何積豐：智能交通會給我們帶來什么

中國科學院院士何積豐

非常感謝百人會邀請我與行業(yè)里面那么多的企業(yè)家、專家一起來討論智能交通發(fā)展前景。剛才陳清泰主任也講了國外的一些發(fā)展情況，實際我們學術(shù)界對這些方面情況也都了解，但是我也感覺我們往往是講故事講的最早、收獲最晚；我們在制度建設(shè)上是比較落后的，在科研上走的是比較前面的，但是科研成果往往是在紙面上，沒有產(chǎn)生真正的效益。今天我是作為一個搞信息的專家來跟大家討論，智能交通會給我們帶來什么。

智能交通目前在信息技術(shù)里面實際叫信息物理系統(tǒng)，換句話說我們把汽車看成是物理單元，它們要實現(xiàn)車車互聯(lián)、車路互聯(lián)、車人互聯(lián)，因此在這個行當里面，這幾年是把信息物理系統(tǒng)研究的工程化作為最大的研究課題，因為它有很大的產(chǎn)業(yè)運營背景。它的設(shè)想就是說，建立一套信息空間與物理空間之間數(shù)據(jù)自動流動的狀態(tài)感知、實時分析、科學決策、精準執(zhí)行的一個閉環(huán)系統(tǒng)，如果把這個帽子套在我們智能交通上，哪些是物理設(shè)備？除了剛才大家講的電動汽車以外（電動汽車里面本身是有物理系統(tǒng)進行控制，否則談不上智能、談不上無人駕駛），車可以與路互動。但是目前高速公路沒有智能化，不能給車主提供很多信息，只能告訴你前面岔口還有3公里，GPS跟北斗也做一些簡單的智能導(dǎo)航，但是我們希望道路對汽車的服務(wù)遠遠超過這些簡單的服務(wù)。

最后這樣的系統(tǒng)達到什么樣的融合呢？我們說是三大類系統(tǒng)融合：

第一，是機器。機器是我們生活在社會里進行生產(chǎn)并且交流的手段。機器里面我們希望從過去簡單的計算機平臺，發(fā)展到計算平臺，發(fā)展到計算思維。因為在駕駛汽車里面都談到駕駛員跟計算機之間怎么互動，傳統(tǒng)計算機都是用鍵盤，現(xiàn)在好一點用手機，有語音系統(tǒng)，但是按照目前的交通規(guī)則，駕駛汽車時是禁止使用手機的；目前也提出用人的意念進行控制，就是計算機能夠理解你腦子里面想什么，知道你要做什么，這方面已經(jīng)取得了成功。這證明電動汽車以后要裝備的更多的智能裝置，而不是單單說電池那么簡單。

第二，物理系統(tǒng)，過去講是一個一個的單個汽車，慢慢會進入到一個虛擬社區(qū)，實際上最后追求的是智能化的世界。目前一輛車在路上行駛肯定是安全的，很多車在路上開就不安全了，因為它們之間很難實現(xiàn)實時互動，等車子發(fā)現(xiàn)前面車剎車了，已經(jīng)撞上去了，智能化是我們對智能交通的一種理解。

第三，信息系統(tǒng)。我想在座各位每天都離不開手機，信息化已經(jīng)深入到日常生活里了，下一步我們希望跟虛擬社會連接，換句話說希望虛擬社會的系統(tǒng)對人類有更大的貢獻。市場上講的機器人，目前都還是從自動化生產(chǎn)線引入到的，而未來的機器人或者正在發(fā)展機器人，就是一群帶有智能的計算機，可以幫助你完成工作的一個團隊。如果這樣的話，我們就變成智能超人了，可以看得很遠、聽得很遠，可以看著你的眼睛就知道你在想什么事情，目前社會技術(shù)正在支持我們朝那個道路發(fā)展。

要做這樣的智能系統(tǒng)，特別是剛才談到的電動汽車，以后要聯(lián)網(wǎng)、要智能化，有哪些問題需要解決？

第一，在多尺度下實現(xiàn)信息部件跟物理部件的有效深度融合。汽車里面有工業(yè)汽車用的以太網(wǎng)，它能搜集各種物理信息，時間響應(yīng)該是微秒級別的。我們希望以后智能汽車或者信息系統(tǒng)的時間不能超過20微秒，否則接到信息時車已經(jīng)開到前面去了。但是我們的公路是以公里作為單位的，每小時開100公里還是開200公里，這個物理尺度上就有很大的差別。當很多車都在路上，兩個車之間的距離最好不要少于50厘米，否則要碰撞。北斗衛(wèi)星能給你精確的導(dǎo)航，但車在路上有厘米級、分米級到公里級的要求，針對這三個不同要求，我相信設(shè)計上比電池要難得多。

第二，怎么解決連續(xù)離散系統(tǒng)的時空特性？汽車是連續(xù)動作，計算機是離散動作，系統(tǒng)的融合不是那么容易。剛剛陳主任講到，未來汽車是四個輪子的計算機，是高度抽象的，它本身有四個輪子，大腦是計算機，但是這個大腦和四個輪子怎么相連，這個問題不是把計算機簡單地放在四個輪子上就能自動轉(zhuǎn)的。

第三，智能駕駛數(shù)據(jù)建模與仿真。車是行駛在開放環(huán)境中的，不知道哪個道路上上來多少車，也不知道鄰道的車突然之間想超到你前面去。因此我們對非確定情況下的智能駕駛數(shù)據(jù)建模跟仿真是很難的課程，杭州在建設(shè)智慧汽車方面做了很大的動作，其他地方也都在做，搞個幾平方公里的測試場，測試不同環(huán)境下無人駕駛汽車的安全程度，否則我們的車是開不到高速公路上的，這個投資不是一點點的問題，據(jù)我知道一個車廠投資沒有100億是做不下來的。

第四，多實體協(xié)同感知和交互。車與車之間的簡單關(guān)聯(lián)是容易做的，按下喇叭，通知前面車開的稍微快一點，但是要和周圍的所有車一起達到這個安全的目標，是非常困難的事情。剛才大家介紹谷歌的車，高速公路行駛里程很高。在我國，“十二五”期間，國家科研自然基金委專門組織了無人駕駛汽車的專項研究，無人駕駛汽車從北京開到深圳，很安全，當時沒有報告交通部門，我想報告后就會有很多人都來干預(yù)你了，反而不安全了。西安交大也設(shè)計了無人車，無人車的技術(shù)在實驗室已經(jīng)比較成熟了，關(guān)鍵它的價格太高，技術(shù)路線還是一個問題。我們寄希望于一輛汽車能夠掌控所有的環(huán)境信息，讓它自身決定說下一步該怎么開，這個要求太高，這樣車的價格可能遠遠高于我們能夠接受的價格。電動汽車要被大家所廣泛接受，價格一定要下來，像特斯拉，一輛100多萬，相信只有少數(shù)人能買得起，所以電動汽車的前景還不是那么明朗，目前我們看到電動汽車，除非政府補貼，否則價格上它競爭優(yōu)勢不是那么強的。

下面看看我們提出的智能車跟智能車網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)思路和應(yīng)用驗證。

我們要考慮大規(guī)模交通控制系統(tǒng)的優(yōu)化。因為汽車是交通系統(tǒng)中間一個節(jié)點，它還不是交通系統(tǒng)的全部。我相信在北京、上海，在大城市的人都非常有體會，你每天早上開車上路，實際上是沒把握什么時候能夠到辦公室的，如果這個問題不解決，不管什么樣的車都沒有自信說能夠減輕城市交通的壓力。

測試是整個交通體中最慢的元素。這里有一個全球的航空管理系統(tǒng)（ppt）。我們交通樞紐一千公里以上一般人家是坐飛機，八百公里左右坐高鐵還可以，一兩百公里就開車了，這些不同交通之間怎么協(xié)同呢？這可能不是單單考慮汽車能夠解決的，而且按照我們國家的管理體系，交通部也管不了那么多東西，我們的飛機好像就不是交通部管的。

我們要做智能網(wǎng)聯(lián)汽車，要建立交通數(shù)據(jù)的分析平臺。昨天我聽一個聯(lián)通的老總說，平安愿意投資到他們聯(lián)通里去，我想他看中什么？看中的是聯(lián)通搜集的數(shù)據(jù)，他會做其他的服務(wù)。數(shù)據(jù)的價值，尤其交通數(shù)據(jù)的價值現(xiàn)在被挖掘還比較少，我相信智能汽車對我們產(chǎn)業(yè)一個重大貢獻，就是它能夠提供非常寶貴的大數(shù)據(jù)。

智能無人機、機器人、智能系統(tǒng)、人工智能是我們國家這幾年準備發(fā)展的一個重要的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。按照中央的文件，到2020、2025、2030有1萬億、2萬億、5萬億的產(chǎn)值目標，我相信我們的智能電動汽車也應(yīng)該屬于智能系統(tǒng)一部分，還有我們的能源網(wǎng)絡(luò)，我們的電動汽車到什么地方去充電？還是像現(xiàn)在一樣布局那么多充電樁嗎，這是一個合理的辦法嗎？這個都值得我們在座的各位企業(yè)家、專家考慮，我相信未來電動汽車的充電樁被淘汰的機會也是非常大的，不要看現(xiàn)在大家還討論誰出錢來鋪充電樁的問題。

作為一個交通信息的物理系統(tǒng)，它應(yīng)該把交通物理的對象跟相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)能夠傳遞到信息系統(tǒng)里面，然后進入計算、通信、控制這個3C技術(shù)，將交通信息基元跟交通物理元素深度融合，通過信息系統(tǒng)跟物理系統(tǒng)之間的相互作用跟反饋，實現(xiàn)交通系統(tǒng)的狀態(tài)感知、信息溝通、系統(tǒng)協(xié)調(diào)跟決策優(yōu)化。所以做電動汽車廠家的老板們，單單搞了電池還是不夠的，應(yīng)該有能力搜集汽車的物理狀態(tài)，應(yīng)該有義務(wù)讓這些信息有辦法被周圍的網(wǎng)絡(luò)搜集，作為基站也好、作為云計算也好，有辦法對這些數(shù)據(jù)進行分析，就可以告訴你這個車可能出什么問題了，或者告訴你前面道路上出什么問題了，我們應(yīng)該做什么樣的決策問題。所以這里我們說：

第一，要有個智能感知、數(shù)據(jù)綜合采集和安全共享的話題。數(shù)據(jù)不能是壟斷的，數(shù)據(jù)只有共享以后才有它的經(jīng)濟價值。

第二，深度融合、深度挖掘。因為每個人都是從不同角度看問題，我們很希望知道車主的駕駛行為好不好？這個駕駛行為產(chǎn)生的安全事故隱患大不大？可能確定車險要付多一點還是少一點？道路設(shè)計里面也要關(guān)心這些數(shù)據(jù)，所以現(xiàn)在智能交通這個鏈不單單是汽車廠商，我相信后臺服務(wù)商有一大堆，今天參加會議的很多企業(yè)不一定是造車的整車廠，還有不少是數(shù)據(jù)服務(wù)商，所以他很關(guān)心汽車數(shù)據(jù)怎么給采集上來。

第三，我們要做可靠控制、高效服務(wù)、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。從長遠發(fā)展觀點，我們知道智能汽車的自我控制要求不能太高，否則成本就太高。目前智能汽車指導(dǎo)辦法都是給它全副武裝，希望它什么事情都能自己搞定，那基站做什么？北斗導(dǎo)航做什么？應(yīng)該把智能交通看成整個系統(tǒng)，而不能把這些信息疊加完成這些任務(wù)，所以我們說這個體系是個開放性的體系。

這張表是關(guān)于交通信息物理系統(tǒng)里面的各種應(yīng)用場景，我下面想講一張圖，講一下我們的汽車，車聯(lián)網(wǎng)里面哪些事情我們大家現(xiàn)在應(yīng)該關(guān)注起來？

首先，道路交通管控。這里面至少對我做車的人來說有三類信息和三類服務(wù)他很需要得到，第一，對車的環(huán)境的感知。第二，交通態(tài)勢分析，通過交通智能道路上的基站，給車一些信息說哪些道路現(xiàn)在比較擁堵？是什么原因造成的？你是不是要改變你駕駛的路徑選擇？第三，智能導(dǎo)航的規(guī)劃?，F(xiàn)在這個導(dǎo)航本身功能太簡單，你告訴他一個目的地，它根據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)選一條路給你，但臨時到路口發(fā)現(xiàn)前面已經(jīng)變紅了，因此導(dǎo)航的智能化應(yīng)該是發(fā)展的方向。第四，道路的智能化，智能汽車開在智能道路上，等于說社區(qū)的環(huán)境對它基本的支撐，我們要建立道路的專網(wǎng)，幫助企業(yè)搜集信息、幫助汽車交換信息，今天我們不知道公路方面的領(lǐng)導(dǎo)在沒有，他們是不是有計劃把我們高速公路進行改造，如果做不到這條，我相信我們智能汽車發(fā)展前景是非常有限的。

其次是，車輛的控制。

第一，駕駛車的人，很關(guān)心汽車的兩類安全功能，第一類是功能安全，他應(yīng)該完成預(yù)先設(shè)置的任務(wù)，不能說剎車剎下去車停不下來，第二類是信息安全，我相信在座不少人看美國大片，智能汽車實際上是很脆弱的，你自己能控制，用無線通信的鏈路。怎么保證你汽車有信息安全的功能呢？

第二，我們對整個車載系統(tǒng)有監(jiān)控的機制。知道哪些可能出問題了？這些感知信息過去我們做的比較粗糙，比如說你在車的輪胎上戳了一個釘子，一般到什么時候你感覺到呢？到發(fā)現(xiàn)這個汽車輪胎轉(zhuǎn)不動了你才感覺到。

最后一個，能源管理。相信電動汽車跟的燃油車一樣，能源管理也是一個問題。目前市場上混合動力車軟件為什么比較貴呢？因為能源管理是軟件要做的主要功能，混合動力車價格比一般車貴得多。中間一個就是輔助駕駛，今年德國通過的智能汽車的一個法律里面就強調(diào)，智能汽車里面駕駛?cè)烁詣玉{駛系統(tǒng)之間的互動，有法律規(guī)定，所有的智能汽車的自動駕駛裝置必須有能力通知駕駛員說這個場景我應(yīng)付不了了，如果沒有這個功能，這個汽車不能上路。第二個，我們駕駛員是有能力在任何時候替代自動駕駛汽車，取回它的控制權(quán)。目前宣傳是說無人駕駛功能多強多強，好像我們駕駛員在旁邊可以打磕睡，德國法律就告訴我們，實際上我們的智能汽車是減輕了駕駛員的一部分負擔，主要責任還是要駕駛員負責。所以德國給了非常嚴格的法令，如果沒有這種功能就上路了，要罰款500萬歐元。500萬歐元是多少輛車？我們國家法律目前還沒有人提出來要討論。

第二部分，我們關(guān)心人、車、路的通行?，F(xiàn)在人跟車的通行沒有解決，至少說通行手段是不安全的，車跟什么通信？目前也沒有很多例子，據(jù)說常州這方面做了試點，這個是很好的機會，我們看看車路通信會有哪些問題。

下面一張圖描寫了人、信息、物理三個領(lǐng)域之間的關(guān)系。這張圖可以看到，每個單元盡管很簡單，一旦聯(lián)網(wǎng)以后跟服務(wù)公司之間的聯(lián)系可能是我們業(yè)務(wù)的主要增長點，是我們看中的主要的一個新的發(fā)展方向。

另外一張圖，是道路交通運控圖。我們畫了兩種道路，一個是我們城市交通道路，這里面我們關(guān)心車與車之間的互動，另外一張圖中，在高速公路上，更加注重車跟路邊上的通信裝置之間的互動。實際高速公路邊上信息基站的建設(shè)，這個任務(wù)跟中間商的建設(shè)是同樣重要的，如果離開這條的話，我們的智能公路建設(shè)就有很大困難的。中間我們提到兩類，中間里面提到運動體與信息體之間相應(yīng)的關(guān)系，運動體應(yīng)該向信息系統(tǒng)提供相關(guān)的信息，而我們的信息系統(tǒng)應(yīng)該幫助運動體執(zhí)行一些比較危險的動作，這兩者之間的功能分工是非常清晰的，我們這里提到從計算方面、從信息場景方面、從控制方面有哪些相關(guān)的產(chǎn)業(yè)都要有相應(yīng)的發(fā)展。所以我想電動汽車這個產(chǎn)業(yè)，不僅僅是能源與智能控制兩條線，還有很多產(chǎn)業(yè)都是在這個產(chǎn)業(yè)鏈上，或者說是在產(chǎn)業(yè)圈上的。

這是關(guān)于剛才的CPS交通云孔模型的放大。我們希望做什么？通常我們希望做的是交通信號的控制，這個比較好了，智能化了，就會加速整個汽車流動的速度。但是我們對交通行為的控制現(xiàn)在做的比較少，好像很難預(yù)計在什么時刻道路會一下子變得很短，特別是在城市交通里，由于對非機動車的過渡保護，造成交通事故經(jīng)常發(fā)生，明明是綠燈了，開車還不敢開，要讓旁邊的非機動車通過，這個法律是非常沒有道理的。因為這個時候紅綠燈是大家應(yīng)該遵守的規(guī)則，沒有強者跟弱者的差別，所以對交通行為的控制又是個大問題。對整個交通系統(tǒng)的控制，相關(guān)方面有很多不同類型的東西，比如交通需求本身要管理，出行模式怎么進行優(yōu)化，交通出行怎么規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)怎么有個均衡的信息傳輸，我們在交叉路口、在人行道管理方式都是不一樣的，因此我相信智能交通系統(tǒng)本身是一個相對非常復(fù)雜的管理系統(tǒng)，比我們通?？吹降闹悄芑a(chǎn)線管理任務(wù)復(fù)雜得多，因為牽扯到人了。

這個系統(tǒng)有什么好處呢？你要吸收社會的資金進到我們行業(yè)里面來，根據(jù)哪一條他愿意投錢投到風險還不太明確的項目里呢？至少有四個好處：

第一，對政府來說，有一個更加明智的交通決策。政府的交通調(diào)度、應(yīng)急處理，城市怎么來緩解堵塞、減少交通事故、改變個人出行方式，這些我們智能交通系統(tǒng)應(yīng)該都有幫助的。現(xiàn)在政府也很關(guān)心交通問題，出了很多方案，但是給我個人感覺都是一種比較粗糙的，什么今天這個車不能上路，你要等到明天上路，流量是減少了，但這不是個智能的辦法。

第二，降低成本。中國的物流成本在國際上是屬于比較高的，這跟我們交通成本比較高是相關(guān)的。這里面有三個成本可以降低，一是降低人力成本，二是因為提高自動化水平，我們希望車輛使用效率提高，三是減少運營維修的成本。很多物理狀態(tài)信息已經(jīng)被搜集過去了，可以先預(yù)測到我車什么時候要中修、什么時候要大修了。

第三，增加經(jīng)濟活力。我昨天跟幾個企業(yè)家在說，我說創(chuàng)新在最后的目標還是增加GDP，因為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，我們經(jīng)濟轉(zhuǎn)型了，經(jīng)濟收益好了，提高收益才能滿足老百姓不斷提高生活的要求。

我們智能交通對發(fā)展有哪些方面的貢獻呢？第一個，我們可以產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)行業(yè)，交通數(shù)據(jù)現(xiàn)在是交通管理部門管者，將來我們高速公路上一旦裝了網(wǎng)以后，每段高速公路都有數(shù)據(jù)，這對保險行業(yè)、對4S店、對汽車行業(yè)都是很大的資源。第二個，促進傳統(tǒng)行業(yè)的改革。這個事情是很艱難的，剛才陳主任講了很多例子，國外電動汽車的改變過程。我昨天晚上跟一個老總說，我們面臨一個選擇，是等死還是慢慢死？你必須痛下決心進行改造。但是現(xiàn)在我們傳統(tǒng)行業(yè)尾巴實在是太大，滿足于每年幾百萬輛車甚至上千萬輛車的產(chǎn)量，這個產(chǎn)值很高，利稅也很高，做一個變動會給他帶來什么變化很難確定，所以在發(fā)達國家，做新車的不是原來那種傳統(tǒng)汽車行業(yè)，所以我相信將來交通部可能要跟信息化產(chǎn)業(yè)部連在一起。第三個，世界新興服務(wù)業(yè)的發(fā)展。我們現(xiàn)在新的服務(wù)業(yè)、高端服務(wù)業(yè)通常是指金融服務(wù)業(yè)，做汽車服務(wù)的產(chǎn)業(yè)還是不多的，很確定未來在智能汽車、在汽車聯(lián)網(wǎng)以后會誕生一大批新的服務(wù)業(yè)。

最后，對信息技術(shù)工作者來說，看到一批新的技術(shù)利用價值。云計算、智能感知可以用于交通管理的時空數(shù)據(jù)分析，用于人工智能方面的機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、強人工智能技術(shù)，用于汽車的設(shè)計。很希望跟汽車產(chǎn)業(yè)、跟相關(guān)行業(yè)的企業(yè)家們、專家們合作，一起來推動我們國家智能交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。