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刘经南:零堵塞是智能交通的发力点



  昨日(4月1日),为期两天的2014(第五届)中国物联网大会暨国际物联网博览会在北京国际会议中心隆重开幕。本次大会是由工业和信息化部、国家发改委、中国科学技术协会指导,中国电子学会主办、中国电子学会物联网专家委员会、深圳市物联传媒有限公司承办。会上,中国工程院院士、昆山美国杜克大学校长、武汉大学原校长刘经南院士,做题为“汽车移动物联网发展的新进展”的主题报告。

  刘经南院士在从车联网历程、目标、关键技术、挑战和相关战略几个方面进行了释疑。刘经南表示,实现交通的零堵塞,实现减少90%的堵塞,是未来中国智能交通的着眼点和发力点。他强调,未来我国在汽车移动物联网方面将面临来自技术、标准竞争、互联网思维、新能源汽车特斯拉等方面的挑战。

  刘经南:各位领导,各位专家,各位同行,今天我受邀请参加2014(第五届)中国物联网大会,与大家共同交流一下我们最近一直在倡导的汽车物联网有关的一些进展、趋势和挑战。我们汽车物联网俗称也叫车联网,我将从车联网历程、目标、关键技术、挑战和相关战略几个方面进行介绍。

  大家知道,中国的现代化必须突破农业、农村、城市化、交通、能源、环境及大瓶颈的问题,而交通是解决这几大瓶颈问题的焦点和抓手。在交通问题中,汽车公路交通由于具有国省市主干网和县乡镇网的齐备性又成为关键。这是我们国家在2010年时候的一个统计表,这个可以看到,我们国家交通的方式主要还是依靠公路,占了90%多,大家经常用的民用航空、铁路,甚至包括高铁,以及水运,都不到10%,在中国的整个交通量里面。

  但是公路交通的安全有关广大人民的生命,可以说我们的交通事故虽然在不断的降低,但是它的伤亡量还是很大的,每年接近100万的伤亡量,死亡量接近10万,这是我们国家的统计,按照联合国卫生组织的统计,我们比这个数字还要高的多得多。

  目前中国的汽车保有量最高将达到4亿辆,2013年底已经达到了1.37亿辆,美国现在是2.35亿辆建设汽车移动物联网,是贯彻党中央的一个安全发展战略,也是安全中国的重大举措。建设汽车移动物联网就有希望实现交通的零伤亡这样一个愿景,所谓零伤亡就是在目前的基础上减少90%的交通事故。

  大家知道,2010年8月,京西藏公路持续了20天的大堵车,被世界称为中国超级世纪大堵车,2010年9月17日,11月17日北京全城大堵车,也令我们当时的总理高度的重视,另外,据世界上的统计,中国上班族每天上班路上花费的时间全球第一。我们国家中特大的城市都已经进入大规模交通拥堵的阶段,其余的660个城市2/3以上也都出现了高峰的拥堵现象,并将逐步的进入了全面的拥堵。

  另外一方面,交通是否畅通是考研政府管理水平的一个很重要的指标。根据全球多国的统计,交通拥堵造成国民经济损失占GDP的1%,如果到2010年,如果不采取任何措施,这个损失将翻一倍。所以拥堵增加了能量的损耗和废气的排放,拥堵情况下的燃料消耗是自有巡航情况下燃料消耗的2倍,所以另外一个方面,拥堵造成了温室气体排放约占与道路运输相关的温室气体排放的17%。所以要控制,也是我们现在中央非常关注的一个方面。

  我们现在拥堵的治理大部分都是行政治堵的方法,这个不是一个治本的方法,治本应该是政策和科技治堵,才是治本的方法。所以建设汽车移动物联网可以实现交通的零堵塞,并在不增加新的地面道路的情况先减少90%的交通堵塞。另外一个可以提高道路交通的极限通行能力,实现以科技治堵代替当前的限号等行政治堵的管理策略。汽车移动物联网能建设畅通中国,有望实现重大交通重大结构性的节能减排,实现党中央绿色发展、可持续发展的战略。所以汽车移动物联网可以显著的降低交通污染,第一代的网就可以降低原来的1/10到1/42,并对交通污染实现总量控制,控制雾霾的形成,保障人民的健康安全。

  实际在我们国家可以说90年代就开展了智能交通的研究,有一些节点实际上是推动汽车移动物联网发展的几个关键点,我这里也把我们国家的发展历程提一下。

  在90年代智能交通发展的前提下,2003年9月26日,当时的王大成院士带领了很多专家上书国务院,建议发展中国汽车的心脏,他说我们中国的汽车由于发展没有心,我们要发展中国汽车的心脏,使每一个汽车的计算机感知车况的这一部分成为我们国家主要的自主知识产权的产业。我们当时也参加了这样一个建议,在这个建议下,当时旺达成院士就说了这样的话,他说我老了,需要靠你们年轻一代专家院士继续推动,所以有一些院士在2010年8月,就是世纪大堵车之前,正好也向国务院建议要推动国家移动汽车物联网的建设和试点工程,甚至涉及重大专项,后来多次不同院士团队向国家建议,得到了发改委、工信部、国务院的多次批示,这个工作一直在推动。

  目前国际上智能交通发展有一个愿景,我们叫做零愿景,比如说欧洲要提出面向零事故、零堵塞,减少对环境的影响,要面向全体公众的幸福等等,美国也提出了,零事故愿景,零重大事故和零堵塞等等,总之,要减少事故,要减少堵塞,减少温室气体的排放,都有指标,在智能交通发展面前。

  最近国际上提出了新的概念,叫协同智能交通。什么是协同智能交通呢?主要实现车与基础设施的互联,要实现车与车之间的互联,同时还要实现车与基础设施以及车与车之间的互联,就提出来一个车与车之间互联的这样一个国际标准,叫做特定的短距离通信标准,来实现车与车之间的互联,这个标准已经提到了国际标准组织,已经作为美国的标准了,现在正在世界上推广。

  我们对汽车物联网当时在2010年的时候做了一个定义,跟一般的定义有一些区别,就是要利用先进的传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术,对道路和车辆进行全面的感知,实现人车路全面互联,对每一条道路进行交通全时空控制,对每一部汽车进行交通的全过程控制,包括进路控制、运行控制、出路控制、安全控制,我们把这个控制提的比较高一点,强的比较重一点,并最终实现道路交通的零堵塞、零伤亡和极限通行能力,这样一个专门的控制网络,有时候我们叫新一代的交通控制网络来叫它,实际汽车物联网是一个意思。

  我们这个定义跟传统的一些车联网的定义还是有一些区别的,我们现在的定义应该是强调了互联感知和智能控制两个方面,特别强调智能的控制,就是要对道路的控制和对车辆的运行过程的控制,因为物联网的基本概念就是在前面感知的基础上还要智能控制,所以这个跟一般的我们过去车联网的概念是有区别的。

  总结我们这个物联网的概念我们提出过,在第一次全国车联网的大会上我们就提出了这个概念,实际这个概念形成更早,就是用一句话来说,叫做两网、两中心、两全感控,一个是在每一台的汽车内部形成一个车况传感网络和驾驶人的人况传感网络,和他的处理中心,然后一个路况传感网络和环境的传感网络,和基于云平台的信息处理中心,所以这里面就是两个网络,汽车内部一个计算机平台中心,还有一个云平台中心,所以叫两网两中心,要实现两全控制,就是道路的全时空管控,和车辆运行的全过程管控,这样才能实现人与车、与周边环境等等协调和全面感知和实时控制。

  这个架构就是一个车内的传感网,一个车状态感知和道路传感网,有一个车载移动信息处理中心,同时有一个汽车移动物联网的服务监控,这样一个云平台的中心,当然基于高速宽带的移动通信网络。

  目前国际发展状况都是以政府引导、以重点工程推动车联网的发展这样一种趋势,所以我们国家要做的话也应该按照类似的模式来推动,当然各个国家根据自己的情况有些不同,像美国地广人稀,比较侧重于车路协同,而欧洲是国家众多,所以重标准的制定,而日本人口密集,车子也不多,所以侧重车车协同的应用向导等等,我们国家有我们国家的特点,东部和西部也不一样,所以我们国家相关的技术和标准和推动的方式要更加复杂一点,这是值得我们去思考的。

  这样两全控制的目标最终,我们知道道路要全时空控制,汽车要全过程控制,他的目标就是实现四大管控,这是交通拥堵的管控、交通污染的管控、交通安全的管控和交通节能的管控。另外,要实现三大服务,就是交通出行的服务、交通运行的服务、交通保险的服务,而且我们认为交通保险的服务是起着一个杠杆的作用,因为牵扯到每一个人的利益和金融资本等等,将来保险服务是推动车联网建设的一个金融杠杆。所以最终的目标就是实现人、车、路的和谐发展,让人更舒心、让车更安全、让路更畅通、让环境更美好。

  第一,像智能感知,就是传感器及传感信息网络的相关技术,体现是更全面、更实时的车辆状况信息获取、车辆控制和智能路况的感知。第二,更丰富、更实时的道路网络及环境信息,来推动汽车主动安全的这样一种理念和技术的发展。在这个基础上,多信息的融合技术。所以这个里面所谓的第一个网络,就是要形成车路,车内部的传感网,车况的包括发动机、底盘、转向、刹车、前后车辆的关系等等这样一个感知网络,这是车内的传感技术。

  还有道路相应的传感技术,道路的状态,比如说道路的局部气象,像南方,这面是阳光灿烂,转一个弯到小山坡里面就是雾气腾腾,或者再转一个弯就是小雨。所以为什么有一个歌叫《冬季到台北来看雨》,就是这种气象,所以要对道路进行感知。

  还要对路的标记进行感知,就是视觉感知,通过摄像头进行感知。另外通过雷达感知,刚才的图和这个图都是我们学校在武汉的广场进行激光雷达扫描来感知,这个绿色是自己的车,周边是周围感知小范围内的汽车的状态、车辆的状态,这样可以判断我本身的安全,实现主动安全的效果。

  再一个,多种技术传感器及传感信息网络融合的这样一个感知,视觉识别,地图传感器,三维街景地图的传感等等,多种信息的融合感知,来实现辅助我们的智能的驾驶。

  还有车载网络终端的技术,因为车要跟外部进行信息交换,所以他这个网络技术是非常重要的,现在有开放的智能移动计算平台,有win的安卓的,还有其他的系统平台的发展,但是要保证安全的,刚才我们邬院士强调的,汽车物联网里面安全是第一大重要的,就对移动计算平台或者车子里面的所谓的计算机中心就提出来非常高的要求,他的硬件、他的操作系统等等。车上的信息整合及记录平台,以后的车载都要要有相关的黑匣子,就像现在的飞机一样,还有OBD信息整合,慢慢的要从现代的监视走向监控,就是要对车子能够根据当时的信息进行实时的控制和调配,与车外环境的整合,感应道路网络、车间的传感信息、记录车外的环境信息等等。

  再就是交互技术,虚拟、语音识别、虚拟识别等等都成为汽车物联网技术里面的关键技术。这就是位置服务,这是关键的东西,还有车行都相关的。

  另外一个关键的技术,就是实现车、人、路、环境协调的云计算服务,及其相应的整合的技术。特别是云计算,包括路径规划,大量车的路径规划,智能交通的调度、云搜索、远程分析诊断,还有驾驶者及车辆大数据计算分析等等,这样提供一个主动安全的城市智能交通系统。

  当然我们云计算的平台,这是个大的体系,所以是分级的,总的来说,云计算平台包括两个云,一个是我们说车辆移动控制中心的工作云,提供所有车辆的公共的信息,包括位置信息等等,另外,不同的行业、不同的部门有自己独立的要求、需求,所以这种公有云提供一部分信息给私有云交通主管部门、位置服务、物流企业等等,来形成私有云,包括为用户提供服务。

  当然作为位置服务,我是搞这个方面的,也要进行集合,使用户有关的位置服务所要求的智能操作系统等等,我们提供的就是通过数据集合、数据集合、内容集合,为用户做到所要技术和所需技术。我们现在已经开发了相应的可以同时管控百万级以上的汽车实时管控平台,正在做实验,国家的863重点项目正在做这些工作。当然还有一些通信技术,现在远距离通信技术等等,要实现人车通信、车路通信、车车通信等等。还有交通大数据的分析等等,这是未来实现物联网的关键技术。

  辅助驾驶与无人驾驶技术,当然无人驾驶技术,我相信在现在虽然有些国家预计,再过20年左右,出租车的服务都要实现无人驾驶,但是我相信在一些人烟稀少的国家可以,但是在中国这么稠密的交通状况情况下,这种无人驾驶技术只能说推动智能型的辅助驾驶。这是无人驾驶的场景,车子在急转弯,可以达到四五十公里、五六十公里,现在可以达到一百公里了,我们有院士已经带了一个团队,实现从北京到天津无人驾驶110公里的速度,平均速度110公里。无人驾驶,很多人坐车之后前面没有人,看了之后有点紧张,但是过程安全,从北京开到天津。主要就是逐步实现不是无人驾驶,是能够自动驾驶辅助那些在人身体状况出现问题的时候,或者在这些发达国家老年人没有开车的年龄限制,只有身体检查时间的缩短,像80岁、90岁照样可以开车,所以就需要智能辅助驾驶的基础来支持他。为了实现智能辅助驾驶,对我们搞导航和定位的人来说国际上提出了这样的要求,道路引导的车载导航仪6到10米就够了,但是交通管控比如说你要行驶在哪个道理上0.5精度,所以这样才能实现辅助和自主驾驶,这是国际上的一个标准,这就要求实现高精度的亚米级的、分米级、厘米级的导航,这对我们做导航的人是巨大的挑战,现在正在设计这套系统。

  这是我们利用北斗卫星在2012年4月,那时候北斗卫星只有8颗卫星,还没有像现在的14颗卫星,这是我们申院士坐在我们车上来检查是不是真正达到了车道级,沿着边缘一直在走,转小弯都能看的清楚,这是利用北斗的数据,现在的数据更高一点,大概精度是0.5到0.9米之间,一般可以达到这样的水平,就完全实现了车道级的管理。路过立交桥底下,也只有几秒钟就可以恢复,下面的小转弯大家可以看到,在这个小转弯里面走到边上都可以看的很清楚。这就是现在的汽车物联网技术要实现语音识别、传感器网络、承载终端网络、通信技术、云计算、物联网等等。

  我们可以分成这样的技术挑战,有智能传感网络的挑战、服务技术的挑战等等,包括主动安全、信息数据等等都是一些挑战,实时智能控制的挑战,百万级以上甚至千万级大规模车辆实时路径优化和相应的调度、相应的控制技术,这是一个关键的,这是基于大数据和云计算平台实现,都是技术一系列的挑战。

  另外一个挑战就是标准竞争的挑战,国际上因为这是一个非常严谨的产业,所以各个国家的投入很多经费、人力、资源来进行研究,推出了一系列标准,但是我们国家相对来说还是非常落后的,我们还是还没有在物联网、车联网这个领域有自己能够贡献给国际上的标准,所以这是个非常严重的问题,特别是像车载的操作系统等等,方面需要高速、互联、实现安全,所以我们应该有自己的时空,将来要全时空控制,时空标准,满足不同精度需求的技术标准,以及相应的服务车辆控制、车辆搜索的地图标准,车联网,车载互联服务的系统标准、通信标准等等,我们未来才在这个领域有国际发言权。

  另外一个挑战,我们认为是一个非常重要的挑战,就是互联网思维的挑战。车联网时代,汽车正在由传统的机械产品变为互联网上智能自主移动的信息终端,仅仅是一个终端而已,这个汽车机械核心其他的核心已经不是很重要了,所以汽车产品具有全部互联网产品的属性,互联网思维是对传统工业思维的一个颠覆,消费者反客为主,拥有消费主权,是商业民主化,就是要以人为本、以用户为本、用上至上的体现,因为原来我这个厂商有什么就给你什么,你就用什么,要变为你要什么,用户要什么我就要提供什么,同时更重要的是用户的群体将参与汽车终端作为互联网终端他的创意和创新的设计,用户和厂商的设计融为一体,可能要有这个意识。

  对行车数据进行处理,是车联网数据的核心,我们传统的车厂出于自身利益的角度,对车辆的数据结构、系统结构的保密和限制不符合大数据背景下的云计算的数据共享、服务开放的互联网技术,所以这是阻碍我们国家可能发展较慢的一个原因之一。

  产业界的界限将变得更加模糊,代表第二产业的汽车制造业将逐步向提供便捷出行的智能服务业第三产业过度,车厂的身份将逐渐变为一个集成者,如果车厂在产业格局变化的趋势下不作出调整,我们汽车厂可能会逐步淘汰,或者沦为一个做机械设备的代工厂,整个作为智能终端的一个机械部分的代工厂,品牌已经不是很重要了,品牌是体现在智能化、信息化这方面,传统的品牌已经不是很重要,所以它可能就会沦为代工厂。

  这里举一个例子,这就是一个新能源汽车特斯拉他的挑战,我们说乔布斯重新定义了手机,特斯拉可以说重新定义了电动汽车或者汽车,有的人把它叫成有四个轮子的智能计算平台。

  他的第一个挑战就是,出现了新的业态挑战,就是我们说到的高科技、信息产业改造传统产业,催生了一个全新的业态,现在汽车就变成一个服务业,过去是制造业,现在变成服务业,而且是汽车信息服务业,变成一个新的业态了,他是通过互联网销售的思维,高新技术、传统产业的改造、市场的需求等等变成新的业态。

  这里一个挑战就是,新能源的挑战,这个是世界上没有解决的,这个被特斯拉解决了,特斯拉老板的老板大家知道,他自己有一个民营的公司,可以发射火箭,做卫星,同时他从加利福尼亚从南部到北部的铁路,也是他搞的,现在他搞的特斯拉汽车已经卖了,最重要的,他是电池组装和电池源的管理技术,带来了重大挑战,过去电池问题不好解决,一个是能量不高,他现在做成的电池就是用普通平板电脑18650,大家都知道,笔记本电脑电池7千块拼在一起,他不去研究其他的电池,因为计算机的电池就是高性能的电池,他把7千块拼到一起,放在汽车底板上,充电时间非常短,一个小时,芯片500公斤,他充好电以后可以持续航行400公里,而7千块电池的管理就是他核心技术,任何一块电池可以智能的,不会引起整个崩溃,他的功率可以达到90千瓦,一般的达到一二十千瓦,或者比较好的达到四五十千瓦,他一下子达到90千瓦。

  再一个,他的人机交互技术战略的挑战,他的触摸屏全部是待机操作,直观,界面也非常眩目,集成了所有传统汽车的按纽,集成了电话、导航、上网等所有的软件功能等等,所以这个汽车环境变成了一个互联网上的一个终端的他是第一个代表人物。

  我们看看机遇,所以我们说有中央领导的重视,有很多专家、院士们的推动,现在我们国家,刚才我们周子学总师的发言我们也听到了,再有,国家重大专项机遇,我是搞导航的,现在我们导航已经启动两个计划,北斗地基增强网能同时满足车联网的不同精度需求,三年要建成这个网络体系。

  做一个,要解决汽车在长的隧道里面、高楼里面、森林里面信息堵塞,就是导航信息堵塞的问题,实现一个室内外一体化技术,我们这个技术也会带来一系列的对车联网也是有利的,就是解决最后一公里的问题等等。

  最后,我们相应的战略应该根据市场主导,现在他是民生的要求,民生发展的要求,是安全发展的要求,也是战略新新兴产业发展的要求,可持续发展的要求。政府引导,体现战略发展的意志,我们认为国家战略意志和国家引导,就要有相应重大专项的长久支持,要建立汽车移动物联网从研究、设计、制造国家队。另外我们要创新驱动,包括知识创新、技术创新、组织创新,这个过程就是协同不好、组织不好、地域保护格局,协同创新,要商业服务模式的创新,当然包括业态的创新,甚至还有我们文化思维的创新。当然要实现这样的计划,需要整体规划、顶层设计、科学布局、分阶段推进,我们实现汽车物联网要30年时间左右,刚才我们邬院士在报告里面也体现了,当然要持续发展。

  我们的汽车物联网的目标,就是最终实现以汽车为互联网上的一个移动终端而已,以道路和环境为网络,实现人、车、路、环境可控的智慧的运行、协调发展的汽车移动物联网的格局。