第一本无人驾驶技术书 - (EPUB全文下载)

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第一本无人驾驶技术书
1 无人车：正在开始的未来
2 光学雷达在无人驾驶技术中的应用
3 GPS及惯性传感器在无人驾驶中的应用
4 基于计算机视觉的无人驾驶感知系统
5 卷积神经网络在无人驾驶中的应用
6 增强学习在无人驾驶中的应用
7 无人驾驶的规划与控制
8 基于ROS的无人驾驶系统
9 无人驾驶的硬件平台
10 无人驾驶系统安全
11 基于Spark与ROS的分布式无人驾驶模拟平台
12 无人驾驶中的高精度地图
13 无人驾驶的未来
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正文
1 无人车：正在开始的未来
我们已经拉开了全自动无人驾驶的序幕，在幕布之后精彩的未来将如何，让我们先回顾一下硅谷的发展历史，再以此展望无人驾驶的未来。如图1-1所示，现代信息技术始于20世纪60年代，仙童电子和Intel通过硅晶体微处理器技术的创新开创了信息技术的新时代，这也是硅谷的起源。微处理器技术极大地提高了工业化生产力，推进了现代工业的发展。20世纪80年代，随着Xerox Alto、Apple Lisa及Microsoft Windows等软件系统的发展，图形界面被广泛应用，个人电脑的概念出现并开始普及，现代信息技术以此为基础普惠众人。
图1-1 现代信息技术发展史
21世纪初，在个人电脑逐步普及并被大规模应用的背景下，Google的出现通过互联网和搜索引擎的方式将人与浩瀚如星海的信息互联起来了，至此，现代信息技术发展到了第三阶段。始于2004年的Facebook通过革新的社交网络模式将现代信息技术推进到了第四阶段。至此，人类的交往互联方式从线下扩展到了线上，人类社会在万维网上有了初始的迁移并逐步地成熟完善。
随着互联网人口规模的膨胀，Airbnb与Uber等公司通过共享经济的思维把人类社会的经济模式直接推广到了互联网社会，利用互联网+移动设备等直接连接不同用户的经济行为，得到了大范围的成功。信息技术每一阶段的发展及其随后驱动的革新，都极大地改变了人类对信息的访问需求和获取方式。尤其对后几个阶段而言，互联网是一个基础性条件，大多数的服务是通过互联网传达给终端用户的。
现在，我们走到了信息技术发展的第六阶段，机器人开始作为服务的承载体出现，其中的一个具体事例就是无人驾驶的产品化。无人驾驶并不是一个单一的新技术，而是一系列技术的整合，通过众多技术的有效融合，在无人驾车的情况下安全地送达乘客。本章会介绍无人驾驶的分级、ADAS中的关键应用、无人驾驶中涉及的多项技术并讨论如何安全高效地在无人驾驶系统中完成技术的整合。
1.1 正在走来的无人驾驶
预计到 2021年，无人车将进入市场，从此开启一个崭新的阶段。[1]世界经济论坛估计，汽车行业的数字化变革将创造670亿美元的价值，带来3.1万亿美元的社会效益，[2]其中包括无人车的改进、乘客互联及整个交通行业生态系统的完善。
据估计，半自动驾驶和全自动驾驶汽车在未来几十年的市场潜力相当大。例如，到2035年，仅中国就将有约860万辆自动驾驶汽车，其中约340万辆为全自动无人驾驶，520 万辆为半自动驾驶。[3]有行业主管部门人士认为，“中国轿车的销售，巴士、出租车和相关交通服务年收入有望超过1.5万亿美元。”波士顿咨询集团预测，“无人车的全球市场份额要达到25%，需要花15～20年的时间。”由于无人车预计到2021年才上市，这意味着2035—2040年，无人车将占全球市场25%的份额。
无人驾驶之所以会给汽车行业带来如此大的变革，是因为无人车带来的影响是空前的。研究表明，在增强高速公路安全、缓解交通拥堵、减少空气污染等领域，无人驾驶会带来颠覆性的改善。
1.增强高速公路安全
高速公路事故是全世界面临的重大问题。在美国，每年估计有35000人死于车祸，在中国这一数字约为260000 人。[4]日本每年高速公路事故死亡人数为 4000左右。[5]根据世界卫生组织统计，全世界每年有124万人死于高速公路事故。[6]据估计，致命车祸每年会造成2600亿美元的损失，而车祸致伤会带来3650亿美元的损失。高速公路事故每年导致6250亿美元的损失。[7]美国兰德公司研究显示，“在2011年车祸死亡事故中39%涉及酒驾。”[8]几乎可以肯定，在这方面，无人车将带来大幅改善，避免车祸伤亡。在中国，约有 60%的交通事故和骑车人、行人或电动自行车与小轿车和卡车相撞有关。[9]在美国的机动车事故中，有 94%与人为失误有关。[10]美国高速公路安全保险研究所的一项研究表明，全部安装自动安全装置能使高速公路事故死亡数量减少 31%，每年将挽救 11000条生命。[11]这类装置包括前部碰撞警告体系、碰撞制动、车道偏离警告和盲点探测。
2.缓解交通拥堵
交通拥堵几乎是每个大都市都面临的问题。以美国为例，每位司机每年平均遇到 40小时的交通堵塞，年均成本为1210亿美元。[12]在莫斯科、伊斯坦布尔、墨西哥城或里约热内卢，浪费的时间更长，“每位司机每年将在交通拥堵中度过超过100小时。[13]在中国，汽车数量超过100万辆的城市有35个，超过200万辆的城市有10个。在最繁忙的市区，约有 75%的道路会出现高峰拥堵。”中国私家车总数已达 1.26 亿辆，同比增加 15%，[14]仅北京就有560万辆汽车。[15]Donald Shoup的研究发现，都市区30%的交通拥堵是由于司机为了寻找附近的停车场而在商务区绕圈造成的。[16]这是交通拥挤、空气污染和环境恶化的重要原因。“在造成气候变化的二氧化碳排放中约有30%来自汽车”。[17]另外，根据估算，在都市中有23%～45%的交通拥堵中发生在道路交叉处。[18]交通灯和停车标志不能发挥作用，因为它们是静止的，无法将交通流量考虑其中。绿灯或红灯是按照固定间隔提前设定好的，不管某个方向的车流量有多大。一旦无人车逐渐投入使用，并占到车流量比较大的比例，车载感应器将能够与智能交通系统联合工作，优化道路交叉口的车流量。红绿灯的间隔也将是动态的，根据道路车流量实时变动。这样可以通过提高车辆通行效 ............

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