人機與認知實驗室

編者按：本文作者系北郵人機交互與認知實驗室劉偉/張玉坤。

| 無人駕駛的歷史

1920年代——起源：「無人」駕駛

早在1925年，無線電設備公司Houdina Radio Control設計了一輛「無人」駕駛汽車American Wonder，這輛車由一輛1926 Chandler（美國汽車品牌，現已消失）改裝而來，它的後座上安裝了一個無線電接收設備，通過接收後車發出的無線電信號，經過信號譯碼，再通過一個小電動馬達來操作車的方向盤、制動器、加速器等，進而控制車的運動。研發成功後這個American Wonder還在紐約市進行了展示，並穿越擁擠的交通，從百老匯開到了第五大道。

無人駕駛汽車（Driverless car）也叫自動駕駛汽車 (Automatic car），它是在沒有人工參與的情況下具備感知環境和進行導航的汽車。其核心在於其「自主性」、「智能化」。顯然American Wonder的「無人駕駛」是打了雙引號的無人駕駛，其「無人」僅為「車上無人」，但是還需要人來控制，嚴格意義上來說它應該叫做「遙控駕駛」。雖然如此，這輛車還是在當時引起了很多人的興趣，後來還分別於1926年在密爾沃基和1932年在弗雷德里克斯堡（Fredericksburg)做了展示。

· 1930年代——世界博覽會上的暢想

1939年紐約世界博覽會，由通用汽車公司贊助建造了一個名為「Futurama」（未來世界展覽）的展覽，設計師 Norman Bel Geddes向當時的人們展示了他對未來汽車及交通的想法——未來汽車採用無線電控制，使用電力驅動，由嵌在道路中的電磁場提供能量來源。

1940年Bel Geddes在他的新書「Magic Motorways」中進一步闡述了他的觀點——人類應該從駕駛中脫離出來。他設計了一種高速公路及運輸系統，在高速公路上採用自動駕駛，駛出高速公路後才由人手動駕駛。並且，他預測這種設想會在1960年代實現。可惜Bel Geddes先生在1958年就去世了，沒能看到他的願望在60年代並未實現，即使從60年代又過去半個多世紀過去後仍未實現。

· 1950年代——「自動高速公路」

時間回到50年代，研究人員開始按照上述設想進行試驗，1953年RCA（Radio Corporation of America 美國無線電公司）實驗室成功的研制了一輛微型汽車，它由按一定模式鋪設在地板里的電線進行導航和控制。

幾年後的1958年，通過與內布拉斯加州及通用汽車公司合作，RCA實驗室又成功在該州林肯市外的高速公路上進行了400英尺的真實路況、全尺寸汽車試驗。

實驗的成功讓當時的人們很看好這種方法的前景，並且引起了許多公司的注意。例如中部電力與照明公司（Central Power and Light Company）就曾在很多報紙上刊登廣告介紹介紹無人駕駛，先來看下當時的廣告：有一天你和你的愛車會疾馳在一條電子超級高速公路上，它的速度和方向由嵌入公路里的電子設備自動控制。高速公路將會變得非常安全：沒有擁堵、沒有碰撞、沒有疲勞......當時預計這一切在1975年就會發生。

50年代和60年代，通用汽車公司還陸續推出了幾款試驗車——Firebirds系列，它的廣告是這樣的：電子導航系統可以在駕駛員休息的時候讓汽車飛速通過自動高速公路。

· 1960、70年代——新希望的出現

進入60年代，很多企業、機構也開始研發自動駕駛汽車，大部分都沿用了之前的技術，通過埋設在道路中的電子設備進行導航。俄亥俄州立大學的項目負責人Dr. Cosgriff 預言，這套系統將可以在15年內推向公共道路。

英國運輸與道路研究實驗室使用改裝的Citroen DS採用相同的方法，以130Km/h的速度在各種天氣狀況下進行了試驗，結果汽車的速度和方向都沒有發生偏離。同時根據分析，採用這個系統後，道路的負載能力將提高50%，而交通事故將減少40%。不過在70年代中期，由於研究資金撤出，試驗被迫中斷。

U of M unveils 'Mcity' to test driverless technology

雖然在道路中埋設電子設備來實現自動駕駛的方法在50年代開始進行了眾多次試驗，但是由於其需要對道路進行改造，添加外部設備的成本和改造難度都比較大。70年代以後這種方法逐漸消失。

從1970年代中期開始，伊力諾依大學對智能駕駛邏輯算法展開研究。同期，1977年，日本築波工程研究實驗室開發出了第一個基於攝影機來檢測前方環境的無人駕駛汽車。這輛車內配備了兩個攝像頭，可以不用在路裡面再埋入一些外部設備了。這是所知最早的開始使用視覺設備進行無人駕駛的嘗試，由此翻開了無人駕駛新的一頁。

· 1980年代——在激勵下起步

進入80年代，基於視覺的的無人車導航開始流行。

80年代初，慕尼黑聯邦國防軍大學（Bundeswehr University Munich）的Ernst Dickmanns帶領他的團隊以一輛奔馳汽車為基礎，研製了一輛採用視覺導航的自動駕駛汽車，這輛車在交通順暢的情況下達到了63Km/h的速度。隨後EUREKA公佈了普羅米修斯計劃，投入7.5億歐元用於自動駕駛汽車的研發，在EUREKA項目的資助下，成功的開發出了多輛自動駕駛汽車原型。

同一時期，美國DARPA建立了ALV計劃，與卡內基梅隆大學、史丹佛大學等機構合作，利用雷射雷達、電腦視覺第一次實現了機器人自主控制下的自動駕駛，並在無人車上首次使用了便攜式計算設備，速度達到了31Km/h。

1987年HRL實驗室展示了第一款在越野環境下基於傳感器的自主導航的ALV，在亂石、山坡、溝壑等地形成功以3.1Km/h的速度行駛了超過600多公尺。

1989年，卡內基梅隆大學率先使用神經網路來引導控制自動駕駛汽車，由此發展形成了現代控制策略的基礎。

· 1990、2000年代——加速發展

1995年卡內基梅隆大學的Navlab計劃，通過在車上加裝多台便攜式電腦設備、攝影機、GPS設備，來增強車輛的自動駕駛能力，在穿越國家的行程中，行駛了超過5000公里，據稱98.2%的都是「無手」自主控制，實際上這輛車只是半自動駕駛，因為它只是使用神經網路來控制車的方向，油門和剎車仍是人控制的。卡內基•梅隆大學的研究成果對於現在的無人駕駛技術提供了非常高的借鑒意義。

從2004年開始DARPA舉辦了3次無人車挑戰賽，考驗無人駕駛在惡劣和複雜環境下的能力，同時對獲獎者提供巨額獎勵。前兩次比賽都是在沙漠中進行，比賽規則要求參賽的機器人只能依靠GPS來引導行駛，並依靠傳感器或攝影機來繞開天然障礙物，從而通過230公里長的純天然沙漠地帶。

第一屆沒有隊伍完成任務，第二屆比史丹佛大學取得了冠軍，那輛車配備了攝影機、雷射測距儀、雷達遠程測距、GPS還配有英特爾奔騰M處理器。第三屆比賽改為在城市中進行，卡內基梅隆大學、史丹佛大學、佐治亞理工大學奪得前三名，不過第三屆比賽結束之後，該項賽事沒有再次舉行。但是比賽中最先採用的一些設備與技術後來也被推廣，有些也成為必備配置，如雷射測距儀，雷達測距等。

| 現在與未來

從00年代中期以來，無人駕駛技術開始了飛躍式的發展。現在無人車做的最知名的估計要數谷歌了，而谷歌的無人駕駛技術，正是源於斯坦福大學，其無人車項目負責人就是從史丹佛大學出來的，在無人駕駛上企業正逐步從高校研究所中接過接力棒。

除了一些大學研究機構外，現在網路企業、傳統的汽車廠商紛紛進入無人車行業。隨著電腦、算法及傳感器技術的不斷進步，現在的無人車已經越來越智慧，有的在技術上已經基本可以做到完全脫離人來駕駛，雖然還沒有正式開始商用，但是隨著無人駕駛發展起來的一些技術已經開始進入實用階段，如自動泊車、自動巡航、自動車道保持等等，這些都使駕駛更加輕鬆，同時也更加安全。

現在無人駕駛汽車的障礙除了技術方面的之外，私以為可能更多的是法律上的限制，和人們心理上對自動駕駛的擔心與恐懼，不過相信隨著技術的進一步提高和完善，以及隨著人們接受能力的提高，這些問題都將解決。這次可能不會等太久，Bel Geddes們「人類應該從駕駛中脫離出來」的願望真的就要實現了，雖然不是按照他們想的那種方式。