前言

汽车作为现代文明的重要标志，颠覆了人类的出行方式，扩展了人类的活动空间，提升了人类的生活品质。然而，随着汽车的大规模普及，交通事故、交通拥堵、环境污染等汽车时代的特有矛盾，也逐渐成为现代社会的顽疾。研发智能驾驶汽车，提高驾驶安全性和道路使用效率，减少燃油消耗，将人类驾驶员从低级、烦琐、持久的驾驶活动中解放出来，从根本上改变汽车的驾驶方式，消除交通事故，减缓交通拥堵与环境污染，具有十分重大的意义。

智能驾驶汽车的研发基于人工智能、认知科学、自动控制、地图测绘、传感技术等众多学科的最新研究成果。进入21世纪以来，智能驾驶技术已经成为交通领域的研究热点。随着汽车保有量的持续快速增长，几乎每个国家中的较发达城市，特别是如洛杉矶、纽约、北京等主要大城市，都面临严重的交通拥堵、道路安全和环境污染等问题。高德地图联合其他机构发布的《2018年度中国主要城市交通分析报告》指出，北京市人均堵车时间占人均总通勤时间的一半以上。与此同时，致命交通事故的数量也在逐年增加，其中大部分事故是由人为驾驶操作错误引发的。智能驾驶技术是解决上述问题的关键技术。近年来，美国、日本、德国等发达国家已将智能驾驶汽车的研发列为重要的战略目标。

目前，智能驾驶汽车凭借其良好的应用前景与广阔的潜在市场，得到了众多国家的资金投入与研发支持，在技术上也取得了许多突破性进展。作为一个集成感知、认知、规划和控制功能于一体的复杂系统，智能驾驶汽车依然存在一些技术瓶颈和安全问题。例如，美国时间2018年3月18日晚，Uber无人驾驶汽车与一名横穿马路的行人相撞，导致行人不幸身亡。而随后，警方确认当时无人驾驶汽车检测到了行人的存在，但并未采取任何制动措施。因此，如何突破技术瓶颈、提高安全性成为当前智能驾驶面临的重大挑战。

智能驾驶汽车的实现是一项复杂的系统工程，涉及人工智能、认知科学、自动控制、地图测绘、传感技术等多个领域。其主要技术包含环境感知、驾驶认知、路径规划、决策和控制等。作为智能驾驶的第一个环节，环境感知系统通过车载传感器来采集智能驾驶汽车内部及车身周围的道路环境信息。为了保证所采集数据的完备性、实时性和精确性，目前科研人员已针对不同功能研发出多种用于智能驾驶汽车的传感器，包括视觉传感器、雷达传感器、听觉传感器、定位传感器和姿态传感器等。

智能驾驶的关键技术在于智能驾驶系统，基于车载传感器获取环境数据，利用高性能计算平台和智能驾驶算法实现信息的认知，从而生成相应的决策方法和轨迹，并通过控制系统控制车辆的方向及速度，实现正确、安全的智能驾驶。智能决策是智能驾驶系统中的关键技术之一，由传感器结合驾驶地图先验知识获取周边环境与本车状态信息，并由智能决策对信息进行综合分析，形成可被执行机构跟踪的期望状态，使智能驾驶汽车在符合交通规则的前提下，安全、平稳地完成各类驾驶任务。

本书作为“人工智能出版工程”丛书中的一册，从人工智能角度出发，重点阐述人工智能算法在智能驾驶领域的应用，即将智能驾驶看作人工智能的应用之一，从智能驾驶角度反映人工智能的发展情况。

本书主要内容包括：

第1章 智能驾驶简介。本章简要总结了智能驾驶的发展历程，介绍了智能驾驶系统的整体架构与国内外技术现状，并对智能驾驶的相关挑战赛进行了介绍。

第2章 智能驾驶系统的体系架构。智能驾驶系统是一个集中运用了先进的人工智能和信息控制技术，集环境感知、驾驶认知、规划控制以及高级驾驶辅助系统功能于一体的综合系统，本章对智能驾驶所涉及的感知设备、定位设备及线控系统进行了介绍。

第3章 深度学习与智能驾驶。本章从人工智能算法的角度出发，通过对智能驾驶感知系统的简单梳理，以及基于深度学习对行人、车辆等图像识别、多传感器融合和端到端智能驾驶汽车控制的研究分析，总结了深度学习技术在智能驾驶领域相关应用情况。

第4章 智能驾驶的环境感知。环境感知是智能驾驶系统整个感知—决策—动作任务链中的重要环节，其中基于视觉的环境感知是最接近于人类感知环境信息的方法，也是智能驾驶汽车感知外部环境的主要手段。本章对目标跟踪技术的主流方法和发展现状做了简要介绍。

第5章 智能驾驶的融合感知。智能驾驶汽车行驶的环境一般为复杂的室外场景，需要感知来自这些场景的多种复杂目标。单一传感器早已不能满足复杂环境中的感知需求，多传感器技术和多模态融合技术成为智能驾驶汽车提高道路感知能力的必要手段。因此，本章主要介绍了基于人工智能算法的智能驾驶融合感知技术。

第6章 智能驾驶决策。作为智能驾驶的关键技术之一，本章参考人类认知机理形成驾驶认知，简述智能决策系统，基于驾驶认知形成可被执行机构跟踪的期望状态，使智能驾驶汽车在符合交通规则的前提下，安全、平稳地完成各类驾驶任务。

第7章 智能驾驶控制。本章首先介绍了车辆的建模方法；接着分别从车辆的跟踪控制、避障控制、稳定性控制等方面介绍了智能驾驶的控制技术。

第8章 智能驾驶的安全性。本章通过分析智能驾驶的安全问题，提出安全场和安全熵两大概念，并从功能安全和信息安全两方面对智能驾驶的安全性进行了介绍。

第9章 智能驾驶的未来展望。本章主要总结了目前智能驾驶的未来发展趋势，并介绍了智能网联汽车和智能驾驶汽车产业化政策。

本书包含了编著者团队的相关研究进展及学术成果。本书由张新钰组织编写，刘华平、周沫、郑思仪等人参与了重要章节编写，谭启凡、郭沐、赵建辉、刘玉超等人参与了相关技术部分编写，吴锦润、邵文博等人参与了文字校对工作。

特别感谢电子工业出版社的赵丽松老师、牛平月老师和满美希老师在本书撰写过程中给予的指导和帮助。感谢多年来给予编著者团队大力支持和帮助的各位师长、同事和朋友们。

作为前沿研究成果，书中内容的表述可能存在不妥当的地方，编著者衷心希望各位专家学者和广大读者不吝批评、指正。

编著者