自动驾驶目前存在的问题及未来展望

张般若

（山西大学附属中学校，山西 太原 030006）

近年来随着计算机和信息技术飞速发展，大数据、深度学习、人机交互等计算机新技术空前普及，人工智能成为了人类探索数字世界的前沿领域，自动驾驶技术也产生了一系列突破性的研究成果，有关自动驾驶的公司如雨后春笋般一般出现，比如国外的特斯拉、英伟达、Mobileye、高通、Luminar，国内是华为、百度、地平线、小马智行等。摩根斯坦利的研究报告[1]指出，自动驾驶预计每年将为美国带来1.3 万亿美元的收益，分别来自燃油节省、拥堵减缓、事故减少和生产力提升等方面。旧版《维也纳道路公约》（Vienna Conven for Roan Traffic）要求驾驶员时刻保持对车辆的控制，而2014 年修改后的《维也纳道路公约》只要求其车辆控制权能够“被驾驶员权限否决或接管”；美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）已经建议各州在制定的法律框架里将交通相关法律中的“驾驶员”都用具有人工智能的“机器”替换；日本和欧洲已经致力于建立统一的自动驾驶车型测试标准；2020 年中国作为联合主席成员国，参与起草《自动驾驶车辆的通用功能性要求》草案。本文将探讨自动驾驶技术现存的问题并畅想其未来的发展。

1 自动驾驶目前存在的问题

自动驾驶本质上是人工智能技术与传统交通工具的结合，是计算机技术在交通领域的应用，据此可将自动驾驶分为载具部分和计算机部分，为了实现自动驾驶必须的信息感知还增加了传感器部分。

1.1 载具部分的突破依赖于电池技术

电动汽车相比传统燃油车拥有更简单的结构，特斯拉已经将车辆零件数量精简为传统燃油汽车的1/3，国际电气和电子工程师协会（IEEE）评选的“2021 年十大顶级高科技汽车”中有9 辆采用电动或混合动力的形式。然而电动汽车的续航能力还是软肋，现在电动汽车的续航里程表面上都很高，可如果考虑到驾驶方式、空调、路况和气候等因素，其续航能力将会大打折扣，比如特斯拉在漂移驾驶时所表现出的续航里程仅有30 km。充电时长也是电动汽车的一大瓶颈，加油站3 min 就能加满油，充电桩充满电却需要按小时计算。只有电池技术取得一个较大的飞跃，载具部分的格局才可能有突变。

1.2 传感器的数量太多而且成本较高

和人的感知器官相似，不同类型的传感器都拥有自身特点以及适用场景。自动驾驶汽车都需配备大量的传感器来互相补偿和验证。奥迪在汽车上就应用了摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等多种设备。国内现在主要依靠激光雷达，但动辄十几万的价格导致目前还不可能实现中低档车辆的量产。各种传感器对比结果如表1 所示。

表1 各种传感器对比结果

以特斯拉为代表的企业实行围绕单车开展的自动驾驶，这种方式常见问题是因传感器故障、受遮挡和恶劣天气等导致的安全隐患；还有一种则是围绕车路协同开展的自动驾驶，代表企业是阿里、百度。车路协同通过“上帝视角”开展自动驾驶，要求车辆和道路基础设置都加装传感器，具有实现“全域感知”的核心优势，但需要超大规模传感器配置的基础建设。

1.3 计算机部分受限于人工智能水平

数字时代利用人工智能可以实现许多前沿研究领域的创新，但是“人的智能”才是“人工智能”的核心。人的智能包括表达、理解等人类所具有的高级智力和积累的知识，它是人类个体和群体的生物智能，包括基本智能、人脑智能和群体智能。计算机的智能则代表计算机解决问题的能力，它是由个体和群体计算设备产生的，是人类智能的赋能。目前来看，数据智能、感知智能、认知智能和自主智能可以移植到计算机上，但现在人工智能还只能在特定领域中发挥良好作用，在处理车辆行驶过程中出现的复杂变化上还无法达到人类的水平，很多时候被讥笑为“人工智障”。

1.4 人类保守思维制约自动驾驶推广

汽车发展史上虽然有臭名昭著的“红旗法案”在前，但很多人对于自动驾驶这个新事物还抱有不信任的态度，更倾向于把“选择权”留给自己而不是机器。兰德公司的研究报告[2]指出，要在数学意义上证明自动驾驶比人驾驶更安全，需要测试上百亿英里的距离、几百年的时间。中国交通运输部公路院汽运中心主任周炜表示，当前自动驾驶车辆的测试，从测试时间来说50 d 之内就能够发现99.9%的问题，可是0.1%的问题也许5 000 d都不能被发现和解决。从测试里程来说，在15 万km 测试的时候就能发现99.9%的问题，但是0.1%的问题也许15 亿km 都不能被发现和解决。

1.5 自动驾驶面临伦理和隐私的问题

在遇到危险时，自动驾驶选择保护车主一人还是很多路人？是选择撞向左面的一个人还是右面的五个人？是选择撞向老人还是小孩？类似“电车难题”是自动驾驶推广中遇到的重要伦理问题。隐私问题也是阻挠自动驾驶发展的另一因素，将车辆数据上传到总部，由平台自动对车辆进行调控，这样可以大大减少单车内置计算机系统所需要的计算，但这无疑是种侵犯个人隐私的行为。而且统一调度从一定程度上来说也是一种侵犯个人财产的行为，一旦你的车接受了统一调度，那么意味着你对车辆并不具有实际控制权，这样未来的自动驾驶就全部倾向于变成公共和共享性质了。对共享汽车的信任参考《共享电动汽车分时租赁的消费者信任研究》[3]。

2 自动驾驶未来展望

当前自动驾驶的智能化、规范化、法制化进程已经初具规模。在不远的将来，自动驾驶依赖于不断增长的计算能力、更加复杂的神经网络和逐步完善的法律法规，一定会有突破性的进展。

2.1 自动驾驶所需计算能力大大增强

美国人工智能研究公司Open AI 曾经在2018 年进行了一项研究，发现开发突破性模型所需计算能力的增长速度与摩尔定律大致相同，2012 年之前单个微芯片计算能力往往每两年翻一番。但图像识别系统AlexNet 的发布刺激了顶级模型的计算需求急剧增加，2012—2018 年，这种需求每3～4 个月要翻一番。当摩尔定律失效时，现在超大算力主要依赖于计算、内存和存储资源的并行叠加，高性能计算将很多计算机快速联网成一个“集合”以进行密集计算；通过云计算，用户也可以选择增加其高性能计算的容量。

目前机器的学习方法主要有3 种：模仿学习（Imitation Learning）、在线规划（Online Planning）和离线学习（Offline Learning）。根据多任务学习[4]的核心原理，人工智能通过多场景上训练可以提升其表现，加强人工智能深度学习是打造可信赖的无人驾驶汽车的唯一可行方式。特斯拉自己建造了计算中心——Dojo，总计使用1.4 万个英伟达的GPU，其专家表示，需要14 亿帧画面才能训练一个神经网络，对应10 万个GPU 工时。国际数据公司（IDC）统计，2022年自动驾驶公司对人工智能计算的投资全部在增长，28%的企业投资增长幅度超过30%。

2.2 相关部门将规范引导伦理等问题

“当遇到‘电车难题’这样的伦理困境的时候，最基础的要求是程序一定不能够预设答案，谁预设谁负责。”中国公安部道路交通安全研究中心法规室副主任黄金晶在2022 世界智能网联汽车大会上表示：“根本的原则叫确保随时接管原则，当遇到这样难题的时候一定要有一个人来承担这样的道德压力，而非程序员在后台通过系统进行预设。”这一说法实际上从侧面反映了官方目前对伦理问题的态度，也回应了车内完全无人驾驶什么时候能够实现的问题。

2.3 获取数据和保护隐私将取得平衡

车辆会在不影响车主隐私的情况下加密上传一些数据，比如车辆自身地理位置、自身路线规划等信息。当然，交管部门和相应企业所掌握的数据是有限的，会有法律法规的约束。能知道这条路上有多少辆车，但是绝对不会知道这条路上车里的乘客。如果确实有抓捕罪犯等特殊需求，必须经过法律的授权过程才能获得车辆的各种保密信息。

自动驾驶上传的合法数据经过汇总分析后，会产生极大的价值。比如可以将车辆分流，缓解高峰时期车流量密集的拥堵状况；红绿灯时长会随着车流量而实时改变；也可以将车辆变道情况等提前做好规划，提高安全性；如果前方有突发情况，相应路段的车辆也可以在第一时间收到相关信息，以根据自身情况迅速作出反应，距离事故地点较远的车辆可以重新规划路线，距离事故地点较近而无法重新规划路线的车辆也可以迅速减速，因驾驶员不知情出现连环撞车事故的情况将成为历史；在堵车的时候可以自动通过遵守一定的通行法则，顺序通过，以达到快速疏解的效果；如果道路上有正在执行任务的特种车辆，相应区域的其他车辆也会迅速地有序避让，提高特种车辆便利度的同时，也杜绝了因紧急避让所导致的事故。

2.4 自动驾驶各等级实现的时间预估

参考黄浩[5]的研究，用户乘坐（驾驶）自动驾驶汽车和传统小汽车、共享汽车等交通工具出行时在社会属性、经济属性和情感属性方面有很多差异，结合相应出行费用、出行时间、等车时间、停车费用等各方面因素，会有不同的选择。初步推断未来的自动驾驶发展将会经过2 个时期：手动和自动驾驶共存期以及完全自动驾驶期。在共存期时，人类的自动驾驶技术经过一定发展，可以基本代替人类驾驶员。此时市面上的汽车绝大多数都会有辅助驾驶功能，部分会具有完全自动驾驶功能，但是所有车辆都仍会配备方向盘等设备，人类驾驶也始终处于最高优先层级，部分人会选择自动驾驶汽车，但是仍有部分人因为种种原因选择人类驾驶。在这个时期，出租网约、客货运输、快递物流等行业将推动自动驾驶普及，这些企业会为了更高的利润而选择大量购买自动驾驶商用车辆。到了完全自动驾驶期，随着自动驾驶技术的完善和人类认识水平的提高，绝大多数人将会选择接受自动驾驶技术。此时所有的车辆都将具备自动驾驶系统，绝大多数车型完全取消人类驾驶功能，不配备方向盘等设施。少部分车型虽仍会配备相关设施以保持人类驾驶功能，但是人类驾驶的优先层级会低于自动驾驶，计算机在必要时可以夺回车辆控制权并且作出与人类命令相反的决定，人类驾驶将会成为一种休闲活动。对于警车等部分特殊车辆，人类可以在认证后取得车辆控制权。在这个时期，所有的自动驾驶汽车遵守的法则将根据计算机的特点而不是人类的特点而制定。自动驾驶各等级实现的时间节点预估如图1 所示。

图1 自动驾驶各等级实现的初步时间节点预估

2.5 自动驾驶将会具备非常多的功能

现在电池技术和多传感器融合的研究进行得如火如荼，自动驾驶很快可以进入千家万户，与智能家居结合，实现万物互联，达到每人都有一个属于自己的“贾维斯（Jarvis）”：它可以充当调控室内家居的助手，可以担任日常通行的司机，可以作为无聊枯燥时的伙伴，可以作为工作学习的秘书……车辆还可以小型化、折叠化、轻便化，大大节省停车位资源，甚至可以随身携带。它能够以轨道交通的稳定性和安全性为基础，与轨道系统结合，也可与飞行器结合，更高效快速。总之，自动驾驶汽车的未来是广阔的。期待未来有一天，汽车都会和手机一样成为人类的忠实伙伴，人类可以摆脱枯燥乏味的舟车劳顿，真正让驾驶成为一种乐趣。