從車聯(lián)網(wǎng)到工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)

文 張 軍

專家簡介：

張軍，1965年7月生于安徽合肥。2001年獲北京航空航天大學工學博士學位，2013年當選中國工程院院士，現(xiàn)任北京理工大學校長。作為航空交通工程技術(shù)專家，長期從事航空交通工程等領(lǐng)域的研究，在民航航路網(wǎng)運行監(jiān)控、星基航路運行監(jiān)視等方面做了基礎(chǔ)性和開拓性工作，主持研制了我國民航首個新一代空中交通服務(wù)平臺、首套星基航路運行監(jiān)視裝備，研究成果獲得廣泛應(yīng)用。

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)是必然趨勢。工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)是新一代人工智能技術(shù)、知識工程技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是未來工業(yè)的核心基礎(chǔ)設(shè)施和新型經(jīng)濟形態(tài)的支撐科技。

本文從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用——車聯(lián)網(wǎng)談起，從工業(yè)網(wǎng)聯(lián)技術(shù)發(fā)展過程的視角分析了工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架、關(guān)鍵技術(shù)和前沿趨勢，對智聯(lián)網(wǎng)視域下的未來智聯(lián)交通做出了展望。

談?wù)勡嚶?lián)網(wǎng)

首先談一下車聯(lián)網(wǎng)的概念，簡單來講就是車輛+無線通信設(shè)備之后可以實現(xiàn)“車-X”“車-互聯(lián)網(wǎng)”的無線通信和信息交換，使得信息網(wǎng)絡(luò)平臺提取車輛實時靜、動態(tài)數(shù)據(jù)，最終可實現(xiàn)車輛智能化控制。因此車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最終方向為智能網(wǎng)聯(lián)汽車和車路協(xié)同。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要有感知、信息交互和服務(wù)的能力。

感知能力又包含內(nèi)部感知和外部感知兩方面。內(nèi)部感知為車輛內(nèi)部裝有傳感器，感知車輛運行狀態(tài)參數(shù)，駕駛?cè)藸顟B(tài)測量；外部感知為通過雷達、攝像頭、GPS等傳感器獲取周圍道路環(huán)境信息。

信息交換的能力包含與互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)智能化車輛控制與智能化交通控制的車網(wǎng)互聯(lián)能力和與他車互聯(lián)，實現(xiàn)碰撞預(yù)警、自動避障、車距保持、路況分享等的車車互聯(lián)兩方面的能力。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車服務(wù)的能力體現(xiàn)在車路互聯(lián)的能力，即可以實現(xiàn)與路側(cè)設(shè)備相連，實現(xiàn)運輸管理、車速引導、信號控制、施工區(qū)提醒等。

車路協(xié)同要實現(xiàn)的是車車、車路間智能協(xié)同與配合，充分利用交通系統(tǒng)的時空資源，以降低事故、節(jié)約能耗。根據(jù)美國Safety Pilot項目研究成果顯示車路協(xié)同可降低事故率44%；《美國NHTSA研究報告》中提到車路協(xié)同技術(shù)可實現(xiàn)節(jié)約能耗39%。

現(xiàn)有交通方式的弊病是人適應(yīng)系統(tǒng)，現(xiàn)急需由“人適應(yīng)系統(tǒng)”向“系統(tǒng)適應(yīng)人”轉(zhuǎn)變。

例如從北京到青島，要坐航班，坐幾點的航班？到這邊來幾點鐘上車？我們都是適應(yīng)交通系統(tǒng)。我們設(shè)想如果什么時候是交通系統(tǒng)適應(yīng)人，這才是真正的人工智能，人工智能跟交通緊密結(jié)合。

人適應(yīng)系統(tǒng)就會面臨很多問題，這里舉一個例子，從北京到上海也不容易，現(xiàn)在想想到上海開會需要提前訂票，然后到達地鐵站，在地鐵需要安檢，之后到浦東機場，下來以后還要看看有沒有人接，沒有人接，就騎共享單車或坐出租車到會場，整個這個過程需要提前購票、早到等待、晚到改簽、多次安檢、等行李、等出租、堵車等一系列需要人去適應(yīng)交通系統(tǒng)的過程。

我們設(shè)想，什么時候能夠系統(tǒng)適應(yīng)人？什么叫系統(tǒng)適應(yīng)人呢？簡單來說就是每個人出行時都可以得到一份一體化的交通出行訂制方案。

這里舉個例子，比如從北京到青島會議中心去，我買一張票，打包的交通方案就已經(jīng)生成，比如方案一是時間最短、方案二為花費最低，選擇一種方案之后可一票出行，在出行過程中，可一站安檢，全程通行，然后有實時的航班或高鐵，到站即可出發(fā)，避免等待，行李也由專車運送，到青島當?shù)匾院螅蚕沓鲎饩透鶕?jù)系統(tǒng)已經(jīng)檢測到行李所在車輛以及一起去青島會議中心的朋友，接上后直接送達終點，根據(jù)車路協(xié)同系統(tǒng)也不會有堵車的情況。

每個人享受到的都是定制化服務(wù)或者多樣化的個性化服務(wù)，這才是我們認為的“交通出行系統(tǒng)適應(yīng)人”，這里講的人工智能跟交通車聯(lián)網(wǎng)是這個意義的車聯(lián)網(wǎng)，根本不是傳統(tǒng)上的人適應(yīng)交通系統(tǒng)，我們對交通是這樣一種顛覆性的認識。

2019國家智能產(chǎn)業(yè)峰會現(xiàn)場

未來交通新技術(shù)

上面講的系統(tǒng)適應(yīng)人能不能做到？目前看有可能，為什么有可能？因為有N（信息網(wǎng)Network）、B（大數(shù)據(jù)Big data）、A（人工智能AI），即將新一代信息技術(shù)與綜合交通的深度融合。

具體來講就是網(wǎng)聯(lián)化、自主化的智能載運工具，協(xié)同化、智能化的智能基礎(chǔ)設(shè)施，知識化、個性化的智能運行服務(wù)相結(jié)合。這樣才能驅(qū)動我們進入智聯(lián)交通社會。

天地空網(wǎng)絡(luò)。首先要采集，所有信息都得感知，需要實現(xiàn)天空地網(wǎng)絡(luò)一體化，為采集所有信息奠定很好的網(wǎng)絡(luò)條件。

大數(shù)據(jù)?？梢岳么髷?shù)據(jù)洞察、理解、預(yù)測復(fù)雜的交通系統(tǒng)里的演化規(guī)律，利用這個演化規(guī)律知道哪里堵哪里不堵，然后實現(xiàn)檢測。

因此要做好大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的全面建設(shè)。包括能夠?qū)崿F(xiàn)計算EB級數(shù)據(jù)中心、PB級網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、百億級記錄額超大規(guī)模數(shù)據(jù)量的服務(wù)器；可實現(xiàn)空管指令、客票信息、監(jiān)控影像等功能的高低并存數(shù)據(jù)價值的數(shù)據(jù)分析及顯示系統(tǒng)；以及能夠?qū)崿F(xiàn)跨域系統(tǒng)匯聚互聯(lián)，包括政府資源開放、網(wǎng)絡(luò)資源匯聚、系統(tǒng)互聯(lián)。

做好了基礎(chǔ)建設(shè)才可以實現(xiàn)包括能源消耗、公共衛(wèi)生、大氣污染等多維度更全面，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)更直觀，數(shù)據(jù)更準確；以及細節(jié)更深入的智能交通系統(tǒng)。

定制服務(wù)。實現(xiàn)交通的定制服務(wù)，可采用“三層四片”的理論架構(gòu)體系。首先說“三層”。第一層實際上把泛在網(wǎng)絡(luò)、各種與交通有關(guān)的信息進行采集，把信號變成信息。第二層利用智能邊緣計算，因為以后的汽車都可以實現(xiàn)工業(yè)化跟信息化兩化融合，而其中最大的賦能技術(shù)是5G，5G+新能源汽車，就可以質(zhì)變到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，在這樣一個大網(wǎng)絡(luò)里面都可以放一個超級計算，汽車終端的計算就屬于邊緣計算。有了智能邊緣計算以后就可以實現(xiàn)由信息到知識，而且是可信的知識。到了第三層我們真的能夠?qū)崿F(xiàn)智慧的決策和服務(wù)，就是完全多樣化。因此，簡單總結(jié)來看，第一層是泛化的感知，第二層是邊緣的網(wǎng)絡(luò)化計算，第三層是無所不在的智慧服務(wù)。

支撐這三大層需要什么技術(shù)呢？這就要講到“四片”。首先是能夠自組織，這種分布式的階層要能自己組織起來，另外要可信和安全，還要能夠自然交互，最后能達到群智和優(yōu)化。

實現(xiàn)“三層四片”以后，我們交通就會產(chǎn)生革命性的影響，最終實現(xiàn)時間分配準——分鐘級、空間分配精——米級、服務(wù)分配優(yōu)——個人級。

比如我們轉(zhuǎn)乘的交通工具都是按小時計，以后都是分鐘計；我們的轉(zhuǎn)乘地鐵都是幾百米，坐共享單車、打的也得幾十米，以后到米級；以后我們享受的服務(wù)不再是一個航班幾百人，而是每個人都可以享受定制化的服務(wù)。

這里詳細講解一下定制化服務(wù)的三大特性。

定制化服務(wù)特性之——準。怎么做到“準”呢？如果有了柔性計劃、多元融合，我們采用大區(qū)域的氣象、交通狀態(tài)信息也可以實時獲取以后，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的計算，我們就可以進行多元計劃的融合，我們出行計劃就可以進行動態(tài)分級調(diào)整。因此就可以實現(xiàn)陸?？仗煲惑w的時間的智能化分配。最終使得我們出行計劃的分辨率就可以從天計/小時計到分鐘計。這就是從時間上來說比較“準”。

圖1 技術(shù)發(fā)展聚焦于工業(yè)現(xiàn)場的過程信息化與自動化

定制化服務(wù)特性之——精。第二個定制服務(wù)要實現(xiàn)空間上的“精”，利用智能技術(shù)將鐵路、公路、水運賦能，都讓他們實現(xiàn)智能化或無人化，如無人汽車、無人貨車、無人飛機等，這些智能化或無人化的交通工具，可以進行協(xié)同智能、多式聯(lián)運智能實現(xiàn)全程一體化精準匹配。最終打通最后一公里，從而實現(xiàn)出行行程空間分辨率由步行距離千米級到米級。

定制化服務(wù)特性之——優(yōu)。第三個定制服務(wù)為“優(yōu)”，這里把交通對象智能優(yōu)化，實現(xiàn)線上線下個性化推薦，以及多樣化交互，我們就有可能實現(xiàn)個性化定制的交通系統(tǒng)適應(yīng)人的目標，在出行選擇服務(wù)分辨率上實現(xiàn)由群體級向個人級的跨越。

從車聯(lián)網(wǎng)到智聯(lián)網(wǎng)。正如剛才所講，人工智能跟車聯(lián)網(wǎng)結(jié)合以后，顛覆了我們對交通的再認識，原來我們是人適應(yīng)交通系統(tǒng)，現(xiàn)在我們可以交通系統(tǒng)適應(yīng)人。交通系統(tǒng)適應(yīng)人以后，我們的轉(zhuǎn)乘時間到分鐘級，步行距離到米級，我們的出行由群體到個性化，每個人都打得起“飛的”。這就是人工智能對車聯(lián)網(wǎng)的影響。

能不能做到？能！從車聯(lián)網(wǎng)到最后自主交通階段即可實現(xiàn)。

圖2 車聯(lián)網(wǎng)和智聯(lián)網(wǎng)如何找到最大公約數(shù)

工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)

下面講一下工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)，首先看一下工業(yè)網(wǎng)聯(lián)技術(shù)主要階段，如圖1。

目前工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的用處還比較遙遠，但是跟交通領(lǐng)域的結(jié)合是最快的用途。所以我們就會想智聯(lián)網(wǎng)跟車聯(lián)網(wǎng)有什么樣的最大公約數(shù)呢？

我們講的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都是從消費領(lǐng)域進入工業(yè)領(lǐng)域，原來我們在交通領(lǐng)域叫人、車、路，到了工業(yè)領(lǐng)域叫人、設(shè)備、數(shù)據(jù)，兩者都是以人為中心的三個要素，這個是最大公約數(shù)。

這里我們還得看三個層，即網(wǎng)絡(luò)、計算、服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)采集感知完數(shù)據(jù)以后加上智能計算就得到信息，這就是智能化的感知信息；第二層是計算，計算都應(yīng)該是自動化的，如果加上感知計算，把事先有的知識融入感知的信息，就把這種邊緣計算從信息變成了知識；第三層是服務(wù)，服務(wù)大多數(shù)談的都是應(yīng)用，如果把智能服務(wù)和應(yīng)用結(jié)合就形成了智慧。所以我們就從網(wǎng)絡(luò)感知到知識到服務(wù)，就變成了信息、知識、智慧。因此，這里認為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)最大的區(qū)別四個字，一個是更強調(diào)知識，一個更強調(diào)智能，這是兩個最大的區(qū)別。

我是研究綜合交通的，所以我覺得車聯(lián)網(wǎng)和智聯(lián)網(wǎng)如何找到最大公約數(shù)，支撐我們的智聯(lián)網(wǎng)就可以了。因此，我把剛才的三層四片就改成了A1到A3，B1到B4。A1到A3還是網(wǎng)絡(luò)、計算和服務(wù)，但是這時候已經(jīng)發(fā)生了變化，網(wǎng)絡(luò)變成了智能感知，計算變成了知識計算，服務(wù)變成了智慧服務(wù)。

什么叫作感知？感知就是寬帶泛在的網(wǎng)和分布式智能感知；智能邊緣計算和自主知識獲取是知識計算；多元化與個性化的智慧服務(wù)就是智慧服務(wù)。

怎么能夠達到呢？還要解決四個關(guān)鍵技術(shù)，B1是網(wǎng)絡(luò)與信息的自組織，B2是信息可信，B3是自然交互與虛實交互，現(xiàn)在我們的交互也是一個大問題，B4是群智決策。所以工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的核心是什么？是無所不在的智能與自主，如圖2。

A1網(wǎng)絡(luò)為寬帶泛在網(wǎng)與分布式智能感知，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的基層為寬帶、泛在、自主感知；A2計算為邊緣智能計算與自主知識獲取，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的計算特征為數(shù)據(jù)到知識；A3服務(wù)為多元化與個性化的智慧服務(wù)，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的目標：提供個性化智慧服務(wù)；B1為網(wǎng)絡(luò)與信息的自組織，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)物理層為資源自組織；B2為信息可信，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)可信環(huán)境，可用區(qū)塊鏈；B3為自然交互虛實交互，即工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)智能表現(xiàn)形式：以人為中心的自然交互；B4為群智決策，即智聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征為人機物環(huán)融合。

圖4 綜合交通物流新業(yè)態(tài)

智聯(lián)交通網(wǎng)

從車聯(lián)網(wǎng)到智聯(lián)網(wǎng)，最終實現(xiàn)自主的交通系統(tǒng)，即從網(wǎng)絡(luò)、計算、服務(wù)三個層面的數(shù)據(jù)交互、信息疊加和被動服務(wù)分別到信息交互、知識積累和主動服務(wù)的過程。

自主交通是什么樣的交通呢？下面這張圖非常重要見圖3。

這張圖里面首先我們看技術(shù)對象，最重要的是從左邊的框框到右邊的框框，左邊的框框是人在環(huán)、機在環(huán)、智在環(huán)、人機環(huán)、環(huán)環(huán)相扣，右邊是人際網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人流網(wǎng)、物流網(wǎng)，網(wǎng)網(wǎng)智聯(lián)。

其中車路智聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)，但是我們要跳出地面，還需要有空地智聯(lián)網(wǎng)和空天智聯(lián)網(wǎng)，這樣全空間既可以充滿網(wǎng)絡(luò)，立體化的網(wǎng)絡(luò)保障信號隨時隨地獲取。左邊為智聯(lián)網(wǎng)里面的基礎(chǔ)設(shè)施，分為有節(jié)點智聯(lián)網(wǎng)和樞紐智聯(lián)網(wǎng)；因為我們不能一下子過渡到無人網(wǎng)絡(luò)，它也是一個循序漸進的過程，因此右邊顯示了有人和無人結(jié)合的混合智聯(lián)網(wǎng)。

圖3 智聯(lián)交通網(wǎng)

車路智聯(lián)網(wǎng)

車路智聯(lián)網(wǎng)是由智能車輛和智能道路的協(xié)同運行。智能車路網(wǎng)能夠達到的效果，即在十字路口的行人、非機動車和機動車都不用等待，即可通行，而且不會發(fā)生碰撞，可大大提升交通效率和安全性。

空地智聯(lián)網(wǎng)

下一個是空地智聯(lián)網(wǎng)，這是我自己的專業(yè)方向，我就弄得比較細。一個是隨時點到點，下一步我們叫隨地門到門，怎么做到？即通過智慧繁衍，包含智慧嵌入、邊緣計算、知識生成、全網(wǎng)共享四個方面，第二是量身定制的服務(wù)，包含空間優(yōu)先、時間優(yōu)先、舒適優(yōu)先、代價優(yōu)先，最后構(gòu)建一個地空協(xié)同的管理體系和空中立體的生態(tài)體系。

空天智聯(lián)網(wǎng)

另外講一講空天智聯(lián)，以后上天跟我們坐交通是一樣的，要軌道，要智能軌道、結(jié)伴飛行、安全監(jiān)控、任務(wù)重構(gòu)+個性化遨游，這個可能是2050年以后的事。

物流智聯(lián)網(wǎng)

簡單講講跨界智聯(lián)網(wǎng)，這里首先講到物流，物流以后就是4個A，你收信，你可以在任何時間、任何路線、任何方式選任何書信，以后我們在走的過程中就收信了，吃飯的時候信就來了，自助餐就來了，是這么一種，所以以后就是智慧新物流，如圖4。

樞紐智聯(lián)網(wǎng)

交通樞紐通過數(shù)據(jù)化到信息化到知識化到自動化到智能化再到擁有智慧之后，以后無人汽車、水上停機坪，任何一個地方都可以停，但是都是按照智能的規(guī)則。所以是按需定容，無縫調(diào)度，這樣來進行。

混合智聯(lián)網(wǎng)

最后是混合智聯(lián)網(wǎng)，有人無人該怎么辦？它是一個混合空運下的融合運行。