美國無人駕駛技術歷經30多年，中、俄至今無法超越

自動駕駛技術的開山鼻祖——美國ALV計劃

劉曉峰

最近，無人駕駛車輛技術的熱度很高，其中以美國谷歌公司提出的無人車方案廣受大家關注。無人駕駛分為兩種，一種是車內無人，但遙控駕駛；另一種是自主駕駛。從過去十幾年的科技進步來看，很多看似不可能的技術現在已經變得尋常，似乎自主駕駛但車輛在不久的將來也能進入我們的生活。現在一些高檔汽車上有自動泊車、自動糾偏功能，這離自動駕駛還有多遠？就連軍用的裝甲車和坦克也被認為實現了無人化、自主駕駛是未來的發展趨勢。然而真的是這樣么？今天我們先不談軍用車輛自主駕駛和無人化可行與否，只透過自主駕駛車輛的鼻祖，看看美國ALV無人車當年是怎麼起步的。

美國軍用機器人的研製工作早在上世紀80年代就已經開始了，但是當時研製的並不是具有實戰價值的軍用機器人，而是一種自主地面車輛。1983年，由美國國防部預研規劃局出資的「戰略計算機」計劃正式啟動，具體的研製任務交由陸軍工程兵局地形實驗室來完成。而自主式地面車輛計劃僅僅作為「戰略計算機」計劃的一個組成部分。那一年我們國家常規兵器工業正在進行WZ551輪式裝甲車的技術論證試驗。當時美國考慮的是如何讓機器代替人進行危險的工作；而我國陸軍考慮的則是如何把作戰人員快速投入戰場，至於軍用機器人的事情在我國基本上沒有人會去提及。從這一點，就透視出了兩個國家的作戰理念存在著隔代的差距。直到1986年國家正式啟動「863」計劃，我國的軍用機器人研製工作才被提上日程。

在1983～1988年之間，美國無人地面無人平台的研究特點是全面鋪開，各自為戰。在研製初期，軍方對於軍用地面無人平台的發展前景表現得十分樂觀，在當年陸軍委員會的報告中就明確地提出：「21世紀的核心武器是自主地面車輛（ALV）」。自主地面車輛（ALV）計劃在1984年獲得美國國防部的撥款。根據計劃，國防部將出資一億零六百萬美元來支持這個項目，後來由於受到通貨膨脹的影響，這個數字被追加到兩億四千萬美元。然而，就算對於科研實力世界領先的美國而言，在80年代研製一款自主地面車輛也並不是一件容易的事，由於受到當時很多關鍵技術的限制，美國自主地面車輛的研製工作進展十分緩慢。

1985年，美國自主地面車輛首輛樣車在丹佛西南部的一個秘密工廠被研製出來，經過試驗發現，ALV的圖像處理和計算機技術其實並不能夠滿足軍用無人地面平台的使用需求，因為當時想要處理圖像的話只能藉助於中型或大型計算機。所以我們從照片中看到ALV樣車的體積十分龐大，全車高3.05米、重6.8噸。ALV的視覺系統也並不十分先進，就是一台民用電視攝像機。但與其說是攝像機，倒不如說是一台像素很低的數碼照相機，因為它並不是連續攝像，而是每隔2.4秒取景一次，方向也是固定的，攝像機通過一根暴露在外部的數據線把拍攝到的畫面傳給車上的計算機進行分析處理，再由計算機控制底盤完成行走動作。這種類似眨著眼睛走路的視覺系統和運算能力很有限的計算機就給整個車輛的機動性能造成了很大障礙，再加上研究人員低估了自主地面車輛行進時所需要的信息處理量和軟體系統的複雜程度，使得ALV眼睛看不清、腦子反應慢，機動性能並不理想，最終ALV樣車只能以4.8千米/小時的速度沿平坦道路自主行駛0.96千米。就在一切研製工作緩慢進行的時候，1988年4月，美國國防部高級研究計劃局正式取消了ALV項目，1989年美國國會削減了對陸軍新型裝備的研製經費，1990年自主地面車輛計劃宣告結束。據噹噹年參與過ALV項目的科研人員回憶：「我們在四四方方的白色車體上刷上了『ALV』的字樣，的正前方有一個窗口，類似汽車的擋風玻璃，我們沒有給這個大傢伙任何指令，我們當時在場的所有人只聽見車載柴油機發出的轟鳴聲，默默地在邊上看著這個大傢伙車在一條狹窄的道路上沿著中心線安詳地慢慢向前爬行。這個笨重的傢伙往前行駛了約半英里就停下了，雖然ALV的性能是那樣的不盡人意，但是我們仍然很興奮，因為我們開創了一個只依靠視頻、激光和電腦行進而不依靠人工干預的智能車輛。」由此可鑒，雖然美國現代軍用機器人的第一次研製工作落得一個虎頭蛇尾的結局，最終並沒有被軍隊選用，只造出了一輛表演樣車用於演示自主地面車輛的導航技術。但是從當時在場的科研人留下的回憶當中，我們可以看到ALV項目確實具有它進步的一面。

ALV的設計思路一直影響著美國陸軍後來對於自主地面車輛和其它無人地面平台的研製。ALV的很多失敗的經驗都在後來的自主地面車輛上進行了改進。ALV奠定了未來自主地面車輛將主要分為視覺系統、導航系統和行進底盤三個部分。美國科研人員通過ALV的行進測試發現，自主地面車輛在行進的時候，認為ALV的機動性能不理想，視覺系統的缺陷是最大的問題。原來選用的電視攝像機很容易受到地面陰影的干擾和迷惑，經常對路面進行誤判。所以科研人員只能在中午進行測試。而且觀測周圍戰場環境僅僅依靠一個電視攝像機是不夠的，捕獲目標和必須由一套完整的視覺系統來完成，應用在戰場上的視覺系統必須能獲得目標的位置、大小和屬性信息，並確定一個3維地形圖。要實現這個目標，最關鍵的部分是感測器的研製。美國的科學家後來基於ALV的圖像獲取組件的失敗教訓，研製了一種多頻譜3維掃描器，和一套全新的導航系統。新的導航系統不再是單獨依靠攝像機畫面看著地走路，而是「跟著感覺走」，感測器獲得外部環境目標的信息以後，由導航系統決定怎麼走，因為自主地面車輛的速度和任務目標極為複雜，所以裝配在自主地面車輛上的新型導航儀將由一套計劃裝置、一套製圖裝置和一套駕駛儀組成。行進部分除了原有的輪式底盤外，又新開發了履帶式車輛底盤和仿生多足行進機構等設計方案。儘管美國第一次由計算機控制的地面無人平台研製計劃雄心勃勃地來，最後靜悄悄地走了，沒有達到預期的研製目的，但是卻為後來的無人地面平台研製打下了良好的基礎，也積累了不少經驗。

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