自動駕駛汽車上的VR“云上辦公”及娛樂研究

僧家祥，許東光，馬春華*

(1.南陽師范學(xué)院 機電工程學(xué)院，河南 南陽 473061；2.南陽師范學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)管理中心，河南 南陽 473061)

0 引言

2019年，華為公司正式向世界宣布5G技術(shù)。當(dāng)前，華為5G專利排名世界第一(2 570件)，已獲全球46個5G商用合同，5G基站發(fā)貨量超過10萬個。2019年作為5G元年，隨著華為5G專利一項又一項的獲得，占據(jù)了全球39%的市場，標(biāo)志著中國5G互聯(lián)網(wǎng)通信的崛起，同時也加快車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的進程。5G以1 038 Mbps，上行速度達到了96.4 Mbps，解決了傳輸信息慢、無法實現(xiàn)多車載輸信息的難題。對于未來車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可以建立一個模型。把汽車行駛的道路想象成一條線，然后汽車就是這條線上面的點，每一個點都可以相互聯(lián)系，形成一種汽車溝通方式， 那么，人們就可以解放雙手，實現(xiàn)自動駕駛。在汽車上安裝上我國研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，做到精準(zhǔn)定位，車與車之間擁有了自己專屬的位置，利用5G高效的傳輸技術(shù)，增加了車與車之間聯(lián)系的時效性，提高了汽車自身的安全性能，保證人們在自動駕駛時的安全[1]。

(1)軟件方面：5G促進車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為車聯(lián)網(wǎng)及自動駕駛提供了數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)上的支持。我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20～100 ns時間同步精度。定位精度：水平精度100 m(1 σ)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20 m(類似差分狀態(tài))，工作頻率：2 491.75 MHz，系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：540 000戶/小時。可以給汽車精準(zhǔn)定位，實現(xiàn)精準(zhǔn)的車輛導(dǎo)航。

(2)硬件方面：實現(xiàn)材料上的革新，將傳統(tǒng)的鋁合金材料改為新型的鎂合金材料，應(yīng)用在汽車座椅、汽車方向盤、汽車外殼等方面。既增加汽車剛度及強度又減輕汽車的相對質(zhì)量，減少動能的損耗，大大節(jié)約能源雙面發(fā)展。

廣義上的云辦公指將政企辦公完全建立在云計算技術(shù)基礎(chǔ)上，從而實現(xiàn)3個目標(biāo)：第一，降低辦公成本；第二，提高辦公效率；第三，低碳減排。狹義上的云辦公指以“辦公文檔”為中心，為政企提供文檔編輯、存儲、協(xié)作、溝通、移動辦公、工作流程等云端SaaS服務(wù)。云辦公作為IT業(yè)界的發(fā)展方向，正在逐漸形成其獨特的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)圈，并有別于傳統(tǒng)辦公軟件市場[2]。

1 云辦公在自動駕駛汽車上應(yīng)用的意義

隨著5G時代的到來，更快的數(shù)據(jù)傳輸促使萬物互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)汽車自動駕駛將成為可能，自動駕駛就意味著駕駛者可以解放雙手、解放大腦，無須再集中注意力于駕駛。因此，可以做一些其他事情來利用這些時間，未來若實現(xiàn)在真正的汽車上玩賽車游戲?qū)⑹且环N非常有趣的體驗。基于5G網(wǎng)絡(luò)可以將VR與駕車實況結(jié)合起來進行更加真實的游戲模擬，在趕路之余還能體驗完美的虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)游戲；除了娛樂，也可以利用這份時間進行日常辦公，基于5G網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)的“云上辦公”將發(fā)揮巨大作用。

云辦公的原理是把傳統(tǒng)的辦公軟件以瘦客戶端或智能客戶端的形式運行在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中，從而達到輕量化的目的[3]。其特征表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)編制出精彩絕倫的文檔不再是傳統(tǒng)辦公軟件(如Microsoft Office)所獨有，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中的瘦客戶端同樣可以編寫出符合規(guī)格的專業(yè)文檔，并且這些文檔在大部分主流操作系統(tǒng)與智能設(shè)備中都可以輕易被打開。(2)文檔可以多人同時進行編撰修改，配合直觀的溝通交流，隨時構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬知識生產(chǎn)小組，從而極大提高辦公效率。(3)移動化辦公：配合強大的云存儲能力，辦公文檔數(shù)據(jù)可以無處不在，通過移動互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地同步與訪問數(shù)據(jù)，云辦公可以幫助外派人員徹底扔掉繁重的公文包。

從云辦公的原理和特性中可以很容易地發(fā)現(xiàn)，云上辦公不需要儲存和計算能力就可以實現(xiàn)在高端配置機器中能夠做到的事情。基于此，將此特點運用到自動駕駛的智能汽車上，將會大大提升人們?nèi)粘５墓ぷ餍什⑶夷苁谷藗兂浞掷霉ぷ鲿r間。與此同時，人們在汽車性能方面追求輕量化，利用云上辦公可以避免攜帶笨重的機器，減少重量增加，節(jié)能減排。從用戶體驗來講，實現(xiàn)車上云辦公，可減少不必要的麻煩，使人們可以在行駛途中隨時辦公。

2 車上云辦公的危險及隱患

由于目前自動駕駛技術(shù)還未能達到脫離人的干預(yù)而完全自動駕駛，所以在汽車上進行云上辦公仍具有巨大隱患。自動駕駛的功能包括：自動泊車、車道保持、車道偏離預(yù)警、自適應(yīng)巡航、自動緊急剎車、盲點監(jiān)測、前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)、行人檢測系統(tǒng)等。在自動駕駛汽車上，其軟件的復(fù)雜度大幅提升，控制模塊數(shù)量增加，各式的傳感器數(shù)量增加，信息安全防護機制和系統(tǒng)冗余設(shè)計需要考慮增加。這些因素為汽車的總線通信帶來巨大挑戰(zhàn)。

智能自動駕駛汽車尚未達到人眼識別的程度，無法自動判斷并在短時間內(nèi)做出合適的解決方案。其傳感器通過紅外攝像和普通攝像兩種技術(shù)完成道路環(huán)境的收集。所以，當(dāng)車輛在街道或人群密集、建筑物復(fù)雜以及事故區(qū)，自動駕駛汽車將會受到干擾；當(dāng)自動駕駛汽車遇到交通指示牌老化以及變形時，可能會產(chǎn)生誤判，造成不必要的事故。

3 解決方案

設(shè)想將VR/AR與云上辦公相結(jié)合，在很大程度上消除自動駕駛中云辦公存在的安全隱患。VR技術(shù)的硬件設(shè)備主要是顯示設(shè)備、專用芯片和視覺交互設(shè)備。目前，VR顯示設(shè)備主要有3D立體眼鏡、頭盔顯示器、全息影像設(shè)備、三維顯示設(shè)備和環(huán)幕等，其中最典型的顯示設(shè)備當(dāng)屬頭盔顯示設(shè)備。綜合考慮實景環(huán)境及造價成本，頭盔顯示器應(yīng)當(dāng)是最好的硬件選擇。當(dāng)佩戴VR頭盔時，出現(xiàn)在眼前的是異常逼真的三維立體影像，一般情況下，頭盔顯示設(shè)備上均有頭部運動跟蹤裝置，參與者可以通過佩戴該設(shè)備對計算機實現(xiàn)自然信息下的人機交互，頭盔顯示設(shè)備可根據(jù)用戶的頭部運動，計算出用戶當(dāng)前姿勢并虛擬化，將其顯示在頭盔顯示設(shè)備的屏幕上?；蛟S在有限空間、活動受限的車內(nèi)不能進行大幅度的移動，會對游戲體驗有些影響，但是對只需屏幕顯示的云上辦公就顯得游刃有余了。

基于目前5G的迅速發(fā)展，讓這個由于體驗感不好而曾經(jīng)“虛火”的VR產(chǎn)業(yè)，因為5G的高速傳輸能力再次被激發(fā)活力。5G從網(wǎng)絡(luò)的基站布局和處理機制以及超高頻段來解決VR使用中的畫面延遲問題。這極大程度上為云辦公在頭戴式顯示設(shè)備的清晰顯示提供了不可或缺的有利條件。5G的峰值傳輸速率可以到達20 Gb/s，5G網(wǎng)絡(luò)可以大大縮短終端側(cè)的VR應(yīng)用的時延，按指導(dǎo)文件5G網(wǎng)絡(luò)下將提供1 ms內(nèi)的空中傳輸往返延遲，在人眼感知范圍內(nèi)這個畫面延遲已經(jīng)不再敏感，這為游戲娛樂的沉浸感提供了良好條件。

汽車在行駛過程中會遇到各種突發(fā)狀況，因此，必須有一套完美的解決方案，才能使自動駕駛云上辦公、娛樂成為可能。自動駕駛汽車一般車身都會裝有大量的感知設(shè)備和攝像頭，可以利用5G網(wǎng)絡(luò)低延遲、高速率的特點對其進行雙重保障。

(1)本地保險措施：在VR頭盔里雙屏顯示，一屏實時路況，一屏辦公娛樂，并在頭盔或者座椅上設(shè)置電流或壓力提醒裝置，從而在出現(xiàn)突發(fā)狀況或者需要人為干預(yù)自動駕駛時把人們從沉浸的工作、娛樂屏幕中叫醒。(2)云端保護措施：利用5G高速率、低延遲實時進行大量數(shù)據(jù)傳送到云端，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，專項人員可以進行遠程干預(yù)或者提醒。(3)智能AI學(xué)習(xí)決策：自動駕駛算法涉及有規(guī)則算法和深度學(xué)習(xí)算法。規(guī)則算法是主要由人來規(guī)定行駛的規(guī)則，然后汽車根據(jù)人的要求來進行決策。深度學(xué)習(xí)算法則是通過對較為真實的訓(xùn)練數(shù)據(jù)訓(xùn)練后再分析實際場景從而進行較準(zhǔn)確的處理。人工智能通過大量數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)以及根據(jù)駕駛者的習(xí)慣在駕駛者未能做出及時反映之前做出最合適的決策。(4)設(shè)置一鍵退出按鈕：在座椅上設(shè)置一緊急按鈕，并裝配推進伸縮裝置與VR頭盔相連，當(dāng)遇到緊急情況，駕駛者可一鍵退出并彈出頭盔。