王云鹏：智能车路协同技术展望

北京航空航天大学副校长  王云鹏

　　一、回顾思考
　　道路交通是由“人-车-路”组成的复杂系统，从三个层面上来看，道路交通是由人车耦合、车车耦合、车路耦合构成的。针对单车，目前人工智能面向的是人机协同，汽车开发者的视角是人机共驾；针对多车之间，更加关注的是车与车之间如何实现协同高效；针对整个路网系统来说，更重视的是车路之间如何实现深度耦合，提高效率。道路交通系统的发展离不开这三个逻辑。
　　车路协同是基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，并通过车车、车路信息交互和共享，实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。车路协同的技术内涵有三点，一是强调人-车-路系统协同，二是强调区域大规模联网联控，三是强调利用多模式交通网络与信息交互。
　　从这个角度和逻辑来说，世界各国的专家学者都取得了共识，在车路协同的一些关键技术形成突破的基础上，思索如何通过典型的场景带动，实现车路协同的一些关键技术的测试和应用。同时，各国也在积极探索通过测试应用逐步形成相关的标准规范，从而把技术固化，并进一步推广，我认为这是一个必不可少的发展通道。发展的终极目标谁都可以想象，在完全自动驾驶的环境下，车路之间自主的控制以及系统的群体智能控制可能就会变成现实，实现这一愿景相对来讲可能会比较遥远，尤其在城市复杂多变的环境下。
　　二、发展动态
　　目前，我国车路协同的研究方兴未艾，发改委、工信部和科技部等部门分别从不同层面进行推动。发改委公布了《智能汽车创新发展战略》，从发展方向、目标、路径方面做了梳理和规划，提出了如下五个体系。即，自主可控的智能汽车技术创新体系、跨界融合的智能汽车产业生态体系、先进完备的智能汽车路网设施体系、系统完善的智能汽车法规标准体系和科学规范的智能汽车产品监管体系。发改委推动的5个体系主要是面向智能汽车的制造维度，但是其中也涉及到产业生态和路网设施。
　　工信部实际上在2年前推动了5个国家级的示范区建设，即我们经常提到的“东南西北中”，其中，“西”选的重庆，“北”选的长春，还有北京的亦庄、武汉、杭州等，杭州在G20峰会期间提出进行车联网+5G的应用平台推进。与“东南西北中”示范区的建设同时进行的，有上海和无锡两个示范区，最近又增加了成都的中德合作，都是围绕着车联网+5G开展，也就是工信部推动的“基于宽带移动互联网的智能汽车和智慧交通应用示范”，实际上是把汽车跟交通紧密结合起来推动这个应用。目前，已经有很多示范区建立了园区内的测试环境，在城市开放道路环境下如何推进，是下一步需要认真思考的问题。另外，包括昨天在全体大会上也讲到了，工信部开展了智能网联汽车国家创新中心筹建，工信部每年会给予很大的支持，来推动相关的工作。
　　交通运输部最近积极推动智慧公路方面的工作，已经将其列入“十三五”规划和“两部委”实施方案。最近，交通部一个月内连续两次召开专家座谈会，都对在未来的自动驾驶环境下以及网联环境下交通运输的组织进行大量的调研，这其中包括高速公路，也包括公共交通如何来组织。实际上也是通过这样的形式来推动整个自动驾驶在运输领域的应用。
　　科技部召开的“新一代人工智能发展规划暨重大科技项目启动会”，确定了无人驾驶与智能交通成为专项核心内容。针对人工智能，我理解有三个维度的特点：一是数据驱动，未来在高度人工智能环境下，我们必然是依靠数据来进行挖掘规律、预测趋势和数据驱动控制；二是人机协同。三是群集智能。这些特征都特别适合交通里的场景和环境，在人工智能这个专项当中主要是科技部高技术司信息处在主抓，但是在推进当中给了交通处两个任务都是示范类的。第一，做多种运载工具的人工智能，推动智能航空器、智能汽车、智能船舶还有智能轨道列车的生产制造，即如何推动载运工具本身的人工智能？　　第二，选择一个非常有代表性的工程载体，比如像港珠澳大桥这样的重大工程应用。12月7日要召开港珠澳大桥智慧运营专项座谈会，论证港珠澳大桥的人工智能怎么开展，这个也是人工智能应用的推动。目前，已经成立了4个国家新一代人工智能开放创新平台，分别是百度、阿里、腾讯、科大迅飞。开展新一代人工智能创新的IT的企业越来越多。比如百度现在自己在做的自动驾驶平台已经跻身于国家平台。未来，交通领域将会在多类典型交通应用的背景下去推动人工智能技术的发展。
　　另外，国家自然基金委在基础研究层面推动的比较早，主要包括视听觉的认知计算、中国汽车产业创新发展联合基金和中国智能车未来挑战赛（IVFC）。
　　最后，我想谈一谈我个人的一些判断，也是通过大家不断的交流有的一些新的思考。我记得习总书记在这次出访中谈到“两个经济”，一个叫数字经济，一个叫共享经济，这两个经济有可能是未来我们经济发展的两个新引擎。共享经济对交通来说就是共享交通，过去公共交通实际上就是一种共享交通，现在大家热议的共享汽车这个概念，也就是定制化，满足不同层级需求的共享汽车。包括现在很多专车平台，其实都是共享汽车概念的衍生，对于个体出行来说未来的特点就是以共享为主，在共享经济的支撑下以共享为主的各种需求供给，这在未来可能会变成一种常态化。对于群体出行来说，现在包括北京等许多城市已经开通了定制公交，这主要是面向群体出行服务的逐步探索。对于车辆运行来说，从人驾到人机共驾，再到自动驾驶，这是必然的发展。
　　三、未来展望
　　未来道路交通出行主要有如下的特点，即个体出行——共享，群体出行——定制，车辆运行——自动。利用这些出行特点，可以改善交通的主动安全，提高出行效率，将来这种运载工具的用途可能会拓展到我们的情景感知和日常生活的其他需求上去，不单纯是交通需求，可能还有购物、阅读以及娱乐等等，甚至涌现一些更深层次的新的需求。智能车路协同在三个维度上有新的变化，首先从感知模式上就会完全改变，过去开车走路依靠人来观察，今后可能主要是车辆自主的环境感知，行内通常将车辆自主的环境感知叫“眼观六路”，但是由于复杂的交通环境，车辆更需要协同感知，即“耳听八方”。如果车不知晓道路的一些结构化信息，不获悉整个路网的交通流状态信息，就没有办法做控制决策，只能顾及眼前。 
　　第二，决策模式的变化，未来的车辆在运行的过程中不是单一的在路上行驶，它需要有一个群体决策的过程，可能现在某些场景下个体的基于规则的决策，慢慢在成熟的环境下都需要拓展。
　　第三，管控的方式，将主要向系统控制和协同管控方向发展。
　　从实现路径的角度来说，车路协同有两大阶段。我认为中国极有可能先做smart way。道路首先要是“聪明的”，我们一旦在某些特定的区域有了smart way，就可以不管道路上面运行的是什么等级的智能车辆均能够进行控制。所以车路协同会有两个阶段开始可能先做到路很“聪明”，但车是普通的，可以做一些编队管理，可以做一些专用道管理，私家车也可以在专用道上做编队管理。自动驾驶暂时没有普及，车辆的智能化有一个迭代过程，在现阶段可能就是我们的实现过程的初级阶段，最终肯定是“smart way+聪明的车”，这是两个不同的阶段。但是这些阶段对基础设施提出了全新的要求，我那天在交通运输部部长座谈会上谈到过，基础设施将来五网融合。
　　第一，道路网，道路网既是物理形态的，也得是数字化、结构化的道路网，甚至车道级的信息也需要，与车辆交互用于微观层面的控制。
　　第二，传感网，传感网肯定是“固定传感+移动传感”相结合，而且慢慢会被移动传感取代。每个车如果都是一个移动传感器的话就变成群体协同的移动感知了。
　　第三，控制网，交通运输部一直想推动新一代交通技术。但是这种控制网，我认为它是基于场景，也是基于需求的，暂时无法实现全路网完全是后台计算好的优化控制，未来可能实现协调统一，但现阶段肯定需要控制网。
　　第四，能源网，车辆的电动化已经成为一种趋势，现在大家注意到太阳能公路，注意到电动汽车在路网上运行，如何实现高效、便捷的能源利用和补充是设施的重要内容，设施中也离不开能源网的概念。
　　第五，宏观级的管理数据基础平台。这个平台上面需要考虑多模式通信和信息安全。它从基础设施到接入层、支撑层、应用层会逐步地发生变化，应用层级上针对安全、效率、服务三类应用很快会从应用角度驱动这些变化。如从公交角度来说，相信很快就会从专区、专线维度率先开展。基础平台的支撑上需要大数据、人工智能和移动互联的技术来构建车路协同的新环境，依靠道路设施通信网络，包括智能车辆还有云控平台来支撑我们的发展。如图1所示： 

图1 管理数据平台

　　第一，通信网络向多模式通信方向发展，未来可能主要是“公网+专网”之间的叠加，以满足未来车路协同发展的需要。
　　第二，交通大数据基础云控平台，未来的控制肯定是“本地控制+云控制”，在前期发展的初级阶段以本地控制为主，云控制为辅，随着自动驾驶渗透率的不断提高，可能逐步过渡到以云控制为主，本地控制为辅。这个过程需要慢慢过渡，包括应用、服务、计算、云资源如何汇集等等，从底层资源一直到应用层，可能会有很多工作需要我们在交通大数据基础云平台上来完成。
　　第三，在云控的背景下整个交通系统如何开展管控和运输组织？主要是包括数据驱动下交通系统的控制，包括典型场景的车车协同控制、典型场景的车路协同控制，还包括车路交互的多目标通行控制。
　　第四，面向交通运输的服务模式，真正实现交通即服务。未来会产生一些新的服务业态，“数据经济+共享经济”在这个催生下交通服务会有很多新的业态。多模式出行耦合下的运输网络和过去我们常规追求的可共享的服务模式，还有以需求响应为导引的公共交通模式，如定制化公交等，这其中也包括有一些特定区域的无人公交，智能汽车环境行驶过程中的交通服务等等，交通服务的类型将会是多样化的。
　　最后，我们讨论下落地的基础设施。过去物理形态的基础设施，即修建道路、施划车道等等，未来的基础设施一定是数字化和结构化，有三类基础设施是必须的，传感网是标配，通信网也是标配，相当于基础设施的两个基本配置，再加上云平台也是标配。一个传统的基础设施加3个新标配，这个才是我们未来的道路形式，才能适应不同等级智能车辆在上面运行，从而达到车路协同。
　　另外，大家都关心信息安全，信息安全若不能很好地解决，车辆也无法在上面6个技术的导引下可靠运行。实际上我们国家在下一阶段的布局中已经有预先考虑，在即将公布的国家重点研发计划的指南中对大规模的车辆协同服务、车辆运行智能协同联控以及车路协同示范级的应用推动和基础研究均从不同层面考虑了这个问题。
　　技术推动方面，首先是是重点研发计划“综合交通运输与智能交通”的实施。第二项是冬奥会。冬奥会的交通怎么组织，交通部已有思考。比如延崇高速要修建一段专门为冬奥服务保障的高速公路。按照我们给交通部的建议，这条高速设置自动驾驶专用车道，以专用车道的形式先跟社会车辆实现时空上的分离，避免不同类型车辆多车混联。专用车道在自动驾驶车辆不使用的时候开放给其他社会车辆，使用的时候就专门给自动驾驶车辆专用。第三项技术推动是雄安新区，新区建设受到全国人民的瞩目，这是一个全新的城市，也是一个数字化智慧新城，在这个数字化城市基础上，怎么做我们的交通是每一个“交通人”需要关注的。第四项是港珠澳大桥，在新一代人工智能的背景下，如何开展港珠澳大桥的全生命的周期的绿色运营和管理，如何通过人工智能和大数据等技术手段，来提升管控水平，也是我们的关注重点。
　　北京航空航天大学也一直在跟进“车联网+5G”平台的测试，包括在长春、亦庄等，目前正在建设一个开发区的集成和测试环境，在这个环境中把感知、通信、集成、应用、多个路口、多个路段这样一个开放和半开放的区域范围形成系统性的研发和测试平台。
　　“交通强国”是什么？我认为智能交通里的“交通强国”，最核心还得是车路协同这样一个体系化的推动，面向应用、面向大范围的协同管理上去推进，那里是我们的方向。