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

朱偉華、任強(qiáng)

（1.杭州市數(shù)據(jù)質(zhì)量研究院，杭州 310024；2.北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

2022年以來，越來越多習(xí)慣開車導(dǎo)航的車主朋友會(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)公司能夠采取簡單的視頻分析算法，對車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，為車主提供紅綠燈倒計(jì)時(shí)服務(wù)。車主在使用手機(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題。導(dǎo)航地圖的紅綠燈動(dòng)態(tài)信息，恐怕是車主當(dāng)下最能直觀感受到的“車路協(xié)同”服務(wù)。

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

在中國信通院去年發(fā)布的《車聯(lián)網(wǎng)白皮書（2022）》中，已經(jīng)從“車路協(xié)同”這個(gè)概念出發(fā)，提出了“車路云網(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“中國方案”的高度。目前各地政府主導(dǎo)建設(shè)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試道路，主要是由單一市場主體或者技術(shù)聯(lián)盟完成建設(shè)，本質(zhì)上是“車路云網(wǎng)圖”的內(nèi)部協(xié)同，即車輛、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)器對機(jī)器”自動(dòng)化交互。要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車可信賴的自動(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“車路云網(wǎng)圖”的時(shí)間、空間協(xié)同（圖1）。

圖1 數(shù)字公路、時(shí)空同步示意圖

所謂時(shí)間、空間協(xié)同，意思是車輛什么時(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)加油門起步。但對于處于自動(dòng)駕駛狀態(tài)的車輛而言，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，才能判斷自己的位置。而且這個(gè)比對精度，不能是秒，至少應(yīng)該是毫秒級，因?yàn)? s 之內(nèi)，車輛已經(jīng)移動(dòng)若干米。即使政府開放紅綠燈實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在毫秒這個(gè)時(shí)間維度下，車輛從車路協(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)幾分幾秒幾毫秒開始，得以車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。

車輛時(shí)鐘如果與紅綠燈時(shí)鐘存在秒級誤差，意味著車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)汽車是不需要考慮時(shí)鐘同步的，大多數(shù)人的車輛時(shí)鐘與手機(jī)時(shí)鐘都存在分鐘級誤差，但這并不影響駕駛安全。對于尚不具備高等級自動(dòng)駕駛功能的車輛而言，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)汽車的導(dǎo)航娛樂系統(tǒng)時(shí)鐘與車輛自動(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，更不存在車輛與交通信號(hào)燈之間的時(shí)鐘同步。

對于自動(dòng)駕駛車輛而言，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，車輛的一切行為都是可計(jì)算、可預(yù)測的。自動(dòng)駕駛車輛借助攝像頭、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)，是由各自所依賴的地圖和算法模型決定的，不同車輛對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。如果所有車輛都使用北斗，那么借助北斗的納秒級授時(shí)和分米甚至厘米級定位能力，就能夠解決上述時(shí)空管理問題[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

中國科學(xué)院楊元喜院士在最近撰寫的《泛在感知與航天測繪》一文中指出：要解決泛在感知信息與測繪信息的匹配與融合問題，首先需要解決感知信息的時(shí)間標(biāo)簽和空間位置問題，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，用在汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域可以驗(yàn)證本文的觀點(diǎn)。

首先，得給車輛攝像頭、毫米波雷達(dá)獲取的道路、車輛和行人數(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)看似對人類駕駛者簡單的時(shí)空感知問題，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)等問題，反而變得復(fù)雜無比。要將這個(gè)復(fù)雜問題簡單化，必須建立國家數(shù)字質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施，借助計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、檢測、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)一溯源國家時(shí)空基準(zhǔn)。

筆者此前撰寫論文指出：數(shù)字經(jīng)濟(jì)亟需國家數(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，無論智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是智能網(wǎng)聯(lián)汽車，不再僅局限于用一套軟件解決問題，而是一個(gè)軟件要跟其他的軟件和實(shí)時(shí)環(huán)境測量數(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，其次才是其他測量數(shù)據(jù)的可信。隨著國際單位制的量子化，一切測量數(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)證等問題。

對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車而言，一個(gè)迫在眉睫的應(yīng)用就是對車載雷達(dá)、攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。雖然汽車產(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)測量基準(zhǔn)，也無法自證清白。這導(dǎo)致一旦車輛發(fā)生惡性質(zhì)量安全事故，要區(qū)分清楚是傳感器質(zhì)量問題導(dǎo)致機(jī)器錯(cuò)誤決策，還是算法問題導(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)致車輛錯(cuò)誤決策，并沒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未經(jīng)第三方驗(yàn)證的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)就開展遠(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)車主拿出不在現(xiàn)場的其他圖像、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

我們在傳統(tǒng)汽車時(shí)代已經(jīng)錯(cuò)失掌控標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。在數(shù)字時(shí)代，真正的標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)，并不是看得到的那些軟硬件專利、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)話語權(quán)。在數(shù)字世界，掌控了時(shí)間和空間定義的話語權(quán)，就掌控了數(shù)字世界的規(guī)則制定權(quán)。毫無疑問，從物理疆域延伸到數(shù)字時(shí)空疆域，只有大國才具備爭奪話語權(quán)的資格[4]。

要保障中國道路智能網(wǎng)聯(lián)汽車的行駛安全，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)界還缺乏對這一問題重要性的共識(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)。