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  • 王飞跃:平行驾驶与平行交通,从智能出行到智慧城市

    2018-07-09 10:12:23 来源:新智驾 评论:
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    2018 全球人工智能与机器人峰会(CCF-GAIR)在深圳召开,中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任、中国自动化学会副理事长兼秘书长、青岛智能产业技术研究院院长王飞跃,在此次CCF-GAIR大会上,他发表了《平行驾驶与平行交通:从智能出行到智慧城市》的大会报告。

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    7月1日上午,王飞跃教授作为CCF-GAIR大会智能驾驶专场第一位嘉宾登场。王教授早早地来到了现场,脸上洋溢着喜悦。对于他来讲,最近确实有几件值得高兴的事情:第29届IEEE IV大会在常熟圆满落幕,本届会议成为IV会议历史上论文投稿数最多,注册人数最多,参会人员最多,第一次过千人的会议。作为本届IV会议的主席,王飞跃教授在开幕式上主持并致词:IV作为一个开放的国际性学术盛会,欢迎来自世界各地的专家学者参与其中,希望未来IEEE有更多有年轻人参与其中,做出更多贡献。在这次大会期间,由王飞跃教授联合欧美中十八所大学发起的国际平行驾驶联盟(iPDA)宣告成立,iPDA国际联盟的成立,将促进联盟成员交流与平行驾驶相关的最新研究成果,用于研究的非保密性测试数据将在成员之间实现共享,参与共建平行驾驶通用共享研究平台。同时,IV 2018会议的最后一天(6月30日),由国际平行驾驶联盟(iPDA)承办的“IEEE IV 2018 On-road Demonstration ”国际智能车联合道路演示”在中国智能车综合技术研发与测试中心得到了成功演示。这三件大事,让平时不苟言笑的王飞跃教授脸上挂满了笑意。

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    警惕无人车与智能驾驶中的“马粪”问题

    演讲一开始,王飞跃教授以他多次提到的马车时代向汽车时代转变的例子来映射当下正在经历的汽车智能化变革。他说:“当马跟车混起来开的时候,车开快了马会受惊,会出事故。无人车跟有人车在一起开,无人车开100、200、300公里的时速,不是马受惊,而是人受惊。”王教授喜欢做这种类比,就像他相信关键小数据的重要性一样,未来无法预知,但是一些有规律的小数据总会帮助我们对还未发生的事情做出先验的判断,这可能就是我们俗语中“吃一堑,长一智”中的智之所在。

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    然而,在马车时代我们吃了太多 “堑”。上世纪末,马作为主要的交通工具,随之而来的却是无法分解的马粪,这个问题困扰了当时人们很多年,甚至有专门国际会议来研究当时面临的“马粪危机”。在马车时代,我们没有成功解决马粪问题,然而汽车的普及,所有问题都不存在。而在人工智能时代,当我们研究讨论如何解决车辆的无人驾驶问题,车辆武装上了高线束激光雷达等传感器感知,配上“足够算力”的计算单元,优化算法,把一辆辆汽车改装成繁杂的智能体搬到了马路上,仍无法避免无人车在长久时间内不出现事故。这是否正是当下遇到的“马粪问题”?王教授说:“有人驾驶、远程控制、网络车和无人车需要统一起来,成为平行驾驶,如果你硬要分开,对我来说就是马粪问题。” 而且,平行车和平行驾驶的最大好处之一,就是把过去在物理世界吃一"堑",虚拟世界长一"智",变成在虚拟世界吃"堑",物理世界长"智"。

    智能车辆研究第一阶段:自动驾驶

    王飞跃教授的研究是从机器人开始,到空间的机器人,再到月球上的无人车,火星上的无人工厂,再到矿山上进行推土、装载的无人车,一直到现在的民用无人车。经过多年研究,他总结无人车想要在路上开,还未达到非常智能的程度,但这项技术仍有前景。20多年前,其团队研发了VISTA Car, 甚至不用GPS和LiDAR,只使用摄像头和雷达,成为世界上唯一一个在美国51号公路上进行单车演示的团队,当时时速是120公里,测试点就在今年三月Uber发生致命事故的地方。最初它只是一个工程项目,对研究控制的人来说,这不是一个太难的问题,连PID都不需要,只用PD就足够了。

    当时最大的问题就是环境感知问题,这才是利用有限的资源去实现车辆的智能自动化控制之关键。几年后,这段研究被王教授当时的研究生、现清华大学教授李力总结成其博士论文并写成一本书《智能汽车:先进传感与控制》,于2007发表,成为第一部英文智能车技术专著。书中提出的许多观念,现在还没有人实现。2015年之前,这本书并没有太大的销量,当时的人们可能不会想到,10年后的今天,无人驾驶技术竟变得如何火热。

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    在2002年,原定于中国举办 IV 2006,但到了2003年,日本提出异议,他们认为中国的汽车市场规模较小,当地人对无人车、智能车大会不会感兴趣,建议大会移至日本召开,IEEE ITS委员重新进行了投票,最终决定不在中国开。一直到2009年,IV大会才到中国西安举办。为了提高国内对自动驾驶技术的研发热情,2009年IV大会举办期间,在郑南宁院士及王飞跃教授的共同倡导下,创办了中国智能车未来挑战赛,至今已经连续举办了10年,这一赛事现在已经成为了国际上历史最久、规模最大、水平最高的无人驾驶赛事。

    中国研究无人车的创业者,大部分都是从这一赛事中产生的。挑战赛的最初两届都在西安举行,第一届只有6部车参赛,人走的比车开的快,车速不及人步行的速度; 第二届就变成人跑的比车开得快,参赛车的车速不及人跑步的速度。在第二届挑战赛上,还增加了交通标志识别测试,当时没有一个车队通过测试。到了2011年、2012年,挑战赛在内蒙古举行,虽然当时无人车的车速已经很高了,但是水平还有待提高。从2013年开始,这一赛事就固定在常熟举办。挑战赛按4S评判:安全(Safty)、舒适(Smoothness)、快速(Sharpness)、智能(Smartness)。参赛者还需要在城市环境、郊外环境、高速环境上进行测试。

    “最大的变化是从2014年开始的,当年的赛事吸引了许多创业者、企业的目光。2015年,开始有人向我打听参赛车队中是否有人才可以跟他们一起创业。在这批初创公司中,我最熟悉的是慧拓和驭势。”谈到此处,王飞跃教授激动地说,“之前,没有一个科研单位曾写出过如何测试、如何评价车辆智能水平的科学文章,而这个赛事已经产生出了三篇此类文章。”

    今年是IV会议第二次在中国举办,此次大会的论文投稿数、参会人数、注册的人数都是历届最多。此次参会的每个外国人都认为大会办得非常成功,从来没有见过这么大的规模。明年大会要在巴黎开,法国人表示"亚历山大"。

    智能车辆研究第二阶段:平行驾驶

    无论是中国智能车未来挑战赛,还是之前Vista Car,其实都是在单车上做的研究。然而,未来我们必然会经历一段有人驾驶汽车、智能车、无人驾驶车等从L0到L5级别车辆混合行驶的阶段,不同车辆之间会产生无数种场景,无人车在遇到这些未曾经历过的驾驶场景时,势必会产生安全问题。如何把这些车辆统一起来?

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    王教授提到:“2005年我提出要做一个"车内简单、车外复杂"的虚实互动网络化平行智能驾驶系统,当时还没有云端的概念,要软件定义的汽车(人工汽车)和物理汽车一起开,而且一部物理汽车要对应三部软件汽车:一部用来做描述,与物理车通过无线传感网联在一起,描述车辆的即时状态,不论开到哪里都受监护;一部用来做预测,前方道路是否发生事故,是否拥堵,预测车辆都能提前预测;还有一部用来做规划和引导,给你提方案,怎样路线最好,最省油,最节约时间。” 这些虚实车构成平行车,相应的驾驶方法就是平行驾驶。

    中国智能车的集大成者是基金委的视听觉认知重大计划,这是最为抽象的一个项目。认知科学的立项,就用了近10年的时间进行论证。从90年代末开始,讨论文集都出版了,但始终没有立项。因为认知科学太抽象了,有专家担心巨额的资金投入最后只能换来几篇论文。最后,大家同意把相关的算法研究成果应用在了无人车上,展示识别的过程,以及视觉、听觉的其它应用。目前,听觉用得比较少,视觉用得比较多。这是国家基金委信息学部的第一个大项目,当时预算1.5个亿。

    接着,2009年,IEEE又在西安召开智能汽车大会,我们将其打造成了一个智能车挑战赛(中国智能车未来挑战赛)。挑战赛至今已经连续举办了10年了,今天的主持人邓志东教授从一开始就参加了。这一赛事现在已经成为了国际上历史最久、规模最大、水平最高的无人驾驶赛事。此前,没有一个科研单位曾写出过如何测试、如何评价车辆智能水平的科学文章,而这个赛事已经产生出了三篇此类文章。

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    中国研究无人车的创业者,大部分都是从这一赛事中产生的。挑战赛的最初两届都在西安举行,第一届只有6部车参赛,人走的比车开的快,车速不及人步行的速度; 第二届就变成人跑的比车开得快,参赛车的车速不及人跑步的速度。在第二届挑战赛上,还增加了交通标志识别测试,当时没有一个车队通过测试。到了2011年、2012年,挑战赛在内蒙古举行,虽然当时无人车的车速已经很高了,但是水平还有待提高。从2013年开始,这一赛事就固定在常熟举办。

    最大的变化是从2014年开始的,当年的赛事吸引了许多创业者、企业的目光。2015年,开始有人向我打听参赛车队中是否有人才可以跟他们一起创业。挑战赛按4S评判:安全(Safty)、舒适(Smoothness)、快速(Sharpness)、智能(Smartness)。参赛者还需要在城市环境、郊外环境、高速环境上进行测试。在这批初创公司中,我最熟悉的是慧拓和驭势。

    平行驾驶理论的发展与应用

    而我自己关注的就是平行驾驶,即软件定义的车和物理的无人车一起行驶。它们行驶在三个世界:物理世界、心理世界,加上虚拟世界或人工世界,所以要有“人工汽车”。当物理的车在物理世界中行驶时,人工车已经在另外的空间里行驶了。通过物理车与软件定义的车之间的交互能够产生数据和智能。车行驶的过程就是产生数据的过程,传感器产生的小数据传输到云端,云端定义的车再将小数据通过各种计算实验扩展成大数据,然后再通过智能算法将大数据转换成小智能,让行驶变得更安全、高效、舒服,提供更好的服务。这就是从小数据到大数据,再到小智能的过程,也是平行车和平行驾驶要达到的目标。

    平行驾驶就是把有人车、遥控车、网联车和无人车统一起来的技术手段。平行学习是其中的一项核心技术,让无人车在虚拟空间和实体空间中同时学习。例如,传统上我们发生了事故,将获得知识,进而修改法规。这是物理世界吃一堑,人工世界长一智。平行驾驶把它反过来,要在虚拟世界吃一堑,但在物理世界长一智。这就是为什么无人车要通过计算实验的方式把小数据集成大数据,再把大数据转为小智能,这一过程的核心就是平行学习。

    视觉也是平行的,在物理世界行驶之前,我们可以先让人工车在虚拟世界中行驶,如果没有达到理想的效果,就不能进入物理世界。因为物理世界是已经实现的人工世界,而人工世界就是还没实现的物理世界。我们应该有90%的时间是在虚拟空间测试的,另外10%才在物理空间测试。

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    此外,感知、规划也是平行的。网络也要对应平行网络,物理信号之外,还会有社会信号、精神信号,情感信号。以后人机因素将会变多,远端的人机因素,车内外的人机因素都要考虑。所以平行驾驶需要考虑“四胞胎”,是双双胞胎。

    这“四胞胎”中除了物理世界中的物理汽车,还有人工世界中的人工汽车:

    第一是描述车辆。软件定义的汽车,不再需要使用传统的汽车用户手册,三维可视的描述车与物理车通过无线传感网连在一起,不论开到哪里都可用于运维和监护。

    第二是预测车辆。前方的道路是否会发生事故,是否拥堵,预测车辆都能提前预测。

    第三是规划车辆或引导车辆。规划车辆会提供最高效、最节能的路线,引导物理车更好的方式出行。

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    今年3月18号,平行驾驶系统3.0版进行演示,昨天,又汇同国际平行驾驶联盟在今年的IEEE智能车大会上进行了3.1版的演示。

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    * 王飞跃在现场播放了一段在常熟国家智能车测试中心进行的演示,演示中的五部平行车辆有物流车、SUV等,平行管控中心、平行接管系统、自动驾驶系统三者进行了互动。

    2005年,我国的世界汽车市场在全球看来还不大,现在,我们已经连续几年位居世界第一大汽车市场了。现在,我们有很多的汽车生产商和大量的汽车,让老百姓立刻换成无人车,可能性是非常小的,也不应该,这个过程至少要10年,我看20年也不长。

    现在有许多真正需要无人车的场景,其中一个就是矿山。在美国,一些大的矿山都在比较偏远的地方,没有人愿意去工作,只能招到一些经验不足的工人,给他们极高的工资,缴纳高额的保险。

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    而矿山中使用的卡车又非常昂贵,一部就要上百万美元,一个大轮胎就要30多万美元,有的卡车轮胎价格甚至高达60万美元。采矿商一般是买不起这类车的,只能租用。因此他们希望能够充分发挥卡车的效率,而这就要求驾驶员有丰富的经验。可是,挣到一些钱后,经验丰富的人往往不愿意再从事这份工作。

    而愿意从事这份工作的员工,第一年的效率只能达到30%,培养一年后能达到70%,第三年能达到90%。但这些员工第二年认为自己有钱后,就不想继续了这份工作了。因此,矿场就只能不停地招人。所以他们就开始了自动化,但可惜我们当年那个无人矿山项目刚完成就遇到了世界范围的铜价大跌,最后也就没有派上用场。

    但是铜矿并不是唯一需要自动化的地方,现在中国的矿山缺乏工人,因此,这项技术可以应用到矿山上去。将来,可以让软件定义的矿山与软件定义的大卡车,跟物理的矿山和物理的汽车一起运营,安全、可靠、保险、高效。

    慧拓与中国最大的矿山卡车公司徐工合作,同时也进入了物流领域,给东风提供平行物流的应用,这都是十分有前景的方向。

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    * 王飞跃在现场播放了一段自动驾驶货车行驶的视频。平行物流包括自动驾驶物流车、平行驾驶管控中心、远程接管系统。

    物流、矿山这些场景有三合一的特色,即平常的运维、监控、应急三合一,非常适合应用平行驾驶。

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    此外,平行的概念也可以应用到自动驾驶的测试中。平行测试,能够让车虚拟空间吃一堑,在物理空间长一智。基金委设立了一个相关的重大项目,刚刚结题,已被评为优秀。

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    * 王飞跃在现场播放了一段平行测试的演示视频,视频中包含了多项测试项目

    这里只演示了结果,其中最重要的部分是虚拟测试。慧拓与吉利汽车在宁波的测试基地合作,其中,有1000多亩试车场是虚实结合的,目的是提高效益。

    中国的无人车走到今天并不容易,前两天在常熟召开的IEEE IV大会,将无人车领域历史最悠久、规模最大的会议,又推向了一个历史高峰,有上千人参加。

    在2002年的时候,原本确定中国是 IV 2006的主办国,但到了2003年,当时日本提出异议,认为中国的汽车市场规模较小,当地人对无人车、智能车大会不会感兴趣,建议大会移植日本召开,动议大会委员重新进行了投票,最终决定不在中国开。作为补偿,特给中国开设一个新的会议——VES,VES是汽车电子安全的会议。

    2005年,在IEEE召开的技术理事会(TAB)上,人们还认为通用汽车不进入中国的原因是中国没有汽车市场。其实2005年时,中国市场已经达到了不错的规模,但这就是国外对中国汽车市场的认识。

    一直到2009年,IV大会才到中国举办,今年是中国第二次举办。此次参会的每个外国人都认为大会办得非常成功,从来没有见过这么大的规模。此次大会的论文投稿数、参会人数、注册的人数都是历届最多。明年大会要在巴黎开,法国人表示有很大的压力。

    这次会上,我们也与加拿大、美国、瑞典、英国,以及中国的一些学校联合成立了平行驾驶国际联盟,进行数据共享,要使数据共享成为主流。“马粪问题”虽然可以研究,但不应该大规模研究。另外,国际汽车工程学会提出自动驾驶的分类,就像当年养马协会、马车协会提出马车的分类一样,不管什么类最终都会被淘汰。未来人类驾驶员也会让出路权,就驾驶而言,我更相信机器自动化技术可靠。

    平行交通与智慧城市

    目前交通正在走向交通5.0。最初,交通5.0是指城市交通、公共交通、静态交通、物流交通,以及社会交通一体化。但后来IEEE专委会讨论认为,应该从以前的机械化、电气化,信息化、网络化,进入到平行化,平行化就是智能化的技术途径。智能只是一个概念,如何实现虚实互动的平行智能,是我们需要思考的问题。

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    平行交通,是我们最早开始切入点,即软件定义的交通系统,人工交通系统与物理交通系统合二为一。这一系统平常可以用来进行训练、培训,还可以进行实验与评估。例如产生一个人工交通事故,通过观察这个人工交通事故的传播与影响,我们可以制定相应预防和解决措施。

    在修路之前,我们也可以先在系统上修一条人工路,进行计算实验,观察道路的通行效果、最佳位置。而不是按照现在的经济利益,拍脑袋决定。也不是让人工交通逼近实际交通,而是让实际交通逼近人工交通,使之更加高效。

    针对平行交通,我们提出“五位一体”的应用,后来国家也对这个方案表示认可,成为发改委和交通部联合推出的青岛“多位一体”平行交通运行示范项目。

    总结起来,当人有路权的时候,我们只能住在山洞里,住在树上,当马有了路权的时候,我们有了村落、乡镇,当车有了路权的时候,我们有了今天的大都市,只有当无人车有了路权,我们才能真正走向智能城市、智慧社会。

    将来,不仅会有交通的控制中心TOC,还会有车辆运控中心VOC,严格控制车辆上路,它将变得更加安全,甚至消除事故伤亡。

    有一年,在智能交通学会的理事会上,有人评价我们这个交通学会与传统交通没有任何关系。当时作为会长,我对这一评价做出了回应,还定了一条规则:所有当过会长的成员不得再次参加竞选。一定要让年轻人进来。我说的原话就是:We should be the force to force others to change. For that, we must have and keep our own identity。我们需要我们自己的担当,特别是在座的年轻人,如果你们都顺着旧的思维,社会就不会有进步,那还谈什么创新呢?我希望年轻人能够有自己的担当,改变这个社会。谢谢大家。



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  •    责任编辑:梁兰春
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