自动驾驶汽车：传感器融合与5G互联的益处

一辆理想的自动驾驶汽车的终极目标是取代人类驾驶。成为一个完全安全、更有效的“高科技”产品！本质上，这意味着L5级完全自动驾驶汽车将能够感知周围环境，并能理解周围环境，在几乎没有人为干预的情况下安全驾驶。

当人类驾驶时，五类感官齐上阵。眼睛是不断从环境中收集数据的视觉传感器，感知到另一辆车，或一个行人，或一个正在接近的减速带，眼睛会将这些数据传输到大脑。生理大脑解译这些电磁波，感知相对距离和速度，然后将适当的反应传递给你的手和脚。例如，若离行人太近，你的身体传感器会检测到它，大脑就会产生适当的反应，这样你就可以踩下刹车踏板，避免即将发生的碰撞。

自动驾驶汽车要实现这一点，需要传感器和传感器融合来实现。

普通汽车和自动驾驶汽车之间的关键区别在于是否拥有传感器和相关车内技术。自动驾驶汽车和人类驾驶员一样，依靠传感器感知环境。摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波、红外、GPS、IMU等传感器可用来制造娴熟的自动驾驶汽车。各类传感器收集数据并将其传递给传感器融合部分，通常是通过MIPI (mobile industry processor interface)来进行。

例如，雷达传感器发射无线电波并计算特定电波返回所需的时间，从而计算汽车与障碍物之间的距离。这个返回的无线电波可以被认为是感官输入，需要传递给传感器融合。

那么传感器融合做什么呢？它将来自不同来源的传输数据或无线电波信号组合在一起，以产生一致的输出。传感器融合在减少不确定性方面起着关键作用，因为其对来自多个传感器的信号进行比较。融合信息减少了模糊性，使系统不易受到干扰或碰撞。

传感器融合在单个传感器上运行良好，而在多传感器集成上则更有效。传感器融合可以在不同的时刻进行多次测量，以获得更明确的感知。单个传感器由于其明显的局限性而无法减少不确定性，反观多个传感器集成，即使是在部分故障的情况下（如摄像头故障或发射器故障），也可以使系统提供某些信息。

部分原因是传感器融合遵循条件概率原理。条件概率是概率论中一个突破性的概念，它有助于我们理解一个事件发生的概率（为了方便起见，我们把这个事件称为A）与一个或多个可能事件（比如，事件B）的关系。简单地说，如果事件B发生了（或没有发生），我们感兴趣的事件A发生的几率有多大。

在从多个传感器收集数据后，传感器融合为车辆提供了决策空间。比如说，摄像头和雷达都能探测到附近的物体，比如6米外的过路行人。传感器融合在这里做了两件事：通过消除精确数据中的“噪音”，确保观察到的行人正好在6米之外。如果该条件为真，它会计算车辆需要减速多少才能避免碰撞，而后将信息传递给车辆控制。

传感器融合实现了多个来源的数据融合，并大大降低了不确定性风险。为了更安全的自动驾驶汽车，我们需要无懈可击的传感器和最先进的传感器融合系统。传感器融合试图复制人类中枢神经系统的功能。事实上，传感器融合可以通过识别传感器故障或精度限制来弥补传感器的不足。与人类记忆非常相似，传感器融合也可以使用历史数据点，并利用其做出合适的决策。毋庸置疑，自动驾驶汽车是交通运输的未来，传感器融合更是无限未来的关键！

同时，自动驾驶汽车的未来必将是高速智能互联的。智能网联汽车有着明显的好处，更安全，对环境的危害更小。还为汽车行业提供了一个创新的机会，并与客户建立比以往任何时候都更为牢固的关系。当下5G平滑车辆通信（未来6G更快无缝连接、数据零延迟）正重新定义出行。

• 预计到2027年，智能网联汽车市场规模将飙升至2150亿美元以上。

• 智能网联汽车对道路使用者可能更安全，对环境的危害更小。

• 通过远程诊断、预测性维护和在线服务调度等功能，为汽车行业开辟了新的收入来源。

5G网联车辆重新定义驾驶体验的

四种方式

1. 更加安全

据联合国统计，每年约有130万人死于道路交通事故，其中2000万至5000万人遭受非致命伤害。半数以上的死亡是易受伤害的道路使用者，如行人和骑行者。

V2X通信的引入使得车辆、行人和道路基础设施之间的信息流动更加直接。这意味着，将提醒司机附近的危险，如坏了的车辆，减少事故的机会。

2. 消费者体验

随着人们越来越熟悉连接(Connectivity)的好处，对车辆联网需求也在增加。麦肯锡（McKinsey）的数据显示，40%的消费者会换汽车品牌，只是为了在车内获得更多的连通性，在中国，这一比例更高，达到61%。支持5G的车辆可以让驾驶员在舒适的车内享受喜爱的娱乐应用程序，如音乐流媒体服务或有声图书服务。

对更豪华的驾驶体验和家中所有舒适的要求从未如此之高。据估计，最早到明年，全球道路上嵌入互联互通的乘用车将超过1.25亿辆，会比2018年以来增长270%。

3. 环境效益

除了改善道路安全，5G V2X技术的许多关键功能也有助于控制主要城市的交通拥堵。V2I的通信使车辆和附近道路基础设施之间的直接通信信道成为可能，而无需通过中央出行网络进行连接。例如，这可以提醒驾驶员注意即将出现的红灯或交通堵塞，使他们能够相应地改变行驶路线，或者调整车辆的行驶速度，最大限度地提高燃料经济性并减少排放。

预计到2027年，网联汽车的市场份额将飙升，图片来源：Strategy Analytics

4. 汽车制造商的其他收入来源

5G也为汽车制造商带来了巨大的收入机会，不仅仅是销售点。它将使制造商通过提供诸如远程诊断、预测性维护和在线服务调度等附加功能与客户建立持久的联系，如果没有集成的连接，所有这些均不可能实现。

文献参考：

• https://www.researchgate.net/profile/Jelena-Kocic/publication/329153240_Sensors_and_Sensor_Fusion_in_Autonomous_Vehicles/links/5c6c65c692851c1c9dee9030/Sensors-and-Sensor-Fusion-in-Autonomous-Vehicles.pdf

• https://www.researchgate.net/profile/Wilfried-Elmenreich/publication/267771481_An_Introduction_to_Sensor_Fusion/links/55d2e45908ae0a3417222dd9/An-Introduction-to-Sensor-Fusion.pdf

• https://www.telematicswire.net/sensor-fusions-the-key-to-unlock-the-future-of-autonomous-cars/

• https://www.weforum.org/agenda/2021/07/why-the-future-for-cars-is-connected/