構(gòu)建時(shí)空管理基礎(chǔ)設(shè)施，支撐車(chē)路云網(wǎng)圖智能協(xié)同

朱偉華 任強(qiáng)

關(guān)鍵詞：車(chē)路協(xié)同；自動(dòng)駕駛；車(chē)路云網(wǎng)圖；時(shí)空感知；電子警察

0 引言

2022 年以來(lái)，越來(lái)越多習(xí)慣開(kāi)車(chē)導(dǎo)航的車(chē)主朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，有些城市的導(dǎo)航地圖能夠?qū)t綠燈倒計(jì)時(shí)進(jìn)行提醒。這些具備提醒能力的十字路口，95% 以上都是采取固定頻率切換紅綠燈。這種固定頻率的紅綠燈，讓一些地圖互聯(lián)網(wǎng)公司能夠采取簡(jiǎn)單的視頻分析算法，對(duì)車(chē)輛拍攝的紅綠燈圖像動(dòng)態(tài)分析，然后就能夠以秒這個(gè)精度，為車(chē)主提供紅綠燈倒計(jì)時(shí)服務(wù)。車(chē)主在使用手機(jī)導(dǎo)航地圖時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)獲得前方紅綠燈的動(dòng)態(tài)信息，可有效減少司機(jī)低頭看手機(jī)而降低通行效率的問(wèn)題。導(dǎo)航地圖的紅綠燈動(dòng)態(tài)信息，恐怕是車(chē)主當(dāng)下最能直觀感受到的“車(chē)路協(xié)同”服務(wù)。

1 自動(dòng)駕駛時(shí)代的“車(chē)路云網(wǎng)圖”應(yīng)保障時(shí)空可信

在中國(guó)信通院去年發(fā)布的《車(chē)聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)（2022）》中，已經(jīng)從“車(chē)路協(xié)同”這個(gè)概念出發(fā)，提出了“車(chē)路云網(wǎng)圖”智能協(xié)同方案[1]。產(chǎn)業(yè)界更是把這個(gè)方案上升到智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)“中國(guó)方案”

的高度。目前各地政府主導(dǎo)建設(shè)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試道路，主要是由單一市場(chǎng)主體或者技術(shù)聯(lián)盟完成建設(shè)，本質(zhì)上是“車(chē)路云網(wǎng)圖”的內(nèi)部協(xié)同，即車(chē)輛、道路、云端、通信網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)地圖這5 套系統(tǒng)間的“機(jī)器對(duì)機(jī)器”自動(dòng)化交互。

要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)可信賴(lài)的自動(dòng)駕駛，必須建立借助通用技術(shù)實(shí)現(xiàn)外部協(xié)同的基礎(chǔ)上。而最關(guān)鍵的協(xié)同，就是“車(chē)路云網(wǎng)圖”的時(shí)間、空間協(xié)同（圖1）。

所謂時(shí)間、空間協(xié)同，意思是車(chē)輛什么時(shí)間、位于什么坐標(biāo)點(diǎn)，5 套系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有共識(shí)。對(duì)于駕駛者而言，看到手機(jī)上紅綠燈提醒，自然會(huì)抬頭看路，然后根據(jù)自己所處的位置決定何時(shí)加油門(mén)起步。但對(duì)于處于自動(dòng)駕駛狀態(tài)的車(chē)輛而言，它不具備時(shí)間、空間感知能力，必須要靠時(shí)間、位置數(shù)據(jù)之間的比對(duì)，才能判斷自己的位置。而且這個(gè)比對(duì)精度，不能是秒，至少應(yīng)該是毫秒級(jí)，因?yàn)? s 之內(nèi)，車(chē)輛已經(jīng)移動(dòng)若干米。即使政府開(kāi)放紅綠燈實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在毫秒這個(gè)時(shí)間維度下，車(chē)輛從車(chē)路協(xié)同平臺(tái)獲得的紅綠燈信號(hào)5 s 倒計(jì)時(shí)，究竟從幾點(diǎn)幾分幾秒幾毫秒開(kāi)始，得以車(chē)輛和紅綠燈背后那套系統(tǒng)的時(shí)間實(shí)時(shí)同步為前提。

車(chē)輛時(shí)鐘如果與紅綠燈時(shí)鐘存在秒級(jí)誤差，意味著車(chē)輛起步的延遲或者提前，很難保障交通效率和交通安全。傳統(tǒng)汽車(chē)是不需要考慮時(shí)鐘同步的，大多數(shù)人的車(chē)輛時(shí)鐘與手機(jī)時(shí)鐘都存在分鐘級(jí)誤差，但這并不影響駕駛安全。對(duì)于尚不具備高等級(jí)自動(dòng)駕駛功能的車(chē)輛而言，時(shí)鐘同步同樣并不重要。事實(shí)上，目前絕大多數(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的導(dǎo)航娛樂(lè)系統(tǒng)時(shí)鐘與車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的時(shí)鐘都做不到同步，交通信號(hào)燈之間更不存在高精度的時(shí)鐘同步機(jī)制，更不存在車(chē)輛與交通信號(hào)燈之間的時(shí)鐘同步。

對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛而言，除了時(shí)間，還需要空間位置這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。有了時(shí)間、位置，車(chē)輛的一切行為都是可計(jì)算、可預(yù)測(cè)的。自動(dòng)駕駛車(chē)輛借助攝像頭、雷達(dá)建立的空間地圖中，自身和道路設(shè)施究竟位于什么坐標(biāo)點(diǎn)，是由各自所依賴(lài)的地圖和算法模型決定的，不同車(chē)輛對(duì)于彼此處于什么坐標(biāo)點(diǎn)，如果不基于統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)，自然會(huì)得出不同的結(jié)論。如果所有車(chē)輛都使用北斗，那么借助北斗的納秒級(jí)授時(shí)和分米甚至厘米級(jí)定位能力，就能夠解決上述時(shí)空管理問(wèn)題[2]。

2 時(shí)空基準(zhǔn)是機(jī)器智能時(shí)代的數(shù)據(jù)質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施

中國(guó)科學(xué)院楊元喜院士在最近撰寫(xiě)的《泛在感知與航天測(cè)繪》一文中指出：要解決泛在感知信息與測(cè)繪信息的匹配與融合問(wèn)題，首先需要解決感知信息的時(shí)間標(biāo)簽和空間位置問(wèn)題，然后需要解決泛在感知信息與全球影像信息或地理空間信息的快速配準(zhǔn)難題，進(jìn)而建立泛在感知信息的時(shí)間序列分析或空間統(tǒng)計(jì)分析模型和方法[3]。把楊院士這篇論文的結(jié)論，用在汽車(chē)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域可以驗(yàn)證本文的觀點(diǎn)。

首先，得給車(chē)輛攝像頭、毫米波雷達(dá)獲取的道路、車(chē)輛和行人數(shù)據(jù)打上時(shí)間戳和位置戳，這2 個(gè)戳都得溯源國(guó)家時(shí)間和位置基準(zhǔn)，否則難以得到各方承認(rèn)。其次，得解決上述數(shù)據(jù)與地圖的快速匹配難題，這個(gè)需要借助機(jī)器學(xué)習(xí)。最后才能借助時(shí)空數(shù)據(jù)的智能計(jì)算，實(shí)現(xiàn)真正意義上的可信、安全自動(dòng)駕駛。

所以，一個(gè)看似對(duì)人類(lèi)駕駛者簡(jiǎn)單的時(shí)空感知問(wèn)題，到機(jī)器自動(dòng)駕駛階段，就需要解決時(shí)間高精度同步、統(tǒng)一位置基準(zhǔn)等問(wèn)題，反而變得復(fù)雜無(wú)比。要將這個(gè)復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，必須建立國(guó)家數(shù)字質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施，借助計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證等質(zhì)量技術(shù)手段，推動(dòng)具備自動(dòng)駕駛功能的車(chē)輛、道路、云計(jì)算平臺(tái)、通信網(wǎng)絡(luò)以及實(shí)時(shí)地圖，統(tǒng)一溯源國(guó)家時(shí)空基準(zhǔn)。

筆者此前撰寫(xiě)論文指出：數(shù)字經(jīng)濟(jì)亟需國(guó)家數(shù)據(jù)質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施。進(jìn)入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，無(wú)論智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，不再僅局限于用一套軟件解決問(wèn)題，而是一個(gè)軟件要跟其他的軟件和實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。兩個(gè)軟件之間的交互，本質(zhì)上是機(jī)器與機(jī)器的交互，這種交互要保障人類(lèi)的安全，就必須確保參與交互的機(jī)器所輸入、輸出的數(shù)據(jù)是可信的。要解決可信問(wèn)題，首先就要解決數(shù)據(jù)的時(shí)空屬性可信，其次才是其他測(cè)量數(shù)據(jù)的可信。隨著國(guó)際單位制的量子化，一切測(cè)量數(shù)據(jù)都是時(shí)間的函數(shù)，因此，有了可信的高精度時(shí)間數(shù)據(jù)，一方面可以對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，另一方面可以借助可信時(shí)間戳解決業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密認(rèn)證等問(wèn)題。

對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)而言，一個(gè)迫在眉睫的應(yīng)用就是對(duì)車(chē)載雷達(dá)、攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。雖然汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可以借助雷達(dá)和攝像頭的圖像進(jìn)行自校準(zhǔn)，但這種自校準(zhǔn)本身并不溯源相關(guān)測(cè)量基準(zhǔn)，也無(wú)法自證清白。這導(dǎo)致一旦車(chē)輛發(fā)生惡性質(zhì)量安全事故，要區(qū)分清楚是傳感器質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)器錯(cuò)誤決策，還是算法問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)器錯(cuò)誤決策，亦或者是路側(cè)控制單元給出的路況數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致車(chē)輛錯(cuò)誤決策，并沒(méi)有第三方可以提供可信證明。

同樣，道路安全治理也難以依賴(lài)未經(jīng)第三方驗(yàn)證的車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)就開(kāi)展遠(yuǎn)程執(zhí)法。我們目前在街頭看到的“電子警察”，本質(zhì)上只是個(gè)取證攝像頭，真正執(zhí)法的仍然是人類(lèi)警察，而不是“電子”。要真正實(shí)現(xiàn)“電子警察”實(shí)時(shí)智能化執(zhí)法，首先得有可信的第三方數(shù)據(jù)作為電子證據(jù)，而且這個(gè)證據(jù)必須從源頭上做到“時(shí)空可信”。這樣，當(dāng)車(chē)主拿出不在現(xiàn)場(chǎng)的其他圖像、視頻證據(jù)時(shí)，也得具備同等的時(shí)空可信度，否則警方的電子證據(jù)就具有更高的可信度。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)趥鹘y(tǒng)汽車(chē)時(shí)代已經(jīng)錯(cuò)失掌控標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。在數(shù)字時(shí)代，真正的標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)，并不是看得到的那些軟硬件專(zhuān)利、標(biāo)準(zhǔn)，而是看不到的時(shí)空管理的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)。在數(shù)字世界，掌控了時(shí)間和空間定義的話語(yǔ)權(quán)，就掌控了數(shù)字世界的規(guī)則制定權(quán)。毫無(wú)疑問(wèn)，從物理疆域延伸到數(shù)字時(shí)空疆域，只有大國(guó)才具備爭(zhēng)奪話語(yǔ)權(quán)的資格[4]。

要保障中國(guó)道路智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的行駛安全，必須以統(tǒng)一的時(shí)空管理基礎(chǔ)設(shè)施為前提，目前產(chǎn)業(yè)界還缺乏對(duì)這一問(wèn)題重要性的共識(shí)，希望本文能拋磚引玉，引發(fā)各方關(guān)注，共同推動(dòng)這一數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。