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第一节 自动驾驶发展史（第1页）

第一节自动驾驶发展史

当汽车刚登上人类历史舞台的时候，人们把它称为“无马马车”，英文名字是horselesscarriages。这种称呼在当时是非常有道理的，因为汽车的功能和马车一样，只是把马车的“牲畜发动机”替换成了“机械发动机”。在汽车诞生后的一个多世纪里，它已经重塑了人类的生活方式，并在今天成为必不可少的出行工具。

汽车的普及也带来了许多问题，如环境污染、交通拥堵等，但其中影响最大的问题就是层出不穷的车祸。可以这样说，车祸是人类最凶险的杀手之一，所谓车祸猛于虎也，它不但会导致个人和公共财产损坏，而且会造成人员伤亡。根据世界卫生组织的死亡原因统计数据，2017年全世界有110万人在车祸中丧生；而在中国，这个数字是10万人左右。

除了车祸以外，随着通勤时间的增加，汽车也将很多人的时间限制在了车轮之上，减少了人们自由的时间。驾驶员在驾驶中要集中精神，稍有松懈轻则违章，重则伤亡。世界上每个国家都设置了相关法律法规来限制人们有“危险”的驾驶行为，如醉酒驾车、开车使用手机等行为都是被严格禁止的。

而自动驾驶技术恰恰可以解决安全和自由两个问题。让计算机来代替人驾驶汽车，可以在不同程度上解放人类被方向盘束缚的问题，它还是一种理想的减少车祸的方案，因为：

①成熟的自动驾驶技术不会出现人类的危险驾驶行为，更不会故意冲撞；

②计算机依赖于快速的反应系统，它会比人类更快地对驾驶环境进行评估，并更快地采取安全措施，这必然会减少事故的发生。

当然，许多国家都意识到，自动驾驶技术还有重要的军事用途：广义的自动驾驶既包括了自动驾驶汽车也包括了自动驾驶飞机，这些自动驾驶的装备都可以成为军事武器，从而降低人类参与程度并减少人类伤亡数量。

人类的第一辆“无人驾驶”汽车诞生于1925年，距今已经有将近百年的时间。根据字面含义理解，自动驾驶包括无人驾驶，或者说无人驾驶是自动驾驶的高级阶段。

1925年，美国陆军的电子工程师弗朗西斯·侯迪纳制作了一辆“无人驾驶”的汽车，它更像是现在放大版的遥控汽车。人类通过电磁波来控制车辆的相关部件，如方向盘、离合器以及刹车装置等，这样车辆就可以在没有人“坐在上面控制”的情况下“自动驾驶”了。但很显然，这和现代的“自动驾驶”“无人驾驶”概念不同，因为车辆仍然需要有“人”通过电磁波来控制车辆，控制的人需要根据路况和外界条件进行判断，汽车自身并不能进行真正意义的“自动驾驶”。

这是可以理解的，因为在当时的条件下，人类还没有足够好的摄像头、雷达、激光仪器等可以代替人类视觉的装置来捕捉外界场景，也没有足够快的计算设备来分析这些场景——毕竟第一台电子计算机在20年后才会诞生。

第一辆符合现代标准的“自动驾驶”汽车叫作斯坦福厢车（StanfordCart）（图10-1）。该车建造于1961年，最初的技术来源于执行月球探测任务的“月球表面自主行走”技术。根据资料，20世纪70年代早期，斯坦福厢车已经可以利用摄像头和当时的人工智能系统来绕过障碍物了。那时候的摄像头技术相对落后，只能采集黑白图像，而用来控制车辆的人工智能系统也是基于早期的机器学习技术，例如，在第三章讲的“决策树”方法就是其中一种。

图10-1斯坦福厢车

现在看来，斯坦福厢车已具备了自动驾驶汽车的“雏形”，这表现在它共有下述特征。

①有外界环境采集设备，起到人类驾驶员双眼的作用；

②有处理系统，起到人类驾驶员大脑的作用。

但是斯坦福厢车距离实用还有巨大的距离，因为即使在最简单的室内场景，它每移动1米也需要20分钟！

1995年，在人工智能领域有颇多建树的卡内基·梅隆大学进行了一次“自动驾驶”测试。在该测试中，配备该校研发的自动驾驶技术的庞蒂克TransSport——NavLab5（图10-2）成功穿越了美国，总行驶里程超过了5000千米。这辆NavLab5本身是一辆货车，在它的挡风玻璃前有一排摄像头，这些摄像头负责路况采集，而车厢内的计算机负责路线规划和方向把握。但美中不足的是，该车需要人类辅助“踩刹车”和“踩油门”，原因在于，尽管车载摄像头能够采集外界图像，但是计算机处理系统并不能成功识别所有的交通标识。

2001年，一场真正促使自动驾驶实用化的比赛正式登上历史舞台。为了发展自动驾驶技术，美国国防高等研究计划局（DARPA）举办了一场“制造+穿越”的比赛。该比赛使用各参赛队伍自主研制的自动驾驶汽车，要求参赛汽车能够自动驾驶横穿加利福尼亚州莫哈韦沙漠。莫哈韦沙漠路况复杂、环境恶劣，对当时的汽车制造和自动驾驶技术都提出了很高的要求。

图10-2NavLab5

在首场比赛中，尽管没有一个进入决赛的“选手”能完成全部比赛路线，但是这场比赛聚集了一个自动驾驶研究者组成的群体，这个群体后来主导了自动驾驶在不同领域的研究工作。

在这场比赛中，源于NavLab5的卡内基·梅隆大学的沙漠风暴（Sandstorm）（图10-3）取得了最好的成绩。这是一辆经过改装的悍马，整个行程的大多数时间中，它都在自动驾驶。

对比NavLab5，沙漠风暴除了摄像头外，还配置了昂贵的激光扫描仪、电子雷达，这些设备共同完成车外路况的采集；车辆自动驾驶的大脑是一个装满电子设备的机柜，质量达到1000磅（约453。6千克），这是一个并行处理阵列，负责执行机器学习算法，可以指导车辆在崎岖的地形中找到可靠的行驶路线。

图10-3沙漠风暴自动驾驶车

四年之后，“制造+穿越”的挑战赛继续进行，这一次自动驾驶取得突破性的进展，一共有五辆车完成了所有的路程。