四千字长文读懂无人驾驶——智能汽车

$德赛西威(SZ002920)$  #长安汽车正开发智能汽车# $长安汽车(SZ000625)$  $智能汽车(SZ399432)$  

就在前段时间，也就是刚过去的2022年12月30日，北京市智能网联汽车政策先行区颁发“无人化车外远程阶段”道路测试许可证，小马智行、百度成为首批获得许可的企业，这意味着这些企业可以在规定的城市区域和时间段开展无人驾驶测试。我之前提到过目前汽车行业存在两大主要的变革方向，一个是动力上的革命，即新能源代替传统能源，而另一个就是方向盘上的革命，即主要依靠无人驾驶实现的汽车智能化。无人驾驶汽车一次次出现在人们的视野之中，替换掉驾驶员让机器自动开车真的靠谱吗？

2004年，美国一家科技创新机构DARPA举办了世界上首届面向真实越野环境的长距离自动驾驶汽车挑战赛，要求十小时内自动行驶228公里，第一名将获得一百万美元奖励。虽然奖金并不算特别多，但当年社会反响超出DARPA预期，许多民间企业以及个人踊跃报名，然而结果却是无人完成比赛，最好的一名也不过只是开了11公里。而DARPA此时直接决定第二年继续比赛，并进一步提升奖金，最终使第二年的挑战赛收获了出乎意料的结果——多辆汽车完成了比赛。正是这样子的一场挑战赛，正式点燃了无人驾驶研发的热情。无人驾驶汽车的研发早在上世纪就已经开始，可始终没有取得实质性突破，而这一次的挑战赛便是量变实现质变的关键。

无人驾驶下的汽车智能化商业应用序幕已被揭开，大量公司把目光放在了无人驾驶汽车上。针对无人驾驶汽车自动化程度有6个级别，从低到高为level0到level5这六个级别，其中level0就是完全靠人自己来开的，level5是完全自动化，为最高级别，完全不需要人介入。然而目前我们看到的在测试阶段的行业龙头都是撑死到level4，即高度自动化，简单理解就是绝大多数情况不需要司机介入。如今，特斯拉是无人驾驶概念极其有特色和知名度的一家企业，而中国比较知名的则有华为、百度、滴滴、小马智行、蔚来汽车等。

不就是把驾驶的人替换掉吗，智能汽车的价值从何而来？最明显的就是把人从驾驶员的岗位上解脱出来，这对于出租车、物流车的相关运营可以减少掉一大笔原本花在驾驶员上的费用，而目前滴滴研发无人驾驶很大程度就在做替代传统出租车这个方面。其次因为人不再需要自己开车，在路上行驶的过程可以用来做其他事情，会促进城市形成多中心城市，从而将大量在房地产行业的资金转移出来，为什么呢？因为中心地带房价特别高，很大程度在于其通勤的方便，而无人驾驶让人可以在路上变得自由，从而削弱了原本中心地带的便利作用，使得中心地带的辐射范围进一步扩大，从而使得大量储蓄在房地产的资金转移到其他行业。智能汽车的实现还利于广告业务的开发，因为汽车智能化无法避免大量数据的产生，而这些数据在很大程度上可以拓展汽车公司的业务，使得一笔很可观的广告业务产生。并且无人驾驶由于更智能的路线设计，不仅可以减少交通拥堵还可以减少汽油消耗，这也意味着政策会进一步去扶持这个行业。另外还有每年汽车总体销量不会变化太大，像去年其他类型车销售量大减，就因为新能源车销量大增，抢了传统汽车的饭碗，那么同理智能汽车一旦实现彻底的技术突破，会不会也抢到其他类型车的饭碗？最后一大重点是，如果我国智能汽车真的走上了国际最前沿，这对于汽车出口是一个大利好。大家也知道我们国产的传统汽车很难走出国门，就在于外国传统汽车已经形成了大量的品牌产业链，整体技术积淀远多于我们，而新能源车实现了我们的第一次汽车行业的逆袭趋势，智能汽车很可能是我们汽车行业的一次巨大机会，就在于这是新兴事物，大家底子差的不会太远，毕竟垄断才是利润的根源。

那么现在主流的无人驾驶汽车原理是怎样子的呢？我们这里用最通俗易懂的语言让你明白。本来是人来开车，现在让人不用操作了，说白了就让原本人的功能给机器替代了。那我问大家，我们开车的底层逻辑是什么？很简单，比如你先用眼睛看到前面的路上有弯道，然后在脑子里反应过来要转弯，最后用你的手操纵方向盘去实现转弯。而这个例子说白了就是你看到路况，即“感知”，然后脑子反应，即“决策”，最后手去操控，即“执行”。这就构成了人开车的三大底层逻辑:先感知，再决策，最后执行，无人驾驶正是从这三个方面入手，利用摄像头、激光雷达等先实时监测周围路况，然后利用算法计算分析周围的事物是否需要躲避以及何时、怎样躲避之类的问题，最后输入程序进行对汽车的行为执行。

对于感知环节，我们有必要详细讲几句。感知主要是用眼睛看，而目前市场的方向都是依靠激光雷达为主，利用其对周围一圈事物进行距离检测，从而实现环境感知。但由于目前激光雷达的价格是比较高的，一个就要好几千甚至一万的价格，而无人驾驶感知要车上好几个地方都安装激光雷达，这也造成了马斯克认为在本来就昂贵的汽车再装昂贵的雷达是不可行的，于是他要求特斯拉企业的无人驾驶全盘只准使用摄像头进行感知，取消了激光雷达的使用，这在无人驾驶领域独树一帜。这两种路线各有各的优势，目前也很难看出谁对谁错，摄像头成本很低，就几十的成本，是直接对人眼的模拟，但感知难度较高，幸好特斯拉有强大的数据支撑和算法支撑，但依然不能避免前几年许多特斯拉事故的产生。不过特斯拉运用的深度学习是越来越厉害的，就是总部数据库会接收每次的特斯拉驾驶员的行车数据，从而不断进行分析与对系统的纠错，因此任何一辆特斯拉车行驶时的错误都会使得特斯拉无人驾驶的安全性提高。而且摄像头对于雷达有一个很大的优势，比如前方有一堆树叶落下，利用摄像头感知是可以发现是树叶从而直接行驶过去，而激光雷达只能判断出前方多少米有障碍物而不知道是树叶，从而避让行驶或者停下来。但摄像头感知还存在一个致命的漏洞，如果算法和信息库不够完善，很可能错误感知，比如把前方的小动物误认为是安全的事物，从而直接开过去。激光雷达在目前来看，其对算法要求低，可以很精确感知周围事物到自己的距离，目前来看的安全性高于只使用摄像头感知，而且我们国产激光雷达技术还是不错的，成本也在逐年降低，这对于国产智能汽车是很大的优势。这也促使国内很多车企其实走的是摄像头和激光雷达两个我都要的双重保险策略。

我们再深入一点，比如你平常开车看到前方都人经过，然后在脑子里反应，最后用脚实现刹车，是不是从看到人到你反应过来刹车也要时间？肯定是，因为光线进入你的眼睛到你的视觉神经接受信息再到你意识到人需要一点时间，然后你的大脑再根据意识到有人到最终决定自己需要刹车也需要时间，所以这才有了高速路上保持够远车距的说法，因为你看到你还要反应啊，你要是贴着别人车屁股开高速，别人刹车你来得及反应吗？可有一个问题，既然接收信息完成感知到大脑反应实现决策要一定时间，你开车为什么没有总是一停一顿的？怕大家不理解这个问题，举个例子，就像酒驾为什么容易酿成大祸，因为醉酒让人反应速度变慢，所以开快就容易来不及反应过来前面有人，最终出现事故，那么如果喝醉酒的人每开一秒然后停下车认真看清楚前面路况，然后做出反应，再继续往前开一秒钟，那么他依然可以安全行驶完，但这样子的结果就是车开起来一停一顿的。尽管我们开车反应速度还是比较快的，我们还是不能忽略这个反应的时间对于顺畅驾驶的影响，那到底是如何做到顺畅行驶呢？在于我们对周围路况的预测。比如你提前知道前方是无人区，你就会大胆行驶开的很快，而不需要担心真实的路况还没有看到，或者你知道前方是一个很大的转弯事故高发，所以你提前就开始准备减速慢慢过弯道，再比如你看到远方有一个人在过马路，根据你的经验你可以提前减速，而不需要开到只距离行人比如十米处再去感知他有没有在车前面来决定要不要开过去。这些预测行为来源于早期经验，从而很好地弥补了反应的微小时间间隔对行车流畅度的影响。

再简单提一点继续深入一下，平常开车你难道就一定是先感知，再决策，最后执行吗？也不是，比如你要从你那里开车到吕菲特家里请教如何理财，那你先做好决策去规划路线，然后你在行驶过程中就不需要花大量时间去注意那些不是你要经过路线的情况了。也可以这样子去想，就是你开在跨海大桥上，你只需要花主要的精力在前方路况，再花部分精力在车周围一圈的路况，你不需要花什么精力去想你车开的桥下面大海的情况。你先决策规划好路线，然后就只需要大量精力花在周围一小圈以及前方路况。无人驾驶也是如此，这样子可以很好地提高机器计算效率，避免周围啥都去计算分析，导致计算量太大算不过来。

当然无人驾驶汽车远不是以上这么简单的模型，我们只是挑核心的一些运行原理出来讲解让大家认识，不知道有没有细心的人已经发现无人驾驶在于替代人，而且是深层次地替代，其中涉及的很多东西不就明摆着人工智能原理吗，对于路况的实际分析肯定用的都是AI在其中计算并不断深度学习。确实是这样子的。其实无人驾驶本身就是人工智能的应用，而无人驾驶我其实更愿意把它看作目前研发人工智能的关键载体。我在高中时期也沉迷于人工智能的前景，认为这是未来生产力突破的关键。毕竟平常我们见到的人工智能应用面都太狭小，而其本身又需要大量资金研发，想要只靠研发语音翻译、交流机器人等很难实现足够的资金引流。无人驾驶的汽车智能化则很好解决地解决了这个问题。

但是值得注意的是，无人驾驶汽车完全实现的level5水平还要五年以上的时间，从各种分析师的预测中可以看出，近些年基本上不太可能实现无人驾驶汽车的普及。

最后再谈一点智能汽车背后的人工智能。我认为世界发展的终极方向就是三大方向，首先在于无限能源，即无限的动力来推动社会各种工具的运转，其最终尽头在于核聚变下的氢能源利用。第二大方向在于物质极大丰富，即有源源不断的物质可以供我们使用，满足我们的物质需求，其最终方向在于元宇宙，即直接虚拟出一个世界让你拥有一切你想要的，从而避免世界物质的有限性，毕竟如果每个人都想要一房子黄金，真实世界可没有这么多黄金储量。而最后一大方向就是无需人自己劳累的创造，即自动实现能源利用，联系起真实世界与元宇宙，比如一切粮食生产，营养配备等创造过程都可以不需要人直接动手来完成，其最终方向就是人工智能。

有些人对于最后人工智能的方向有疑问，我简单举例补充，比如虚拟世界再多好吃的，但你得真的吃东西否则会饿死，人工智能就是在现实世界利用无限能源生产无限的粮食，然后他们无需管味道，只需要配置好营养，然后味道会有元宇宙系统进行操控，就是元宇宙里你吃着你最喜欢的红烧肉味道，而真实世界里吃的是人工智能准备好的营养搭配。