自動駕駛汽車在雨中行駛為什麼如此困難？

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【網易智能訊 2月20日消息】美國南加州的司機們經常講一個笑話：如果有一天下雨了，我們都會被嚇到，不知道該怎麼辦（這可能是一個當地的笑話，描述的是東海岸那些「瘋狂的」司機眼裡的西海岸司機）。只要下幾滴雨，交通就會變得混亂不堪，比天氣正常時還要糟糕許多。司機們不知道到底是該踩剎車還是踩油門。而且，由於交通延誤，一些司機會加快速度，以試圖抵消他們被雨水拖慢的速度，所有這些因素又導致司機對小型交通事故的擔心，從而使整個交通變得更加停滯不前。

幸運的是，南加州每年只有15英寸的降雨量，這與紐約市或西雅圖的40多英寸的降雨量相比並不算多。這固然不錯，但是雨水的相對稀少可能導致我們在雨天來臨時準備不足。比如說，我們沒有有效的擋風玻璃雨刮器，或者我們的輪胎已經裸露。準備工作不足還包括我們忘記了如何在雨天安全駕駛。

那些較小的雨滴可能會給人們帶來很大的麻煩。許多人認為雨滴呈水滴狀，但事實上，那些較大的雨滴類似於降落傘的形狀，而較小的雨滴則更像漢堡麵包的形狀。除了雨滴的大小，影響駕駛的其他因素還包括雨滴的數量，它們從天空中落下時的密度，以及它們在空中的停留時間。一場非常短暫的陣雨只會有分散的小雨滴，這通常比一場長時間的傾盆大雨跟容易應對，因為陣雨的雨滴幾乎和葡萄一樣大。

下雨當然不僅僅是比平常麻煩一些而已。根據美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的數據，在美國，在雨天發生的交通事故幾乎佔到所有由天氣引發的交通事故的近一半（約46%）。相比之下，在雪天發生的交通事故佔到約五分之一（17%）。這個比較在某種程度上是不科學的，因為在下雪的時候，開車的人會少一些，而下雨天開車的人要多得多，所以雨天會有更多的事故發生。

但是我想我們都同意，下雨會給駕駛帶來更多的困難。道路會變得潮濕，在這樣的路面上駕駛會帶來更多危險。汽車也會被雨水打濕，使司機的視線模糊不清。當很多汽車都在雨中行駛時，就像潮濕地面上的一個大雜燴，無數司機中，有些司機懂得在雨中如何駕駛，而其他司機則感到非常困惑。即使你是專業的雨中駕駛司機，如果把你放在許多驚慌失措的司機駕駛的車流中，你也不可能毫髮無損地出來。

這與自動駕駛汽車有什麼關係？

在自動駕駛理論控制研究所（Cybernetic Self-Driving Car Institute），我們正在致力於提升人工智慧的能力，使無人駕駛汽車能夠在雨天正常行駛。

目前，大部分自動駕駛汽車還不能在雨中駕駛。當你觀看一個自動駕駛汽車行駛的視頻時，你會發現它並沒有在下雨的情況下這樣做。道路往往是乾燥的，天空中沒有雨雲。考慮到在今年的大部分時間裡，全國大部分地區都有雨水出現，我們肯定需要可以在雨中正常行駛的自動駕駛汽車。

對於L5級自動駕駛汽車，也就是駕駛水平能與人類相當的自動駕駛汽車，我們希望人工智慧能夠根據雨天的情況自動駕駛汽車。對於4級自動駕駛汽車來說，人工智慧並不一定能夠使汽車在雨中行駛，或者至少可以嘗試在雨中行駛，如果它在某種程度上達到了無法繼續行駛的地步，它將把控制權交給汽車上的一名人類司機。

這種移交可能是危險的，因為自動駕駛汽車可能已經陷入了一場真正糟糕的大雨中，而且可能打滑並失去控制。簡單地把控制權交給人類司機並不一定能解決所有問題。人類可能沒有足夠的時間來處理這種情況，或者可能沒有任何辦法來擺脫這個困境。

是什麼使得無人駕駛汽車在雨中的行駛變得如此困難？

讓我們考慮一下與雨中駕駛相關的各個方面。

路面

被雨水打濕的路面會變得很滑，這意味著汽車輪胎的抓地力會減弱。人工智慧需要能夠意識到道路是濕的，並決定如何平穩地轉彎，或者如何最好地從靜止狀態繼續移動，等等。如果人工智慧試圖像在乾燥的表面那樣加速，那麼輪子將會旋轉，或者汽車會打滑，所有這些都會導致自動駕駛汽車及其乘坐者（以及其他車輛、行人等）陷入危險處境。

水上滑行

我相信你們都記得在你們的高中駕駛課堂上，老師提醒你們在水上滑行時要小心。這描述的是輪胎和道路之間有一層水時的情況。因此，你相當於在水面上駕駛，輪胎並不直接接觸地面。當這種情況發生時，你對汽車的控制就大大降低了。我們的人工智慧已經為這種情況做好了準備，一旦它探測到正在進行的水上滑行，它就會啟用水上滑行模式，包括減速，在滑行的情況下轉彎，避免急剎車等。人工智慧還必須知道汽車的附近有什麼，以及在不撞到別人或其他物體的情況下，它需要多少空間才能控制自動駕駛汽車。

積水

自動駕駛汽車上裝有感測器，它們能夠觀察道路，並掃描積水。正如你所知道的，水坑中四處濺起的水花雖然有趣，但當中可能會隱藏有坑洞，它會損壞汽車，使駕駛陷入混亂。檢測積水比想像中還要難，因為不僅要確定水的位置，還要測量水的深度。人工智慧還需要考慮一些選擇，比如避免積水時，它可以選擇變換車道，或者採取安全措施，避免進入「護城河」。

保持在路中間或最高處行駛

在下雨的時候，人工智慧會試圖將自動駕駛汽車保持在道路的最高處或中間的位置。這是由於大部分的道路都是被設計成有一定弧度的，這能夠使得水更容易從道路上流走。你經常在路邊看到很多深水，部分原因是水會隨重力流到這個位置。如果可行的話，人工智慧會試圖讓自動駕駛汽車遠離路邊。但這並不是一個硬性規定，因為在多數情形下，路的一邊是更安全的選擇，因此這是依情況而定的。

雨中駕駛模式

在雨中駕駛時，如果可行的話，人工智慧會試圖比正常情況下慢一些。一般的經驗法則是速度應該在正常速度的基礎上減少大約三分之一，比如如果在路上的正常速度是每小時55英里，那麼在下雨時以每小時40英里的速度為目標會比較安全。同樣地，汽車之間的距離應該比正常情況下增大，允許至少三分之一的額外距離或反應時間。人工智慧還需要確保汽車前燈的開啟，這不僅能協助自動駕駛汽車感測器的工作，還能提醒其他司機和行人注意無人駕駛汽車的存在。

針對雨天的準備措施

當有人想要讓自動駕駛汽車在雨中行駛時，人工智慧需要確定自動駕駛汽車是否已經做好與雨天相關的駕駛準備。確定汽車是否準備就緒的方式之一就是檢測輪胎壓力。對於未來的汽車來說，將會有一種方法來檢測輪胎的胎面數量（在雨中，一個裸露的胎面會很糟糕）。人工智慧還可以通過感測器的診斷來確定它們是否在工作，還可以觀察它們是否被雨遮擋住了。順便說一句，你可能會發現，現在有一些公司正在製造特殊的雨刷，或者用其他方法，試圖讓自動駕駛汽車上的感測器不受雨、灰塵、泥土、雪等的影響。

駕駛路線

在特殊天氣條件下，自動駕駛汽車的人工智慧需要仔細考慮自動駕駛汽車的行駛路線。由於下雨，通常會有其他的路線能夠避免進入被淹的地區。因此，正常的最小距離或最快的路線可能不再可行。我曾多次遇到這種情況，在雨天，我按照正常的路線走，卻發現這條低低的路似乎馬上就被水淹了，我不得不回頭去尋找另一條路，所有這些都比我從另一種方式出發的路要長得多。

車輛控制

人工智慧需要意識到並能夠使用汽車上的其他自動化，例如牽引力控制系統，防滑功能，以及防抱死制動系統（ABS）。這些功能在所有汽車上都有配備，包括自動駕駛汽車。這些功能被人類司機使用，同樣地，人工智慧也需要知道如何駕駛汽車並使用這些功能。一些人認為這些功能將會嵌入人工智慧中，但現在還不太可能出現這種情況。相反，這些功能還是會像傳統汽車那樣，而驅動汽車的是人工智慧，因此它可以決定是否需要在駕駛任務中使用這些功能。

感測器

關於無人駕駛汽車，也許人們最關心的問題之一就是感測器。感測器在下雨天還能正常使用嗎？

我們都知道，下雨的時候，相機就無法正常使用了。由於雨水附著，鏡頭會變得模糊不清，圖像可能會被扭曲，所以就不一定能收集到正常情況下所收集到的所有圖像。的確，正如前面提到的，現在有一些第三方公司正在推出專門的產品來幫助保持相機鏡頭的清晰。這包括微型雨刷器等創新技術，採用某種加熱技術，去除相機上的水珠。

不管你為了保持鏡頭清晰做了什麼，相機還是有可能會因為下雨受到影響。正因為如此，人工智慧需要處理那些部分不清晰或出現其他、問題的圖像。此外，人工智慧可能還需要在雨中更多地依靠其他感官設備，而不太可能只使用攝像頭。神經網路被訓練並用於處理圖像，它也被訓練來處理與降雨相關的圖像（一些數據集沒有降雨相關的圖像，因此神經網路無法在這些圖像中尋找特徵），這一點非常重要。

激光雷達（LIDAR）是一種類似雷達的激光，它通常是大多數自動駕駛汽車上的一個關鍵感測器件。關於降雨對激光雷達的影響，有很多研究。一方面，你可能會認為發射激光的東西會在雨中遇到困難。雨滴是很小的，但可以非常有效的反射，因此可能會造成錯誤的讀數。

研究表明，有很多方法可以解決這個問題。

例如，從統計上看，雨滴不應該在同一點上存在很長時間，因為它在下落，因此如果激光雷達發現了一些出現並很快消失的東西，那麼在這種情況下，它就能識別出那是雨滴。

同時，雨滴傾向於將信號轉移到地面上，因此通過觀察地平面，我們就能知道雨對信號的作用。總的來說，研究似乎表明，隨著降雨的增加，激光雷達的強度會降低。無論如何，在下雨的時候，肯定有一些問題需要解決，而激光雷達的進一步發展將需要提高其在雨中的性能（包括確保發射極表面不會被水滴所遮擋）。

其他汽車中的人類司機

我們不要忘記，自動駕駛汽車將會和人類駕駛的汽車一樣在同一個地方行駛。我知道有些人相信烏托邦，即世界上只有自動駕駛汽車，但這在很長一段時間內都是不可能實現的。所以，人工智慧需要意識到，道路上的其他車輛在某些情況下是由其他人工智慧驅動的，而在某些情況下是由人工駕駛的。人工智慧需要警惕那些超速行駛或過慢行駛的司機，以及司機突然轉向避開水坑，以及在雨中駕駛時做最瘋狂的事情的司機。

實地駕駛

降雨時，自動駕駛汽車的人工智慧將試圖避免被其他車輛所影響。換句話說，在高速公路上，在自動駕駛汽車的前、後、左、右，以及周圍，都有很多車輛，這意味著人工智慧在雨中幾乎沒有選擇的餘地。它需要儘可能多的保留選擇權，這需要一些非常好的駕駛技巧。在雨中變換車道會更加困難，需要更仔細的行動。此時不建議在卡車後面行駛，因為卡車會從道路上帶起大量的積水。這些都是人工智慧在雨中駕駛時需要具備的能力。

與乘坐者的互動

人工智慧還需要與自動駕駛汽車的使用者進行互動。坐在汽車裡的人可能想知道自動駕駛汽車是如何駕駛的。他們可能想要了解，如果在正常情況下到達目的地的方法是向右的，人工智慧汽車為什麼要向左行駛？而且，如果人工智慧確定駕駛情況極其危險，它應該與乘客互動，讓他們知道，並可能提供一些選項，比如安全下車並找到一個地方停車，等待大雨停下來。

結論

正如你所看到的，自動駕駛汽車在雨中駕駛所需要的技能和人工智慧有很大的關係。這並不容易，這也為什麼許多自動駕駛汽車目前還無法在雨中行駛。少數能夠在雨中行駛的自動駕駛汽車，在雨天會受很多限制。例如，如果遇到已經持續了一段時間的傾盆大雨，道路會被水淹沒，這將超過人工智慧所能處理的範圍。

自動駕駛汽車的核心部件的所有方面都會受到雨水的影響，包括：

·感測器——感測器可能無法工作，或者在雨中得到不同的觀測結果。

·感測器融合——在下雨時可能需要更依賴其中一些感測器。

·虛擬世界模型——由於下雨，可能很難保持外界模型的完整形狀。

·行動計劃——可能需要調整行動計劃，超出正常行駛的範圍。

·駕駛控制——可能需要用不同的方式使用油門，剎車和轉向。

·戰術AI——必須意識到雨況並了解與降雨相關的駕駛模式。

·戰略AI——必須了解下雨時汽車的整體使用情況。

·自我意識AI——一定要知道在下雨的時候汽車能做什麼。

那些新手駕駛員，比如一個在雨中開車的少年，你可以看到他們是多麼的害怕。理由很充分——在雨中開車和在不下雨的乾燥環境中開車是不一樣的。這對於自動駕駛汽車來說是一項艱巨的任務，但這是一項「必須」的任務，因為自動駕駛汽車如果不能在雨天行駛，就不會被認為是成功的。沒有人想要一款像貓一樣怕雨的無人駕駛汽車——當外面下雨的時候，自動駕駛汽車拒絕離開車庫。

（選自：AI Trends 編譯：網易智能 參與：李擎）