機器學(xué)習在無(wú)人駕駛中的現狀及挑戰

　　1月10日，在青島舉行的2019國家智能產(chǎn)業(yè)峰會(huì )智能駕駛平行論壇上，孫振平研究員結合國內外機器學(xué)習相關(guān)技術(shù)在智能駕駛領(lǐng)域的研究現狀和課題組近年來(lái)的一些研究成果，向與會(huì )人員分享了題為《機器學(xué)習在無(wú)人駕駛中的應用現狀及面臨挑戰》的精彩報告。

　　國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院無(wú)人系統研究所副所長(cháng)孫振平

　　談到國內自動(dòng)駕駛研究的起源，總繞不開(kāi)一所有名的高?！獓揽萍即髮W(xué)。20世紀80年代末，國防科技大學(xué)先后研制出基于視覺(jué)的CITAVT系列智能車(chē)輛。1992年，國防科技大學(xué)成功研制出中國第一輛真正意義上的無(wú)人駕駛汽車(chē)。2011年7月，由一汽集團與國防科技大學(xué)共同研制的紅旗HQ3無(wú)人駕駛汽車(chē)完成了286km的面向高速公路的全程無(wú)人駕駛試驗，而在背后主持研究紅旗無(wú)人駕駛汽車(chē)實(shí)現高速長(cháng)距離無(wú)人駕駛的，便是國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院無(wú)人系統研究所副所長(cháng)孫振平研究員。2012年，孫振平研究員作為技術(shù)負責人，組織團隊研制了我國第一臺邊防無(wú)人巡邏車(chē)。同時(shí)，他作為主要技術(shù)骨干或負責人與團隊一起參加了十余次國家自然科學(xué)基金委委主辦“中國智能車(chē)未來(lái)挑戰賽”和軍隊“跨越險阻”無(wú)人系統挑戰賽，多次獲得冠軍。

　　1月10日在青島舉行的2019國家智能產(chǎn)業(yè)峰會(huì )智能駕駛平行論壇上，孫振平研究員結合國內外機器學(xué)習相關(guān)技術(shù)在智能駕駛領(lǐng)域的研究現狀和課題組近年來(lái)的一些研究成果，向與會(huì )人員分享了題為《機器學(xué)習在無(wú)人駕駛中的應用現狀及面臨挑戰》的精彩報告。

　　孫振平研究員在報告中表達了一下觀(guān)點(diǎn)：

　　機器學(xué)習對解決無(wú)人駕駛問(wèn)題很重要，但不是全部;

　　深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是場(chǎng)景建模與理解的有力工具;

　　統計學(xué)習、增強學(xué)習對于解決行為決策問(wèn)題會(huì )有所幫助，前提是人工建立合適的決策模型;

　　用機器學(xué)習方法解決動(dòng)力學(xué)控制問(wèn)題似乎并不簡(jiǎn)單;

　　能夠實(shí)現任務(wù)、本體狀態(tài)、環(huán)境信息并行輸入的網(wǎng)絡(luò )結構是研究的重點(diǎn);

　　現有計算能力仍不足以支持深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在無(wú)人車(chē)中的大規模應用

　　以下是孫振平研究員在2019國家智能產(chǎn)業(yè)峰會(huì )的報告，智車(chē)科技在不改變原意的基礎上進(jìn)行了修改：

　　大家好，非常榮幸能在這兒跟大家一塊聊無(wú)人駕駛，因為機器學(xué)習在無(wú)人駕駛應用方面比較熱，針對這個(gè)事情跟大家分享一點(diǎn)思考。

　　大家可能不知道，國防科大在無(wú)人駕駛方面應該說(shuō)做的歷史也比較長(cháng)了，這些年有一些成績(jì)也有很多不足，特別是最近幾年我們看到整個(gè)社會(huì )對無(wú)人駕駛特別追捧，我們參與其中，肯定是非常非常的高興，但是在熱的過(guò)程中，我們也得認真地去思考，是不是無(wú)人駕駛到現在已經(jīng)比較好的被解決了，這個(gè)我們還是要冷靜地去思考的。我個(gè)人就針對這方面的一些情況跟大家一塊兒分享一下。主要就是目前國內外的發(fā)展情況，以及我們自己在這方面做的一些工作。

　　丨無(wú)人車(chē)的控制結構

　　說(shuō)到無(wú)人駕駛，從概念上來(lái)，大家對這個(gè)事情應該都非常清楚了，無(wú)非就是給車(chē)裝上各種各樣的傳感器，讓它能夠自己理解周?chē)沫h(huán)境，自己做規劃，自己選擇運動(dòng)的路徑，直到控制自己的運動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，希望人不參與或者說(shuō)盡可能少的參與，這么多的傳感器到底怎么組成無(wú)人駕駛的系統?這個(gè)事如果拿人來(lái)類(lèi)比的話(huà)，比較容易理解。一個(gè)駕駛員開(kāi)車(chē)感知周?chē)沫h(huán)境，往往是通過(guò)我們的眼睛、耳朵等一些感覺(jué)器官。在感知的基礎上當然要做決策規劃，主要是大腦來(lái)完成的，決策規劃的結果就是怎么樣控制車(chē)，操作機構來(lái)實(shí)現對車(chē)輛的控制。

　　對于我們的無(wú)人駕駛系統來(lái)說(shuō)，很顯然從原理上也是一樣的，我們必須去構建它的眼睛。這個(gè)主要兩大類(lèi)，一類(lèi)是環(huán)境感知的傳感器，二是運動(dòng)感知的傳感器。其中大腦是什么?對于無(wú)人駕駛來(lái)說(shuō)，當然就是運行在計算機上人工智能的程序，這個(gè)程序它綜合了傳感器信息和用戶(hù)的任務(wù)輸入，最后產(chǎn)生控制命令，控制命令就控制相應的一些執行機構來(lái)控制整個(gè)車(chē)的運動(dòng)，這個(gè)我想從原理上來(lái)說(shuō)就是這樣的。

　　無(wú)人駕駛的技術(shù)真正困難就是人工智能的程序。我們怎么去設計它，說(shuō)到設計，實(shí)際上在人工智能應用在移動(dòng)信息研究中，有一些基本的方案，大家不妨一起簡(jiǎn)單地回顧一下。

　　在人工智能研究中，有幾種基本的控制結構，一是慎思形式的，什么意思?我們要去顯示做決策規劃和執行控制這樣的環(huán)節，對應的是一個(gè)一個(gè)程序模塊。當然要設計一個(gè)這樣的結構，或者設計這樣的軟件系統，需要很多人參與，需要人的智力的投入，這個(gè)很顯然我們覺(jué)得做起來(lái)非常麻煩。

　　另外一個(gè)比較直接的想法，當然就是所謂的反應式，我們最好能夠設計一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，不需要知道它內部是怎么工作的，能夠直接從傳感器到執行器的映射，這就是所謂的反應式。

　　當然實(shí)際在研究過(guò)程中，最后大家都發(fā)現不管是慎思式還是反應式做來(lái)做去都不能夠很好的解決問(wèn)題，怎么辦?人類(lèi)最大的本事就是把各式各樣的方法混在一起就是混合式，反應式大家很容易理解，如果有一個(gè)控制方向我們用一個(gè)狀態(tài)方程組就能夠很好地描述它，當我設計一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器就能夠實(shí)現對這樣對象的控制。對于我們說(shuō)的機器人和無(wú)人車(chē)也不例外，我們能夠很好地描述清楚，就可以設計出一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器出來(lái)。最早在1948年的時(shí)候，當時(shí)控制論剛剛產(chǎn)生，就有人設計了一個(gè)移動(dòng)的機器人系統。這個(gè)慎思式，實(shí)際上大家關(guān)注的最典型的可能是世界上第一個(gè)自主的機器人，就采用這種慎思式的研究。SHakey研究了一個(gè)機器人只要能夠不碰撞運動(dòng)就可以了，這是1968年做出來(lái)的，這個(gè)也是我們現在智能機器人(無(wú)人車(chē))研究真正的現代意義上的開(kāi)端。

　　在這些研究基礎上，到了1986年的時(shí)候，MIT提出了一種所謂的包容式結構，這個(gè)包容式結構，大家仔細去分析一下就會(huì )發(fā)現，它實(shí)際上是一種混合式的結構。如果只是把行為定義為行走的話(huà)當然很簡(jiǎn)單，我們就可以設計反應式控制來(lái)實(shí)現。隨著(zhù)反應式變得越來(lái)越復雜，就很難用反應式結構去實(shí)現了。這個(gè)事情我個(gè)人在看了這么多文獻之后，大概同樣是在1980年代，美國的James他提出了所謂4D/RCS結構，已經(jīng)是非常完備的或者非常好的方法或者是一個(gè)體系了，甚至他們也給出了一套工程化的方法，怎么設計一個(gè)復雜的機器人系統或者是無(wú)人車(chē)，我們自己也是基本上參照4D/RCS這樣復雜系統的控制結構來(lái)設計我們的無(wú)人車(chē)的。

　　這是我們的無(wú)人車(chē)采取的一種結構，下面最基本的就是底層的執行結構以及到上面的交通，對交通場(chǎng)景的認知、決策等等。只有知道了結構，我們反過(guò)來(lái)才能說(shuō)機器學(xué)習在無(wú)人車(chē)中怎么用，我們剛才說(shuō)了，對于無(wú)人車(chē)來(lái)說(shuō)，它的核心就是人工智能程序，機器學(xué)習又是人工智能里面的一個(gè)重要的內容，大家當然就想著(zhù)，是不是能夠把機器學(xué)習用在無(wú)人車(chē)上，讓無(wú)人車(chē)能夠變得越來(lái)越聰明，能夠越來(lái)越好的去適應環(huán)境，我們就一起來(lái)看一看機器學(xué)習在無(wú)人車(chē)上到底能怎么用。