汽车是带轮子的手机还是带轮子的局域网？智能交通的8个思考 | 专栏

智能汽车每一步所引发的涟漪都进一步超出了它自己的想象。从车轮上的智能手机到车轮上的局域网，再到汽车和道路网络之间的网络，汽车不仅是工业制造业最耀眼的明珠，也是互联网、物联网和数字互联网的集成者。他们正在推动一个智能出行的伟大时代的到来。《智能驾驶在线》专栏作家袁淑宁在他的“智能交通八思”中也旨在推动业内人士思考和行动。专栏作家袁顺宁、罗宾·李（Robin Lee），2021的新书《智能交通》（Intelligent Transportation）的老师，回顾了历史，展望了未来。他从智能信息控制、智能停车、车路协调、智能高速公路、自动驾驶、人工智能地图、旅行服务、碳中和等交通的核心节点出发，详细阐述了智能交通的发展蓝图。看完之后，我受益匪浅。我如沐春风，深感智能交通的美好时代即将到来。与此同时，仍然有很多需要改进的地方，而且似乎还缺少一些东西。因此，这篇文章诞生了。本文将试图解释为什么智能交通时代已经到来，是什么力量在推动智能交通的爆炸，现阶段我们还缺乏什么，以及中国在智能交通产业起飞过程中可以发挥什么作用。

▲ 图5:5GAA车辆网络示意图04。前三节从网络的角度描述了智能交通的组成：每辆车都是局域网、道路信号控制系统和信息采集系统。不同的城市和公路可以被视为具有不同规模的局域网。这些局域网可以通过专用交通网络、蜂窝网络和V2X网络连接成一个大型网络，成为“车联网”。那么，我们为什么要用网络的角度来看待智能交通呢？由于网络的某些特性，它将成为智能交通和在线自动驾驶的核心驱动力。经济学有一个基本定律：边际效用递减定律。例如，为了提高耕地的粮食产量，我们可以在田里撒肥料。前100公斤化肥将带来最大的粮食增产，而第二个100公斤化肥带来的粮食增产将比以前少。当施用第三个100公斤肥料时，粮食产量的增加量将很小，甚至可能会减产。换句话说，每次相同的再投资，增加值都会逐渐降低。世界上几乎所有的资源都是这样投入的，包括人力资源、资本、能源、产品，甚至政策、人类记忆等等。然而，至少有一个例外，那就是网络！

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▲ 图6：总效用和边际效用下降的经济示意图网络的特征完全相反：边际效应增加。从固定电话到蜂窝网络，再到使用个人电脑作为终端的互联网，甚至虚拟社交网络，这都是事实。当前两部手机连接到网络时，他们唯一可以通信的是对面的另一部手机。随着越来越多的终端接入网络，理论上可以通信的设备将越来越多，这意味着边际效用将越来越大。由于网络的这种特性，已经取得了一个结果。一旦网络开始出现，它将迅速流行起来，直到所有可访问的设备和人员都连接起来。膨胀的过程是完全自发的，就像水从山顶流到底部，就像强风从高压吹到低压，并且可以在没有人为干预的情况下完成。电话网络、蜂窝网络和互联网的普及也不例外。由于网络的边际效应日益增强，“车路网络”已成为协同智能交通发展的最大内驱力。换句话说，在智能交通的美好时代，存在着自我进化的内在动机。05.效率、效率或效率自15世纪大航海时代以来，促进经济繁荣的原因是什么？答案有三：第一，新需求的出现。例如，随着人口的增长，社会需要更多的食物、水果、衣服和住房。第二，新产品的出现，如新风格的服装、新口味的菜肴和新的住房风格。第三，效率的提高，如大规模的集中工业生产，以及火车、汽车、船舶和飞机等快速交通工具的发明和普及。在这三点中，效率的提高是经济繁荣的最根本驱动力，是资本积累的原因，是工业化生产取代小农经济，是社会专业化的产生，是决定技术发展方向的根本驱动力。接下来，让我们回顾一下自20世纪90年代以来，互联网的爆发给我们带来了哪些效率的提高。1） 从门户网站获取信息比从报纸和书籍获取信息更快、更便宜。2） 使用文档编辑器和电子邮件比在纸上书写、打印和邮寄更方便、更便宜。3） 网上购物、送餐和共享单车在为用户提供极大便利的同时，也迅速降低了社会的整体成本。互联网使信息得以快速流动，大大降低了交易成本。同样，无论是网络化自动驾驶的发展，还是协同智能交通的发展，其发展方向必然是提高效率、降低成本。这是整个经济发展的基本方向，交通运输和汽车行业也不例外。电动汽车的发展已经持续了至少十年。就交通效率而言，电动汽车和汽油汽车没有区别。当交通工程师计算十字路口的车辆通行能力时，他们没有将电动汽车和汽油车分开。当然，电动汽车在能效方面是否具有优势，计算方法也多种多样。在充电效率方面，很明显，到目前为止，电动汽车仍明显不如汽油车。因此，由于使用效率、交通效率和能源效率没有显著提高，如果没有政府补贴，电动汽车至少不能在市场上暂时自发地取代燃油车。

▲ 图表7：谷歌的自动驾驶汽车也遇到了类似的问题。除了试图证明自动驾驶比有人驾驶更安全外，自动驾驶汽车和有人驾驶汽车的能效基本相同，在城市道路和高速公路上行驶无法达到提高交通效率的目的。其最有前景的出行即服务，现阶段，其效率也与出租车软件下的出租车基本相似。这也创造了雕像……

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拼音 双语对照尽管自动驾驶汽车已经发展了十多年，但大规模普及仍然遥遥无期。06.“车路网”提高交通效率的最大功能是及时有效地获取信息。一旦能够准确及时地获取信息，就可以在当前条件下做出最合理的反应，并将各种资源更有效地分配到最需要的地方。例如，我们每天使用的网上购物、手机通话、共享单车等等，都是基于这一基本原则。“车路网络”自然也不例外。有效获取信息和适当的应对策略可以达到提高交通效率和资源利用率的效果。1） 路网瓶颈处的效率提高从交通拥堵的角度来看，拥堵点的形成基本上是在交通容量显著降低的瓶颈处。例如，三车道分为两车道、交叉口、高速公路交叉口、相互作用的混合交通流道路等。现阶段处理这些节点往往既繁琐又僵化。例如，交叉口的红绿灯控制器通常采用固定的计时，而不是根据交叉口每条车道上左右转弯车辆的实时数据进行动态调整。此外，道路网络中的交通信号灯控制之间基本上没有协作。即使是相对先进的SCATS也使用区域控制方法，这对全局优化具有局限性。随着车辆、传感器设备和交通控制设备连接到网络，实时信息采集允许动态调整交叉口信号控制持续时间和信号相位的组合。此外，在以深度神经网络为代表的人工智能的帮助下，可以对整个城市道路网络的信号控制进行实时协同优化，甚至可以预测可能发生的事件及其可能产生的影响，并提前采取计划。李彦宏在《智能交通》一书中详细提到了可以带来的新的效率提高。本文不再赘述。李老师没有提到的部分将在下面的“我们还在等什么”部分进行讨论。

▲ 图8：悉尼协同自适应交通系统分层分布示意图2）直接提高交通能力。在20世纪70年代和80年代，有人驾驶条件下道路上的车流模型有相对明确的算法结论。基于这些模型，可以相当准确地推导出不同车辆组合下各种类型道路的线性度和交叉口的通行能力。然而，“车路网”与自动驾驶的结合将彻底改写目前载人驾驶的车流模型。协作式自动驾驶或网络化自动驾驶将与人类驾驶员的行为大不相同，从而显著提高车道、合流和十字路口的通行能力。在智能交通的“智慧高速公路”一章中，李彦宏更侧重于对高速的信息化和精细化管理的描述，但没有指出互联网连接的自动驾驶更深入，即自动驾驶导致驾驶行为的改变，进而导致基础设施利用率的大幅提高。举一个简单的例子：在高速公路上，为了确保人类驾驶员对前车情况的反应时间，前后车之间需要保持80到90到100米的距离，大约为2-2.5秒。单车道一小时的通行能力在1800至1440辆之间。然后，V2V技术可以在100毫秒内同步前后车辆的信息，然后自动驾驶系统可以在100秒内做出响应。在这一点上，前后车辆之间的时间距离有望减少到0.5秒以内。一条车道的通行能力可以达到惊人的7200辆/小时。同样，也有机会显著增加这些节点对入境和出境车辆的容量。随着交通容量的显著增加，车速也可以迅速提高，换句话说，基础设施的利用效率将成倍提高。成本节约将是可衡量的……

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拼音 双语对照数万亿。有关详细信息，请参阅我的书《在自动驾驶时代，时速200公里的超级公路的研发恰逢其时》、《斥资707亿元建设的杭邵“超级公路”无法避免的五大技术挑战》、，其中对Maas进行了非常完整的讨论。详细描述了Maas四个阶段的划分、演进路径、公共交通、自动驾驶和共享各自的作用、Maas的困难以及成本降低。这里只是简单地提一下。除了书中描述的效率提高外，作为MaaS的交通工具，无论是公交车还是无人驾驶车辆，它都在整个交通网络上运行，也是整个“车路网络”的一部分，这是自然发生的。本节第一点描述的交通效率提高的好处，“提高路网瓶颈的效率”，以及第二点“直接提高通行能力”。这一效益的效益远远大于现阶段没有“车联网”的运营效率。

▲ 图9:Chalmers理工大学的Jana Sochor根据积分07的差异对Maas进行分类。我们还在等什么？既然网络的“边际效应越来越大”和“及时有效地获取信息”等特征决定了交通效率的显著提高，而且疫情势必会迅速爆发，为什么我们还没有看到与“车路网络”相关的项目像雨后的竹笋一样冒出，迅速长成一片大竹林？李老师的书中也没有提到这个问题。本文试图为这个问题提供一些答案。在讨论这个问题之前，让我们先来看看互联网的发展情况。1） 互联网发展经验要说互联网的发展需要从个人电脑开始。说到个人电脑，是时候转向单片机了！

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拼音 双语对照在计算机诞生之前的“野蛮”时代，没有操作系统，Windows和Linux都不为我们所熟悉。程序对内存的读写、设备的管理以及程序之间的切换都需要程序员自己编写。此外，更改硬件需要重新编写程序。后来，人们发现内存、设备、CPU调用和程序间通信的管理都是相似的。因此，伟大的程序员将这些共享的部分放在一起，并逐渐成为操作系统。通过这种方式，程序员可以只专注于应用程序开发，将内存管理、存储管理、设备管理、CPU调用和进程间通信的功能留给操作系统。这不仅大大加速了应用程序的开发，还带来了另一个令人惊讶的幽灵效应：软件和硬件的解耦。从人类的角度来看，开发应用程序的程序员不必担心计算机是使用英特尔还是AMD芯片，是什么类型的内存等等；

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拼音 双语对照新开发的程序可以在任何机器上平等运行，无论是戴尔、联想还是惠普。软硬件解耦极大地提高了软件开发效率和重用范围。随着我们进入互联网时代，互联网的发展再次走上了软件开发与网络架构脱钩的道路。举个简单的例子，如果你想搜索一条信息，只需在URL栏中输入“www.baidu.com”。至于你的请求是如何传输的，以及从你的手机到百度服务器的路径，你不需要知道。应用程序程序员也大致相似。他不需要了解复杂互联网的物理结构，也不需要知道数据包是如何通过网络传输的。在大多数情况下，他只需要知道链接的IP地址和服务端口就可以完成客户端程序的编写。一旦程序完成，无论世界上任何地方都可以使用哪种局域网或接入方式，它都可以正常运行。所有这一切的便利性都归功于OSI通信参考模型，以及它在互联网上的特定应用TCP/IP模型。它们对通信进行分层，这样上层的实现和操作就不需要知道下一层是如何实现或操作的。对于应用程序，传输层、网络层和接口层的实现是自动的，不需要应用程序程序员自己设计和编写。

▲ 图10：OSI参考模型和TCP/IP参考模型之间的对应图。基于通信模型，软件和网络架构解耦，依赖于大量的“中间件”。这些“中间件”和单机操作系统具有相似的优势，将复杂的网络结构抽象为简单的接口，并将应用程序编程与网络结构分离，如Nginx、MySQL、Hadoop、LVS和Kubernetes。以下是LVS的逐句介绍。LVS可以将许多不位于单个位置的物理Linux计算机逻辑集成到单个超级计算机中。对于用户来说，感觉只有一台具有强大计算能力的服务器为他们服务。软件与单机硬件和网络架构的脱钩极大地提高了软件开发的效率，实现了一次性开发的广泛复制，将软件的边际成本降低到几乎为零，极大地促进了互联网的快速发展。

*图11:LVS（Linux虚拟服务器）可以将具有不同地理位置的几个Linux物理主机逻辑集成到一个计算能力很强的服务器中。2） “车路网”的唯一途径是回顾互联网的发展，我们的问题已经得到解决。“为了“车路网”的大规模快速爆发，有必要实现软硬件脱钩，软件与网络架构脱钩。”。只有这样，才能实现软件工程师的专业分工，提高软件开发效率，投资于人类发展的软件可以大规模广泛复制。想象一下，一个团队开发了一个应用程序，用于为车辆寻找停车位，并自动在停车场内寻找停车位。这个程序可以下载到全国乃至世界上的所有汽车上，这些汽车突然具备了自动查找和停车位的功能。此外，配备该停车程序的车辆可以在全国乃至世界的任何停车场使用。对于软件开发公司来说，如此巨大的市场有多诱人？软件开发和使用的边际效用将降至几乎为零。此时此刻，智能交通的美好时代已经到来。幸运的是，我们已经看到了这一迹象。这一趋势已经在车内网络上悄然发生。AUTOSAR，全称为汽车开放系统架构，是一个由全球近200家汽车行业相关企业组成的联盟，致力于将汽车电子控制单元的应用软件与携带这些软件的硬件解耦。这里的AUTOSAR就像个人电脑的操作系统，它也有网络中间件的味道。因为，从一开始，车辆的控制器就必须在车载网络中协作，这也决定了基于AUTOSAR开发的应用程序也必须在网络环境中……

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拼音 双语对照政府。

▲ 图12:Autosar的基本思想是进一步分离软件和硬件。为了满足计算复杂度高、带宽高、非AUTOSAR架构的自动驾驶要求，AUTOSAR还引入了AUTOSAR自适应。它是一种类似于互联网的面向服务的体系结构模型。这种架构可以更好地将非AUTOSAR架构的计算单元集成到AUTOSAR网络中，实现软件和硬件以及网络架构的解耦，即使在车载网络更加异构的情况下也是如此。同样，在建道路一侧的传感器设备也大量使用互联网的TCP/IP协议。传感器数据和软件应用程序（如互联网）的返回已经与硬件和网络结构脱钩。然而，在道路信号控制领域进展缓慢。主要原因是现有信号控制器存量巨大，如果智能交通发展没有质的飞跃，大规模更换是得不偿失的。现在有一种趋势正在出现。李彦宏老师在书中“智能信息控制”一章中提到了这一点，但他没有指出。这篇文章强调了这一点。部署在路边的边缘计算设备承担路口各种应用程序的计算，并负责接入网络；摄像机和雷达被视为收集信息的外围设备；

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拼音 双语对照红绿灯控制器被认为是由边缘计算设备控制的执行设备。此时，十字路口的控制权实际上从原来的红绿灯控制器转移到了边缘计算设备。这样，边缘计算设备就可以利用互联网的各种协议接入互联网，从而达到智能交通领域软硬件、软件和网络架构解耦的目的。在这一点上，互联网上使用的大量工具可以极大地扩展其在智能交通方面的能力。例如，数以万计的Linux服务器集群可以使用本节前面介绍的LVS对一个省或国家的交叉点进行逻辑整合、集中管理、控制和优化。当然，这些服务器可以物理地分散在任何地方，但从逻辑上讲，它们是一个强大的服务器。同时，无论是数万台服务器机器的管理，还是数万台边缘计算设备的管理，我们也可以在互联网工具库中找到相应的工具，如Kubernetes、虚拟局域网LVAN、类似https的安全认证和信息加密机制。互联网系统的网络架构独立软件开发模型可以快速引入智能交通基础设施，轻松打破类似SCATS的区域控制模式。然而，通过与网络架构无关的软件，在车辆内部和道路基础设施端的软硬件解耦方面取得了可喜的进展。然而，在V2X中，车车间通信和车车间道路通信的协议设计令人沮丧。V2X协议过于依赖应用场景的设计，缺乏灵活性，难以携带通用数据，这极大地限制了具有灵活头脑和众多想法的天才程序员对其的重用。车辆之间、车辆与基础设施之间的数据交换只能限于已设计的场景。V2X正是连接车载网络和基础设施网络的重要桥梁。因此，现阶段无法完成从车辆内部到基础设施的独立于网络的编程，将运输端的软件开发与车辆端的软件研发分离开来。无法形成集成的智能交通软件开发模型。这造成了一个巨大的瓶颈。当然，这可能是因为TCP/IP协议在V2X标准中的潜力尚未得到充分证明。

▲ 图13：欧洲V2X标准的演变3）简单总结。在本节中，尽管网络具有“边际效应增加”的特征，但联网也可以显著提高流量效率。然而，与互联网的发展类似，将软件开发与网络结构脱钩，显著提高软件开发效率，降低软件重用成本，是智能交通大规模爆发的另一个前提。现阶段，尽管车载网络和交通设施的互联已逐渐朝着软硬件解耦的方向发展，但连接车辆和基础设施的V2X协议设计过于僵化，阻碍了车载网络和基础设施网络的软件集成开发。因此，智能交通的爆发仍然需要同事们的共同努力，才能打通所有网络环节，实现软件开发和网络结构的完全脱钩。08.中国角色的历史不会重复，但历史惊人地相似。在讨论中国在智能交通发展中可能发挥的作用时，也有必要借鉴20世纪90年代到今天中国互联网的发展。1992年1月18日至2月21日，邓小平同志先后访问了武昌、深圳、珠海、上海。3月26日，《深圳特区日报》率先发表了题为《东风带春来——邓小平同志在深圳的纪实工作》的重大编辑报道。大约在同一时间，随着个人电脑在西方的普及，互联网和蜂窝网络逐渐登上历史舞台。在过去的三十年里，中国从一个无知的学徒变成了一个模仿者，现在站在移动互联网的前沿，与欧美巨头并驾齐驱。我们的将军……

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拼音 双语对照离子见证了计算机产业、电子通信产业和互联网产业向中国转移的历史趋势。作者在《汽车产业是中国克服中等收入陷阱的关键产业》中提到，产业转移有客观规律。与汽车相比，计算机、手机和互联网的产业链相对较短，更适合向发展中国家转移，尽管它们出现较晚，技术含量较高。同时，这些产品比汽车便宜，更适合发展中国家在经济发展过程中形成内部市场，进一步加强产业转移，形成产业集聚效应。尽管计算机、电子通信和互联网都诞生于美国，但今天我们可以清楚地看到，这些产业链正在向中国、日本、韩国和中国汇聚。20世纪90年代初，中国全面启动改革开放政策，使中国完美赶上了这一波电子信息和互联网的产业转移。在产业转移的过程中，人民的生活水平大大提高，以庞大的人口基数为支撑，培育了巨大的国内市场。国内市场的发展反过来又进一步增加了对电子信息产品和互联网产品的需求。形成一个积极的自我成长周期。因此，一个产业能否在中国得到巨大发展，首先取决于产业转移的客观经济规律，其次取决于政策是否阻碍或欢迎这种转移；

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拼音 双语对照而且它的技术基础并不是很相关。工业技术的发明可以发生在A地，而爆发和普及完全可以发生在B地。就智能交通系统而言，作者在《汽车产业是中国克服中等收入陷阱的关键产业》一文中提到，汽车产业向中国的转移已经开始，在中国已经有了一个庞大的汽车消费者群体。各类汽车初创企业不断涌现，市场竞争基本充分，消费者选择多样，这些都为智能交通行业的市场容量爆发奠定了基础。其次，中国庞大的基础设施存量和政府对新基础设施投资的渴望也是智能交通普及的有力助推器。同时，无论是在汽车行业还是电子信息行业，中国都培养了一大批具有专业技能、高效工作和敬业精神的工程师。中国大规模批量开发的成本明显低于欧洲和美国的开发成本。以上三点是中国智能交通蓬勃发展的经济基础。然而，拥有产业链转移和产业爆炸的基础并不一定意味着它会发生。中国缺乏协调行业资源、共同设计公共协议和公共产品的能力。AUTOSAR由欧洲领导，这种允许软件和硬件分离的设计可以提高每个汽车制造商和供应商的开发效率，从而使每个人都受益。然而，组织大量相关企业搁置自身的企业利益，共同讨论基本的共同问题，对组织没有太大好处。更不用说各种完全免费和开源的基础软件和中间件了。这些软件的开发几乎总是一项吃力不讨好的任务。这些软件的开发不仅具有高度的技术性和复杂性，而且需要长期维护。然而，他们无法获得任何补偿。这完全是大型盈利软件公司和互联网公司的嫁妆问题。到目前为止，据我所知，中国还没有诞生广泛使用的开源基础软件。因此，在“车路网”的发展过程中，几乎可以肯定的是，能够连接车辆内部网络和急需的道路基础设施网络架构的软件设计解决方案的突破不会在中国出现。当然，每个民族和国家都有自己的优势和劣势。中国也是如此，欧洲和美国也是如此。没有哪个国家或民族是完美的。没有哪个国家或民族具有最具活力的创新能力、最好的产业组织和协调能力，能够以最低的成本优势吃掉产业链的方方面面。从经济角度来看，每个人和组织都有自己的比较优势，贸易将使每个人受益。合作、取长补短、良性竞争最终将惠及所有人。不用说，智能交通的发展必然是一样的，只有这样，我们才能期待一个美好的智能交通时代。

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