷降低這一無可爭辯的事實來看，特斯拉遲早裝配激光雷達也并非沒有可能。

　　人工智能

　　福特不僅高度關注激光雷達技術。2017年2月，該公司宣布將在未來五年內(nèi)向Argo AI公司(由谷歌和優(yōu)步的前領導創(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是，Argo AI在機器人和人工智能軟件開發(fā)方面的經(jīng)驗，對于自動駕駛車未來的發(fā)展至關重要。這項合作的關鍵目標是福特公司在2021年建立全新的全自動駕駛軟件平臺。

　　人工智能是自動駕駛汽車的重要手段，以應對上路的諸多挑戰(zhàn)，如如何應對隨機的交通流，以及如何針對其他駕駛者做出反應。交通狀況瞬息萬變，而且沒有固定的行為模式。每個單獨的場景與之前的場景都不相同。人工智能所關注的是深度學習與傳感器融合，而不是幫助汽車預測交通場景。盡管如此，創(chuàng)造汽車周圍環(huán)境完整的、三維的實時地圖是可行的，這樣可以幫助車輛更快地做出更好的決定。通過與其他汽車共享經(jīng)驗和分析，自動駕駛汽車能夠比人類表現(xiàn)得更好。多虧了人工智能算法，自動駕駛汽車可以提升應對道路狀況的能力而不用必須先親身經(jīng)歷這些場景。

　　3D地圖

　　自動駕駛車的發(fā)展是獲取現(xiàn)實世界點云的一個驅(qū)動因素。自動駕駛車要求地圖提供更逼真更高精度的信息，包含車道標志和防護欄等細節(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、3D建筑模型、信號燈、站臺標志和停車場等。所謂的自動恢復式地圖系統(tǒng)為自動駕駛汽車提供了當前最新的解決方案。這種地圖系統(tǒng)憑借它們?yōu)槠囂峁┝俗詣痈碌貓D的功能，解決了導航數(shù)據(jù)過期的問題。

　　自動駕駛汽車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、舊金山自動駕駛優(yōu)步沃爾沃騎車XC90

　　包括HERE，Nvidia(圖6)以及Sanborn等公司都在提供設計自動駕駛汽車的地圖系統(tǒng)，來幫助汽車生產(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。一項有趣的項目正在日本展開，那就是汽車廠商協(xié)會正在參加由三菱電子發(fā)起的動態(tài)地圖規(guī)劃倡議活動。九家汽車生產(chǎn)商正在與來自Zenrin的圖商建立聯(lián)盟。這一合作將促成通過駕駛特殊裝備的汽車走遍國家重要高速公路而生產(chǎn)出相應的數(shù)字地圖。日本的目標是在2020年東京夏季奧運會時讓自動駕駛車大規(guī)模地走上道路。

　　圖6、NVIDA驅(qū)動PX 2利用深度學習來探測目標和分類，地圖定位以及道路規(guī)劃

　　結論

　　自動駕駛車需要能夠?qū)崟r地理解其周圍發(fā)生了什么，在高精度地圖上精準地定位自己，并制定安全前進的路線。世界上最先進的自動駕駛平臺結合了深度學習，傳感器融合以及環(huán)繞式視覺，從而達成最優(yōu)的駕駛體驗。

　　GNSS，測距和3D地圖系統(tǒng)(特別是激光雷達)，以及人工智能正在使得實現(xiàn)上述成為可能。因此，它們是未來自動駕駛汽車改變交通游戲格局的最基礎的因素，而激光雷達已經(jīng)確認成為自動駕駛汽車世界中的要素之一?？赡苄枰紤]的是激光雷達的價格，特別是與相機、GPS類的數(shù)據(jù)或者雷達等技術比較，但是科技創(chuàng)新將會逐漸解決這個問題。未來市場調(diào)查的報告指出，據(jù)預測到2027年，全球自動駕駛車的市場規(guī)模有望達到653億美元。因此，對于測繪行業(yè)來說的最好建議是，系好安全帶，盡情享受旅程吧!