導(dǎo) 語

服務(wù)于人和機(jī)器的共生道路在推動自動駕駛技術(shù)發(fā)展、減少交通事故等方面有著至關(guān)重要的作用。那么，什么是共生道路？共生道路為什么會起到如此關(guān)鍵的作用？共生道路的發(fā)展趨勢是怎樣的？請看公安部道路交通安全研究中心特約專家、3M交通安全系統(tǒng)部首席交通安全教育與政策聯(lián)絡(luò)官官陽的思考與分析。

其實自動駕駛技術(shù)從出現(xiàn)至今已有近百年了，1925年就有人利用無線電技術(shù)，遙控車輛行駛；1961美國科學(xué)雜志認(rèn)為下一代人就可以憧憬在開車的時候看報紙。而現(xiàn)實中，1939年美國通用汽車公司在世界博覽會上展示了無人駕駛汽車技術(shù)模型；1990年代，有些公司廠區(qū)已經(jīng)在使用無人駕駛的區(qū)間班車接送工人；1998年一些知名汽車企業(yè)已經(jīng)開始提供自動巡航系統(tǒng)，這些其實都是自動駕駛領(lǐng)域的嘗試。既然自動駕駛技術(shù)已經(jīng)發(fā)展這么久了，為何到今天還沒有被廣泛應(yīng)用呢？這其實是一個更值得思考的問題。

駕駛能力低于駕駛?cè)蝿?wù)需求時易引發(fā)交通事故?

作為交通安全從業(yè)者，在面對自動駕駛這個話題時，首先要考慮在自動駕駛條件下，如何預(yù)防交通事故，保障交通安全。事故預(yù)防首先要研究車輛為什么會失控發(fā)生碰撞。

“任務(wù)需求與能力接口（Driving Task Demand & Capability Interface）”理論認(rèn)為車輛從可控制到失去控制再到碰撞要經(jīng)歷一個過程。如圖1所示，在車輛可控制和失去控制之間，一方面是駕駛?cè)蝿?wù)需求（D），一方面是駕駛?cè)说哪芰?#xff08;C），如果駕駛?cè)说哪芰?yōu)于駕駛?cè)蝿?wù)需求，即C大于D，車輛就是是可控的；反之D大于C，車輛就會失控，失控后就可能發(fā)生碰撞。因此，發(fā)展人工智能的目的就是想用機(jī)器彌補(bǔ)人的能力的不足，甚至是替代人去做一些無法完成的任務(wù)，自動駕駛也由此應(yīng)運(yùn)而生。

圖1：任務(wù)需求與能力接口（Driving Task Demand & Capability Interface）理論

駕駛?cè)蝿?wù)主要由控制、指示和導(dǎo)航構(gòu)成。為了完成這些任務(wù)，駕駛?cè)吮仨氷P(guān)注以下信息：隨道路情況變化的路面信息，如交通標(biāo)志標(biāo)線；強(qiáng)制停車、禁止轉(zhuǎn)彎等占主導(dǎo)地位的交通規(guī)則；其他道路使用者的行為變化，如另一方的減速、并線，超車等；自己駕駛的車輛和他人車輛的特點(diǎn)，如車輛尺寸。另外，駕駛?cè)说淖⒁饬€可能會被其他與駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的刺激信息所分散，比如吸引人眼球的風(fēng)景、路邊廣告、路邊活動等。

自動駕駛車輛的研發(fā)也是圍繞完成駕駛?cè)蝿?wù)展開的，要保證車輛完成任務(wù)和不發(fā)生碰撞，保證對車輛的控制能力高于駕駛?cè)蝿?wù)的需求。自動駕駛技術(shù)就是在駕駛過程中，以人工智能技術(shù)模仿人進(jìn)行智能化的判斷和操作，用更高的質(zhì)量和效率完成人需要完成和甚至是完成不了的任務(wù)。

有效可靠的信息溝通系統(tǒng)有助于減少交通事故

同樣，從工程角度看，在自動駕駛條件下減少交通事故的基本途徑與人的駕駛控制過程也沒有發(fā)生變化，那就是需要一個有效和可靠的信息溝通系統(tǒng)，為道路系統(tǒng)內(nèi)的“所有用路者”的安全移動提供引導(dǎo)信息。

道路信息處理系統(tǒng)由道路使用者和路況一同構(gòu)成。1970年代初，美國聯(lián)邦公路管理局局長提出：“如果我們不能始終為機(jī)動車駕駛?cè)颂峁┪镔|(zhì)保護(hù)使之遠(yuǎn)離危險，我們就必須向其提供足夠信息，令其能自己保護(hù)自己”。直到今天，自動駕駛技術(shù)也是努力向機(jī)器提供足夠信息，讓它自己能“保護(hù)”自己，以幫助人們駕駛。那么，無論是駕駛?cè)诉€是自動駕駛車輛，需要哪些信息呢？一直以來，參照物和路況信息都是完成駕駛?cè)蝿?wù)最基礎(chǔ)的要素，也是人們駕駛的基本依據(jù)。交通標(biāo)志標(biāo)線是道路使用者和道路系統(tǒng)之間實現(xiàn)溝通的最主要途徑。要如何幫助人們開好車呢？需要提供更好的信息，持續(xù)優(yōu)化信息質(zhì)量，保證其視認(rèn)性，給予恰當(dāng)?shù)臄?shù)量和準(zhǔn)確的時間點(diǎn)，并提高駕駛?cè)嘶驒C(jī)器處理道路信息的能力。

共生道路的發(fā)展助推自動駕駛技術(shù)提升

事實上，不論是現(xiàn)在還是未來，道路基礎(chǔ)設(shè)施都在自動駕駛技術(shù)提升領(lǐng)域起到關(guān)鍵作用。首先，要知道自動駕駛的發(fā)展是一個循序漸進(jìn)的過程，圖2中縱軸代表了自動駕駛技術(shù)發(fā)展過程中車輛控制權(quán)的三個階段——從人力駕駛到輔助駕駛再到真正的自動駕駛，橫軸表示車輛所有權(quán)的變化。不論哪個階段，都可以看到需要道路基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮作用。

圖2：未來自動駕駛技術(shù)發(fā)展階段

雖然從人力駕駛到自動駕駛還有很長的路要走，現(xiàn)在有一些有限改變已經(jīng)在發(fā)生，比如以車道偏離警示系統(tǒng)為代表的輔助駕駛系統(tǒng)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計報告顯示，到2023年，歐、美、日地區(qū)將有71%的新車增加車道偏離警示系統(tǒng)（見圖3）。車道偏離警示系統(tǒng)是通過車輛釋放出來的識別信號讀取標(biāo)線來發(fā)揮作用的。這種識別是種非接觸性識別，依靠機(jī)器視覺來實現(xiàn)。

圖3 ：輔助駕駛系統(tǒng)的滲透率預(yù)測

就我們目前面臨的現(xiàn)實任務(wù)來說，從幫助人到幫助人和車，支撐未來移動的基礎(chǔ)設(shè)施需要做的一項最基礎(chǔ)工作，就是提高信息的感知能力，形成可以依賴的決策，從而有更安全的駕駛行為。為達(dá)成這一目標(biāo)，還有很多方面需要努力。努力的方向是什么呢？是一種路和車的共生系統(tǒng)（A symbiotic system），即共生道路，它可以服務(wù)于各種車輛，而不只是為機(jī)器打造。從現(xiàn)在的判斷來看，人類駕駛者和智能網(wǎng)聯(lián)車將在路上共存很多年，因此，為各種“車”提供服務(wù)才是關(guān)鍵。比如說為簡化駕駛決策過程而努力的工程環(huán)境，如使用新技術(shù)提高標(biāo)線在雨天中的可見度。當(dāng)共生系統(tǒng)優(yōu)化好后，駕駛能力得到提升，可以大量地減少交通事故、減少延誤，提高效率，并可節(jié)省更多的開支。而共生系統(tǒng)的優(yōu)化主要依托道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展，因此，道路基礎(chǔ)設(shè)施將在自動駕駛技術(shù)提升領(lǐng)域起到關(guān)鍵作用。

共生道路如何提高人和機(jī)器的路況信息認(rèn)知能力

相對于自動駕駛，共生道路是一個較新的概念，它是輔助駕駛及為自動駕駛服務(wù)的一種基礎(chǔ)設(shè)施。共生道路（Connected Roads）即互聯(lián)的道路或機(jī)器可以讀懂的道路，也可以將其理解為使用各種技術(shù)，以供各種技術(shù)形態(tài)的道路使用者共同使用的一種道路。共生道路可以通過優(yōu)化車道標(biāo)線幫助人和機(jī)器認(rèn)知路況信息，通過優(yōu)化交通標(biāo)志幫助人和機(jī)器讀取路況信息等方式為人類服務(wù)。

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優(yōu)化車道標(biāo)線

車道標(biāo)線可以拯救生命。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，雖然大部分交通行為發(fā)生在白天，但是49%的死亡事故發(fā)生在夜間，其中一個主要原因就是夜間可視性較差，車輛難以保持在車道內(nèi)行駛，沖出車道或跨出車道發(fā)生刮蹭，造成事故。此外，還有73%的碰撞事故與氣候不良有關(guān)（見圖4）。而據(jù)預(yù)測，一個能充分發(fā)揮作用的車道偏離警示系統(tǒng)每年可以減少7500起死亡事故。因為它可以讀取路面標(biāo)線，一旦車輛發(fā)生橫向偏移就會警示駕駛?cè)?/strong>。

圖4：氣候不良與夜間可視性差是導(dǎo)致車輛碰撞事故的重要原因

那么，共生道路需要的標(biāo)線是什么樣的呢？是機(jī)器跟人都能讀，且在各種氣侯條件下都可以讀到的標(biāo)線。因此，未來路面標(biāo)線的關(guān)鍵特征就是提高人和機(jī)器視覺的探知能力。具體表現(xiàn)為：

? 高亮度：即在各種光條件下增加每個像素可以使用到的反射光。淺色路面上的標(biāo)線，起到建立交通規(guī)則，幫助車輛保持行駛在車道，影響駕駛速度等作用。為了便于機(jī)器能更清晰地讀取這種標(biāo)線，可以在其兩側(cè)增加黑邊（見圖5）。

圖5：在標(biāo)線兩側(cè)增加黑邊以便于機(jī)器讀取

? 高對比度：即增加在各種光照條件下的標(biāo)線和路面襯底的對比度。其實就是在各種光照條件下增加每個像素可以使用到的反射光，好讓車載照相機(jī)和人眼都可以看到的光學(xué)效果。提升視覺質(zhì)量，特別是在夜間，尤其重要。那如何提升呢，就是提高對比度，其實我們夜間拿燈去照東西就是在解決對比度的問題。

? 濕狀態(tài)反光光學(xué)特性：即增加在夜間和濕狀態(tài)低光環(huán)境里車燈反射光的數(shù)量。

平常我們看標(biāo)線，大多剛涂上去時很亮，但是時間一長就不亮了，主要是因為標(biāo)線材料中的玻璃珠被壓碎后，反光效果變?nèi)酢６磥順?biāo)線的發(fā)展趨勢是擁有高亮度、高對比度以及濕狀態(tài)反光光學(xué)特性。因此，新技術(shù)正嘗試在道路標(biāo)線液體材料中引入一種新型的全天候標(biāo)線反光元素，它更耐久、耐臟、具有高白度和高反光性，使液態(tài)標(biāo)線也可以提高性能，滿足人眼和輔助駕駛系統(tǒng)在各種狀態(tài)下的識別。

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優(yōu)化交通標(biāo)志

共生道路需要的標(biāo)志同樣也是機(jī)器跟人都能讀取的標(biāo)志。我們?nèi)庋勰芸吹綐?biāo)志是靠反光，而照相機(jī)成像有兩種感光方式，一種是感可見光，一種是感不可見光，即依靠紅外光讀取信息。紅外光的最大優(yōu)勢是不太受氣候條件干擾，這就是為什么世界上大部分國家讀取車牌和用作安全監(jiān)控的攝像頭都是不可見光攝像頭。

智慧碼，就是確保對路況信息探知和分辨更準(zhǔn)確的一種正在探索的解決方案。智慧碼的優(yōu)勢可以使人眼和機(jī)器的視覺感知能力得以優(yōu)化。如圖6所示，同一塊表示前方道路施工的標(biāo)志牌，左圖為肉眼靠反光看到的效果，右圖為機(jī)器近紅外視覺的識別效果。此外，每塊標(biāo)志都有獨(dú)立身份，其代表的信息可以準(zhǔn)確被識別并傳遞。在能見度不佳，我們?nèi)庋劭床磺迳踔量床坏綐?biāo)志牌時，依靠機(jī)器識別智慧碼便可以準(zhǔn)確掌握相關(guān)信息。

圖6：智慧碼標(biāo)志牌肉眼與機(jī)器識別效果對比

在可預(yù)見的未來，自動駕駛會越來越近，我們需要的是可以同時服務(wù)人和機(jī)器的道路，也就是共生道路。了解了自動駕駛和基礎(chǔ)設(shè)施在未來的發(fā)展，便可以做好更多的準(zhǔn)備，迎接新技術(shù)的到來。

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