【未来驾驶新思路】王飞跃平行智能理论启发ACP自动驾驶,技术全解析

编辑:张乾

【新智元导读】2月2日,在青岛2018国家智能产业峰会上,中国自动化学会副理事长兼秘书长王飞跃教授介绍了《第三轴心时代的智能产业》报告。王教授的平行智能理论启发了诸多领域,其中就包括自动驾驶产业。慧拓智能机器有限公司高级工程师周锐在峰会上介绍了《平行驾驶与平行测试》方面的最新研究进展及其产业化潜在应用前景,两人的演讲干货满满。

2月2日,由中国自动化学会、中国人工智能产业发展联盟主办,青岛智能产业技术研究院承办的2018国家智能产业峰会在青岛开幕。峰会以“智能产业与未来世界:趋势、技术与挑战”为主题,探讨全球人工智能的现状、前沿技术应用及未来趋势。

在峰会上,中国自动化学会副理事长兼秘书长,中科院自动化研究所研究员、青岛智能产业技术研究院院长王飞跃做了题为《第三轴心时代的智能产业》报告;下午的“智能产业——机遇与挑战”分论坛中,慧拓智能机器有限公司高级工程师周锐带来了公司在《平行驾驶与平行测试》方面的最新研发进展及其产业化应用落地实例介绍。

此外,中国工程院院士、中国自动化学会理事长郑南宁做峰会视频致辞,中国科学院院士、中国人民解放军技术安全研究所研究员郑建华,中国工程院院士、海军航空大学信息融合研究所所长、清华大学教授何友分别在会上作报告。

以下为分别为王飞跃和周锐演讲的干货介绍:

王飞跃:人类社会就是围绕物理、心理和人工三个世界建“网”

中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任、研究员,青岛智能产业技术研究院院长,国防科技大学军事计算实验与平行系统技术研究中心主任、教授。

王飞跃认为,在技术层面,人类社会的历史,几乎就是社会基础设施建设的历史。具体而言,就是围绕着物理、心理和人工三个世界建“网”。第一张网叫Grids1.0,主体就是交通网;第二张是Grids 2.0,就是以电力为主的能源网;第三张Grids3.0,就是以互联网为主的信息网;第四张 Grids4.0,就是正在建设之中的物联网;而接下来必须开建的第五张网Grids5.0,就是使我们进入智慧社会的智联网。

这五张网把三个世界紧密地整合为一个整体,其中交通、信息、智联分别是物理、心理、人工世界自己的主网,而能源网和物联网分别是第一和第二世界、第二和第三世界之间的过渡和转换。人类通过Grids2.0从物世界获得动力和能源,借助Grids4.0从人工世界吸收知识和智源。这五张网就构成了人类智社会完整的基设能和平台系统。

如比一来,我们就自然地进入了以工业5.0为特征的智能产业阶段。工业1.0是绕蒸汽机发展起来的,所以大学就有了机械系;工业2.0的核心是电动机,所以大学又有了电机系;工业3.0自然是计算机的推动,大学有了计算机系;工业4.0靠网络和路由器,我们又有了物联网院和系;但就像Grids2.0和Grids4.0是过渡性一样,工业2.0和工业4.0也是过渡性的,我们已步入稳定的工业5.0之初始阶段,接下来就是虚实平行的智能时代,目前北京大学、厦门大学等36所大学都有了智能科学与工程系,而且把科学与技术列为国家一级学科的努力也正在进行。

平行制造的运行方式:在物理、心理和人工三个世界中平行展开

德国人认为工业4.0 的核心就是ICT+CPS,即信息通信技术和信息物理系统。但王飞跃认为,这样的定义仍是工业自动化的理念。人工智能时代要求我们把ICT 理解成“智能连通技术”,I主要是Intelligence,而不是Information,C主要是Connectivity,不再是Communication,而CPS 应理解为Cyber-Physical-Social,就是社会物理信息,加上系统就是CPSS。

从信息物理系统变为信息物理社会系统,这就是知识自动化的思维方式,使人及其对应的人工人,即知识机器人或软件定义的机器人,成为了系统的显式分子。

未来智能社会的基础设施将以各种各样的CPSS 为主,形成“人机结合、知行合一、虚实一体”的“合一体”智能生产、智能经济和智能社会。其中,人工或软件定义的系统将定义规则和流程,确定描述性智能;计算化实验将通过各类评估和优化,从小数据导出大数据,形成预测性智能;最后通过虚实互动的平行执行方式,落实特定场景的“小”规则精准知识,实现引导性智能。

这就是工业5.0 或平行制造的运行方式:制造过程及其应用将在物理、心理和人工三个世界同时平行展开,数据不但是原料,也是制造的产品,并将以平行区块链的形式加以应用,让制造走向个性化智能制造和可持续绿色生产的社会制造新模式。

产业化应用落地:基于ACP方法的平行驾驶

青岛慧拓智能科技有限公司高级工程师周锐

平行驾驶的概念由王飞跃教授在2005年首次提出。其特点在于针对自动驾驶构建其社会-信息-物理系统(Cyber-Social-Physical Systems)模型,从人与车、车与环境、人-车-环境等多个不同层次考虑自动驾驶的实现,并独特性地提出使用云端驾驶与地面端驾驶“平行”的方式,指导无人车实现智能驾驶,为未来无人驾驶指明了一种新的实现新途径。

慧拓智能机器公司是本届大会的重要合作单位,也是平行驾驶与平行测试理念的坚定实践者。公司是中科院自动化所青岛智能产业研究院孵化的一家高新科技创新企业,专注于自动驾驶与车联网前沿技术研究及相关产品研发、销售,以“平行智能”理论为指导,为全球用户提供自动驾驶、云端网联汽车、自动驾驶测评等智能化解决方案。

青岛慧拓智能科技有限公司高级工程师周锐认为,自动驾驶会朝着智能化和网联化的两个方向发展。这就意味着,人们需要同时从局部(人和车)和全局(人-车-环境)两个角度来考虑自动驾驶的实现,为此,在王飞跃教授“平行智能”思想的启发下,慧拓智能提出使用基于ACP方法的平行驾驶。

ACP是指基于人工社会(Artificial Societies)、计算实验(Computational Experiments)和平行执行(Parallel Execution)的平行智能体系。

基于ACP方法的平行驾驶的主要思路为:首先在虚拟的空间内,对物理世界的车辆进行建模,构建软件定义的汽车;同时也在这个空间内对驾驶员进行建模,设计人机共驾的场景;再者,对现实物理空间中的场景进行3D建模,构造与物理的人-车-环境“平行”的统一集成式的虚拟系统,形成平行驾驶的基本架构。

平行驾驶相对于其他传统网联自动驾驶方案的显著优点为:车内简单,云端复杂,虚实互动,安全高效。在初期应用阶段,尤其适用于规模化定场景应用,比如物流,公交,港口,矿山等。中长期在平台化大规模车辆与交通系统中应用优势尤其突出。和多家战略合作伙伴协作,慧拓公司在这些方面的产业化已经取得一定的阶段性成果。

在平行驾驶的框架里面,把平行驾驶分了三个不同的层面:最底层是物理层(Physical Space),第二层是加入一些人的因素的人机共驾的层面(Social Space, 重点考虑人与车的交互),第三层是完全虚拟的人工世界(Cyber Space)。即在信息物理系统之上,增加对社会因素的考虑,针对自动驾驶构建其社会-信息-物理系统(Cyber-Social-Physical Systems)模型,从人与车、车与环境、人-车-环境等多个不同层次考虑自动驾驶的实现。

基于ACP的理念区别于一般自动驾驶的理念,在于把比较简单的一些场景在车内实现,比较复杂的会在云端去运算后解决。比如在日常生活中,汽车会临时碰到闯入的行人或动物,人们需要快速及时进行反应,但对于自动驾驶汽车来讲,不可能要上传到云端进行一些复杂的通讯以及计算以后再做出反应,这时候,就要求把这些经常会遇到且需要应急响应的计算放在“车端(终端)”,为驾驶员提供方便快捷的自动驾驶服务。

但是考虑到人和社会的复杂性、驾驶环境的多样性和动态变化性,物理世界中的实际情况往往需要驾驶员在多车并存的情况下,综合考虑其所处的社会环境做出决策,此时要进行大量的学习、计算、实验,因此,慧拓智能就会结合实际的驾驶情况,考虑在云端的虚拟场景中设置多辆车、多辆车的驾驶员具有不同的驾驶行为特征。

围绕上述的情况与目的,慧拓智能机器有限公司开发了一些自主性的产品与系统,包括车辆识别,SLAM建模,3D地图建立,可行驶道路的分割,包括道路线识别的算法。慧拓智能所有研发产品与系统的共性特征在于,以“平行智能”的理论为指导,构建终端——云端反馈与同步的平行系统,以虚拟引导实际,在局部智能的基础之上,增加全局的考虑,以群体智能和协同规划的方式达到全局的优化。

拟人决策算法:对驾驶员建模与行为提取、平行测试

接下来非常重要的一步是拟人决策算法。为什么会用到拟人算法?目前,不管是视觉识别、语音理解还是触觉感知算法,其本质上都是要让机器使用人类的方式来理解“世界知识”,并对其做出反馈。

现阶段,智能驾驶算法还达不到人类驾驶员本身所具有的智能,目前自动驾驶的智能还是不如人类,因此慧拓智能开发出拟人算法,让自动驾驶汽车能够以人类的方式进行驾驶,同时对人类的驾驶行为进行学习,逐步达到人类智能驾驶的水平。

算法分为两步,第一步是根据驾驶行为对驾驶员进行建模,然后对其行为进行提取,包括通过踩油门、踩刹车、转方向盘一些信号采集,包括横向、纵向的速度与加速度,建立驾驶员行为模型,用这种拟人的算法来驾驶无人车,上图中展示的是这方面的一些研究。

慧拓智能目前所进行的主要研究工作是做这样一个平行驾驶的演示系统,最终是要做一个自动驾驶的平行管控系统,将实际的物理人-车单元、平行执行的云空间里的人-车模型对应起来,这是建立算法的第一步。在这个情况下,管控系统主要是进行刚刚提到云端的计算,从全局整体的角度进行调度和优化。

第二步是平行测试。为什么要提出平行测试的理念?在未来,无人车在上路之前会经过大量的测试,不管是虚拟测试也好,真实测试也好。现在人们在测试中遇到很大的问题就是在真实测试过程中会遇到很多危险的场景,而且总会遇到之前没有遇到的场景。

如果是人类驾驶,一般够根据以往的经验快速做出判断和决策,但目前的自动驾驶还达不到人类水平。并且,自动驾驶在真实的场景中不停的开、进而学习、提高智能化水平的成本非常高,并且有很多场景,比如大雪、大风、强光照等环境,在真实的环境中都很难获得,所以慧拓智能就提出了平行测试的理念。

平行测试是在真实空间内建立一套测试体系,在虚拟空间内也建立一套测试体系,中间通过车联网的技术、通过RSU的通信,同时两者进行交互。这是基于场景和功能的测试理念,会把测试场景进行一些细分,分成测试任务,在测试任务进行一些细分,作为功能的集合,最后做到一些细小的功能,然后以这个为理论基础,在两个空间(实际空间和虚拟空间)里面建立测试场景、测试任务,以及功能的测试。

目前慧拓公司已经在中国智能车综合测试研发与测试中心进行了大量的道路测试及数十万公里的平行无人车虚拟测试,在平行驾驶系统优化及通用型网联自动驾驶系统方面积累了大量丰富的实战经验。

总之,智能车自动测评系统要实现智能车的科学化、智能化的评估,从而从第三方考核的角度客观、公正地评估智能车的真实驾驶水平,推动智能车的上路速度。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2018-02-06

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