王飛躍：平行駕駛與平行交通，從智能出行到智慧城市

2018 全球人工智能與機器人峰會（CCF－GAIR）在深圳召開，中科院自動化所復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室主任、中國自動化學會副理事長兼秘書長、青島智能產(chǎn)業(yè)技術研究院院長王飛躍，在此次CCF－GAIR大會上，他發(fā)表了《平行駕駛與平行交通：從智能出行到智慧城市》的大會報告。

7月1日上午，王飛躍教授作為CCF－GAIR大會智能駕駛專場第一位嘉賓登場。王教授早早地來到了現(xiàn)場，臉上洋溢著喜悅。對于他來講，最近確實有幾件值得高興的事情：第29屆IEEE IV大會在常熟圓滿落幕，本屆會議成為IV會議歷史上論文投稿數(shù)最多，注冊人數(shù)最多，參會人員最多，第一次過千人的會議。作為本屆IV會議的主席，王飛躍教授在開幕式上主持并致詞：IV作為一個開放的國際性學術盛會，歡迎來自世界各地的專家學者參與其中，希望未來IEEE有更多有年輕人參與其中，做出更多貢獻。在這次大會期間，由王飛躍教授聯(lián)合歐美中十八所大學發(fā)起的國際平行駕駛聯(lián)盟（iPDA）宣告成立，iPDA國際聯(lián)盟的成立，將促進聯(lián)盟成員交流與平行駕駛相關的最新研究成果，用于研究的非保密性測試數(shù)據(jù)將在成員之間實現(xiàn)共享，參與共建平行駕駛通用共享研究平臺。同時，IV 2018會議的最后一天（6月30日），由國際平行駕駛聯(lián)盟（iPDA）承辦的“IEEE IV 2018 On－road Demonstration ”國際智能車聯(lián)合道路演示”在中國智能車綜合技術研發(fā)與測試中心得到了成功演示。這三件大事，讓平時不茍言笑的王飛躍教授臉上掛滿了笑意。

警惕無人車與智能駕駛中的“馬糞”問題

演講一開始，王飛躍教授以他多次提到的馬車時代向汽車時代轉變的例子來映射當下正在經(jīng)歷的汽車智能化變革。他說：“當馬跟車混起來開的時候，車開快了馬會受驚，會出事故。無人車跟有人車在一起開，無人車開100、200、300公里的時速，不是馬受驚，而是人受驚?！蓖踅淌谙矚g做這種類比，就像他相信關鍵小數(shù)據(jù)的重要性一樣，未來無法預知，但是一些有規(guī)律的小數(shù)據(jù)總會幫助我們對還未發(fā)生的事情做出先驗的判斷，這可能就是我們俗語中“吃一塹，長一智”中的智之所在。

然而，在馬車時代我們吃了太多 “塹”。上世紀末，馬作為主要的交通工具，隨之而來的卻是無法分解的馬糞，這個問題困擾了當時人們很多年，甚至有專門國際會議來研究當時面臨的“馬糞危機”。在馬車時代，我們沒有成功解決馬糞問題，然而汽車的普及，所有問題都不存在。而在人工智能時代，當我們研究討論如何解決車輛的無人駕駛問題，車輛武裝上了高線束激光雷達等傳感器感知，配上“足夠算力”的計算單元，優(yōu)化算法，把一輛輛汽車改裝成繁雜的智能體搬到了馬路上，仍無法避免無人車在長久時間內(nèi)不出現(xiàn)事故。這是否正是當下遇到的“馬糞問題”？王教授說：“有人駕駛、遠程控制、網(wǎng)絡車和無人車需要統(tǒng)一起來，成為平行駕駛，如果你硬要分開，對我來說就是馬糞問題?！?而且，平行車和平行駕駛的最大好處之一，就是把過去在物理世界吃一＂塹＂，虛擬世界長一＂智＂，變成在虛擬世界吃＂塹＂，物理世界長＂智＂。

智能車輛研究第一階段：自動駕駛

王飛躍教授的研究是從機器人開始，到空間的機器人，再到月球上的無人車，火星上的無人工廠，再到礦山上進行推土、裝載的無人車，一直到現(xiàn)在的民用無人車。經(jīng)過多年研究，他總結無人車想要在路上開，還未達到非常智能的程度，但這項技術仍有前景。20多年前，其團隊研發(fā)了VISTA Car， 甚至不用GPS和LiDAR，只使用攝像頭和雷達，成為世界上唯一一個在美國51號公路上進行單車演示的團隊，當時時速是120公里，測試點就在今年三月Uber發(fā)生致命事故的地方。最初它只是一個工程項目，對研究控制的人來說，這不是一個太難的問題，連PID都不需要，只用PD就足夠了。

當時最大的問題就是環(huán)境感知問題，這才是利用有限的資源去實現(xiàn)車輛的智能自動化控制之關鍵。幾年后，這段研究被王教授當時的研究生、現(xiàn)清華大學教授李力總結成其博士論文并寫成一本書《智能汽車：先進傳感與控制》，于2007發(fā)表，成為第一部英文智能車技術專著。書中提出的許多觀念，現(xiàn)在還沒有人實現(xiàn)。2015年之前，這本書并沒有太大的銷量，當時的人們可能不會想到，10年后的今天，無人駕駛技術竟變得如何火熱。

在2002年，原定于中國舉辦 IV 2006，但到了2003年，日本提出異議，他們認為中國的汽車市場規(guī)模較小，當?shù)厝藢o人車、智能車大會不會感興趣，建議大會移至日本召開，IEEE ITS委員重新進行了投票，最終決定不在中國開。一直到2009年，IV大會才到中國西安舉辦。為了提高國內(nèi)對自動駕駛技術的研發(fā)熱情，2009年IV大會舉辦期間，在鄭南寧院士及王飛躍教授的共同倡導下，創(chuàng)辦了中國智能車未來挑戰(zhàn)賽，至今已經(jīng)連續(xù)舉辦了10年，這一賽事現(xiàn)在已經(jīng)成為了國際上歷史最久、規(guī)模最大、水平最高的無人駕駛賽事。

中國研究無人車的創(chuàng)業(yè)者，大部分都是從這一賽事中產(chǎn)生的。挑戰(zhàn)賽的最初兩屆都在西安舉行，第一屆只有6部車參賽，人走的比車開的快，車速不及人步行的速度； 第二屆就變成人跑的比車開得快，參賽車的車速不及人跑步的速度。在第二屆挑戰(zhàn)賽上，還增加了交通標志識別測試，當時沒有一個車隊通過測試。到了2011年、2012年，挑戰(zhàn)賽在內(nèi)蒙古舉行，雖然當時無人車的車速已經(jīng)很高了，但是水平還有待提高。從2013年開始，這一賽事就固定在常熟舉辦。挑戰(zhàn)賽按4S評判：安全（Safty）、舒適（Smoothness）、快速（Sharpness）、智能（Smartness）。參賽者還需要在城市環(huán)境、郊外環(huán)境、高速環(huán)境上進行測試。

“最大的變化是從2014年開始的，當年的賽事吸引了許多創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)的目光。2015年，開始有人向我打聽參賽車隊中是否有人才可以跟他們一起創(chuàng)業(yè)。在這批初創(chuàng)公司中，我最熟悉的是慧拓和馭勢?！闭劦酱颂?，王飛躍教授激動地說，“之前，沒有一個科研單位曾寫出過如何測試、如何評價車輛智能水平的科學文章，而這個賽事已經(jīng)產(chǎn)生出了三篇此類文章?！?/p>

今年是IV會議第二次在中國舉辦，此次大會的論文投稿數(shù)、參會人數(shù)、注冊的人數(shù)都是歷屆最多。此次參會的每個外國人都認為大會辦得非常成功，從來沒有見過這么大的規(guī)模。明年大會要在巴黎開，法國人表示＂亞歷山大＂。

智能車輛研究第二階段：平行駕駛

無論是中國智能車未來挑戰(zhàn)賽，還是之前Vista Car，其實都是在單車上做的研究。然而，未來我們必然會經(jīng)歷一段有人駕駛汽車、智能車、無人駕駛車等從L0到L5級別車輛混合行駛的階段，不同車輛之間會產(chǎn)生無數(shù)種場景，無人車在遇到這些未曾經(jīng)歷過的駕駛場景時，勢必會產(chǎn)生安全問題。如何把這些車輛統(tǒng)一起來？

王教授提到：“2005年我提出要做一個＂車內(nèi)簡單、車外復雜＂的虛實互動網(wǎng)絡化平行智能駕駛系統(tǒng)，當時還沒有云端的概念，要軟件定義的汽車（人工汽車）和物理汽車一起開，而且一部物理汽車要對應三部軟件汽車：一部用來做描述，與物理車通過無線傳感網(wǎng)聯(lián)在一起，描述車輛的即時狀態(tài)，不論開到哪里都受監(jiān)護；一部用來做預測，前方道路是否發(fā)生事故，是否擁堵，預測車輛都能提前預測；還有一部用來做規(guī)劃和引導，給你提方案，怎樣路線最好，最省油，最節(jié)約時間。” 這些虛實車構成平行車，相應的駕駛方法就是平行駕駛。

中國智能車的集大成者是基金委的視聽覺認知重大計劃，這是最為抽象的一個項目。認知科學的立項，就用了近10年的時間進行論證。從90年代末開始，討論文集都出版了，但始終沒有立項。因為認知科學太抽象了，有專家擔心巨額的資金投入最后只能換來幾篇論文。最后，大家同意把相關的算法研究成果應用在了無人車上，展示識別的過程，以及視覺、聽覺的其它應用。目前，聽覺用得比較少，視覺用得比較多。這是國家基金委信息學部的第一個大項目，當時預算1.5個億。

接著，2009年，IEEE又在西安召開智能汽車大會，我們將其打造成了一個智能車挑戰(zhàn)賽（中國智能車未來挑戰(zhàn)賽）。挑戰(zhàn)賽至今已經(jīng)連續(xù)舉辦了10年了，今天的主持人鄧志東教授從一開始就參加了。這一賽事現(xiàn)在已經(jīng)成為了國際上歷史最久、規(guī)模最大、水平最高的無人駕駛賽事。此前，沒有一個科研單位曾寫出過如何測試、如何評價車輛智能水平的科學文章，而這個賽事已經(jīng)產(chǎn)生出了三篇此類文章。

中國研究無人車的創(chuàng)業(yè)者，大部分都是從這一賽事中產(chǎn)生的。挑戰(zhàn)賽的最初兩屆都在西安舉行，第一屆只有6部車參賽，人走的比車開的快，車速不及人步行的速度; 第二屆就變成人跑的比車開得快，參賽車的車速不及人跑步的速度。在第二屆挑戰(zhàn)賽上，還增加了交通標志識別測試，當時沒有一個車隊通過測試。到了2011年、2012年，挑戰(zhàn)賽在內(nèi)蒙古舉行，雖然當時無人車的車速已經(jīng)很高了，但是水平還有待提高。從2013年開始，這一賽事就固定在常熟舉辦。

最大的變化是從2014年開始的，當年的賽事吸引了許多創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)的目光。2015年，開始有人向我打聽參賽車隊中是否有人才可以跟他們一起創(chuàng)業(yè)。挑戰(zhàn)賽按4S評判：安全(Safty)、舒適(Smoothness)、快速(Sharpness)、智能(Smartness)。參賽者還需要在城市環(huán)境、郊外環(huán)境、高速環(huán)境上進行測試。在這批初創(chuàng)公司中，我最熟悉的是慧拓和馭勢。

平行駕駛理論的發(fā)展與應用

而我自己關注的就是平行駕駛，即軟件定義的車和物理的無人車一起行駛。它們行駛在三個世界：物理世界、心理世界，加上虛擬世界或人工世界，所以要有“人工汽車”。當物理的車在物理世界中行駛時，人工車已經(jīng)在另外的空間里行駛了。通過物理車與軟件定義的車之間的交互能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)和智能。車行駛的過程就是產(chǎn)生數(shù)據(jù)的過程，傳感器產(chǎn)生的小數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，云端定義的車再將小數(shù)據(jù)通過各種計算實驗擴展成大數(shù)據(jù)，然后再通過智能算法將大數(shù)據(jù)轉換成小智能，讓行駛變得更安全、高效、舒服，提供更好的服務。這就是從小數(shù)據(jù)到大數(shù)據(jù)，再到小智能的過程，也是平行車和平行駕駛要達到的目標。

平行駕駛就是把有人車、遙控車、網(wǎng)聯(lián)車和無人車統(tǒng)一起來的技術手段。平行學習是其中的一項核心技術，讓無人車在虛擬空間和實體空間中同時學習。例如，傳統(tǒng)上我們發(fā)生了事故，將獲得知識，進而修改法規(guī)。這是物理世界吃一塹，人工世界長一智。平行駕駛把它反過來，要在虛擬世界吃一塹，但在物理世界長一智。這就是為什么無人車要通過計算實驗的方式把小數(shù)據(jù)集成大數(shù)據(jù)，再把大數(shù)據(jù)轉為小智能，這一過程的核心就是平行學習。

視覺也是平行的，在物理世界行駛之前，我們可以先讓人工車在虛擬世界中行駛，如果沒有達到理想的效果，就不能進入物理世界。因為物理世界是已經(jīng)實現(xiàn)的人工世界，而人工世界就是還沒實現(xiàn)的物理世界。我們應該有90%的時間是在虛擬空間測試的，另外10%才在物理空間測試。

此外，感知、規(guī)劃也是平行的。網(wǎng)絡也要對應平行網(wǎng)絡，物理信號之外，還會有社會信號、精神信號，情感信號。以后人機因素將會變多，遠端的人機因素，車內(nèi)外的人機因素都要考慮。所以平行駕駛需要考慮“四胞胎”，是雙雙胞胎。

這“四胞胎”中除了物理世界中的物理汽車，還有人工世界中的人工汽車：

第一是描述車輛。軟件定義的汽車，不再需要使用傳統(tǒng)的汽車用戶手冊，三維可視的描述車與物理車通過無線傳感網(wǎng)連在一起，不論開到哪里都可用于運維和監(jiān)護。

第二是預測車輛。前方的道路是否會發(fā)生事故，是否擁堵，預測車輛都能提前預測。

第三是規(guī)劃車輛或引導車輛。規(guī)劃車輛會提供最高效、最節(jié)能的路線，引導物理車更好的方式出行。

今年3月18號，平行駕駛系統(tǒng)3.0版進行演示，昨天，又匯同國際平行駕駛聯(lián)盟在今年的IEEE智能車大會上進行了3.1版的演示。

* 王飛躍在現(xiàn)場播放了一段在常熟國家智能車測試中心進行的演示，演示中的五部平行車輛有物流車、SUV等，平行管控中心、平行接管系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)三者進行了互動。

2005年，我國的世界汽車市場在全球看來還不大，現(xiàn)在，我們已經(jīng)連續(xù)幾年位居世界第一大汽車市場了。現(xiàn)在，我們有很多的汽車生產(chǎn)商和大量的汽車，讓老百姓立刻換成無人車，可能性是非常小的，也不應該，這個過程至少要10年，我看20年也不長。

現(xiàn)在有許多真正需要無人車的場景，其中一個就是礦山。在美國，一些大的礦山都在比較偏遠的地方，沒有人愿意去工作，只能招到一些經(jīng)驗不足的工人，給他們極高的工資，繳納高額的保險。

而礦山中使用的卡車又非常昂貴，一部就要上百萬美元，一個大輪胎就要30多萬美元，有的卡車輪胎價格甚至高達60萬美元。采礦商一般是買不起這類車的，只能租用。因此他們希望能夠充分發(fā)揮卡車的效率，而這就要求駕駛員有豐富的經(jīng)驗?？墒?，掙到一些錢后，經(jīng)驗豐富的人往往不愿意再從事這份工作。

而愿意從事這份工作的員工，第一年的效率只能達到30%，培養(yǎng)一年后能達到70%，第三年能達到90%。但這些員工第二年認為自己有錢后，就不想繼續(xù)了這份工作了。因此，礦場就只能不停地招人。所以他們就開始了自動化，但可惜我們當年那個無人礦山項目剛完成就遇到了世界范圍的銅價大跌，最后也就沒有派上用場。

但是銅礦并不是唯一需要自動化的地方，現(xiàn)在中國的礦山缺乏工人，因此，這項技術可以應用到礦山上去。將來，可以讓軟件定義的礦山與軟件定義的大卡車，跟物理的礦山和物理的汽車一起運營，安全、可靠、保險、高效。

慧拓與中國最大的礦山卡車公司徐工合作，同時也進入了物流領域，給東風提供平行物流的應用，這都是十分有前景的方向。

* 王飛躍在現(xiàn)場播放了一段自動駕駛貨車行駛的視頻。平行物流包括自動駕駛物流車、平行駕駛管控中心、遠程接管系統(tǒng)。

物流、礦山這些場景有三合一的特色，即平常的運維、監(jiān)控、應急三合一，非常適合應用平行駕駛。

此外，平行的概念也可以應用到自動駕駛的測試中。平行測試，能夠讓車虛擬空間吃一塹，在物理空間長一智。基金委設立了一個相關的重大項目，剛剛結題，已被評為優(yōu)秀。

* 王飛躍在現(xiàn)場播放了一段平行測試的演示視頻，視頻中包含了多項測試項目

這里只演示了結果，其中最重要的部分是虛擬測試。慧拓與吉利汽車在寧波的測試基地合作，其中，有1000多畝試車場是虛實結合的，目的是提高效益。

中國的無人車走到今天并不容易，前兩天在常熟召開的IEEE IV大會，將無人車領域歷史最悠久、規(guī)模最大的會議，又推向了一個歷史高峰，有上千人參加。

在2002年的時候，原本確定中國是 IV 2006的主辦國，但到了2003年，當時日本提出異議，認為中國的汽車市場規(guī)模較小，當?shù)厝藢o人車、智能車大會不會感興趣，建議大會移植日本召開，動議大會委員重新進行了投票，最終決定不在中國開。作為補償，特給中國開設一個新的會議——VES，VES是汽車電子安全的會議。

2005年，在IEEE召開的技術理事會(TAB)上，人們還認為通用汽車不進入中國的原因是中國沒有汽車市場。其實2005年時，中國市場已經(jīng)達到了不錯的規(guī)模，但這就是國外對中國汽車市場的認識。

一直到2009年，IV大會才到中國舉辦，今年是中國第二次舉辦。此次參會的每個外國人都認為大會辦得非常成功，從來沒有見過這么大的規(guī)模。此次大會的論文投稿數(shù)、參會人數(shù)、注冊的人數(shù)都是歷屆最多。明年大會要在巴黎開，法國人表示有很大的壓力。

這次會上，我們也與加拿大、美國、瑞典、英國，以及中國的一些學校聯(lián)合成立了平行駕駛國際聯(lián)盟，進行數(shù)據(jù)共享，要使數(shù)據(jù)共享成為主流。“馬糞問題”雖然可以研究，但不應該大規(guī)模研究。另外，國際汽車工程學會提出自動駕駛的分類，就像當年養(yǎng)馬協(xié)會、馬車協(xié)會提出馬車的分類一樣，不管什么類最終都會被淘汰。未來人類駕駛員也會讓出路權，就駕駛而言，我更相信機器自動化技術可靠。

平行交通與智慧城市

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、靜態(tài)交通、物流交通，以及社會交通一體化。但后來IEEE專委會討論認為，應該從以前的機械化、電氣化，信息化、網(wǎng)絡化，進入到平行化，平行化就是智能化的技術途徑。智能只是一個概念，如何實現(xiàn)虛實互動的平行智能，是我們需要思考的問題。

平行交通，是我們最早開始切入點，即軟件定義的交通系統(tǒng)，人工交通系統(tǒng)與物理交通系統(tǒng)合二為一。這一系統(tǒng)平?？梢杂脕磉M行訓練、培訓，還可以進行實驗與評估。例如產(chǎn)生一個人工交通事故，通過觀察這個人工交通事故的傳播與影響，我們可以制定相應預防和解決措施。

在修路之前，我們也可以先在系統(tǒng)上修一條人工路，進行計算實驗，觀察道路的通行效果、最佳位置。而不是按照現(xiàn)在的經(jīng)濟利益，拍腦袋決定。也不是讓人工交通逼近實際交通，而是讓實際交通逼近人工交通，使之更加高效。

針對平行交通，我們提出“五位一體”的應用，后來國家也對這個方案表示認可，成為發(fā)改委和交通部聯(lián)合推出的青島“多位一體”平行交通運行示范項目。

總結起來，當人有路權的時候，我們只能住在山洞里，住在樹上，當馬有了路權的時候，我們有了村落、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，當車有了路權的時候，我們有了今天的大都市，只有當無人車有了路權，我們才能真正走向智能城市、智慧社會。

將來，不僅會有交通的控制中心TOC，還會有車輛運控中心VOC，嚴格控制車輛上路，它將變得更加安全，甚至消除事故傷亡。

有一年，在智能交通學會的理事會上，有人評價我們這個交通學會與傳統(tǒng)交通沒有任何關系。當時作為會長，我對這一評價做出了回應，還定了一條規(guī)則：所有當過會長的成員不得再次參加競選。一定要讓年輕人進來。我說的原話就是：We should be the force to force others to change. For that, we must have and keep our own identity。我們需要我們自己的擔當，特別是在座的年輕人，如果你們都順著舊的思維，社會就不會有進步，那還談什么創(chuàng)新呢？我希望年輕人能夠有自己的擔當，改變這個社會。謝謝大家。