9月18日，2022世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)大會(huì)智慧交管與車(chē)網(wǎng)協(xié)同主題峰會(huì)在北京·中國(guó)國(guó)際展覽中心（順義館）正式召開(kāi)。會(huì)上，北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)田大新發(fā)表了題為“車(chē)-路-云一體化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐”的演講。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：    

非常榮幸能有機(jī)會(huì)參加這次論壇，感謝楊院長(zhǎng)剛才的介紹。我今天帶來(lái)的匯報(bào)主題是車(chē)路云一體化的系統(tǒng)，為什么涉及到這個(gè)主題，其實(shí)和今天的大會(huì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)密切相關(guān)。

我們知道智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展主要背景是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，其實(shí)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在我們整個(gè)不管是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，還是在整個(gè)交通領(lǐng)域里已經(jīng)在很多方面發(fā)揮了巨大作用，通過(guò)PPT可以看到，早期的ETC已經(jīng)非常普及了。到后來(lái)蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展，出現(xiàn)了車(chē)載通信，以及到現(xiàn)在所處的從3G到4G，服務(wù)于安全預(yù)警，以及輔助駕駛的技術(shù)開(kāi)始融合發(fā)展，這就催生了我們現(xiàn)在智能網(wǎng)聯(lián)的主題。

其實(shí)未來(lái)的后5G時(shí)代以及未來(lái)的6G，我們很多研究領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽寺窂剑峭耆珜?shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，靠單車(chē)智能現(xiàn)在還有一些技術(shù)瓶頸，怎么突破這些難題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)支撐對(duì)破解以及新技術(shù)體系出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)契機(jī)，6G里很重要的垂直應(yīng)用行業(yè)就是支持自動(dòng)駕駛。

除了網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展帶來(lái)的契機(jī)，還有大數(shù)據(jù)和人工智能，這兩個(gè)是通用的行業(yè)和技術(shù)方向，它在交通的垂直應(yīng)用領(lǐng)域里發(fā)揮了非常重要的作用?，F(xiàn)在的智能交通很多企業(yè)或者說(shuō)研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)突破方向就是我們說(shuō)的交通大數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的技術(shù)來(lái)催生新一代的智能交通系統(tǒng)，同時(shí)也符合未來(lái)出行的主題。未來(lái)出行肯定是智能化的，信息服務(wù)會(huì)泛載化，以及服務(wù)于交通出行的管控系統(tǒng)，它肯定是全局的優(yōu)化，因?yàn)樗梢詮囊郧皞鹘y(tǒng)的局部，由于互聯(lián)互通，由于有了大數(shù)據(jù)，我們可以利用人工智能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)全局的優(yōu)化。

這是整個(gè)技術(shù)發(fā)展的背景，但是新的技術(shù)出現(xiàn)，它很難直接適用于某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，的確大量的網(wǎng)聯(lián)車(chē)來(lái)了以后會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，比如說(shuō)我們以數(shù)據(jù)為例，海量汽車(chē)的智能化加網(wǎng)聯(lián)化，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)。為什么是爆炸式？我們現(xiàn)在舉的例子是一輛智能汽車(chē)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量會(huì)超過(guò)40G，因?yàn)樗熊?chē)載攝像頭和雷達(dá)以及傳統(tǒng)傳感器等，這些信息以電動(dòng)車(chē)為例，大家都知道實(shí)時(shí)都在聯(lián)網(wǎng)，但傳統(tǒng)車(chē)后續(xù)有后裝，但主流的趨勢(shì)是未來(lái)新下線的車(chē)，不管是傳統(tǒng)燃油車(chē)還是新能源汽車(chē)，它的數(shù)據(jù)在線是個(gè)常態(tài)化的功能。

為什么傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)不能直接適用，因?yàn)樗奶攸c(diǎn)是如果車(chē)在路上它是一直在線，同時(shí)道路上的車(chē)輛是川流不息，永遠(yuǎn)會(huì)有車(chē)輛在，那數(shù)據(jù)并發(fā)就一直在。傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)要突破瓶頸問(wèn)題，比如說(shuō)雙十一購(gòu)物或者春晚?yè)尲t包，它是某個(gè)時(shí)段出現(xiàn)大數(shù)據(jù)迸發(fā)，而車(chē)輛帶來(lái)的是不間斷的并發(fā)，這就給傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)帶來(lái)了新應(yīng)用的挑戰(zhàn)以及新的技術(shù)方向。

同時(shí)我們說(shuō)從道路這塊，現(xiàn)在在倡導(dǎo)道路自動(dòng)化，高速公路基礎(chǔ)設(shè)施建完以后怎么智能升級(jí)改造，也成為了新的商業(yè)契機(jī)。的確路端隨著智能化的發(fā)展，它會(huì)使得傳統(tǒng)道路從結(jié)構(gòu)復(fù)雜和規(guī)模復(fù)雜帶來(lái)了集中爆發(fā)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是說(shuō)集中式的架構(gòu)是導(dǎo)致出現(xiàn)時(shí)延和帶寬的消耗，以及結(jié)構(gòu)性的矛盾。怎么破解矛盾才能支撐未來(lái)車(chē)路協(xié)同的系統(tǒng)，其實(shí)也是需要從很多技術(shù)方面突破的方面。

我今天的報(bào)告主題是車(chē)路云，為什么要提云？云計(jì)算是在信息技術(shù)里非常熱的方向，但我們說(shuō)中心化的云在支撐我們未來(lái)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的系統(tǒng)時(shí)是存在瓶頸制約的，因?yàn)樵贫紩?huì)有大數(shù)據(jù)中心或者云中心，自然就會(huì)成為瓶頸，這個(gè)瓶頸就導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和時(shí)效性降低，車(chē)輛對(duì)時(shí)效性或者延遲是非常關(guān)注的，因?yàn)檐?chē)輛高速行駛的狀態(tài)下它的安全管控和時(shí)延要求非常高，現(xiàn)在的技術(shù)體系要求是毫秒級(jí)的時(shí)候中心化的架構(gòu)是存在挑戰(zhàn)的，無(wú)法直接適用于新生領(lǐng)域。

我們說(shuō)有了新技術(shù)出現(xiàn)也有新場(chǎng)景需求，大家都開(kāi)始關(guān)注這個(gè)事情，我們國(guó)家也是在建設(shè)綱要以及前一段時(shí)間聯(lián)合出的智能汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略里都把方向作為重要領(lǐng)域，當(dāng)然國(guó)際上的美歐日國(guó)家都在布局。有了這樣的背景之后，今天給各位領(lǐng)導(dǎo)、專(zhuān)家簡(jiǎn)單介紹一下我們實(shí)驗(yàn)室目前在這個(gè)領(lǐng)域做的工作。我們也是針對(duì)上面提到的三個(gè)技術(shù)瓶頸問(wèn)題，分別從感知、傳輸、控制方面進(jìn)行了研究。首先要剖析出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，那就要找到導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的原因是什么，首先要發(fā)現(xiàn)它的機(jī)理和本質(zhì)，本質(zhì)是離不開(kāi)車(chē)輛特殊的環(huán)境，就是它高速行駛，道路環(huán)境又復(fù)雜又多變，同時(shí)我們的系統(tǒng)又是耦合的，是博弈的，在高復(fù)合、復(fù)雜、博弈的系統(tǒng)上，怎么實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的感知和可靠地組網(wǎng)傳輸以及優(yōu)化控制，這是密切相關(guān)的。

我們針對(duì)這三個(gè)瓶頸分別從三個(gè)角度做了探索性的研究，比如說(shuō)在感知層面提出了多元傳感信息的學(xué)習(xí)融合感知技術(shù)體系，它主要是希望能破解或者在一定程度上提高環(huán)境感知的準(zhǔn)確度和魯棒性。這里主要提出了不確定性表彰和誤差演化機(jī)理，把它應(yīng)用到模型的推理和深度學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景多視角地感知信息融合。

在這塊我們建立了一套學(xué)習(xí)算法，同時(shí)針對(duì)幻燈片所示的在暗光或者天氣不良的環(huán)境下怎么實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的識(shí)別，其實(shí)它對(duì)道路環(huán)境的感知，對(duì)車(chē)輛自動(dòng)駕駛的感知都很有用，我們這塊也發(fā)表了高水平的學(xué)術(shù)論文。

還有一類(lèi)問(wèn)題是我們說(shuō)感知信息很容易出現(xiàn)在高動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境下干擾強(qiáng)，又是博弈的競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)，這時(shí)候有可能會(huì)導(dǎo)致信息缺失，或者受到異常干擾產(chǎn)生噪聲，這種情況下如何把信息進(jìn)行辨識(shí)或者缺失信息進(jìn)行彌補(bǔ)，這也是個(gè)很熱的點(diǎn)，我們也做了工作，把它應(yīng)用到V2X平臺(tái)上。

我們把信息論和多智能體的協(xié)同相結(jié)合，從理論上創(chuàng)新性地提出了分布式信息融合的感知方法，用通俗的話來(lái)說(shuō)，就是我們每一個(gè)車(chē)輛和個(gè)體能夠感知部分信息，那未來(lái)的交通信息或者車(chē)輛的行駛環(huán)境我們希望知道的是全局信息。部分信息怎么拼湊融合成全局信息，這里面會(huì)有重疊部分和缺失部分，怎么從理論上證明分布式的全局系統(tǒng)和感知方法，減少誤差還能彌補(bǔ)信息缺失不足的問(wèn)題，最終形成全局的信息概念，這從未來(lái)車(chē)輛和交通系統(tǒng)這塊會(huì)非常有應(yīng)用的前景。

第二塊是在傳輸這塊，主要是想解決在高動(dòng)態(tài)的情況下怎么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的組網(wǎng)和傳輸，這塊也是把仿生等的技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出了一套功率的優(yōu)化控制方法。首先是根據(jù)按需的多模式組網(wǎng)機(jī)理實(shí)現(xiàn)傳輸，這個(gè)方向下提出將群體凈化的博弈和網(wǎng)絡(luò)信道擁堵定價(jià)機(jī)制相結(jié)合，應(yīng)用均衡策略來(lái)提出通信資源和網(wǎng)絡(luò)鏈路資源博弈的優(yōu)化方法，這塊我們把它做了深入研究，發(fā)表到了權(quán)威的學(xué)術(shù)期刊上。

同時(shí)我們也把仿生機(jī)制引入進(jìn)來(lái)，因?yàn)樗热皇遣┺南到y(tǒng)，所謂的博弈就是說(shuō)你多了別人少了，是大家競(jìng)爭(zhēng)的資源，這時(shí)候怎么在這個(gè)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化？我們提出把大自然里通過(guò)幾億年進(jìn)化形成的優(yōu)良機(jī)制引入到工程系統(tǒng)里，所以提出了把細(xì)胞的自我凈化和保證在惡劣的環(huán)境中能有效生存的機(jī)制引入到工程里，提出了動(dòng)態(tài)的路由機(jī)制算法。這塊我們也引領(lǐng)了方向的發(fā)展，發(fā)表了多篇論文。

同時(shí)我們?cè)谇懊娴幕A(chǔ)上提出了聯(lián)合分布式隨機(jī)學(xué)習(xí)和功率控制的方法，也就是網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，比如說(shuō)要提醒前面周邊車(chē)輛有事故發(fā)生，這時(shí)候數(shù)據(jù)要捋給誰(shuí)，誰(shuí)幫我轉(zhuǎn)發(fā)，比如說(shuō)遠(yuǎn)離這個(gè)地區(qū)的車(chē)輛就不要傳遞這個(gè)信息，因?yàn)榭赡軙?huì)帶來(lái)垃圾信息或者干擾他人，而且這個(gè)信息傳給的車(chē)輛也不會(huì)行駛到這個(gè)區(qū)域，這個(gè)時(shí)候怎么提高效率的問(wèn)題或者準(zhǔn)確性的問(wèn)題，因?yàn)樗€涉及到時(shí)效性的問(wèn)題。比如說(shuō)你這個(gè)消息慢慢擴(kuò)散和蔓延，那個(gè)事故已經(jīng)處理完了，道路已經(jīng)處理暢通了，你還在傳輸消息，那就屬于虛假消息，反而造成了干擾，所以怎么實(shí)現(xiàn)傳輸信息的優(yōu)化，這塊我們提出了分布式隨機(jī)學(xué)習(xí)的觀念。

前面是感知和傳輸，第三是從控制層面，提出了怎么實(shí)現(xiàn)通信和計(jì)算資源的協(xié)同，尤其是群體情況下，怎么實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)下的優(yōu)化。首先我們知道通信是一個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科，計(jì)算是一個(gè)學(xué)科，在這兩個(gè)學(xué)科下各自的體系，支撐他們保證通信怎么可靠?jī)?yōu)化，又要保證計(jì)算高效和時(shí)效性強(qiáng)。我們知道智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)它是綜合體，既需要通信又需要計(jì)算，這時(shí)候兩者相混，這兩個(gè)資源應(yīng)該協(xié)同起來(lái)考慮，所以我們從這個(gè)角度出發(fā)提出了聯(lián)合優(yōu)化的方法。在這塊我們將大規(guī)模群體車(chē)輛重要的應(yīng)用方向，也就是計(jì)算卸載，所謂計(jì)算卸載是什么意思？打個(gè)比喻，會(huì)有很多任務(wù)，這個(gè)任務(wù)可以分包分成子任務(wù)，然后把子任務(wù)交給不同個(gè)體完成，最后把結(jié)果匯總形成總?cè)蝿?wù)的結(jié)果，這就是所謂的計(jì)算卸載要滿足的應(yīng)用方向。

這時(shí)候計(jì)算卸載其實(shí)也是邊緣計(jì)算非常熱的研究方向，我們智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)天然是一種非常適合于計(jì)算卸載的任務(wù)，可以通過(guò)周邊車(chē)輛和周邊路測(cè)測(cè)試把大任務(wù)快速計(jì)算完，通過(guò)分布式機(jī)制形成快速的優(yōu)化結(jié)果。這塊我們也提出了車(chē)路云的均衡卸載策略。

因?yàn)樽罱K要服務(wù)于道路交通系統(tǒng)控制，尤其在城市里主要控制就是信號(hào)燈，這時(shí)候怎么優(yōu)化全局，我們不是說(shuō)單點(diǎn)和單個(gè)路段，因?yàn)閱吸c(diǎn)的路口優(yōu)化了可能周邊路口反而堵了，你這一條路是暢通的，但是周邊的路網(wǎng)可能會(huì)堵，這時(shí)候我們要考慮全局優(yōu)化，怎么從個(gè)體延伸到全體的高效性，這塊因?yàn)橛辛擞?jì)算和通信以及實(shí)時(shí)的路網(wǎng)信息，那就可以實(shí)現(xiàn)。這塊我們通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)做了400個(gè)路口構(gòu)成了區(qū)域，的確我們將全局的優(yōu)化在等候時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度以及性能指標(biāo)上取得了進(jìn)展。

同時(shí)在控制層面從自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域是車(chē)輛的編隊(duì)控制，但是我們說(shuō)現(xiàn)在的車(chē)輛不是說(shuō)所有車(chē)輛都是智能和無(wú)人駕駛的。有的是智能的有的不是智能的，這在未來(lái)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中肯定會(huì)出現(xiàn)，這個(gè)階段中，包括現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)，這時(shí)候它們之間不是同制的，那怎么分析對(duì)編隊(duì)控制有沒(méi)有安全性影響，我們從理論上揭示，到底它對(duì)安全這套有沒(méi)有保障機(jī)制，這樣對(duì)隊(duì)列編隊(duì)控制算法研究非常有用。

最后的時(shí)間關(guān)系，簡(jiǎn)單介紹一下我們的實(shí)驗(yàn)室。其實(shí)通過(guò)前期縱向的國(guó)家科技項(xiàng)目以及橫向的示范區(qū)建設(shè)和城市建設(shè)我們也開(kāi)發(fā)了一系列原型系統(tǒng)和示范系統(tǒng)，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，同時(shí)我們也針對(duì)未來(lái)的交通系統(tǒng)建立了車(chē)路云感傳一體化的平臺(tái)系統(tǒng)，可以服務(wù)于未來(lái)的交通出行以及交通管控和服務(wù)于整個(gè)智能交通系統(tǒng)的建設(shè)。

最后提一下，剛才提到的其實(shí)都是應(yīng)用，但背后因?yàn)槭切畔⑾到y(tǒng)，如果沒(méi)有信息安全的保障體系我們很難放心把這套系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。因?yàn)槟愕能?chē)輛是開(kāi)放的環(huán)境，而且是無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)接收，別人可以通過(guò)非物理的介入接入到系統(tǒng)里，這時(shí)候怎么保證安全，我們實(shí)驗(yàn)室這邊也深度參與了最早的國(guó)家首批新能源車(chē)?yán)锪⒌膬蓚€(gè)車(chē)輛的信息安全課題，是北航牽頭負(fù)責(zé)，通過(guò)這兩個(gè)課題提出了端網(wǎng)云一體化的安全認(rèn)證和異常檢測(cè)體系。從國(guó)家來(lái)說(shuō)也非常重視這個(gè)方向，我們也在不斷迭代整個(gè)技術(shù)創(chuàng)新。因?yàn)樾畔踩Ｕ鲜腔?，沒(méi)有基石這套系統(tǒng)就非常脆弱，商業(yè)化推廣應(yīng)用和國(guó)家管控都會(huì)存在問(wèn)題。

時(shí)間關(guān)系我就簡(jiǎn)單匯報(bào)這些，總的來(lái)說(shuō)未來(lái)車(chē)-路-云肯定是服務(wù)于新一代智能交通系統(tǒng)和車(chē)路協(xié)同以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，從未來(lái)出行和共享交通工具到出行方式以及管控系統(tǒng)和整個(gè)大的交通系統(tǒng)里，肯定是未來(lái)重要的方向。

我的匯報(bào)到此結(jié)束，也歡迎各位專(zhuān)家和領(lǐng)導(dǎo)有時(shí)間去我們實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)交流，謝謝。

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱）