本文介紹了由劉少山成立的PerceptIn公司在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的發(fā)展。

目前，越來(lái)越多年輕的城市居民不想買(mǎi)汽車(chē)了，而且與前幾代人不同，他們不必完全依靠公交車(chē)出行，需要去很遠(yuǎn)的距離（例如超過(guò)8公里）時(shí)，他們會(huì)使用手機(jī)來(lái)召喚Uber（或滴滴）。如果他們出去在2公里之內(nèi)，他們要么步行，要么使用各種共享自行車(chē)等。

問(wèn)題在于，當(dāng)今的“移動(dòng)即服務(wù)”生態(tài)系統(tǒng)通常無(wú)法很好地覆蓋中間距離（例如幾英里）。租用這樣的短途旅行的Uber或Lyft證明是昂貴的，而且騎踏板車(chē)或自行車(chē)超過(guò)1英里左右可能對(duì)許多人造成負(fù)擔(dān)。因此，去1到5英里之外的目的地可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。然而，此類(lèi)旅行約占旅客總行駛里程的一半。

這些中距離旅行中的許多旅行都是在交通有限的環(huán)境中進(jìn)行的，例如大學(xué)校園和工業(yè)園區(qū)，從經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在都可以部署由電力驅(qū)動(dòng)的小型低速自動(dòng)駕駛汽車(chē)。著名的《第一本無(wú)人駕駛書(shū)》的作者劉少山成立的PerceptIn公司是其中一家，在日本奈良和福岡的旅游景點(diǎn)擁有自動(dòng)駕駛汽車(chē)，在中國(guó)深圳的工業(yè)園區(qū)，并且剛剛在公司總部所在地印第安納州費(fèi)舍爾附近部署了車(chē)輛。

由于這些小型自動(dòng)駕駛汽車(chē)每小時(shí)的速度不會(huì)超過(guò)20英里（32公里），并且不會(huì)與高速交通混在一起，因此不會(huì)像在普通道路和高速公路上行駛的自動(dòng)駕駛汽車(chē)那樣引發(fā)安全隱患。盡管自動(dòng)駕駛是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，但PerceptIn的真正挑戰(zhàn)不是在這樣的環(huán)境中制造出能夠自行駕駛的車(chē)輛，而是要降低成本。

鑒于目前無(wú)人駕駛汽車(chē)的生產(chǎn)量仍然很昂貴（一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂赡苁鼓ㄙM(fèi)約300,000美元），以更低的價(jià)格出售任何一種自動(dòng)駕駛汽車(chē)幾乎是不可能的。PerceptIn 過(guò)去幾年的經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)際上，今天有可能生產(chǎn)出更加經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)駕駛乘用車(chē)：PerceptIn的汽車(chē)目前售價(jià)約為7萬(wàn)美元，而且價(jià)格肯定會(huì)在未來(lái)下降。

為什么自動(dòng)駕駛汽車(chē)通常如此昂貴

簡(jiǎn)而言之，這是因?yàn)樗鼈兯鶖y帶的傳感器和計(jì)算機(jī)非常昂貴。

自動(dòng)駕駛所需的傳感器套件通常包括高端衛(wèi)星導(dǎo)航接收器，激光雷達(dá)（光檢測(cè)和測(cè)距），一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)，雷達(dá)和聲納。該車(chē)輛還需要至少一臺(tái)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。

在這種情況下使用的衛(wèi)星導(dǎo)航接收器與您手機(jī)中的衛(wèi)星導(dǎo)航接收器不同。自動(dòng)駕駛汽車(chē)內(nèi)置的這種機(jī)器人具有所謂的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)功能，可精確定位到10厘米。這些設(shè)備的價(jià)格通常約為4,000美元。即使這樣，也不能完全依靠這種衛(wèi)星導(dǎo)航接收器來(lái)告訴車(chē)輛在哪里。在衛(wèi)星信號(hào)從附近建筑物反彈，引入噪聲和延遲的情況下，可能無(wú)法解決問(wèn)題。無(wú)論如何，衛(wèi)星導(dǎo)航都要求天空無(wú)遮擋。在封閉的環(huán)境（例如隧道）中，這是行不通的。




幸運(yùn)的是，自動(dòng)駕駛汽車(chē)還有其他方法可以確定它們的位置。特別是他們可以使用激光雷達(dá)，該激光雷達(dá)通過(guò)從物體上反彈激光束并測(cè)量光反射回來(lái)需要多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)確定與物體的距離。用于自動(dòng)駕駛車(chē)輛的典型激光雷達(dá)裝置覆蓋150米的范圍，每秒采樣超過(guò)100萬(wàn)個(gè)空間點(diǎn)。

此類(lèi)激光雷達(dá)掃描可用于識(shí)別本地環(huán)境中的不同形狀。車(chē)輛的計(jì)算機(jī)隨后將觀察到的形狀與該區(qū)域的高清數(shù)字地圖中記錄的形狀進(jìn)行比較，從而可以始終跟蹤車(chē)輛的確切位置。激光雷達(dá)還可用于識(shí)別，避免行人和其他車(chē)輛等臨時(shí)障礙物。

激光雷達(dá)是一項(xiàng)了不起的技術(shù)，但存在兩個(gè)問(wèn)題。首先，這些設(shè)備非常昂貴：用于自動(dòng)駕駛的高端激光雷達(dá)的成本下降，但成本很容易超過(guò)80,000美元；對(duì)于低速應(yīng)用，合適的設(shè)備價(jià)格約為4,000美元。而且，激光雷達(dá)作為一種光學(xué)設(shè)備，在惡劣的天氣（如大雨或大霧）下可能無(wú)法提供合理的測(cè)量結(jié)果。

這些車(chē)輛上的攝像頭也是如此，這些攝像頭通常用于識(shí)別和跟蹤不同對(duì)象，例如行車(chē)道，交通信號(hào)燈和行人的邊界。通常，多個(gè)攝像機(jī)安裝在車(chē)輛周?chē)?。這些攝像機(jī)通常以每秒60幀的速度運(yùn)行，并且所使用的多個(gè)攝像機(jī)每秒可生成超過(guò)1 GB的原始數(shù)據(jù)。當(dāng)然，處理大量信息會(huì)給車(chē)輛的計(jì)算機(jī)帶來(lái)很大的計(jì)算需求。從好的方面來(lái)說(shuō)，相機(jī)并不是很昂貴。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的雷達(dá)和聲納系統(tǒng)用于避障。他們生成的數(shù)據(jù)集顯示了距車(chē)輛路徑中最近的物體的距離。這些系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們可以在所有天氣條件下正常工作。聲納通?？梢愿采w10米的范圍，而雷達(dá)通常可以覆蓋200米的范圍。像相機(jī)一樣，這些傳感器相對(duì)便宜，通常每個(gè)傳感器的成本不到1,000美元。

傳感器提供的許多測(cè)量值都輸入到車(chē)輛的計(jì)算機(jī)中，這些計(jì)算機(jī)必須整合所有這些信息才能對(duì)環(huán)境有所了解。近年來(lái)迅速發(fā)展的一種方法是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)，在這里起著重要的作用。利用這些技術(shù)，計(jì)算機(jī)可以跟蹤附近行駛的其他車(chē)輛以及過(guò)馬路的行人，從而確保自動(dòng)駕駛汽車(chē)不會(huì)與任何東西碰撞。

當(dāng)然，引導(dǎo)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的計(jì)算機(jī)所要做的不只是避免撞到東西而已。他們必須對(duì)轉(zhuǎn)向何處以及走多快做出大量決定。為此，車(chē)輛的計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)附近的預(yù)測(cè)以及乘員需要去的地方，在制定行動(dòng)計(jì)劃之前，對(duì)附近車(chē)輛即將發(fā)生的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

最后，自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要一個(gè)好的地圖。傳統(tǒng)的數(shù)字地圖通常是從衛(wèi)星圖像生成的，并且具有儀表級(jí)的精度。盡管這對(duì)于人類(lèi)駕駛員來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余，但自動(dòng)駕駛汽車(chē)要求車(chē)道級(jí)信息的準(zhǔn)確性更高。因此，需要特殊的高清地圖。

就像傳統(tǒng)的數(shù)字地圖一樣，這些高清地圖包含許多信息層。最底層是一個(gè)地圖，其中網(wǎng)格單元大約為5 x 5厘米；它是由使用特殊汽車(chē)收集的原始激光雷達(dá)數(shù)據(jù)生成的。該網(wǎng)格記錄有關(guān)環(huán)境中對(duì)象的高程和反射信息。

在該基本網(wǎng)格之上，有幾層附加信息。例如，將車(chē)道信息添加到柵格地圖，以允許自動(dòng)駕駛車(chē)輛確定它們是否在正確的車(chē)道中。除了車(chē)道信息外，還會(huì)添加交通標(biāo)志標(biāo)簽，以通知自動(dòng)駕駛汽車(chē)當(dāng)?shù)叵匏?，是否正在接近交通信?hào)燈等。這在車(chē)輛的攝像頭無(wú)法讀取標(biāo)志的情況下有幫助。

傳統(tǒng)的數(shù)字地圖每6到12個(gè)月更新一次。為了確保自動(dòng)駕駛汽車(chē)使用的地圖包含最新信息，高清地圖應(yīng)每周刷新一次。結(jié)果，對(duì)于一個(gè)中型城市，生成和維護(hù)高清地圖每年可能要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元。

這些高清地圖上的所有數(shù)據(jù)都必須存儲(chǔ)在車(chē)輛上的固態(tài)存儲(chǔ)器中，以便隨時(shí)使用，這增加了計(jì)算硬件的成本，而計(jì)算硬件的功能必須非常強(qiáng)大。從某種意義上說(shuō)，百度用于自動(dòng)駕駛的早期計(jì)算系統(tǒng)使用了Intel Xeon E5處理器和四到八個(gè)Nvidia K80 GPU加速器。該系統(tǒng)每秒可提供64.5萬(wàn)億個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算，但消耗了約3,000瓦，并產(chǎn)生了大量熱量。它的成本約為30,000美元。

考慮到僅傳感器和計(jì)算機(jī)的成本就很容易超過(guò)100,000美元，所以至少在今天，不難理解為什么自動(dòng)駕駛汽車(chē)如此昂貴。當(dāng)然，價(jià)格會(huì)隨著制造總數(shù)的增加而下降。但是，尚不清楚如何將創(chuàng)建和維護(hù)高清地圖的成本分?jǐn)傁聛?lái)。無(wú)論如何，要采用更好的技術(shù)來(lái)解決正常道路和高速公路上自動(dòng)駕駛所帶來(lái)的所有明顯的安全隱患，都將需要時(shí)間。

傳感器成本如何下降到2,000美元左右

劉少山和PerceptIn一直在努力解決這些挑戰(zhàn)，重點(diǎn)是在有限的區(qū)域內(nèi)操作且不必與高速交通混為一談的小型低速車(chē)輛，例如大學(xué)校園和工業(yè)園區(qū)。

PerceptIn 用來(lái)降低成本的主要策略是完全放棄激光雷達(dá)，而使用價(jià)格更便宜的傳感器：攝像頭，慣性測(cè)量單元，衛(wèi)星定位接收器，車(chē)輪編碼器，雷達(dá)和聲納。然后可以通過(guò)稱(chēng)為傳感器融合的過(guò)程來(lái)組合這些傳感器中的每個(gè)傳感器提供的數(shù)據(jù)。

在缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的平衡之間，這些傳感器趨于相互補(bǔ)充。當(dāng)一個(gè)發(fā)生故障或出現(xiàn)故障時(shí)，其他人可以接管以確保系統(tǒng)保持可靠性。使用這種傳感器融合方法，傳感器成本最終可能會(huì)下降到2,000美元左右。

由于車(chē)輛行駛速度很慢，因此最多需要7米就能停止，這比普通汽車(chē)要安全得多，后者要花幾十米才能停止。而且由于速度較慢，計(jì)算系統(tǒng)的延遲要求不如高速自動(dòng)駕駛汽車(chē)中使用的延遲要求高。

PerceptIn的車(chē)輛使用衛(wèi)星定位進(jìn)行初始定位。這些衛(wèi)星導(dǎo)航接收器雖然不如具有高速公路功能的自動(dòng)駕駛汽車(chē)上的系統(tǒng)精確，但仍可提供亞米級(jí)精度。車(chē)輛的計(jì)算機(jī)結(jié)合了慣性測(cè)量單元的攝像機(jī)圖像和數(shù)據(jù)（一種稱(chēng)為視覺(jué)慣性里程法的技術(shù)），進(jìn)一步提高了精度，將位置固定在分米級(jí)。

對(duì)于成像，PerceptIn已將四個(gè)攝像頭集成到一個(gè)硬件模塊中。一對(duì)面向車(chē)輛的前部，另一對(duì)面向后部。每對(duì)攝像機(jī)都提供雙目視覺(jué)，從而可以捕獲通常由激光雷達(dá)提供的空間信息。此外，這四臺(tái)攝像機(jī)可以一起捕獲360度的環(huán)境視圖，并且各幀之間有足夠的重疊空間區(qū)域，以確保視覺(jué)測(cè)距法可以在任何方向上正常工作。



即使視覺(jué)測(cè)距法失敗并且衛(wèi)星定位信號(hào)丟失，也不會(huì)丟失所有信號(hào)。車(chē)輛仍然可以使用安裝在車(chē)輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)進(jìn)行位置更新，這遵循水手們使用了數(shù)百年的通用策略，即航位推算。

來(lái)自所有這些傳感器的數(shù)據(jù)集被組合在一起，以使車(chē)輛對(duì)環(huán)境有一個(gè)整體的了解?；谶@種理解，車(chē)輛的計(jì)算機(jī)可以做出確保平穩(wěn)安全行駛所需的決定。

該車(chē)輛還具有防撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)獨(dú)立于其主計(jì)算機(jī)運(yùn)行，提供了最后一道防線。它使用毫米波雷達(dá)和聲納的組合來(lái)檢測(cè)車(chē)輛何時(shí)位于距離對(duì)象5米以內(nèi)的情況下，在這種情況下會(huì)立即停止。

依靠便宜的傳感器只是PerceptIn降低成本的一種策略。另一個(gè)措施是將計(jì)算技術(shù)推向傳感器，以減少對(duì)車(chē)輛主計(jì)算機(jī)，總成本不到1,500美元的普通PC和峰值系統(tǒng)功率僅為400 W的需求。

例如，PerceptIn的相機(jī)模塊可以每秒生成400兆字節(jié)的圖像信息。如果將所有這些數(shù)據(jù)都傳輸?shù)街饔?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，則該計(jì)算機(jī)將必須極其復(fù)雜，這將在可靠性，功耗和成本方面產(chǎn)生重大后果。相反，PerceptIn使每個(gè)傳感器模塊執(zhí)行盡可能多的計(jì)算。這減輕了主計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)并簡(jiǎn)化了其設(shè)計(jì)。

更具體地，GPU被嵌入到相機(jī)模塊中以從原始圖像提取特征。然后，僅將提取的特征發(fā)送到主計(jì)算機(jī)，從而將數(shù)據(jù)傳輸速率降低了數(shù)千倍。

限制成本的另一種方法涉及高清地圖的創(chuàng)建和維護(hù)。PerceptIn并沒(méi)有使用配備激光雷達(dá)裝置的車(chē)輛來(lái)提供地圖數(shù)據(jù)，而是使用視覺(jué)信息增強(qiáng)了現(xiàn)有的數(shù)字地圖，以達(dá)到分米級(jí)的精度。

生成的高精度視覺(jué)地圖（如它們替換的基于激光雷達(dá)的高清地圖）由多層組成。底層可以是任何現(xiàn)有的數(shù)字地圖，例如OpenStreetMap項(xiàng)目中的一個(gè)。該底層的分辨率約為1米。第二層記錄路面的視覺(jué)特征，以將地圖分辨率提高到分米級(jí)。第三層（也以分米分辨率保存）記錄了環(huán)境其他部分的視覺(jué)特征，例如標(biāo)志，建筑物，樹(shù)木，柵欄和燈桿。第四層是語(yǔ)義層，其中包含車(chē)道標(biāo)記，交通標(biāo)志標(biāo)簽等。

盡管在過(guò)去十年中取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但可能要再過(guò)十年或更長(zhǎng)時(shí)間，全自動(dòng)駕駛汽車(chē)才能開(kāi)始駛向大多數(shù)道路和高速公路。同時(shí)，一種實(shí)用的方法是在限制條件下使用低速自動(dòng)駕駛汽車(chē)。包括Navya，EasyMile和May Mobility在內(nèi)的數(shù)家公司以及PerceptIn一直在認(rèn)真地追求這一戰(zhàn)略，并取得了良好的進(jìn)展。

最終，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，車(chē)輛的類(lèi)型和部署可以擴(kuò)展，最終包括可以達(dá)到或超過(guò)專(zhuān)業(yè)駕駛員性能的車(chē)輛。

PerceptIn已表明，制造小型低速自動(dòng)駕駛汽車(chē)的成本遠(yuǎn)低于制造具有高速公路功能的自動(dòng)駕駛汽車(chē)的成本。當(dāng)大量生產(chǎn)車(chē)輛時(shí)，我們預(yù)計(jì)制造成本將低于10,000美元。在不久的將來(lái)，這種清潔能源的自動(dòng)班車(chē)可能會(huì)在諸如曼哈頓中央商務(wù)區(qū)等城市中心載客，目前那里的平均交通速度僅為每小時(shí)7英里。這樣的機(jī)隊(duì)將大大降低騎手的成本，改善交通狀況，增強(qiáng)安全性，并改善空氣質(zhì)量。解決世界高速公路上的自動(dòng)駕駛的問(wèn)題可能會(huì)在以后出現(xiàn)。