專訪無人駕駛開拓者王飛躍教授:平行駕駛不是遙控駕駛
6月30日在常熟舉行的國際智能車聯合道路演示上,五輛不同系統(tǒng)的無人車在平行駕駛3.1系統(tǒng)的管控下,順利完成道路測試。在這期間,智車科技采訪了平行駕駛理論的提出者王飛躍教授,對平行駕駛有了更深的了解,平行駕駛不只是遠程接管、遙控駕駛這么簡單。
2018年6月30日, 在常熟中國智能車綜合技術研發(fā)與測試中心一樓中央管控大廳的屏幕上,顯示一輛由長城汽車改裝的無人車,車內沒有駕駛員,方向盤在靈活地控制著方向,繞著測試場地行駛了一段距離后,車端發(fā)出請求接管的指令,坐在大廳內遠端駕駛員通過駕駛模擬器順勢接管了車輛,控制無人車繼續(xù)向前行駛……
這是發(fā)生在“IEEE IV 2018 On-road Demonstration”國際智能車聯合道路演示上的場景,五輛分別來自中山大學、鶴崗東風汽車、加拿大滑鐵盧大學等高校和公司的無人車,全部接入慧拓智能機器公司的平行駕駛3.1系統(tǒng),與5輛有人駕駛的社會車輛在測試場地進行路測。他們分別在一般交通場景響應式接管演示(正常接管)、緊急交通場景主動接管演示(緊急接管)、主動避障功能和中心駕駛員實時狀態(tài)監(jiān)測控等四個場景下,利用平行駕駛3.1系統(tǒng)實現了更安全的無人駕駛,而這一系列的工作只需要一個遠程駕駛員控制。
看到這個場景,坐在臺下的王飛躍教授陷入沉思,他開始回憶自己近三十年的無人駕駛研究經歷。1990至1996年間,時任亞利桑那大學副教授的王飛躍,先后在NASA的空間探索智能機器人系統(tǒng)中心(CIRSSE)和本地行星資源利用空間工程研究中心做系統(tǒng)集成驗證主管和首席研究員,先是負責外空間自動工廠的設計與控制,建立了CIRSSE空間機器人平臺的任務流程和ISRU火星制氧廠及其相應仿真驗證系統(tǒng);后與美國標準與技術院(NIST)的Albus合作,研制了月球表土采集車原型“Spider Robot”無人車。當時的美國并不太平,民主黨總統(tǒng)克林頓與共和黨的國會打架,導致空間機器人采礦的項目預算不批、工資發(fā)不出來、面臨被迫停止的危險。恰好這時候收到Caterpillar的邀請,出資一百八十多萬美元(后追加到兩百多萬美元),請王飛躍及其同事做一個「Auto Dig Project」。項目組必須在有現錢的Caterpillar礦山裝載車和無現錢的火星車之間做選擇。迫于團隊生計,最終只能把已經“到手”的空間機器人挖礦項目還給了JPL(噴氣推進實驗室),選擇了有現錢的Caterpillar大型野外裝載車(Wheel Loaders)的自動化項目,該項目也成了王教授“當地簡單(Local Simple),遠程復雜(Remote Complex)”的“基于代理的網絡控制”想法的起源。
當時的資源十分有限,GPU還未盛行,主流的PC處理器是主頻只有200MHZ的Pentium MMX系列,用它來進行實時數據的采集和處理;诋敃r的計算機算力和存儲能力考慮,王教授應用神經網絡、模糊邏輯和有限狀態(tài)機來模擬人類挖掘策略,將分層智能控制理論和智能挖掘算法用于98T自動裝載車,使得其挖滿率從原本的70%提升到90%,由此獲得了1996年的卡特彼勒技術發(fā)明獎;隨后在1998年與同事合作完成了世界上第一本礦山自動車的研究專著。
Agent技術在90年代成為熱門話題,甚至被一些文獻稱為軟件領域下一個意義深遠的突破, Agent技術為解決新的分布式應用問題提供了有效途徑,同時也為全面準確地研究分布計算系統(tǒng)的特點提供了合理的概念模型。當時受Agent技術思路的影響,王飛躍教授于萌發(fā)了“平行駕駛”的想法,將有人駕駛與無人駕駛結合起來,為當時低迷的自動駕駛研究另尋出路。這一想法曾在90年代末美國無人車VISTA的研制和數字試車場DGP的設計上,以及后來國內“863”汽車電子重點項目“基于OSGi/VDX的嵌入式實時特定汽車應用操作系統(tǒng)vASOS”中得以部分實施,但其方法的正式提出卻是差不多十年后的2005年,即在第一屆IEEE汽車電子與安全國際會議上提出的基于網絡化智能代理、按照“車內(Local)簡單、車外(Global)復雜”原理設計的平行駕駛系統(tǒng)。
從太空無人車、無人駕駛礦卡、Vista Car再到現在的平行駕駛,30年仿佛俯仰之間,為車輛自動化研究奮斗了大半生的王飛躍教授,似乎漸漸找到了無人車如何安全上路的答案,那就是平行駕駛。
這次國際智能車聯合道路演示是平行駕駛系統(tǒng)的3.1版本,演示現場普通汽車、SUV、物流貨車等不同車型改裝無人車同時上路,由一個遠端駕駛員同時管控五輛車。臺上主持人極富感染力地講解了無人車實時行駛狀況以及遙控駕駛接管車輛的整個過程,臺下受邀前來觀看演示的國內外專家學者都驚嘆不已。同樣坐在臺下的平行駕駛理論提出者王飛躍教授卻微微皺起了眉頭,尤其是當主持人一直重復“remote driving(遙控駕駛)”的時候。演示結束后,我們采訪了王飛躍教授。
智車科技:這次國際智能車聯合道路演示,平行駕駛3.1系統(tǒng)接入了不同車型,不同系統(tǒng)的五輛無人車,最終只依靠一個遠端駕駛員就順利地完成了整個過程,您對這次演示滿意嗎?
王飛躍:這次演示比3月18日發(fā)布的平行駕駛3.0系統(tǒng)難度上有了新的提高,也完美地完成了任務,如果非要講這次演示中“美中不足”的地方,我覺得可能是“遙控駕駛”被多次提到,這會讓大家誤以為平行駕駛就是遙控駕駛。隨著網絡技術越來越穩(wěn)定,國內外出現了很多遙控駕駛的公司,遙控駕駛一般只能有單一的遙控對象,單一的指令傳輸,沒有群體間的知識共享,而平行駕駛是一套能夠獲得感知極限和以外情況下的數據與場景、通過大量算法與大規(guī)模算力分析并評估行駛決策、并將知識與經驗分享給系統(tǒng)中所有車輛的系統(tǒng),它依靠具有感知、傳輸與決策能力的單車,以及背后龐大的GPU等設備進行數據存儲與計算,使得車輛本身具有根據環(huán)境變化調整自身行為的能力,只有出現預警時,才需要人來操作。換句話說,平行駕駛是在有人駕駛、無人駕駛、遠程控制、網絡駕駛之上的駕駛方式,平行駕駛中,駕駛的過程就是產生數據的過程,它把物理傳感器獲得的關于路況、關于車輛服務、關于車輛狀態(tài)的信息,進一步加工,把這些物理世界得來的這種小數據,通過計算實驗的方式,擴展成大數據,再用智能方法把這些大數據提煉成針對具體問題、具體服務的小智能、小規(guī)則、小知識,完成出行的智能控制,智能管理,讓出行變得安全、舒適、敏捷、智能。
智車科技:平行駕駛是虛實互動來指導駕駛的,虛擬的部分確實很難在可觀的演示上展現出來。現在越來越多公司開始相信和重視虛擬測試,平行駕駛在虛擬數據部分跟他們有何區(qū)別?
王飛躍:在平行系統(tǒng)中,所用的技術手段稱為 ACP 方法。A 是指人工系統(tǒng) (Artificial Systems),即構建與真實系統(tǒng)相似的人工系統(tǒng);C 是指計算實驗 (Computational Experiments),即利用當前高效、魯棒的人工智能、機器學習等方法來對構建的不同數學問題進行求解和分析;P 是指平行執(zhí)行 (Parallel Execution),即用人工系統(tǒng)來指導真實系統(tǒng),同時真實系統(tǒng)也可提升人工系統(tǒng)。計算實驗是在人工系統(tǒng)和真實系統(tǒng)兩個維度中同時進行的,而且具有越來越智能的趨勢,這可能是與其他做虛擬駕駛區(qū)別比較大的地方。計算實驗在實際系統(tǒng)主要對過去和當前的數據信息進行處理,獲得能夠指導實際系統(tǒng)運行的知識;而計算實驗在人工系統(tǒng)中則主要體現為通過預測學習和引導學習來獲取未來的或者未經歷過的知識,從而使得平行系統(tǒng)更加完備。
智車科技:您研究20多年的無人駕駛,從最早研究無人礦車到現在開始平行駕駛3.1系統(tǒng)已經落地了,您覺得目前無人駕駛最佳的應用場景是什么?
王飛躍:以挖掘、裝載和運輸為主的采礦作業(yè)自動化,是無人車技術最合適最‘靠譜’的一個應用領域。礦山是一個相對封閉和結構化的受控環(huán)節(jié),加上對駕駛員的勞動強度太高和工作環(huán)境太惡劣,特別適合無人車和機器人等人工智能技術的應用。
礦山開采是一個較為古老的行業(yè)。近幾年科技的進步以及汽車行業(yè)的發(fā)展,慢慢開始影響著這個行業(yè),礦用車開始逐漸普及,礦用車的種類也在不斷增加。目前,國外數字化的礦山開采逐漸成熟,Sandvik 和 Atlas Copco 等公司已經開始在南非智利等礦山試用數字化的開采作業(yè),其礦山中的數字自動化系統(tǒng)也離不開對于自動化礦用車的需求。在礦山中,LHD 配套的地下卡車自動化系統(tǒng)、低下鏟運車已經成功應用于公司的自動化系統(tǒng)中,并且相信在今后,隨著這種自動化系統(tǒng)的成熟,對于自動化跨用車的需求量會更大,也會刺激更多地企業(yè)從事自動化礦用車的發(fā)展。我國也在倡導智慧礦山,所以自動化系統(tǒng)在礦山領域的應用將有巨大的缺口。
一直堅持平行駕駛技術路線的慧拓智能機器公司也在做一些實踐,他們研發(fā)出無人礦山整體場景平行智能解決方案,在2017年初就與世界工程機械排名前十的國內大型集團企業(yè)達成了面向無人礦山量產的戰(zhàn)略合作,做無人礦山機械及管控平臺。同時,公司也與國內主流整車廠簽署了量產無人駕駛物流商用車的合作。公司也在與其他整車廠和大型能源公司以及華為、移動、聯通等移動互聯網公司洽談合作,進一步完善整體運營方案。
智車科技:平行駕駛整合了有人駕駛、無人駕駛、遠程控制、網絡駕駛等多種駕駛方式的解決方案,如果未來在馬路上應用,它改變的是整個交通系統(tǒng)。所以,是否想過與國家層面的合作?
王飛躍:未來當然希望與國家層面進行合作,構建適合中國特色的平行智能交通系統(tǒng),所以,現在要從一些礦山、物流等小場景中去驗證平行駕駛系統(tǒng),真正做到了安全、高效才會更有說服了。我們也在某些城市也做過一些嘗試,“基于ACP方法的平行交通一期工程”作為青島市城市道路智能交通管理服務系統(tǒng)的一部分,由自動化所復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室、自動化所青島智能產業(yè)技術研究院、青島市公安局交警支隊、海信集團以及國防科技大學、清華大學等多家單位聯合組織研發(fā)實施。項目總投資約七億元,是目前國內實施的最大智能城市交通項目。項目自2014年10月份上線以來,在緩解城區(qū)交通擁堵、提升交通信息服務水平、規(guī)范交通安全秩序、提高交通管理科技水平等方面體現出較好的應用效果,取得了良好社會效益,有力地提升了青島市交通建設的國際化水平。我們相信,實踐是檢驗真理的唯一標準。
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