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(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室主任、中國自動化學(xué)會副理事長兼秘書長、青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(xué)術(shù)盛會，歡迎來自世界各地的專家學(xué)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(xiàn)。在這次大會期間，由王飛躍教授聯(lián)合歐美中十八所大學(xué)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(jìn)聯(lián)盟成員交流與平行駕駛相關(guān)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(shù)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(zhuǎn)變的例子來映射當(dāng)下正在經(jīng)歷的汽車智能化變革。他說：“當(dāng)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。”王教授喜歡做這種類比，就像他相信關(guān)鍵小數(shù)據(jù)的重要性一樣，未來無法預(yù)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(jì)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(dāng)時人們很多年，甚至有專門國際會議來研究當(dāng)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(dāng)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(dá)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(dāng)下遇到的“馬糞問題”？王教授說：“有人駕駛、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(jié)無人車想要在路上開，還未達(dá)到非常智能的程度，但這項技術(shù)仍有前景。20多年前，其團(tuán)隊研發(fā)了VISTA Car， 甚至不用GPS和LiDAR，只使用攝像頭和雷達(dá)，成為世界上唯一一個在美國51號公路上進(jìn)行單車演示的團(tuán)隊，當(dāng)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(dāng)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(guān)鍵。幾年后，這段研究被王教授當(dāng)時的研究生、現(xiàn)清華大學(xué)教授李力總結(jié)成其博士論文并寫成一本書《智能汽車：先進(jìn)傳感與控制》，于2007發(fā)表，成為第一部英文智能車技術(shù)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(dāng)時的人們可能不會想到，10年后的今天，無人駕駛技術(shù)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(rèn)為中國的汽車市場規(guī)模較小，當(dāng)?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(jìn)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(shù)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(dǎo)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(biāo)志識別測試，當(dāng)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(dāng)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(jìn)行測試。

“最大的變化是從2014年開始的，當(dāng)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?！闭劦酱颂帲躏w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(xué)文章，而這個賽事已經(jīng)產(chǎn)生出了三篇此類文章。”

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(rèn)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(fù)雜＂的虛實互動網(wǎng)絡(luò)化平行智能駕駛系統(tǒng)，當(dāng)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(yīng)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(hù)；一部用來做預(yù)測，前方道路是否發(fā)生事故，是否擁堵，預(yù)測車輛都能提前預(yù)測；還有一部用來做規(guī)劃和引導(dǎo)，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(gòu)成平行車，相應(yīng)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(rèn)知重大計劃，這是最為抽象的一個項目。認(rèn)知科學(xué)的立項，就用了近10年的時間進(jìn)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(rèn)知科學(xué)太抽象了，有專家擔(dān)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(guān)的算法研究成果應(yīng)用在了無人車上，展示識別的過程，以及視覺、聽覺的其它應(yīng)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(xué)部的第一個大項目，當(dāng)時預(yù)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(xué)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(biāo)志識別測試，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(yīng)用

而我自己關(guān)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(dāng)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(zhuǎn)換成小智能，讓行駛變得更安全、高效、舒服，提供更好的服務(wù)。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(dá)到的目標(biāo)。

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(shù)手段。平行學(xué)習(xí)是其中的一項核心技術(shù)，讓無人車在虛擬空間和實體空間中同時學(xué)習(xí)。例如，傳統(tǒng)上我們發(fā)生了事故，將獲得知識，進(jìn)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(zhuǎn)為小智能，這一過程的核心就是平行學(xué)習(xí)。

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(dá)到理想的效果，就不能進(jìn)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(yīng)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(luò)也要對應(yīng)平行網(wǎng)絡(luò)，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(yuǎn)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(hù)。

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

第三是規(guī)劃車輛或引導(dǎo)車輛。規(guī)劃車輛會提供最高效、最節(jié)能的路線，引導(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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?，F(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(yīng)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(yuǎn)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(dá)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。可是，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(dá)到30%，培養(yǎng)一年后能達(dá)到70%，第三年能達(dá)到90%。但這些員工第二年認(rèn)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(dāng)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(shù)可以應(yīng)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(jìn)入了物流領(lǐng)域，給東風(fēng)提供平行物流的應(yīng)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(yuǎn)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(yīng)急三合一，非常適合應(yīng)用平行駕駛。

此外，平行的概念也可以應(yīng)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?；鹞O(shè)立了一個相關(guān)的重大項目，剛剛結(jié)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(jié)果，其中最重要的部分是虛擬測試?；弁嘏c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(jié)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(lǐng)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(dāng)時日本提出異議，認(rèn)為中國的汽車市場規(guī)模較小，當(dāng)?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(jìn)行了投票，最終決定不在中國開。作為補償，特給中國開設(shè)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(shù)理事會(TAB)上，人們還認(rèn)為通用汽車不進(jìn)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(dá)到了不錯的規(guī)模，但這就是國外對中國汽車市場的認(rèn)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(rèn)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(xué)校聯(lián)合成立了平行駕駛國際聯(lián)盟，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，要使數(shù)據(jù)共享成為主流?！榜R糞問題”雖然可以研究，但不應(yīng)該大規(guī)模研究。另外，國際汽車工程學(xué)會提出自動駕駛的分類，就像當(dāng)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(quán)，就駕駛而言，我更相信機器自動化技術(shù)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(rèn)為，應(yīng)該從以前的機械化、電氣化，信息化、網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)入到平行化，平行化就是智能化的技術(shù)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(jìn)行訓(xùn)練、培訓(xùn)，還可以進(jìn)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(yīng)預(yù)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(jìn)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(yīng)用，后來國家也對這個方案表示認(rèn)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(jié)起來，當(dāng)人有路權(quán)的時候，我們只能住在山洞里，住在樹上，當(dāng)馬有了路權(quán)的時候，我們有了村落、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，當(dāng)車有了路權(quán)的時候，我們有了今天的大都市，只有當(dāng)無人車有了路權(quán)，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(yán)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(xué)會的理事會上，有人評價我們這個交通學(xué)會與傳統(tǒng)交通沒有任何關(guān)系。當(dāng)時作為會長，我對這一評價做出了回應(yīng)，還定了一條規(guī)則：所有當(dāng)過會長的成員不得再次參加競選。一定要讓年輕人進(jìn)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(dān)當(dāng)，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(jìn)步，那還談什么創(chuàng)新呢？我希望年輕人能夠有自己的擔(dān)當(dāng)，改變這個社會。謝謝大家。