自动驾驶中常提的占用网络检测存在哪些问题？

[首发于智驾最前沿微信公众号]自动驾驶感知技术在过去几年中经历了很大的变化，从最初的二维图像检测到鸟瞰图投影，再到如今备受关注的占用网络，感知技术的提升，让自动驾驶的能力越来越强。

占用网络的核心逻辑在于将车辆周围的三维空间划分成无数个微小的体元，并预测每个体元是被物体占据还是处于空闲状态。这种方法打破了传统感知算法对“框”的依赖，其通过精细的几何描述来还原物理世界的真实面貌。然而，随着这一技术进入大规模产业化落地阶段，其背后潜藏的一系列问题也浮出水面。

硬件算力与内存消耗的沉重负担

占用网络在追求环境表征精细度的过程中，首要面对的就是计算资源爆炸式增长的问题。传统的感知任务只输出少量目标的坐标和属性，而占用网络却需要对整个三维网格进行密集的推理预测。

这种密集的体素表征具有天然的立方级复杂度。如果系统试图将感知范围扩大一倍，或者将感知的精细度提升一倍，其所需的计算量和内存占用会以倍速激增。

目前的车载计算平台在算力储备上难以支持全量密集的占用网络运行。为了在有限的芯片资源下实现实时的感知输出，很多技术方案被迫在分辨率上做出妥协。

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然而，较低的分辨率会导致物体边缘模糊，甚至丢失一些关键的小型障碍物信息。虽然有技术提出了诸如三透视视图（TPV）或稀疏占用网络（SparseOcc）等架构，试图通过投影压缩或只处理非空闲区域来减轻硬件负担，但在处理极其复杂的城市交通路口时，这些简化模型依旧会出现信息流失或推理延迟的问题。

在实际测试中，很多密集的占用网络模型在高性能计算平台上也仅能维持在极低的帧率，远远达不到安全驾驶所需的响应速度。

内存带宽的限制同样是阻碍该技术落地的隐形杀手。三维特征图在神经网络不同层级之间的频繁搬运，对车载总线的吞吐量提出了极高要求。

当车辆在复杂的城市环境中快速行驶时，感知系统必须在几毫秒内处理来自多个摄像头和传感器的海量数据，任何由于计算资源调度产生的微小延迟，都可能导致最终决策的失效。

这种对算力和带宽的极端依赖，使得占用网络现阶段依然更倾向于出现在配备顶级算力芯片的高端车型上，而难以在普通量产车型中普及。

真值标注的匮乏与精度偏差

占用网络的训练极度依赖高质量的真值标签，即每一个三维体素都需要被准确地标注上语义类别。然而，对于这种海量且细碎的数据，人工标注几乎不可能完成。

行业目前的通用做法是采用“4D自动标注”技术，即利用配备了高精度激光雷达的采集车，通过多帧点云的堆叠和离线算法的优化，生成一套真值数据。

这种依赖自动标注生成的真值数据其实是不完美的。

激光雷达本身存在物理上的采样局限性，其点云密度随距离增加而迅速下降。这意味着在远距离区域，自动标注生成的真值体素往往是非常稀疏且不连续的，无法为模型训练提供足够清晰的指导。

此外，在多帧堆叠的过程中，环境中存在的移动物体（如行驶的汽车或奔跑的行人）会留下严重的“拖影”或“伪影”。虽然有技术方案尝试通过时间同步和运动补偿算法来消除这些干扰，但在复杂的动态交通流中，这种标注误差依然无法被完全抹除，导致模型学习到了错误的几何特征。

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自动标注过程中的语义混淆问题也十分突出。

在一些不规则场景中，激光雷达点云难以区分材质属性，像是路边的茂密植被可能在几何形状上与砖墙非常接近，或者低矮的马路牙子可能与地面的反射信号混淆。

如果真值数据在这些细微差别上存在错误，模型在推理时就会产生严重的判断偏见。对于自动驾驶系统而言，将一簇可以横穿的杂草误认为一堵坚实的墙壁，虽然会降低行驶效率，但如果将一堵墙误认为杂草，则会带来安全风险。这种由标注源头带来的系统性偏差，目前依然是占用网络迈向更高可靠性的主要障碍。

时空一致性缺失引发的感知不稳定

在真实的驾驶环境中，感知结果必须是连续且稳定的。然而，当前的占用网络在处理连续的视觉帧时，会出现严重的闪烁现象，这种现象在学术界被称为“时空不一致性”。

同一个障碍物，在当前时刻可能被预测为占据状态，但在下一时刻却突然消失，随后又再次闪现。这种不稳定的输出会给下游的规控系统带来极大的困扰，可能导致车辆出现不符合逻辑的突然刹车或剧烈转向动作。

时空不一致性的根源在于模型对历史信息的融合机制不够稳健。虽然许多算法试图通过引入时间序列特征来平滑感知结果，但在车辆快速行驶、摄像头抖动或光照环境剧烈变化时，历史帧的体素特征很难与当前帧实现精准的空间对齐。细微的坐标变换误差在三维网格中会被放大，从而在预测图中产生错位或重影。

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这种现象在处理动态物体时尤为明显，模型往往难以实时捕捉到快速移动物体的精确边界，导致预测出的“占用流”滞后于实际物体的位移。

这种不稳定性还体现在遮挡场景的处理上。

当一个物体被路边的车辆或树木暂时遮挡时，占用网络应该具备一定的“联想”能力，判断该空间依然被占据。

但由于缺乏强大的物理推理能力和长期记忆，许多模型在物体被遮挡的瞬间就会将其判定为“空闲”或“未知”。这种感知层面的“断片”不仅威胁驾驶安全，也暴露出目前的深度学习模型在理解物理世界的持续性方面依然存在短板。

极端场景与细小目标的感知盲区

占用网络虽然被寄予厚望以解决“长尾场景”问题，但在某些特定的物理极限下，它依然表现出明显的脆弱性。

像是在面对如路灯杆、护栏电线、细树枝等细长物体时，就会捕捉失效。由于体素网格的分辨率是预设且固定的，这些细小物体在体素化过程中往往因为占据的体积比例过小，而被模型当作背景噪声过滤掉，或者被判定为不连续的孤立点。

如果一辆高速行驶的自动驾驶车辆无法在远处识别出一排细小的隔离护栏，后果将不堪设想。

还有一个问题就是“特殊材质”的感知，尤其在面对透明和高反射物体是尤为明显。玻璃墙、透明护栏、镜面材质等场景，几乎对所有的视觉感知算法都是巨大的挑战。

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占用网络依赖于多视角的特征匹配来估算深度和几何结构，但玻璃的透明特性导致光线直接穿透，模型会误以为前方是一片可通行的虚空。

即使在配备了激光雷达的系统中，激光束也可能发生穿透或镜面反射，无法获得真实的距离数据，这使得占用网络在面对现代化的玻璃幕墙建筑或透明声屏障时，极易产生严重的感知幻觉。

感知的有效距离与精度之间也存在天然矛盾。

随着距离的增加，摄像头图像中的物体分辨率下降，深度估计的误差呈指数级增长。在占用网络中，远距离的体素预测往往变得非常模糊，且容易受到天空、地平线杂波的干扰，产生一些莫名其妙的“悬浮体元”。

这些远处的虚假障碍物虽然不会立即导致碰撞，但会严重干扰车辆的远距离路径规划，导致系统频繁产生不必要的减速。

解决这些深层几何感知问题，需要的不仅是更深层的网络，更是对光学、几何物理学规律更深层次的建模与融合。

最后的话

占用网络虽然在理论上为自动驾驶提供了一种更全面、更符合物理规律的环境表征手段，但在算力开销、真值获取、时空稳定性以及极端几何感知等维度上，依然存在着不容忽视的技术挑战。

这些问题的存在，要求我们在未来的研发中，不仅要追求更强大的模型架构，更要关注传感器融合的深度、自动标注的质量以及感知与规控之间更紧密的物理约束。只有逐步克服这些局限，占用网络才能真正成为自动驾驶系统在大规模、复杂物理世界中安全穿行的坚实基石。