程承旗教授:積極促進(jìn)低空紅綠燈及車機(jī)一體系統(tǒng)建設(shè)
近日,中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)聚合智能產(chǎn)業(yè)論壇在北京召開(kāi)。北京大學(xué)教授程承旗出席論壇并發(fā)表主題演講。以下為發(fā)言原文,略有編輯節(jié)選。

今天我要探討的問(wèn)題,與當(dāng)年我們共同研討的寄遞物流碼緊密相連、息息相關(guān)。去年7月,我在世界智能大會(huì)上發(fā)表了題為《打造低空立體交通紅綠燈系統(tǒng)》的發(fā)言。自那時(shí)起,經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的努力,相關(guān)工作取得了一定的進(jìn)展。值得一提的是,在低空紅綠燈體系架構(gòu)下,對(duì)于推動(dòng)汽車與無(wú)人機(jī)一體化的技術(shù)發(fā)展極為有利。目前,我們將其稱為“車機(jī)一體”概念。所謂“車機(jī)一體”,實(shí)際上指的就是無(wú)人機(jī)與汽車的一體化融合,它包含兩層重要含義:第一層含義是,未來(lái)汽車在行駛過(guò)程中具備飛行的可能性;第二層含義則是,今后無(wú)人機(jī)很有可能成為汽車的標(biāo)配。想象一下,日后大家前往4S店購(gòu)車時(shí),銷售人員不再僅僅詢問(wèn)是否添加諸如內(nèi)飾配件等常規(guī)選項(xiàng),而是會(huì)問(wèn)“您是否需要加購(gòu)一臺(tái)無(wú)人機(jī)?”為何會(huì)出現(xiàn)這樣的場(chǎng)景呢?這是因?yàn)楫?dāng)汽車在行駛途中時(shí),無(wú)人機(jī)可以發(fā)揮諸多實(shí)用功能,它能夠提前飛到前方,為駕駛者探查路況信息,還可以協(xié)助駕駛者將周邊的物品取回。我堅(jiān)信,這樣的場(chǎng)景并非遙不可及的幻想,而是我們切實(shí)能夠預(yù)見(jiàn)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
前段時(shí)間我與清華大學(xué)李克強(qiáng)院士討論,李院士長(zhǎng)期致力于推動(dòng)中國(guó)的“車路云網(wǎng)工程”,當(dāng)時(shí)我們提出是否可以在“車路云網(wǎng)工程”的基礎(chǔ)上增加一個(gè)“空”字,形成“車路空云網(wǎng)工程”,李院士對(duì)這一觀點(diǎn)給予了高度認(rèn)可?;诖斯沧R(shí),我們近期在廈門集美地區(qū)開(kāi)展了關(guān)于“車路空云網(wǎng)工程”相關(guān)的一些前期論證工作。我認(rèn)為,這些事情預(yù)示著在智能交通這一領(lǐng)域,極有可能迎來(lái)全新的發(fā)展契機(jī)與突破。
近期,我們與汽車廠商正在開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。有關(guān)車企已在旗下一款汽車上成功搭載了無(wú)人機(jī),為什么現(xiàn)在要進(jìn)一步推進(jìn)?因?yàn)闊o(wú)人機(jī)飛出去與飛回來(lái)的整個(gè)閉環(huán)過(guò)程,應(yīng)該構(gòu)建一套完善的交通控制系統(tǒng),確保無(wú)人機(jī)能夠安全、穩(wěn)定地飛行,同時(shí)還要精準(zhǔn)指引無(wú)人機(jī)抵達(dá)每家每戶,完成物品的派送與收取任務(wù)。說(shuō)到這里,就不得不提及國(guó)家郵政“三智一碼”工程中的寄遞碼。借助寄遞碼所蘊(yùn)含的信息,未來(lái)無(wú)人機(jī)將更有可能準(zhǔn)確無(wú)誤地抵達(dá)每家每戶。誠(chéng)然,目前這一設(shè)想在一定程度上仍帶有暢想的成分,但從當(dāng)前的發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)已然不再遙不可及。某些物流企業(yè)也在積極探索利用自身先進(jìn)的無(wú)人機(jī)技術(shù),致力于將物品直接配送到每家每戶的陽(yáng)臺(tái)上,并且相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)正式啟動(dòng)。
今天,我將與各位一同分享關(guān)于這一領(lǐng)域的思路與想法:
我想著重談一談習(xí)主席簽批的《無(wú)人駕駛航空器飛行管理暫行條例》。該條例自2024年1月1日起正式生效,其中明確規(guī)定,120米以下的低空適飛空域由縣以上人民政府負(fù)責(zé)管理。這里所提及的“適飛”概念需要特別說(shuō)明,像機(jī)場(chǎng)、軍事基地等區(qū)域?qū)儆诳刂茀^(qū)??刂茀^(qū)以外的地方,劃分為適飛區(qū),目前實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)開(kāi)始試飛300米、500米低空空域。隨著適飛空域逐步開(kāi)放,一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題隨之而來(lái):誰(shuí)能夠在這片空域飛行呢?就目前的情況而言,物流企業(yè)是主要的參與者。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看,未來(lái)或許每個(gè)人都能夠操控自己的無(wú)人機(jī)在這片空域飛行,這就對(duì)立體交通管理體系就提出了全新且更為嚴(yán)格的要求。如果只是個(gè)別無(wú)人機(jī)單獨(dú)飛行,或許還不會(huì)產(chǎn)生太大問(wèn)題。然而,當(dāng)未來(lái)大量的無(wú)人機(jī)在同一空域飛行時(shí),則必須實(shí)施有效的管制措施??梢灶A(yù)見(jiàn),也許就在明年,亦或是后年,在某些特定區(qū)域,將會(huì)出現(xiàn)眾多無(wú)人機(jī)同時(shí)飛行的場(chǎng)景,其中既包括載人無(wú)人機(jī),也有非載人無(wú)人機(jī)。這無(wú)疑為立體交通的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇。
我認(rèn)為,低空經(jīng)濟(jì)的核心發(fā)展目標(biāo)就是人人能用無(wú)人飛行器,家家享用無(wú)人飛行服務(wù),這里提到的飛行器包括飛行汽車和無(wú)人機(jī)?,F(xiàn)在我很期待未來(lái)地面汽車與空中飛行器融為一體,也就是我們提出的“車機(jī)一體”。然而,要想讓“車機(jī)一體”真正發(fā)展起來(lái),低空的“紅綠燈”建設(shè)無(wú)疑是重要的基礎(chǔ)支撐,這也正是我今天在此分享和探討的核心主題。
目前,深圳和珠海在載人飛行領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功。不過(guò),當(dāng)下的載人飛行尚處于“隔離飛行”狀態(tài),也就是所謂“隔離的獨(dú)家飛行”模式,不同飛行器之間并未實(shí)現(xiàn)融合飛行,亟需建立低空立體交通紅綠燈系統(tǒng),發(fā)展低空“管得住、放得開(kāi)、用得好”的基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,其中包括“車機(jī)一體”的要求。
必須承認(rèn),實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)存在一定難度,但各方都在積極推進(jìn):一是打造低空域時(shí)空的框架理論與技術(shù),讓空中有一套時(shí)空標(biāo)準(zhǔn);二是建立低空立體交通紅綠燈工程系統(tǒng);三是在工程系統(tǒng)上實(shí)施應(yīng)用,其中“車機(jī)一體”就是其重要的應(yīng)用方向。
圍繞這一領(lǐng)域,我們?cè)缭?977年便投身相關(guān)研究工作,在國(guó)家 863、973 等重點(diǎn)研發(fā)政策的大力支持下,持續(xù)深耕長(zhǎng)達(dá)20年之久。而我本人,有幸擔(dān)任這套體系國(guó)家專項(xiàng)的首席科學(xué)家。我們致力于打造一套地球立體剖分模型——GeoSOT,從地球的核心部位一直延伸到距離地球外圍50萬(wàn)公里的廣袤空間。我們運(yùn)用先進(jìn)的剖分方法,精心構(gòu)建了一個(gè)大到囊括整個(gè)地球,小至1.5立方厘米的32級(jí)網(wǎng)格體,每個(gè)網(wǎng)格都被賦予一個(gè)唯一的二進(jìn)制編碼。
不難想象,低空是由各種不同層次的網(wǎng)格構(gòu)成的。在這些網(wǎng)格中,部分區(qū)域被樓宇、電線以及樹木等物體占據(jù),我們將這類網(wǎng)格標(biāo)記為“紅網(wǎng)格”,形象地稱其為“紅燈”,而那些未被實(shí)體占據(jù)的網(wǎng)格,存在著通信、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等自然因素,同時(shí)也是允許飛行器自由飛行的區(qū)域,我們將其視為“綠燈”區(qū)域。當(dāng)這套空中“紅綠燈”系統(tǒng)成功建立后,其應(yīng)用場(chǎng)景極為廣泛。此前我與小鵬汽車創(chuàng)始人趙德力探討,未來(lái)飛行汽車同樣需要配備導(dǎo)航圖,在汽車的每個(gè)中控系統(tǒng)上,都應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門的導(dǎo)航圖,用于對(duì)放飛出去的無(wú)人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航,同時(shí)引導(dǎo)它們巧妙避讓其他飛行器,確保飛行安全與秩序。
而實(shí)現(xiàn)這一切的基礎(chǔ),是需要一套強(qiáng)大的數(shù)據(jù)模型作為支撐。這套數(shù)據(jù)模型現(xiàn)在已經(jīng)成為了國(guó)家北斗標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分,并拓展發(fā)展形成了3項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、5項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、9項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中有一項(xiàng)是“郵政行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”,即中國(guó)的寄遞通用地址編碼規(guī)則,是由我國(guó)郵政局正式頒布。為推動(dòng)這一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用與發(fā)展,郵政局專門成立了一個(gè)公司,與順豐、北斗伏羲共同打造了一個(gè)運(yùn)營(yíng)平臺(tái),目前該運(yùn)營(yíng)平臺(tái)仍在打造基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一些工作。這些標(biāo)準(zhǔn)為我們建立低空紅綠燈標(biāo)準(zhǔn)提供了上位標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ),也為工程標(biāo)準(zhǔn)提供了一些基礎(chǔ)性的標(biāo)準(zhǔn)體系。
這里面做事的核心是什么?就是要打造低空紅綠燈的一張圖創(chuàng)新體系,依托北斗網(wǎng)格國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),或者可以說(shuō)依托郵政的寄遞地址標(biāo)準(zhǔn)(這二者一脈相承,也有一點(diǎn)變化),按米級(jí)和10米級(jí)立體網(wǎng)格,將空域及地面的三維空間數(shù)字化,建立低空立體網(wǎng)格圖,有軌道、有飛機(jī)的地方標(biāo)識(shí)不同顏色,沒(méi)標(biāo)識(shí)的地方都有網(wǎng)格,在立體網(wǎng)格圖上建立空域紅綠燈管控系統(tǒng),不能飛的網(wǎng)格是紅燈,能飛的是綠燈,這樣可以形成空中高德式的導(dǎo)航服務(wù)。
前兩天我與高德創(chuàng)始人成從武先生探討了這套體系,旨在統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)空地精細(xì)化、網(wǎng)格化管理,同時(shí)配備5G北斗精準(zhǔn)定位、氣象等保障條件,實(shí)現(xiàn)低空智聯(lián)與網(wǎng)格路的建設(shè)目標(biāo)。未來(lái),無(wú)人飛行器和飛行汽車將在這些網(wǎng)格路上有序運(yùn)行。各主管部門也能夠基于這一低空立體交通系統(tǒng),制定涵蓋管理規(guī)則、監(jiān)管規(guī)則以及運(yùn)營(yíng)服務(wù)等方面的全方位規(guī)則體系,這也將為我們未來(lái)的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。
目前,低空立體網(wǎng)格導(dǎo)航圖的建設(shè)已取得一定進(jìn)展,后續(xù)北斗伏羲的伍學(xué)民董事長(zhǎng)將專門匯報(bào)這方面的研究成果。我認(rèn)為這一成果意義非凡。該成果為地球空間、城市空間以及地下全域空間的管理提供了一套統(tǒng)一的域空間建模方法。基于此方法,我們構(gòu)建了不同尺度和類型的空間圖,包括全球圖、區(qū)域省級(jí)圖、地下空間圖、樓宇空間圖以及建筑物內(nèi)部空間圖。這些空間圖的建立,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)空間的數(shù)字化。
在實(shí)際應(yīng)用中,這一數(shù)字化空間圖展現(xiàn)出巨大的潛力。我們的團(tuán)隊(duì)已在衢州的樓宇內(nèi)探討利用小無(wú)人機(jī)開(kāi)展啤酒配送服務(wù),并且樓內(nèi)也將設(shè)置如同交通信號(hào)燈一般的管控機(jī)制。同樣,地下管廊未來(lái)也會(huì)配備類似的紅綠燈系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的后臺(tái)是一套編碼計(jì)算體系,我們即將出版一本名為《空間網(wǎng)格的編碼代數(shù)》的書籍。在空間計(jì)算領(lǐng)域,矢量方程解算的方式將被基于網(wǎng)格二進(jìn)制編碼的計(jì)算所取代。這種創(chuàng)新的計(jì)算方式,將空間計(jì)算的時(shí)效性提升了10 - 100倍,為空間紅綠燈的及時(shí)管理提供了強(qiáng)大的算力支撐。這一工作意義重大,后續(xù)我們還計(jì)劃研發(fā)網(wǎng)格加速器,以進(jìn)一步提升計(jì)算效率。
接下來(lái)介紹車機(jī)一體的應(yīng)用,該應(yīng)用圖由北斗伏羲提供。設(shè)想這樣一個(gè)場(chǎng)景:一輛汽車需要放飛一臺(tái)無(wú)人機(jī)到河對(duì)岸。此時(shí),車主只需輸入目標(biāo)地址,系統(tǒng)就能實(shí)時(shí)規(guī)劃出一條可行的飛行路線。這條路線不僅能確保無(wú)人機(jī)順利起飛,還能保證其安全降落。假設(shè)第二個(gè)目標(biāo)點(diǎn)是人員接駁點(diǎn),無(wú)人機(jī)飛抵后將物品放置在指定車輛上,然后自動(dòng)返回。這種車上導(dǎo)航系統(tǒng)是車機(jī)一體應(yīng)用的基礎(chǔ)。
目前,部分汽車已實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的車載飛行功能,例如比亞迪的相關(guān)產(chǎn)品。當(dāng)下,行業(yè)正在探索新的技術(shù)突破,一是無(wú)人機(jī)能否在運(yùn)動(dòng)的車輛上降落,二是如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與地面地址的更廣泛聯(lián)合,使無(wú)人機(jī)不僅具備空中觀測(cè)能力,還能提供更精準(zhǔn)的導(dǎo)航服務(wù)。在多飛行器協(xié)同方面,如果兩輛汽車放飛的無(wú)人機(jī)飛行路線出現(xiàn)交叉,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)度,讓其中一方等待,或者規(guī)劃空中避讓路線。這樣的智能調(diào)度體系,有望成為未來(lái)飛行汽車以及普通汽車所搭載的軟件系統(tǒng),用于指揮車上無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)。我認(rèn)為,這一應(yīng)用具有重大意義。它有望讓無(wú)人飛行器走進(jìn)千家萬(wàn)戶,使人人都能便捷地使用無(wú)人飛行器,享受其帶來(lái)的服務(wù)。我們可以先從汽車領(lǐng)域入手,推動(dòng)這一愿景的實(shí)現(xiàn),因?yàn)槠囀侨藗內(nèi)粘I钪谐R?jiàn)且易于接觸的載體。
此前,湖北武漢遭遇大雪極端天氣,高速公路上汽車排起了數(shù)公里的長(zhǎng)龍,車輛停滯長(zhǎng)達(dá)四五天之久。在這樣的危急時(shí)刻,倘若每輛車上都配備了無(wú)人機(jī),極有可能成為挽救生命的關(guān)鍵力量。此類極端情況對(duì)應(yīng)急保障提出了更高要求,也凸顯了汽車與無(wú)人機(jī)一體化的迫切需求。
郵政快遞領(lǐng)域在這方面有著廣泛的拓展應(yīng)用,隨著編碼工程化的逐步實(shí)現(xiàn),它將為國(guó)家郵政“三智一碼”工程中的“一碼”提供更為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。設(shè)想一下,若能將每輛車每架無(wú)人機(jī)和每個(gè)人都緊密連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)信息的高效互通與協(xié)同,那么這一創(chuàng)新舉措的價(jià)值將得到極大提升,無(wú)論是在應(yīng)急救援、物流配送還是日常生活的諸多方面,都將帶來(lái)前所未有的便利與保障。
最后,我謹(jǐn)提出兩條建議,供各位參考:
其一,積極推進(jìn)低空立體交通紅綠燈關(guān)鍵技術(shù)的研究工作。我們的目標(biāo)是將其發(fā)展成為一套“人人能用、家家享用”的低空交通時(shí)空標(biāo)準(zhǔn),達(dá)成全國(guó)低空交通領(lǐng)域的“車同軌、書同文”。這意味著建立一個(gè)統(tǒng)一、高效且普及的低空交通規(guī)范,讓低空交通如同地面交通一樣有序、便捷,為每一個(gè)人帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的便利。
其二,選擇部分省市率先開(kāi)展低空紅綠燈創(chuàng)新系統(tǒng)試點(diǎn)區(qū)建設(shè)。在這些試點(diǎn)區(qū)域內(nèi),創(chuàng)建技術(shù)中試基地和研發(fā)中心,專注于發(fā)展車機(jī)一體等汽車專用技術(shù)與產(chǎn)品。通過(guò)試點(diǎn)實(shí)踐,積累經(jīng)驗(yàn),探索適合全國(guó)推廣的模式和標(biāo)準(zhǔn),為全國(guó)低空數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)貢獻(xiàn)寶貴的實(shí)踐成果。
在座的各位,大多是在汽車行業(yè)深耕數(shù)十年的專家、學(xué)者和企業(yè)家。展望未來(lái),低空紅綠燈及其車機(jī)一體有望成為行業(yè)發(fā)展的新方向。想象一下,汽車不僅能夠在地面行駛,還具備飛行能力,同時(shí)汽車上搭載的無(wú)人機(jī)能夠?yàn)槊恳惠v汽車提供全方位的服務(wù)。我堅(jiān)信,這樣的時(shí)代即將快速來(lái)臨。在此,我熱切期待與大家攜手合作,共同推動(dòng)這一美好愿景的實(shí)現(xiàn)。
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