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车道保持辅助看丢车道线时,常常一声不吭

根据研究引用的一份 MITRE 报告,配备车道保持辅助的美国新车比例,从2015车型年的1.4%上升到了2023车型年的86.3%。摄像头读取前方的路面标线,帮助汽车在两条线之间转向;磨损的油漆、较低的对比度或恶劣天气都可能让它“失明”。驾驶员唯一能明确获知它看到了什么的途径,是仪表盘上的一个状态:车道已检测到,或未检测到。

这个状态可能以两种方式出错。它可能在摄像头完好时显示“未检测到”——这是一种骚扰性警报,反复出现会让驾驶员学会无视它,或干脆关掉这项功能。它也可能在摄像头已经看丢车道线后仍一直显示“已检测到”。作者认为第二种错误危害更大:恰恰在最可能偏离车道的时刻,驾驶员却得不到任何信号。

三个证人,没有法官

检验这个状态并不容易。量产系统是专有的:外界只能看到在汽车内部网络——CAN总线——上广播的状态。而且,对于某一秒钟车道线究竟有多清晰,并没有可靠的记录。

宾夕法尼亚州立大学和石溪大学的 Tianjia Yang、Xianbiao Hu 及其同事构建了一种方法,称为 CANDID-LKA。对于驾驶中的每一秒,它比较三个信号:汽车显示的状态、挡风玻璃上一套注视同一路面的独立摄像头系统的置信度,以及驾驶员转动方向盘的力度。

这三者中没有哪一个被当作真相。潜在类别模型(latent-class model)是一种借鉴自医学的方法,用于在不存在完美参照检测时评判诊断检测。它把这三个信号看作某个隐藏状态——车道线难以看清,或并非如此——的三个不完美证人,并根据它们相互一致的模式,推算出每个证人正确的频率。

数据来自公开数据集 OpenLKA 中的困难驾驶子集,采集于佛罗里达州坦帕周边以及美国各地。经过筛选,剩下39,800秒,来自三家制造商的13款车型:丰田和雷克萨斯合并计算(8款车型)、现代(4款车型)和本田(仅1款车型,4,451秒)。

状态跟着车走,而不是跟着路走

第一个问题:这个状态是否会对让车道线更难看清的条件作出反应?并不一致。被遮挡的标线伴随着更多“未检测到”的秒数——约30%,而清晰标线上约为20%——但这一差异在统计上并不显著,而褪色或低对比度的油漆几乎没有造成差别。状态的大部分差异,取决于是哪一辆车。

不同品牌甚至朝着相反的方向变化。在褪色标线上,现代显示“未检测到”的频率高于清晰标线(23%的秒数对14%),丰田则更低(21%对31%):它的状态看丢车道线的频率大致相当,但似乎恢复得更快。

一半的警告从未到来

根据模型,在13%的秒数里车道线难以看清。独立摄像头标记出了其中的80%。仪表盘状态只标记出47%——丰田为46%,现代为44%,本田为79%。如果不用方向盘信号、只做简单计数,得到的数字几乎相同(45%):在独立摄像头置信度较低的4,054秒中,有1,818秒显示“未检测到”。

在该置信度持续偏低达两秒或更久的时段中,有一半时段里,状态自始至终没有切换为“未检测到”。而一旦它发出警告,就是立即发出。问题不在于警告来得晚,而在于根本没有警告。

在沉默的秒数之后——状态显示“已检测到”而独立摄像头并不确定——驾驶员大力转向的情况确实比两者都认为看到车道时更多:27%对6%。但一旦把道路弯曲程度考虑进去,这一差异就消失了:驾驶员转向是为了应对道路,而不是为了应对图标。

每小时48秒

在这种困难驾驶中,沉默的秒数累计达到每小时216秒。其中78%的时间里驾驶员本来就在转向,大多是在以约29公里/小时的速度通过急弯。

另外22%,即每小时48秒,正是作者特别指出的情形:驾驶员给方向盘施加的力很小,把转向交给系统,而仪表盘没有给出任何警告。其中三分之二发生在直路上。在随后的三秒内,汽车在车道内的左右漂移——其横向位置的标准差——中位数为12.2厘米,而在状态与摄像头一致、驾驶员同样没有转向的秒数之后,这个数字是4.2厘米。在对车速、弯曲度和车型进行校正后,沉默的秒数仍会额外带来5.4厘米的漂移;作者称之为“约多出60%”,但没有说明这一百分比所依据的基准。在这些时间窗中,有46%的情况下汽车在车道内的位置变化超过50厘米,而对照情况为6%。额外的漂移出现在清晰、低对比度和褪色的标线上,白天和夜晚都有,城市、乡村和高速公路上也都有。

有噪声的尺子与共同的盲区

漂移是由独立摄像头测量的,而当它的置信度较低时(正如在沉默的秒数里那样),读数的噪声会变大;作者因此称这一结果为一种关联,同时指出在白天清晰的标线上,差距同样大。两个摄像头看的是同一条路,可能会一起失灵——作者的检验显示,这反而会让仪表盘状态看起来比实际更好。不同品牌之间的车辆、路线和样本量各不相同,因此这并不是对各品牌的因果判定。一分钟长的片段会截断较长的失效过程。而且每一个数字描述的都是困难驾驶,而不是普通的通勤。

那个隐藏状态也从未与人工审核员标注过的场景进行核对。这项研究确实确定下来的是一个数字:在这种困难驾驶中,每小时有48秒,车道保持交给了系统,而仪表盘没有给出任何警告。