3月28日,中国电动汽车百人会聚合智能产业论坛在北京召开。北京大学教授程承旗出席论坛并发表主题演讲。以下为发言原文,略有编辑节选。
今天我要探讨的问题,与当年我们共同研讨的寄递物流码紧密相连、息息相关。去年7月,我在世界智能大会上发表了题为《打造低空立体交通红绿灯系统》的发言。自那时起,经过这段时间的努力,相关工作取得了一定的进展。值得一提的是,在低空红绿灯体系架构下,对于推动汽车与无人机一体化的技术发展极为有利。目前,我们将其称为“车机一体”概念。所谓“车机一体”,实际上指的就是无人机与汽车的一体化融合,它包含两层重要含义:第一层含义是,未来汽车在行驶过程中具备飞行的可能性;第二层含义则是,今后无人机很有可能成为汽车的标配。想象一下,日后大家前往4S店购车时,销售人员不再仅仅询问是否添加诸如内饰配件等常规选项,而是会问“您是否需要加购一台无人机?”为何会出现这样的场景呢?这是因为当汽车在行驶途中时,无人机可以发挥诸多实用功能,它能够提前飞到前方,为驾驶者探查路况信息,还可以协助驾驶者将周边的物品取回。我坚信,这样的场景并非遥不可及的幻想,而是我们切实能够预见的未来发展趋势。
前段时间我与清华大学李克强院士讨论,李院士长期致力于推动中国的“车路云网工程”,当时我们提出是否可以在“车路云网工程”的基础上增加一个“空”字,形成“车路空云网工程”,李院士对这一观点给予了高度认可。基于此共识,我们近期在厦门集美地区开展了关于“车路空云网工程”相关的一些前期论证工作。我认为,这些事情预示着在智能交通这一领域,极有可能迎来全新的发展契机与突破。
近期,我们与汽车厂商正在开展相关实验。有关车企已在旗下一款汽车上成功搭载了无人机,为什么现在要进一步推进?因为无人机飞出去与飞回来的整个闭环过程,应该构建一套完善的交通控制系统,确保无人机能够安全、稳定地飞行,同时还要精准指引无人机抵达每家每户,完成物品的派送与收取任务。说到这里,就不得不提及国家邮政“三智一码”工程中的寄递码。借助寄递码所蕴含的信息,未来无人机将更有可能准确无误地抵达每家每户。诚然,目前这一设想在一定程度上仍带有畅想的成分,但从当前的发展态势来看,实现这一目标已然不再遥不可及。某些物流企业也在积极探索利用自身先进的无人机技术,致力于将物品直接配送到每家每户的阳台上,并且相关实验工作已经正式启动。
今天,我将与各位一同分享关于这一领域的思路与想法。
我想着重谈一谈习主席签批的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》。该条例自2024年1月1日起正式生效,其中明确规定,120米以下的低空适飞空域由县以上人民政府负责管理。这里所提及的“适飞”概念需要特别说明,像机场、军事基地等区域属于控制区。控制区以外的地方,划分为适飞区,目前实验中已经开始试飞300米、500米低空空域。随着适飞空域逐步开放,一个关键问题随之而来:谁能够在这片空域飞行呢?就目前的情况而言,物流企业是主要的参与者。但从长远发展来看,未来或许每个人都能够操控自己的无人机在这片空域飞行,这就对立体交通管理体系就提出了全新且更为严格的要求。如果只是个别无人机单独飞行,或许还不会产生太大问题。然而,当未来大量的无人机在同一空域飞行时,则必须实施有效的管制措施。可以预见,也许就在明年,亦或是后年,在某些特定区域,将会出现众多无人机同时飞行的场景,其中既包括载人无人机,也有非载人无人机。这无疑为立体交通的发展带来了前所未有的机遇。
我认为,低空经济的核心发展目标就是人人能用无人飞行器,家家享用无人飞行服务,这里提到的飞行器包括飞行汽车和无人机。现在我很期待未来地面汽车与空中飞行器融为一体,也就是我们提出的“车机一体”。然而,要想让“车机一体”真正发展起来,低空的“红绿灯”建设无疑是重要的基础支撑,这也正是我今天在此分享和探讨的核心主题。
目前,深圳和珠海在载人飞行领域已经取得了成功。不过,当下的载人飞行尚处于“隔离飞行”状态,也就是所谓“隔离的独家飞行”模式,不同飞行器之间并未实现融合飞行,亟需建立低空立体交通红绿灯系统,发展低空“管得住、放得开、用得好”的基础设施技术标准体系,其中包括“车机一体”的要求。
必须承认,实现上述目标存在一定难度,但各方都在积极推进:一是打造低空域时空的框架理论与技术,让空中有一套时空标准;二是建立低空立体交通红绿灯工程系统;三是在工程系统上实施应用,其中“车机一体”就是其重要的应用方向。
围绕这一领域,我们早在1977年便投身相关研究工作,在国家 863、973 等重点研发政策的大力支持下,持续深耕长达20年之久。而我本人,有幸担任这套体系国家专项的首席科学家。我们致力于打造一套地球立体剖分模型——GeoSOT,从地球的核心部位一直延伸到距离地球外围50万公里的广袤空间。我们运用先进的剖分方法,精心构建了一个大到囊括整个地球,小至1.5立方厘米的32级网格体,每个网格都被赋予一个唯一的二进制编码。
不难想象,低空是由各种不同层次的网格构成的。在这些网格中,部分区域被楼宇、电线以及树木等物体占据,我们将这类网格标记为“红网格”,形象地称其为“红灯”,而那些未被实体占据的网格,存在着通信、磁场、电场等自然因素,同时也是允许飞行器自由飞行的区域,我们将其视为“绿灯”区域。当这套空中“红绿灯”系统成功建立后,其应用场景极为广泛。此前我与小鹏汽车创始人赵德力探讨,未来飞行汽车同样需要配备导航图,在汽车的每个中控系统上,都应当设置专门的导航图,用于对放飞出去的无人机进行精准导航,同时引导它们巧妙避让其他飞行器,确保飞行安全与秩序。
而实现这一切的基础,是需要一套强大的数据模型作为支撑。这套数据模型现在已经成为了国家北斗标准的重要组成部分,并拓展发展形成了3项国际标准、5项国家标准、9项行业标准。其中有一项是“邮政行业标准”,即中国的寄递通用地址编码规则,是由我国邮政局正式颁布。为推动这一标准的应用与发展,邮政局专门成立了一个公司,与顺丰、北斗伏羲共同打造了一个运营平台,目前该运营平台仍在打造基础设施建设的一些工作。这些标准为我们建立低空红绿灯标准提供了上位标准基础,也为工程标准提供了一些基础性的标准体系。
这里面做事的核心是什么?就是要打造低空红绿灯的一张图创新体系,依托北斗网格国家标准,或者可以说依托邮政的寄递地址标准(这二者一脉相承,也有一点变化),按米级和10米级立体网格,将空域及地面的三维空间数字化,建立低空立体网格图,有轨道、有飞机的地方标识不同颜色,没标识的地方都有网格,在立体网格图上建立空域红绿灯管控系统,不能飞的网格是红灯,能飞的是绿灯,这样可以形成空中高德式的导航服务。
前两天我与高德创始人成从武先生探讨了这套体系,旨在统一实现空地精细化、网格化管理,同时配备5G北斗精准定位、气象等保障条件,实现低空智联与网格路的建设目标。未来,无人飞行器和飞行汽车将在这些网格路上有序运行。各主管部门也能够基于这一低空立体交通系统,制定涵盖管理规则、监管规则以及运营服务等方面的全方位规则体系,这也将为我们未来的发展提供基础支撑。
目前,低空立体网格导航图的建设已取得一定进展,后续北斗伏羲的伍学民董事长将专门汇报这方面的研究成果。我认为这一成果意义非凡。该成果为地球空间、城市空间以及地下全域空间的管理提供了一套统一的域空间建模方法。基于此方法,我们构建了不同尺度和类型的空间图,包括全球图、区域省级图、地下空间图、楼宇空间图以及建筑物内部空间图。这些空间图的建立,实现了整个空间的数字化。
在实际应用中,这一数字化空间图展现出巨大的潜力。我们的团队已在衢州的楼宇内探讨利用小无人机开展啤酒配送服务,并且楼内也将设置如同交通信号灯一般的管控机制。同样,地下管廊未来也会配备类似的红绿灯系统。这套系统的后台是一套编码计算体系,我们即将出版一本名为《空间网格的编码代数》的书籍。在空间计算领域,矢量方程解算的方式将被基于网格二进制编码的计算所取代。这种创新的计算方式,将空间计算的时效性提升了10 - 100倍,为空间红绿灯的及时管理提供了强大的算力支撑。这一工作意义重大,后续我们还计划研发网格加速器,以进一步提升计算效率。
接下来介绍车机一体的应用,该应用图由北斗伏羲提供。设想这样一个场景:一辆汽车需要放飞一台无人机到河对岸。此时,车主只需输入目标地址,系统就能实时规划出一条可行的飞行路线。这条路线不仅能确保无人机顺利起飞,还能保证其安全降落。假设第二个目标点是人员接驳点,无人机飞抵后将物品放置在指定车辆上,然后自动返回。这种车上导航系统是车机一体应用的基础。
目前,部分汽车已实现无人机的车载飞行功能,例如比亚迪的相关产品。当下,行业正在探索新的技术突破,一是无人机能否在运动的车辆上降落,二是如何实现无人机与地面地址的更广泛联合,使无人机不仅具备空中观测能力,还能提供更精准的导航服务。在多飞行器协同方面,如果两辆汽车放飞的无人机飞行路线出现交叉,系统会自动进行调度,让其中一方等待,或者规划空中避让路线。这样的智能调度体系,有望成为未来飞行汽车以及普通汽车所搭载的软件系统,用于指挥车上无人机的飞行任务。我认为,这一应用具有重大意义。它有望让无人飞行器走进千家万户,使人人都能便捷地使用无人飞行器,享受其带来的服务。我们可以先从汽车领域入手,推动这一愿景的实现,因为汽车是人们日常生活中常见且易于接触的载体。
此前,湖北武汉遭遇大雪极端天气,高速公路上汽车排起了数公里的长龙,车辆停滞长达四五天之久。在这样的危急时刻,倘若每辆车上都配备了无人机,极有可能成为挽救生命的关键力量。此类极端情况对应急保障提出了更高要求,也凸显了汽车与无人机一体化的迫切需求。
邮政快递领域在这方面有着广泛的拓展应用,随着编码工程化的逐步实现,它将为国家邮政“三智一码”工程中的“一码”提供更为坚实的技术支撑。设想一下,若能将每辆车每架无人机和每个人都紧密连接起来,实现信息的高效互通与协同,那么这一创新举措的价值将得到极大提升,无论是在应急救援、物流配送还是日常生活的诸多方面,都将带来前所未有的便利与保障。
最后,我谨提出两条建议,供各位参考:
其一,积极推进低空立体交通红绿灯关键技术的研究工作。我们的目标是将其发展成为一套“人人能用、家家享用”的低空交通时空标准,达成全国低空交通领域的“车同轨、书同文”。这意味着建立一个统一、高效且普及的低空交通规范,让低空交通如同地面交通一样有序、便捷,为每一个人带来实实在在的便利。
其二,选择部分省市率先开展低空红绿灯创新系统试点区建设。在这些试点区域内,创建技术中试基地和研发中心,专注于发展车机一体等汽车专用技术与产品。通过试点实践,积累经验,探索适合全国推广的模式和标准,为全国低空数字基础设施标准建设贡献宝贵的实践成果。
在座的各位,大多是在汽车行业深耕数十年的专家、学者和企业家。展望未来,低空红绿灯及其车机一体有望成为行业发展的新方向。想象一下,汽车不仅能够在地面行驶,还具备飞行能力,同时汽车上搭载的无人机能够为每一辆汽车提供全方位的服务。我坚信,这样的时代即将快速来临。在此,我热切期待与大家携手合作,共同推动这一美好愿景的实现。