无人驾驶巴士 广州日报全媒体记者陈忧子 摄
文远知行推出的多种无人驾驶产品 广州日报全媒体记者陈忧子 摄
作为国际科技创新中心的重要承载地，广州自动驾驶企业正引领着世界的风潮。北京时间11月27日晚，广州自动驾驶公司小马智行在纳斯达克挂牌上市，成为今年以来美股自动驾驶领域最大规模的IPO。而就在1个多月前的10月25日，广州自动驾驶企业文远知行WeRide就已登陆纳斯达克，成为全球通用自动驾驶第一股、全球Robotaxi第一股。
生物岛、阅江路、南沙区、科学城……自动驾驶车辆如今在广州已随处可见，渐渐成为市民生活的一部分。自动驾驶是如何实现的？它利用了哪些科学技术？如何保障自动驾驶车辆快速、安全地行驶？本期《科技周刊》，记者来到文远知行全球总部，一探自动驾驶背后的科技奥秘。
三大模块两大系统实现自动驾驶
无需人为操控，自动驾驶到底如何实现？
文远知行产品交付工程师游越告诉记者，公司自2017年成立以来，一直在探索深度学习在自动驾驶领域的应用，其核心竞争力就是开发了“WeRide One自动驾驶通用技术平台”。该技术平台致力于实现车辆在城市开放道路上全场景、全天候的自动驾驶，并且具备不断学习、自我成长的能力。而具体到运营车辆，通常需要环境感知、路径规划、决策控制三个模块以及通信系统、冗余系统等来实现车辆的自动行驶。
环境感知模块主要依靠摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、麦克风、收音机等传感器收集车辆周围的环境信息，包括路况、行人、车辆、交通信号灯、地面标线等，这些硬件设备各司其职，相当于人的眼耳口鼻。
路径规划模块则相对简单，主要负责告诉车辆此行的目的地，路线该怎么走。
决策规划模块由各个计算单元组成，包括CPU、GPU以及各类AI专用的加速处理器，它如同人的大脑，依靠环境感知模块获得的信息作出车辆的具体行驶决策。比如我们遇到一辆慢速行驶的车辆，是选择变道超车，还是选择不变道并降低车速。遇到行人，是让人先过，还是可以在他前面过。当然，作出这些决策，还需依靠很多最新的人工智能算法，经过软硬件的精密配合后，才能够处理环境的感知信息，让车辆自如、安全、平顺地在路面上行驶。
除了车辆本身所载的重要模块，自动驾驶车辆还需配备通信系统。通信的一种类型是端到云，指的是地面车辆接受云端控制中心的指令。比如，自动驾驶出租车要想接到订单，就需要跟互联网连接起来，车辆上的监控系统，也需要连接云端，以应对突发状况。
另一种通信类型则是端到端。主要指车辆之间的交互以及车辆与道路基础设施或行人之间的交互。依靠这些通信交互，自动驾驶车辆可以实现超视距感知，车辆还没有到路口，就可以通过无线信号，知道路口大概是什么情况，以及如果按目前行驶速度，到达路口时，交通信号灯会是什么颜色，甚至是路面上有哪些障碍物，都能在超视距的情况下提前获得。
此外，目前L4级别的自动驾驶车辆都会配有冗余系统，比如拥有多个摄像头和雷达。对于雷达来说，它们其实已能看到绝大多数的障碍物，但摄像头还能识别出更细小或不太常见的障碍物。尽管多个雷达、摄像头的功能重复、视角重叠，但可以进一步保障自动驾驶车辆的安全，不会因为一两个设备损坏，导致自动驾驶失效。
自动驾驶也要“打怪升级”
辅助驾驶
L1主要指车辆具有巡航定速功能，人在驾驶时可以“脱脚”，不用踩油门、刹车，车辆可以帮助控制车速，但是手还需要操控方向盘，眼睛还要看路况。
L2指车辆可以在L1级辅助驾驶基础上进行自适应巡航，比如能够识别马路上的车道线，自主进行变道，从而不用手打方向盘，真正实现“脱手”的操控。
L3指车辆可以在L2级的基础上，更加精细地实现自主变道、上下匝道等行为，实现“脱眼”驾驶。目前，很多新量产的车辆都已具有L3级别辅助驾驶功能，但是L3有时还需要驾驶员去监控车辆的行为，比如落叶、大雾等意外情况遮挡了道路的车道线时。
自动驾驶
L4级别是指有条件的自动驾驶。游越介绍：“在符合条件的驾驶区域内，当我们坐在一辆L4级别的车辆上，并不需要进行任何驾驶行为，就和平时我们坐公交或者的士一样，不需要为驾驶操心，也不需要监控车辆的运行状态，实现‘脱脑’坐车，无论有什么情况，车辆都能自己处理。”
L5则是实现全面的自动驾驶，不论道路上有没有车道线、红绿灯，无论是乡村小道还是盘山公路，只要是真人驾驶员可以开的路，自动驾驶车辆都能自己开。
游越介绍，国际汽车协会将车辆的自动驾驶等级分为L1~L5五等，L3级以下主要为辅助驾驶，只有L4级以上才是真正意义上的自动驾驶。目前，L5级自动驾驶还是人类都在争取实现的目标。文远知行、小马智行等顶尖的自动驾驶企业已实现L4级自动驾驶。
“自动驾驶的每级跃升，都意味着车辆的ODD范围更广。”游越介绍，ODD的全称是“Operational Design Domain”（运行设计域），它是自动驾驶系统中的一个关键概念，主要指自动驾驶系统运行的前提条件和适用范围，这些条件包括道路类型、行驶区域、速度限制、环境因素等。只有在满足所有这些条件的情况下，自动驾驶系统才能确保稳定运行。
游越介绍，要实现L4向L5级自动驾驶的跨越，车辆还需要在场景理解能力和快速决策能力上进一步提升，如人脑一样可以应对各类场景，“有一些场景，比如突然在道路上看到前方有辆车在拖着一个房子走，自动驾驶车辆可能会理解不了，应对这些场景，都需要人工智能的大数据喂养和算力、算法上的进一步提升。”
自动驾驶领航万亿级智车之城
广州是国内探索自动驾驶起步最早的城市之一，丰富的道路测试场景为智能网联汽车应用示范运营提供了良好的环境，前瞻性布局和开放政策，也为广州在自动驾驶领域创下多个第一。
早在2018年，广州市就开始布局智能网联汽车，先后出台了道路测试、示范应用和示范运营相关的政策和标准，逐步开放城市道路。此外，广州还是国内第一个发放载客测试牌照、第一个在中心城区主干道开展道路测试、第一个向自动驾驶研发企业发放道路运输经营牌照、第一个自动驾驶出租车开展商业化示范运营的城市。
广州市交通运输局公布的数据显示，经过这几年发展，广州已累计开放827条测试道路，包括南沙港快速全段、从埔高速一期2条高快速及南沙区全域等，单向里程约1666公里，涉及6个行政区，分别是海珠、白云、黄埔、花都、番禺和南沙。
目前，有15家企业在广州市开展不同级别的道路测试和载客、载货、编队、远程等L3、L4高级别测试活动。未来，广州智能网联汽车产业将加速飞驰，奋力迈向万亿级“智车之城”。
应对突发状况能力已超老司机
“在处理‘鬼探头’这类极端场景时，自动驾驶车辆的反应速度其实已比人快很多，一个经验老到的司机，即使在身体状态很好的情况下，遇到紧急状况作出反应的时间至少也要0.4秒，我们的算法比人类反应更快，特别是在光线环境一般的情况下。”
安全永远是自动驾驶绕不开的话题。
自动驾驶车辆如何应对“鬼探头”等老司机都唯恐避之不及的情况？游越表示：“尽管这类极端场景发生频率并不特别高，但这些场景都会被系统切片收集下来，用于车辆的深度学习，每次公司发布新算法，我们就会让车辆在仿真环境下再把这些极端场景跑一遍，以确保车辆系统的安全性。此外，我们还不断地仿真各类极端场景，比如仿真出两个小孩子以比较快的速度冲出来，测试我们的算法在控制车辆时能不能处理这样的紧急状况，还有没有进一步的优化空间等。”
游越介绍，目前文远知行在全世界落地的城市中，还没有发生一起主责事故，“在处理‘鬼探头’这类极端场景时，自动驾驶车辆的反应速度其实已比人快很多，一个经验老到的司机，即使在身体状态很好的情况下，遇到紧急状况作出反应的时间至少也要0.4秒，我们的算法比人类反应更快，特别是在光线环境一般的情况下。目前，已经有很多人在黄埔区等地用APP打过我们的L4级别自动驾驶的士，乘客普遍反馈目前车辆的驾驶水平已经像是一位有5~9年驾龄的老司机。”
车辆行驶在路上，遇到深坑或障碍物时，该如何作出决策保障行驶安全？游越介绍：“目前，我们的算法会对地面坑洞、落叶、水管、塑料袋等障碍物全部进行分类，然后分析其‘可轧’属性，比如落叶，我们就能让车辆从上面轧过，而对于大型坑洞，我们能让车辆从旁绕过，总体来说，我们对于这些场景已处理得相当不错。”
从出租车到货车都已落地应用
如今，随着无人驾驶技术的逐渐成熟，各类应用场景和产品正如雨后春笋般涌现。
2018年12月，广州自动驾驶企业小马智行推出中国首个自动驾驶出行服务，并从广州开始，逐渐向更多城市铺开。
当前，该公司运营着一支有250多辆Robotaxi的车队，已成为中国首个在北京、上海、广州、深圳四大一线城市均取得无人驾驶出行服务许可的公司。截至目前，其Robotaxi自动驾驶路测里程已累计超3350万公里，其中包括近400万公里无人化测试里程。
游越告诉记者，目前文远知行在自动驾驶领域已经开发出自动驾驶出租车（Robotaxi）、自动驾驶小巴（Robobus）、自动驾驶货运车（Robovan）、自动驾驶环卫车（Robosweeper）以及高阶智能驾驶（Advanced Driving Solution）5款产品。这些产品的全球首次落地均发生在广州。
出租车领域，公司于2019年11月在广州推出中国首个开放道路自动驾驶出租车商业化收费运营服务，覆盖广州黄埔区约144平方公里的城市公开道路，迄今已积累超1800天安全运营经验。
小巴领域，2022年1月，公司正式在生物岛对外开放运营全无人驾驶小巴。随后，公司与广州公交集团合作，拓展了多条无人驾驶小巴运营线路，其中还包括BRT夏园站至BRT文园站线路，这也是全国首个BRT自动驾驶公交线路。
环卫车领域，2022年9月1日，公司自动驾驶环卫车首次在生物岛正式开启中国首个L4级公开商业运营的自动驾驶环卫项目。
货运物流领域，2024年5月22日，公司自动驾驶货运车获准在广州市开展自动驾驶城市货运车“纯无人测试”及“载货测试”。目前已与多家中国知名物流企业合作，在广州国际生物岛落地自动驾驶城市货运商业化运营试点，试点期间每日承运货物超50000件。
科学家解前沿
华南理工大学机械与汽车工程学院汽车工程系主任赵克刚
自动驾驶将在虚实结合测试中不断提高安全性
赵克刚告诉记者，当前，自动驾驶已是学院的重要科研领域，自动驾驶并非单独某项技术，而是包含各项技术的系统总成。学院有多位老师从事汽车规划与控制方向以及汽车感知和地图定位方向的科研工作，“我们正在做感知决策、控制、电子电器等方面技术的集成，形成一套完整的自动驾驶解决方案，同时依托与广汽等企业的产学研合作项目进行落地实验和科研推进。”
赵克刚认为，目前，自动驾驶汽车已进入商业化推广的新阶段，“我们正努力在虚拟环境中测试并解决自动驾驶安全领域的‘长尾效应’，解决安全问题和系统参数优化问题。目前，尽管自动驾驶车辆的测试里程已经很长，但受到相关法律限制，一些人流密集的道路口和危险路段并未向自动驾驶汽车开放，这也让道路测试数据存在漏洞和不足，因此我们需要利用现有的交通信息、统计手段模拟出仿真测试条件，帮助汽车的自动驾驶系统进行虚实结合的测试。”
赵克刚介绍，学校团队刚刚参加了“2024虚实融合自动驾驶实车挑战赛”，并获得了全国第二名的好成绩，“在汽车领域，广州拥有良好的产业基础。另外，广州的道路情况比较丰富，因此我们希望广州相关企业和相关部门能共同组建一套自动驾驶的数据测试资源库，这将是广州市未来发展自动驾驶汽车，奋力迈向万亿级‘智车之城’的重要优势。”
文/广州日报全媒体记者武威
