專訪無人駕駛開拓者王飛躍教授:平行駕駛不是遙控駕駛
6月30日在常熟舉行的國際智能車聯(lián)合道路演示上,五輛不同系統(tǒng)的無人車在平行駕駛3.1系統(tǒng)的管控下,順利完成道路測試。在這期間,智車科技采訪了平行駕駛理論的提出者王飛躍教授,對(duì)平行駕駛有了更深的了解,平行駕駛不只是遠(yuǎn)程接管、遙控駕駛這么簡單。
2018年6月30日, 在常熟中國智能車綜合技術(shù)研發(fā)與測試中心一樓中央管控大廳的屏幕上,顯示一輛由長城汽車改裝的無人車,車內(nèi)沒有駕駛員,方向盤在靈活地控制著方向,繞著測試場地行駛了一段距離后,車端發(fā)出請求接管的指令,坐在大廳內(nèi)遠(yuǎn)端駕駛員通過駕駛模擬器順勢接管了車輛,控制無人車?yán)^續(xù)向前行駛……
這是發(fā)生在“IEEE IV 2018 On-road Demonstration”國際智能車聯(lián)合道路演示上的場景,五輛分別來自中山大學(xué)、鶴崗東風(fēng)汽車、加拿大滑鐵盧大學(xué)等高校和公司的無人車,全部接入慧拓智能機(jī)器公司的平行駕駛3.1系統(tǒng),與5輛有人駕駛的社會(huì)車輛在測試場地進(jìn)行路測。他們分別在一般交通場景響應(yīng)式接管演示(正常接管)、緊急交通場景主動(dòng)接管演示(緊急接管)、主動(dòng)避障功能和中心駕駛員實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測控等四個(gè)場景下,利用平行駕駛3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更安全的無人駕駛,而這一系列的工作只需要一個(gè)遠(yuǎn)程駕駛員控制。
看到這個(gè)場景,坐在臺(tái)下的王飛躍教授陷入沉思,他開始回憶自己近三十年的無人駕駛研究經(jīng)歷。1990至1996年間,時(shí)任亞利桑那大學(xué)副教授的王飛躍,先后在NASA的空間探索智能機(jī)器人系統(tǒng)中心(CIRSSE)和本地行星資源利用空間工程研究中心做系統(tǒng)集成驗(yàn)證主管和首席研究員,先是負(fù)責(zé)外空間自動(dòng)工廠的設(shè)計(jì)與控制,建立了CIRSSE空間機(jī)器人平臺(tái)的任務(wù)流程和ISRU火星制氧廠及其相應(yīng)仿真驗(yàn)證系統(tǒng);后與美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)院(NIST)的Albus合作,研制了月球表土采集車原型“Spider Robot”無人車。當(dāng)時(shí)的美國并不太平,民主黨總統(tǒng)克林頓與共和黨的國會(huì)打架,導(dǎo)致空間機(jī)器人采礦的項(xiàng)目預(yù)算不批、工資發(fā)不出來、面臨被迫停止的危險(xiǎn)。恰好這時(shí)候收到Caterpillar的邀請,出資一百八十多萬美元(后追加到兩百多萬美元),請王飛躍及其同事做一個(gè)「Auto Dig Project」。項(xiàng)目組必須在有現(xiàn)錢的Caterpillar礦山裝載車和無現(xiàn)錢的火星車之間做選擇。迫于團(tuán)隊(duì)生計(jì),最終只能把已經(jīng)“到手”的空間機(jī)器人挖礦項(xiàng)目還給了JPL(噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室),選擇了有現(xiàn)錢的Caterpillar大型野外裝載車(Wheel Loaders)的自動(dòng)化項(xiàng)目,該項(xiàng)目也成了王教授“當(dāng)?shù)睾唵危↙ocal Simple),遠(yuǎn)程復(fù)雜(Remote Complex)”的“基于代理的網(wǎng)絡(luò)控制”想法的起源。
當(dāng)時(shí)的資源十分有限,GPU還未盛行,主流的PC處理器是主頻只有200MHZ的Pentium MMX系列,用它來進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理;诋(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)算力和存儲(chǔ)能力考慮,王教授應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和有限狀態(tài)機(jī)來模擬人類挖掘策略,將分層智能控制理論和智能挖掘算法用于98T自動(dòng)裝載車,使得其挖滿率從原本的70%提升到90%,由此獲得了1996年的卡特彼勒技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng);隨后在1998年與同事合作完成了世界上第一本礦山自動(dòng)車的研究專著。
Agent技術(shù)在90年代成為熱門話題,甚至被一些文獻(xiàn)稱為軟件領(lǐng)域下一個(gè)意義深遠(yuǎn)的突破, Agent技術(shù)為解決新的分布式應(yīng)用問題提供了有效途徑,同時(shí)也為全面準(zhǔn)確地研究分布計(jì)算系統(tǒng)的特點(diǎn)提供了合理的概念模型。當(dāng)時(shí)受Agent技術(shù)思路的影響,王飛躍教授于萌發(fā)了“平行駕駛”的想法,將有人駕駛與無人駕駛結(jié)合起來,為當(dāng)時(shí)低迷的自動(dòng)駕駛研究另尋出路。這一想法曾在90年代末美國無人車VISTA的研制和數(shù)字試車場DGP的設(shè)計(jì)上,以及后來國內(nèi)“863”汽車電子重點(diǎn)項(xiàng)目“基于OSGi/VDX的嵌入式實(shí)時(shí)特定汽車應(yīng)用操作系統(tǒng)vASOS”中得以部分實(shí)施,但其方法的正式提出卻是差不多十年后的2005年,即在第一屆IEEE汽車電子與安全國際會(huì)議上提出的基于網(wǎng)絡(luò)化智能代理、按照“車內(nèi)(Local)簡單、車外(Global)復(fù)雜”原理設(shè)計(jì)的平行駕駛系統(tǒng)。
從太空無人車、無人駕駛礦卡、Vista Car再到現(xiàn)在的平行駕駛,30年仿佛俯仰之間,為車輛自動(dòng)化研究奮斗了大半生的王飛躍教授,似乎漸漸找到了無人車如何安全上路的答案,那就是平行駕駛。
這次國際智能車聯(lián)合道路演示是平行駕駛系統(tǒng)的3.1版本,演示現(xiàn)場普通汽車、SUV、物流貨車等不同車型改裝無人車同時(shí)上路,由一個(gè)遠(yuǎn)端駕駛員同時(shí)管控五輛車。臺(tái)上主持人極富感染力地講解了無人車實(shí)時(shí)行駛狀況以及遙控駕駛接管車輛的整個(gè)過程,臺(tái)下受邀前來觀看演示的國內(nèi)外專家學(xué)者都驚嘆不已。同樣坐在臺(tái)下的平行駕駛理論提出者王飛躍教授卻微微皺起了眉頭,尤其是當(dāng)主持人一直重復(fù)“remote driving(遙控駕駛)”的時(shí)候。演示結(jié)束后,我們采訪了王飛躍教授。
智車科技:這次國際智能車聯(lián)合道路演示,平行駕駛3.1系統(tǒng)接入了不同車型,不同系統(tǒng)的五輛無人車,最終只依靠一個(gè)遠(yuǎn)端駕駛員就順利地完成了整個(gè)過程,您對(duì)這次演示滿意嗎?
王飛躍:這次演示比3月18日發(fā)布的平行駕駛3.0系統(tǒng)難度上有了新的提高,也完美地完成了任務(wù),如果非要講這次演示中“美中不足”的地方,我覺得可能是“遙控駕駛”被多次提到,這會(huì)讓大家誤以為平行駕駛就是遙控駕駛。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越穩(wěn)定,國內(nèi)外出現(xiàn)了很多遙控駕駛的公司,遙控駕駛一般只能有單一的遙控對(duì)象,單一的指令傳輸,沒有群體間的知識(shí)共享,而平行駕駛是一套能夠獲得感知極限和以外情況下的數(shù)據(jù)與場景、通過大量算法與大規(guī)模算力分析并評(píng)估行駛決策、并將知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)分享給系統(tǒng)中所有車輛的系統(tǒng),它依靠具有感知、傳輸與決策能力的單車,以及背后龐大的GPU等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算,使得車輛本身具有根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整自身行為的能力,只有出現(xiàn)預(yù)警時(shí),才需要人來操作。換句話說,平行駕駛是在有人駕駛、無人駕駛、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)駕駛之上的駕駛方式,平行駕駛中,駕駛的過程就是產(chǎn)生數(shù)據(jù)的過程,它把物理傳感器獲得的關(guān)于路況、關(guān)于車輛服務(wù)、關(guān)于車輛狀態(tài)的信息,進(jìn)一步加工,把這些物理世界得來的這種小數(shù)據(jù),通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)的方式,擴(kuò)展成大數(shù)據(jù),再用智能方法把這些大數(shù)據(jù)提煉成針對(duì)具體問題、具體服務(wù)的小智能、小規(guī)則、小知識(shí),完成出行的智能控制,智能管理,讓出行變得安全、舒適、敏捷、智能。
智車科技:平行駕駛是虛實(shí)互動(dòng)來指導(dǎo)駕駛的,虛擬的部分確實(shí)很難在可觀的演示上展現(xiàn)出來,F(xiàn)在越來越多公司開始相信和重視虛擬測試,平行駕駛在虛擬數(shù)據(jù)部分跟他們有何區(qū)別?
王飛躍:在平行系統(tǒng)中,所用的技術(shù)手段稱為 ACP 方法。A 是指人工系統(tǒng) (Artificial Systems),即構(gòu)建與真實(shí)系統(tǒng)相似的人工系統(tǒng);C 是指計(jì)算實(shí)驗(yàn) (Computational Experiments),即利用當(dāng)前高效、魯棒的人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法來對(duì)構(gòu)建的不同數(shù)學(xué)問題進(jìn)行求解和分析;P 是指平行執(zhí)行 (Parallel Execution),即用人工系統(tǒng)來指導(dǎo)真實(shí)系統(tǒng),同時(shí)真實(shí)系統(tǒng)也可提升人工系統(tǒng)。計(jì)算實(shí)驗(yàn)是在人工系統(tǒng)和真實(shí)系統(tǒng)兩個(gè)維度中同時(shí)進(jìn)行的,而且具有越來越智能的趨勢,這可能是與其他做虛擬駕駛區(qū)別比較大的地方。計(jì)算實(shí)驗(yàn)在實(shí)際系統(tǒng)主要對(duì)過去和當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理,獲得能夠指導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的知識(shí);而計(jì)算實(shí)驗(yàn)在人工系統(tǒng)中則主要體現(xiàn)為通過預(yù)測學(xué)習(xí)和引導(dǎo)學(xué)習(xí)來獲取未來的或者未經(jīng)歷過的知識(shí),從而使得平行系統(tǒng)更加完備。
智車科技:您研究20多年的無人駕駛,從最早研究無人礦車到現(xiàn)在開始平行駕駛3.1系統(tǒng)已經(jīng)落地了,您覺得目前無人駕駛最佳的應(yīng)用場景是什么?
王飛躍:以挖掘、裝載和運(yùn)輸為主的采礦作業(yè)自動(dòng)化,是無人車技術(shù)最合適最‘靠譜’的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。礦山是一個(gè)相對(duì)封閉和結(jié)構(gòu)化的受控環(huán)節(jié),加上對(duì)駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度太高和工作環(huán)境太惡劣,特別適合無人車和機(jī)器人等人工智能技術(shù)的應(yīng)用。
礦山開采是一個(gè)較為古老的行業(yè)。近幾年科技的進(jìn)步以及汽車行業(yè)的發(fā)展,慢慢開始影響著這個(gè)行業(yè),礦用車開始逐漸普及,礦用車的種類也在不斷增加。目前,國外數(shù)字化的礦山開采逐漸成熟,Sandvik 和 Atlas Copco 等公司已經(jīng)開始在南非智利等礦山試用數(shù)字化的開采作業(yè),其礦山中的數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)也離不開對(duì)于自動(dòng)化礦用車的需求。在礦山中,LHD 配套的地下卡車自動(dòng)化系統(tǒng)、低下鏟運(yùn)車已經(jīng)成功應(yīng)用于公司的自動(dòng)化系統(tǒng)中,并且相信在今后,隨著這種自動(dòng)化系統(tǒng)的成熟,對(duì)于自動(dòng)化跨用車的需求量會(huì)更大,也會(huì)刺激更多地企業(yè)從事自動(dòng)化礦用車的發(fā)展。我國也在倡導(dǎo)智慧礦山,所以自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山領(lǐng)域的應(yīng)用將有巨大的缺口。
一直堅(jiān)持平行駕駛技術(shù)路線的慧拓智能機(jī)器公司也在做一些實(shí)踐,他們研發(fā)出無人礦山整體場景平行智能解決方案,在2017年初就與世界工程機(jī)械排名前十的國內(nèi)大型集團(tuán)企業(yè)達(dá)成了面向無人礦山量產(chǎn)的戰(zhàn)略合作,做無人礦山機(jī)械及管控平臺(tái)。同時(shí),公司也與國內(nèi)主流整車廠簽署了量產(chǎn)無人駕駛物流商用車的合作。公司也在與其他整車廠和大型能源公司以及華為、移動(dòng)、聯(lián)通等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)公司洽談合作,進(jìn)一步完善整體運(yùn)營方案。
智車科技:平行駕駛整合了有人駕駛、無人駕駛、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)駕駛等多種駕駛方式的解決方案,如果未來在馬路上應(yīng)用,它改變的是整個(gè)交通系統(tǒng)。所以,是否想過與國家層面的合作?
王飛躍:未來當(dāng)然希望與國家層面進(jìn)行合作,構(gòu)建適合中國特色的平行智能交通系統(tǒng),所以,現(xiàn)在要從一些礦山、物流等小場景中去驗(yàn)證平行駕駛系統(tǒng),真正做到了安全、高效才會(huì)更有說服了。我們也在某些城市也做過一些嘗試,“基于ACP方法的平行交通一期工程”作為青島市城市道路智能交通管理服務(wù)系統(tǒng)的一部分,由自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、自動(dòng)化所青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、青島市公安局交警支隊(duì)、海信集團(tuán)以及國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多家單位聯(lián)合組織研發(fā)實(shí)施。項(xiàng)目總投資約七億元,是目前國內(nèi)實(shí)施的最大智能城市交通項(xiàng)目。項(xiàng)目自2014年10月份上線以來,在緩解城區(qū)交通擁堵、提升交通信息服務(wù)水平、規(guī)范交通安全秩序、提高交通管理科技水平等方面體現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果,取得了良好社會(huì)效益,有力地提升了青島市交通建設(shè)的國際化水平。我們相信,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。
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