替代深度学习的人工智能可以更加轻松地测试这家新兴公司的自动驾驶车辆。
在新加坡市中心散步，走出不远，就会跨越一座模仿了DNA结构的螺旋形桥梁，穿过一个形状像莲花的科学博物馆，最终来到一片高耸的人造超级树林中，其中的树木有节律地闪烁光芒并发出声音。这是不足为奇的，新加坡市是第一个拥有自动驾驶出租车车队的城市。
自从2015年4月，机器人出租车就开始在这段6公里的道路上探索起来，这段公路两旁就是新加坡纬壹科技城商业区，这里的人们已经习惯于通过一款拼车应用软件来打出租车了。因此，当一辆出租车――一款稍加改装的雷诺佐伊电动车停在一家星巴克连锁店外面的时候，似乎唯有我对其感兴趣。车上坐着一位工程师、一位安全驾驶员和nuTonomy公司的首席运营官道格·帕克（Doug Parker）。nuTonomy公司是从麻省理工学院分离出来的一家公司，负责该项目的开发。
这辆汽车配备了标准的传感器套件，适合于具有城市自治权的市区汽车：车顶上以及前保险杠周围装有激光雷达，雷达和摄像头几乎遍布汽车的各个部位。这款车的内部看起来一切正常，只是在仪表板上拥有3个大大的按钮，分别标着“手动”、“暂停”和“自动”，此外还有一个红色的紧急停车按钮。工程师发出了一声“开车”的指令，安全驾驶员按动了“自动”按钮，这辆车就朝着被称为“启汇园”的研发中心驶去。
nuTonomy公司预计，到今年年底把新加坡的车队从6辆车扩大到数十辆，并在波士顿地区的公共道路、公司在剑桥的总部附近以及一两个其他地方增加一些测试车辆。
车费便宜
该出租车灵巧地绕过了一辆并排停放的出租车，这时帕克告诉我说：“我们认为，新加坡是世界上自动驾驶车辆的最佳测试地。”
纬壹科技城提供了一定的挑战性，但是其复杂性并未到达不可能攻破的地步：行人很多，但车流量稳定，很少出现拥挤的情况，而且也有足够的变化，能够满足自动驾驶汽车学习与提高的需求。
乘坐自动驾驶汽车能够使你强烈地意识到，我们在驾驶车辆时忽略掉了多少潜在的危险行为。人类驾驶者从经验中可以获知不用担心什么样的情况，但是nuTonomy公司的汽车还不能做到这一点，因此它对几乎所有的情况都会做出反应，会频繁地（有时会积极地）做出安全尝试。如果该车稍稍怀疑某个行人可能会突然在其前面横穿马路，它就会缓慢前行。
对行人以及对其他司机的这种怀疑都设计在软件之中。帕克说：“人类是我们最大的挑战。”
在这15分钟的行程中，我们的汽车不得不应对沿着路边排水沟行走的人们、超越中线行驶的车辆、维修道路的工人、抄近路横穿车道的出租车、有一大群小孩正在下车的公交车……甚至人类驾驶员都不得不集中精力应对，难怪安全驾驶员有时必须要接过驾驶的任务，确保车辆安全前行。
为了处理这些复杂的情况，nuTonomy公司利用了形式逻辑，这种逻辑运用一种规则等级，类似于阿西莫夫著名的“机器人三定律”。优先等级安排给像“不要撞到行人”等规则，接着是“不要撞到其他车辆”和“不要撞到物体”等规则。较为次要的规则有“安全时保持行驶速度”和“不要超越中线”等，更加次要的规则有“提供乘车舒适性”等。
该车一直企图遵循所有的规则，但是它会首先打破不太重要的规则：如果有一辆车怠速停在路边，挡住了部分车道，那么nuTonomy公司的汽车就会跟任何人类司机一样，打破中线规则，保持车速，绕过停止的车辆。该汽车利用了一种计划运算程序，这种程序被称为“RRT*”，是“快速随机搜索树（RRT）”的一种变体，通过摄像头和其他传感器获取的数据来评估许多潜在的路径。“RRT*”由单一的决策软件来评估每条路径，选择那条最符合规则等级的路径。
相对来说，多数其他自动驾驶汽车公司依靠具有某种特点的机器学习。这种理念就是，如果你为汽车的机器学习运算程序展示足够的驾驶场景，不管是利用真实数据还是模拟数据，它都能够找出潜在的良好驾驶规则，然后将这种规则运用到以前未曾见过的驾驶场景中。对于许多自动驾驶汽车来说，这个方法通常是成功的。事实上，nuTonomy公司正在利用机器学习来帮助处理十分困难的传感器数据解析问题，不仅仅用来处理决策问题。原因是要想弄清机器学习系统为何会做出自己的选择，毕竟是非常困难的。“机器学习就像一个黑盒子，”帕克说，“你永远都不能确定其中到底发生了什么。”
应急按钮：nuTonomy公司的汽车配有三个并排按钮――“手动”、“暂停”和“自动”，并且在不远处，还有一个鲜红色的“紧急停车”按钮
另一方面，形式逻辑可以为你提供可靠的保证，使汽车遵守规则，按照要求保持安全，即使在完全没有准备的其他情况下也是如此，同时可以利用人们能够读得懂的代码来显示各种情况。nuTonomy公司执行总裁兼联合创始人卡尔·伊格奈玛（Karl Iganemma）解释说：“这是一个严格的运算过程，把有关汽车应该如何运行的规范转化为可以验证的软件，这是该行业真正缺少的方面。”
丰田研究所执行总裁吉尔·普拉特（Gill Pratt）同意上述观点，他表示：“形式化方法的承诺就是可以证实的正确性。”同时，他还警告说：“将形式化方法运用在人类驾驶和自动驾驶的混杂车辆环境中，这是更具挑战性的。”
在这样的环境中，nuTonomy公司正在快速获得经验，但是该公司认识到处理这些方面的事情需要时间。帕克说：“我们坚信，这将会使行车安全得多，但是仍然会出事故。”的确，10月份，nuTonomy公司的一辆测试车发生了一个小事故。帕克说：“你想要做的就是退一步并询问‘我们的车在那种情况下能够做出正确选择吗？如果不能，为什么它就不能做出正确的抉择呢？’利用形式逻辑，这是很简单的事情。”
不要付小费：nuTonomy公司的测试车遍布传感器，总是礼貌行车，而且从原则上来讲，费用更低
能够解释发生了什么，会为监管机构提供大力帮助；能够向监管机构展示你做过什么样的修复，也会对这些机构提供大力支持，以便不会再次发生同样的问题。有效监管对于自动驾驶车辆的成功运行是很关键的，在许多大型汽车市场中有效监管成为一个具有挑战性的障碍。例如，在美国，联邦政府、州政府和地方政府针对交通、车辆和驾驶出台的规章制度五花八门。在很多领域，技术发展太快，政府的规章制度难以跟上。
几家其他公司也正在公共道路上测试自动驾驶出租车和自动驾驶货运车，其中包括匹兹堡的优步公司。这些公司的动机很明显：当机器人系统使人类司机变得多余时，就会消除劳动力成本；在许多地方，劳动力成本远远超过了车队运营商将要为自动驾驶车辆支付的费用。或许，自动驾驶车辆的经济潜力是显而易见的，但是监管机构是否会在短期内批准自动驾驶车辆的商业运营，这一点尚不明朗。
左：2016年传统出租车的价位是每公里0.93美元；到2030年自动驾驶出租车的价位将是每公里0.31美元；右：像欧洲里斯本这样的中型城市，通过自动驾驶车辆的拼车策略能够把街道清空：自动驾驶出租车外加地铁系统会将90%的汽车淘汰，会将100%的街道停车位空出来
在新加坡，政府更加统一、更加积极地追求未来的自动驾驶技术。新加坡交通部副部长李川德（Lee Chuan Teck）解释说：“我们开始于不同的理念，我们认为一旦技术成熟，规章制度就必须要准备就绪。”从历史上来讲，像这样的规章制度，新加坡都是向美国和欧洲寻求指导；但是现在新加坡靠自己了。新加坡经济开发委员会运输工程总监谭康惠（Tan Kong Hwee）说：“提到自动驾驶车辆，我们发现没有哪个国家拥有准备就绪的规章制度，也没有人真正知道该如何测试和认证这些制度。”
新加坡的解决方案是：除了跟公司本身合作之外，还跟当地大学和研究机构合作，与技术同步推进法规建设。帕克称，政府、学术界和产业界之间建立了非常密切的联系，这是nuTonomy公司正在测试车辆的另外一个原因。
清空街道
新加坡积极主动是有充分理由的：该国拥有560万人，生活在700平方千米多一点的土地上，使其在人口密度方面成为世界上第三大国。道路占去了该国土地的12%，用于住房的土地跟道路几乎一样多。随着人口的增加，建设更多的道路不是首选的好办法。政府决定要更加有效地利用目前拥有的基础设施，从私人汽车转变到公共交通和汽车共享上来。当今的普通车辆有95%的时间都处于停放状态。为了取代这一状况，自动驾驶车辆几乎可以连续运行，可以将新加坡道路上的汽车减少2/3。通常，一辆车一次只承载一个人；相比之下，同路共乘策略可以容纳更多的乘客。
在接下来的3至5年中，新加坡计划对自动驾驶汽车、自动驾驶公交车、自动驾驶货运车、甚至对自动驾驶多功能车进行一系列的试验。这么做的目的是要了解居民在日常生活中如何使用自动驾驶技术。除此之外，李川德说：“新加坡即将开始建设一个真正的商业中心，我们准备在大约10至15年的时间内开发出来，我们正在从头开始跟开发商合作，要把自动驾驶车辆技术融入开发计划中。”从头开始建立像纬壹科技城这样的新社区，是新加坡的特色。
在这个新商业中心，绝大多数道路将被小路替代，这些小路刚好能够容得下往返穿梭的小型自动驾驶汽车。对于较长的旅程，根据需要安排的自动驾驶汽车和公交车主要在地下运行，在市中心外部的公共汽车站等候，一召唤即开。这是一番宽敞而宁静的景象，遍布广场、游乐场和公园，几乎没有停车位。
为了迎接这一挑战，nuTonomy公司已经开始跟亚洲拼车企业Grab合作，使从纬壹科技城周围数千名申请者中挑选出来的小群体乘客都能够享受到自动驾驶出租车的服务。像这样在实际运用中测试出租车是很重要的，但同样重要的是要搞清楚一旦自动驾驶出租车不再新奇，开始成为一种有用的出行方式，用户跟汽车之间该如何进行信息互换。帕克说：“人们很快开始信任这种车了，该事件成为常态的速度之快，令人惊奇。”
帕克称，如果一切顺利，到2018年，nuTonomy公司应该能够准备就绪，通过Grab公司向纬壹科技城周围区域的所有乘客提供商业服务，不仅仅局限于获得预先审批的乘客。首先，每辆出租车都将配备一名安全驾驶员，但是nuTonomy公司正在研究一种方法，必要的时候允许由一个人远程监督没有配备安全驾驶员的自动驾驶出租车。最终，nuTonomy公司将过渡到完全自动驾驶，同时可以选择远程操作。
帕克根据预测说：“城市的整体结构将会发生改变，我认为这将是汽车时代开始以来最为重大的事件。”
资料来源 IEEE Spectrum
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本文作者埃文·阿克曼（Evan Ackerman）是IEEE Spectrum杂志旗下获奖的机器人博客Automaton的资深写手。2007年以来，他撰写了6 000多篇关于机器人和新兴技术的文章，除了为IEEE Spectrum撰写文章，埃文的作品还发表在各种其他在线出版物上，包括科技博客Gizmodo和Slate。