在自動駕駛汽車(AV)系統中采用藍(lan)牙(ya)(Bluetooth)和超(chao)寬帶(UWB)等短距離射頻技術，有助于(yu)保護(hu)弱勢道路使用者(zhe)(VRU)。
盡(jin)管有關自動駕(jia)駛亮相街頭的報導經(jing)常(chang)出現在(zai)媒(mei)體頭條，但要真正落實(shi)這一步仍然任重而(er)道遠。其中，缺(que)少足以保護弱勢道路使(shi)用者(zhe)的技術格(ge)外重要。當今大(da)多數所謂(wei)的“自動(dong)駕(jia)(jia)駛(shi)”汽車(che)充其量也(ye)只能提供(gong)美國汽車(che)工程師(shi)學(xue)會(Society of Automotive Engineer，SAE)定(ding)義的“輔助駕(jia)(jia)駛(shi)”，還稱不上是(shi)真正的“自動(dong)駕(jia)(jia)駛(shi)”。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，無論何時，車(che)輛(liang)的操控者都(dou)是(shi)坐在駕(jia)(jia)駛(shi)座的駕(jia)(jia)駛(shi)人(ren)，就(jiu)算啟動(dong)了駕(jia)(jia)駛(shi)輔助系統也(ye)不例外(wai)。為(wei)了升級到自動駕(jia)駛(shi)領域(yu)—SAE J3016自動駕(jia)駛(shi)分級標準(SAE J3016 Levels of Driving Automation Scale)中的(de)3-5級(Level 3-5)，車輛必須在某些情況下實現完全自主操控。這意(yi)味(wei)著在當今駕(jia)駛(shi)輔助功能的(de)基(ji)礎上(shang)，還必須向(xiang)前邁出(chu)很大的(de)一步。Level 3及(ji)其(qi)更(geng)高等級的(de)自(zi)動(dong)駕駛技(ji)術(shu)(shu)一(yi)直(zhi)未能(neng)像(xiang)駕駛輔助技(ji)術(shu)(shu)那樣快速地取得明顯進展。其(qi)中(zhong)，原因之(zhi)一(yi)在于不(bu)斷(duan)變化的(de)監管環(huan)境(jing)，其(qi)次(ci)則(ze)是(shi)技(ji)術(shu)(shu)還有待(dai)發展成熟(shu)，以便能(neng)在更(geng)廣泛的(de)場(chang)景中(zhong)支持自(zi)動(dong)駕駛。
SAE J3016自動駕駛分級標準。(圖片來源：SAE International)
監管(guan)基礎
《維也納道路交通(tong)公約(yue)》(Vienna Convention on Road Traffic)的修(xiu)訂(ding)，為實現(xian)更高等級的自動(dong)駕駛奠定了(le)基礎。如(ru)果管理(li)自動(dong)駕駛汽(qi)車的監管架構進展(zhan)順利，那么(me)預計(ji)在未來幾年將可看到許多此類架構涌(yong)現(xian)，特(te)別是SAE分(fen)級標準(zhun)中(zhong)有(you)關(guan)Level 3和Level 4的功能架構。事實(shi)上，早在2022年初，美國(guo)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)安全(quan)保(bao)險協會(Insurance Institute for Highway Safety，IIHS)就(jiu)宣布針對部分(fen)自動化車輛(liang)的(de)評級(ji)計劃。諸如(ru)此(ci)類的(de)進展大幅提(ti)高(gao)了自動駕駛的(de)確(que)定性，從而推(tui)動加快創新步伐，以(yi)應對技術挑戰。
提高自主能力范圍(wei)
目(mu)前，圍繞著更高度(du)自(zi)動化(hua)等級所(suo)展開(kai)的(de)大部分研(yan)發(R&D)任務關注(zhu)的(de)都是高速公路(lu)(lu)(lu)駕駛(shi)。相對而(er)言，這(zhe)是最簡單(dan)的(de)公共(gong)道(dao)路(lu)(lu)(lu)環境之(zhi)一，導航過程中不(bu)涉及繞路(lu)(lu)(lu)或(huo)(huo)彎道(dao)等復雜設計。在(zai)正常情況下(xia)，這(zhe)類道(dao)路(lu)(lu)(lu)環境也(ye)(ye)沒有行(xing)人、摩托車或(huo)(huo)自(zi)行(xing)車，也(ye)(ye)就是說不(bu)會出(chu)現任何(he)類型的(de)弱(ruo)勢道(dao)路(lu)(lu)(lu)使用者。
城(cheng)區環境的自(zi)主性
城市(shi)地區的情況則全然(ran)不(bu)同，部(bu)分(fen)原(yuan)因(yin)在于道路設(she)計更加復雜，另一部(bu)分(fen)原(yuan)因(yin)則是此類(lei)環境中弱勢道路使用者的數(shu)量和類(lei)型更多(duo)且日益增加。從汽車廠商的(de)角度來看，保(bao)護弱勢(shi)道(dao)路使(shi)用(yong)者(zhe)極具挑戰性(xing)。大多數(shu)弱勢(shi)道(dao)路使(shi)用(yong)者(zhe)的(de)行動(dong)都有著突(tu)發(fa)以及不可(ke)預測的(de)特性(xing)，因此(ci)，即使(shi)采用(yong)目前較高水平(ping)的(de)自動(dong)化車輛中所搭載的(de)技術，也很難(nan)做到完全檢測和準確識別。例如，攝像頭受限于視(shi)線(LoS)范圍，因而可(ke)能無(wu)法檢測到正(zheng)從停著的(de)貨車后(hou)方步入車道(dao)的(de)行人。對于自動化能力達到Level 3以及(ji)更高等級的車輛來說(shuo)，為了達到在城(cheng)市中安全自動駕駛的要(yao)求，針對弱勢(shi)道路使用者的檢測能力必須有大幅(fu)進展。然(ran)而，沒(mei)有(you)單(dan)一(yi)技(ji)術(shu)本身就(jiu)足以達到(dao)要(yao)求，其(qi)關鍵在于使用多項互補(bu)技(ji)術(shu)。例如，目前以激(ji)光雷(lei)達(LiDAR)輔助車載攝像頭的相(xiang)關工作(zuo)已經在展開(kai)中。然(ran)而，在保(bao)護弱勢道路使用者方面，目前尚未(wei)取得重大進(jin)展的是短距離射頻技(ji)術(shu)的使用，尤(you)其(qi)是藍牙和UWB技(ji)術(shu)。
自動駕駛汽車系統中所使用(yong)的(de)藍(lan)牙和UWB等短距離射頻技術有助于保(bao)護(hu)弱勢(shi)道路使用(yong)者。（圖片來源：u-blox）
藍牙和UWB：技(ji)術發展成(cheng)熟
根(gen)據u-blox最近進行的一(yi)項研究顯示，使用(yong)短距(ju)離(li)無(wu)線(xian)測距(ju)技術可望(wang)在都市中(zhong)補(bu)充增強(qiang)全(quan)球(qiu)導航衛星系統(GNSS)的高精(jing)度車(che)輛(liang)定(ding)位能力，而(er)延(yan)伸這(zhe)項技術將(jiang)可用(yong)于保護弱勢道路使用(yong)者(zhe)。如(ru)今幾乎每(mei)一(yi)款新車(che)、智能手機和可穿(chuan)戴設(she)備(bei)中(zhong)都內置了(le)藍牙(ya)功能；而(er)由于藍牙(ya)模塊成本低廉，因此可以輕松集成于其他尚不具(ju)備(bei)藍牙(ya)功能的產(chan)品中(zhong)，例(li)如(ru)自行車(che)、電(dian)動(dong)自行車(che)與(yu)電(dian)動(dong)滑板車(che)等微(wei)型交通工具(ju)。UWB也日益發展壯大，目前已(yi)經開始出現在智能手機中，并有部分車廠采用UWB技術(shu)來實現無鑰匙(chi)進入(keyless entry)等(deng)應用。
短距(ju)離射頻技(ji)術(shu)工(gong)作原理
那么，藍牙或UWB的(de)弱勢道(dao)路用(yong)戶(hu)檢測系統(tong)如何運作？需要(yao)進行(xing)哪些(xie)進一(yi)步的(de)研發(fa)，才能(neng)在未來的(de)車(che)輛自(zi)動駕(jia)駛功(gong)能(neng)中(zhong)融(rong)合這些(xie)技術？為(wei)了讓支持藍牙或(huo)(huo)UWB的(de)檢測系統發揮作用(yong)(yong)，弱勢(shi)道路(lu)使(shi)(shi)用(yong)(yong)者(zhe)必須隨身(shen)攜帶、在自身(shen)附近或(huo)(huo)在車輛上使(shi)(shi)用(yong)(yong)特定的(de)標(biao)簽(qian)，例如(ru)內置于智能手(shou)機或(huo)(huo)手(shou)表的(de)標(biao)簽(qian)。這些標(biao)簽(qian)會(hui)定期發出(chu)信號(hao)，讓附近的(de)自動駕駛汽車能夠(gou)計算(suan)與(yu)弱勢(shi)道路(lu)用(yong)(yong)戶之(zhi)間的(de)距離與(yu)信號(hao)發出(chu)的(de)角度。這種解決(jue)方案的(de)前景(jing)廣(guang)闊，但其適(shi)合的(de)應用(yong)(yong)領(ling)域還有(you)待拓展(zhan)。
挑戰一：建立(li)數據可信(xin)度
首(shou)先，藍牙(ya)或UWB測(ce)距系(xi)(xi)統(tong)(tong)發(fa)出的各(ge)項(xiang)數據(ju)(ju)對于車輛決策(ce)(ce)應該(gai)有(you)多(duo)大(da)的影(ying)響？弱(ruo)勢道路使用者可(ke)能在不斷(duan)移(yi)動中(zhong)，因此(ci)決策(ce)(ce)系(xi)(xi)統(tong)(tong)必須(xu)理(li)解弱(ruo)勢道路用戶(hu)傳來(lai)的數據(ju)(ju)可(ke)信度，并據(ju)(ju)此(ci)判(pan)斷(duan)其(qi)(qi)不確定性。隨(sui)后還要考慮(lv)如何將這些數據(ju)(ju)與來(lai)自其(qi)(qi)他(ta)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的數據(ju)(ju)相互整(zheng)合，以及如果有(you)沖(chong)突該(gai)怎么辦。業(ye)界需要建立一套魯(lu)棒的(de)流程(cheng)和度量，以評(ping)(ping)估(gu)藍牙和UWB測距信息的(de)完整性(xing)。這(zhe)(zhe)涉及發展統計(ji)學的(de)方法，更深(shen)入地評(ping)(ping)估(gu)射頻信號在不同場景的(de)情況。創建這(zhe)(zhe)些(xie)模型(xing)可(ke)望讓系統發現異常(chang)值，并(bing)為其采(cai)集到的(de)每(mei)一次讀數附(fu)加確定性(xing)或可(ke)信度評(ping)(ping)分。這(zhe)(zhe)有助于車輛(liang)控制系統據此評(ping)(ping)估(gu)每(mei)個數據點(dian)可(ke)能帶來的(de)影(ying)響。
挑戰二：防范惡意入侵者
遺憾的(de)(de)是，當惡意入侵者企圖(tu)癱(tan)瘓自動(dong)駕駛汽車的(de)(de)安全系統時(shi)，往往會造成無法挽回的(de)(de)傷害(hai)和損失。因此，關鍵(jian)在(zai)于打造足夠強大的(de)(de)防碰撞功(gong)能(neng)，從而(er)保護車輛周圍和車輛內部人員的(de)(de)安全。在這方面，UWB有著(zhu)內在優(you)勢，能夠進行(xing)安全(quan)的(de)(de)距離測量(liang)，而不易于受到(dao)中間人攻擊(ji)(MITM)的(de)(de)影響(xiang)。因此，UWB測距的(de)(de)可信度高于藍牙和其他(ta)傳統(tong)技術(shu)。但無論采(cai)用(yong)哪種技術，防范惡(e)意(yi)入侵者至關重要。因此，必(bi)要時還得配合采(cai)用(yong)驗證、合理(li)性檢(jian)(jian)查(cha)以及不(bu)當行為(wei)檢(jian)(jian)測(ce)等(deng)多種安全措(cuo)施。另(ling)一項舉(ju)措(cuo)則(ze)是將惡(e)意(yi)攻擊(ji)的特征集成到前述信號模(mo)型(xing)中(zhong)，從而加強車輛控制(zhi)系統檢(jian)(jian)測(ce)攻擊(ji)并確(que)定應(ying)對方法的能力。如(ru)同(tong)上述的(de)建議，為(wei)了抵御(yu)企圖破壞車輛防碰(peng)撞系統的(de)攻(gong)擊(ji)(ji)，另一項關鍵要素是同(tong)時采用多(duo)種技術。同(tong)時對多(duo)個車內系統發(fa)起攻(gong)擊(ji)(ji)的(de)復(fu)雜度，遠遠超過針對一套系統的(de)攻(gong)擊(ji)(ji)，因此(ci)這種冗(rong)余配置有助于大幅提高安(an)全保障等級(ji)。
挑戰(zhan)三：隱私(si)保護
任何追蹤個人(ren)行蹤的(de)行為(wei)都會引(yin)發隱私方面的(de)顧慮——正如(ru)疫情初(chu)期政(zheng)府試圖(tu)以(yi)人(ren)們的(de)智(zhi)能手機(ji)追蹤新(xin)冠(guan)密接。現(xian)(xian)有的解決方案(an)能夠實現(xian)(xian)數(shu)(shu)據(ju)的分散化和匿名性，但在保護個人信息(xi)方面還有待加強，同時還要確保個人對其共(gong)享內容、共(gong)享對象以及數(shu)(shu)據(ju)用途保有控制權。
挑戰四：未攜帶標簽的弱勢(shi)道(dao)路使用者
大多(duo)數青少(shao)年和成年人(ren)都隨身攜帶智能手機(ji)或(huo)(huo)智能手表，因此可(ke)通過藍牙或(huo)(huo)UWB掌握其行蹤，但仍然有一部分(fen)幼童或(huo)(huo)老年人(ren)等弱勢道路使(shi)用者并不一定會(hui)隨時攜帶此類設(she)備。這進一(yi)(yi)步反映出利用(yong)(yong)多種技術融(rong)合(he)以避免碰撞與防范交(jiao)通事故的(de)重(zhong)要性。單純用(yong)(yong)于自動(dong)駕駛汽車進行識(shi)別的(de)個人(ren)保(bao)護標簽(qian)也可能成為一(yi)(yi)種新興趨勢，包括低功耗(hao)藍牙和UWB可穿戴(dai)設備，都(dou)可用(yong)(yong)于在行人(ren)出現(xian)時通知(zhi)附近(jin)的(de)自動(dong)駕駛。
挑戰五：易用性(xing)與集成
最(zui)后，藍牙和UWB技術還(huan)需要進一步拓展其適合的應用(yong)領(ling)域。其關鍵要求(qiu)包括降低成本、簡化部署(shu)、提(ti)高(gao)可用(yong)性，以及使(shi)其更適于集成至生(sheng)態系(xi)統中。
創新時機成熟
正(zheng)如文中所述，為(wei)了保護(hu)弱勢道(dao)路使用(yong)者(zhe)，未來的(de)自動駕(jia)駛汽(qi)(qi)車需(xu)(xu)要更先進(jin)的(de)系統，而(er)這(zhe)就需(xu)(xu)要設計者(zhe)能以(yi)全(quan)新方式融合先進(jin)科技(ji)，以(yi)提供卓越(yue)的(de)安全(quan)水平(ping)。藍牙和UWB在定位測距方面展現巨大的(de)前景，并(bing)且已經用(yong)于汽(qi)(qi)車的(de)其他用(yong)途(tu)。因此，在打造更安全的未(wei)來車輛以及解鎖更高等級的自動駕駛時，藍(lan)牙(ya)和UWB技術(shu)及其商機指日可待。
自動駕駛汽車系統中所使用(yong)的(de)藍(lan)牙和UWB等短距離射頻技術有助于保(bao)護(hu)弱勢(shi)道路使用(yong)者。（圖片來源：u-blox）
