人工智能和邊緣計(jì)算助力智慧交通發(fā)展

樊晟姣

(蘇州智能交通信息科技股份有限公司,江蘇蘇州 215000)

0 引言

近幾年來(lái)新的先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,眾多傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)被人工智能、云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)革新[1-2]。智慧城市發(fā)展已經(jīng)是大趨勢(shì),智慧交通作為一部分將大大緩解傳統(tǒng)交通管制系統(tǒng)的巨大壓力。人工智能相關(guān)技術(shù)的完善也將智慧交通的功能得到完善,在龐大人口和車(chē)輛的交通環(huán)境下,基于邊緣計(jì)算的人工智能系統(tǒng)在交通數(shù)據(jù)的分類(lèi)、處理以及判別能力上將極大的提高。

從大環(huán)境來(lái)看,交通管理體系的完善必須得借助先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的力量,不管是人流量和物流量,要產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)以及形成良好的社會(huì)環(huán)境,將信息智能化的管理和整合以實(shí)現(xiàn)交通一體化是未來(lái)必然的趨勢(shì)。本文將介紹人工智能技術(shù)以及邊緣計(jì)算的大致原理,再?gòu)闹腔劢煌ǖ陌l(fā)展現(xiàn)狀來(lái)探討人工智能技術(shù)以及邊緣計(jì)算在智慧交通中的應(yīng)用,最后對(duì)全篇進(jìn)行一個(gè)總結(jié)和對(duì)未來(lái)發(fā)展的看法。

1 人工智能技術(shù)

1.1 概述

人工智能技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)類(lèi)的一個(gè)分支,顧名思義,通過(guò)仿照人類(lèi)大腦來(lái)完成的一項(xiàng)先進(jìn)科學(xué)技術(shù),眾所周知的AlphaGo橫掃圍棋界的實(shí)踐讓人們對(duì)人工智能從好奇已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)為恐懼。人工智能的主要能力來(lái)源于一系列的算法,如長(zhǎng)聽(tīng)到的機(jī)器視覺(jué)算法、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等,這些算法能使計(jì)算機(jī)能像人一樣甚至高效于人去處理問(wèn)題,這便是它稱(chēng)之為智能的原因。

人工智能在自動(dòng)化方面也具有重要的地位,近些年常見(jiàn)到的服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化以及一些自動(dòng)化的模擬仿真技術(shù),基于這些應(yīng)用的發(fā)展,人工智能不僅受到了國(guó)際研發(fā)人員的重視,也成為了目前尖端科學(xué)技術(shù)之一。在未來(lái)的發(fā)展上具有極為重要的地位,也逐漸地可以成為一門(mén)完整體系的獨(dú)立學(xué)科。

人工智能像人類(lèi)一樣去觀察、分析以及解決問(wèn)題的行為基于其強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)和硬件處理器的支撐。我們常提到的學(xué)習(xí)能力、判斷能力以及規(guī)劃能力,人工智能的技術(shù)可以從方方面面拓展開(kāi)來(lái),如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)、語(yǔ)言學(xué)技術(shù)、心理學(xué)技術(shù)、算法學(xué)以及圖像學(xué),從中可以看到與人類(lèi)相關(guān)的一切學(xué)科都可以蘊(yùn)含進(jìn)去,類(lèi)似于人類(lèi)科學(xué)類(lèi)思維的一種實(shí)踐,對(duì)人類(lèi)科學(xué)思維能力的一種培養(yǎng)。其中數(shù)學(xué)是算法的靈魂,它可以應(yīng)用于任何學(xué)科,也是人工智能系統(tǒng)處理問(wèn)題的根本手段,因?yàn)閿?shù)學(xué)知識(shí)在邏輯方面具有強(qiáng)大的功能,在模糊控制等領(lǐng)域也能發(fā)揮出巨大的作用,所以說(shuō)結(jié)合數(shù)學(xué)的人工智能技術(shù)能加速智能化技術(shù)的全面發(fā)展。

1.2 人工智能的發(fā)展

圖靈獎(jiǎng)是人類(lèi)史上最早對(duì)人工智能頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng),它源自于人工智能之父艾倫·圖靈。遺憾的是艾倫·圖靈英年早逝,對(duì)人工智能滿(mǎn)懷希望的他沒(méi)能看到人工智能的誕生與發(fā)展,但是他對(duì)如今人工智能的發(fā)展具有不可磨滅的貢獻(xiàn),計(jì)算機(jī)邏輯學(xué)的發(fā)起人以及眾多智能方法的提出者,他打開(kāi)人們對(duì)新事物的探索。為了紀(jì)念他對(duì)科學(xué)史上的巨大貢獻(xiàn),圖靈獎(jiǎng)被當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)授予每年在計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域有巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家們,這項(xiàng)獎(jiǎng)的意義重大,也被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng),被廣為流傳。

從1959年的第一臺(tái)機(jī)器人誕生到2014年機(jī)器人第一次成功拿下圖靈測(cè)試,一個(gè)全新的人工智能時(shí)代已經(jīng)降臨,科技的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入的更高一層的境界。在這個(gè)萌芽的發(fā)展時(shí)期,人類(lèi)大腦的模擬是當(dāng)期人工智能的主要研究方向,但是從構(gòu)造來(lái)說(shuō),模擬的難度相對(duì)比較大也難以深入,因此科學(xué)家們將人腦的功能通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)和方法得以模擬,從而各種各樣的算法應(yīng)運(yùn)而生,而發(fā)展也證明了該思路的正確性。

1.3 人工智能的應(yīng)用

作為當(dāng)今的頂端技術(shù)之一,人工智能技術(shù)幾乎何以融合所有領(lǐng)域,如智能家居、智慧醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)以及智慧交通等,相比于傳統(tǒng)領(lǐng)域里一些人工處理的問(wèn)題,計(jì)算機(jī)處理的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期,可以很好的替代傳統(tǒng)的人工處理,將給生活帶來(lái)無(wú)限的便利。同時(shí),信息化時(shí)代發(fā)展,人工智能可以將信息整合和統(tǒng)一化,讓每一個(gè)領(lǐng)域的信息有序的運(yùn)作起來(lái),同時(shí)相互協(xié)作起來(lái),使局部的應(yīng)用發(fā)展范圍至全部應(yīng)用。新時(shí)代的發(fā)展讓人工智能走進(jìn)了我們的生活,未來(lái)一定會(huì)更加豐富多彩。

2 邊緣計(jì)算原理

邊緣計(jì)算,是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè),采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開(kāi)放平臺(tái),就近提供服務(wù)[1]。

基于網(wǎng)絡(luò)邊緣把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大體的分類(lèi),在把相應(yīng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)放在邊緣上進(jìn)行處理,從而做到縮短時(shí)間的延遲,高效同時(shí)實(shí)時(shí)地處理數(shù)據(jù),這就是邊緣計(jì)算的處理能力。

就目前的發(fā)展來(lái)看,邊緣計(jì)算還沒(méi)有得到很好地全面應(yīng)用但是其所反應(yīng)的趨勢(shì)和應(yīng)用特點(diǎn)是必然的。

特點(diǎn)一就是去中心化,類(lèi)似于區(qū)塊鏈,讓?xiě)?yīng)用、存儲(chǔ)、計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)從中心發(fā)散到邊緣,以就近的原則讓服務(wù)智能化,這就是邊緣計(jì)算在行業(yè)中的本質(zhì)和意義所在;特點(diǎn)二非寡頭化,從各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域來(lái)看,邊緣計(jì)算都能作為一個(gè)突破入口,如我們屬知的物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及人工智能、運(yùn)營(yíng)商等領(lǐng)域。在去中心化的邏輯底層同時(shí)又參與了各行各類(lèi)的應(yīng)用,這也是非寡頭化的發(fā)展趨勢(shì);特點(diǎn)三,萬(wàn)物邊緣化,邊緣計(jì)算的應(yīng)用注定具有廣泛的應(yīng)用性和普遍性,這一特性類(lèi)似于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、IT技術(shù)等成熟技術(shù)一樣,從陌生到普及是必然趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)的推廣已經(jīng)將未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)變得離生活越來(lái)越近,邊緣計(jì)算的應(yīng)用可以加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展;特點(diǎn)四,安全化,信息時(shí)代的安全問(wèn)題是首要問(wèn)題之一,人工智能的迅速發(fā)展離不開(kāi)大數(shù)據(jù)時(shí)代,而大部分?jǐn)?shù)據(jù)上傳的同時(shí)也將很容易暴露數(shù)據(jù)的來(lái)源以及個(gè)人的隱私,特別是和金融相關(guān)的一些重要信息,那么利用邊緣計(jì)算的方法可以省去數(shù)據(jù)上傳這一繁瑣又不安全的步驟,在邊緣的近端就可以直接處理數(shù)據(jù),這樣既高效又從根源杜絕了安全方面的問(wèn)題;特點(diǎn)四,實(shí)時(shí)化,信息時(shí)代化的主要體現(xiàn)就是信息的整合和實(shí)時(shí)的更新,在未來(lái)的智能家居、智慧交通、工業(yè)控制等發(fā)展場(chǎng)景中的應(yīng)用,數(shù)據(jù)收集和處理、網(wǎng)絡(luò)通信、用戶(hù)交互等速率等方面的要求將是越來(lái)越高的。特別是最近較為火的無(wú)人駕駛技術(shù),對(duì)實(shí)時(shí)的操作要求達(dá)到了毫秒級(jí)別,同時(shí)無(wú)人駕駛里面的各類(lèi)傳感器所收集的龐大數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理,若用傳統(tǒng)的統(tǒng)一中心去處理的模式是難以達(dá)到預(yù)期的響應(yīng)速度的,因此,近端處理的思想可以很好地突破這個(gè)問(wèn)題的瓶頸,借助邊緣計(jì)算的核心方法提高數(shù)據(jù)處理的速度以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化的要求與選擇;特點(diǎn)六,綠色化,近端處理邊緣計(jì)算不僅在數(shù)據(jù)處理速率上大大提高,而且在成本上也可以實(shí)現(xiàn)大量的節(jié)省。存儲(chǔ)、中心上的運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鱾€(gè)方面都能省去一定的空間以及相關(guān)硬件和軟件的成本,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低成本以及綠色化。

3 智慧交通發(fā)展現(xiàn)狀

在早期的計(jì)算機(jī)發(fā)展中,很多國(guó)家就嘗試如何把計(jì)算機(jī)技術(shù)和交通領(lǐng)域結(jié)合,以歐美以及日本為代表的一些發(fā)達(dá)國(guó)家在智慧交通的發(fā)展上經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段,在這方面較為領(lǐng)先。美國(guó)最早從交通的視頻監(jiān)控、信號(hào)控制以及車(chē)路協(xié)同等方向入手,隨后將智能信號(hào)控制以及中心管理得以建立和實(shí)現(xiàn),最后完成了車(chē)與車(chē)、車(chē)與路的通信技術(shù)。第2個(gè)階段美國(guó)將重心放在了交通運(yùn)輸?shù)男畔⒕W(wǎng)絡(luò)以減少交通事故,同時(shí)做到了實(shí)時(shí)處理的能力以及跨區(qū)域管理的綜合性一體化的智能交通。目前美國(guó)的研究重點(diǎn)智能化的交通管理以及車(chē)輛行駛安全等問(wèn)題,車(chē)聯(lián)網(wǎng)讓行走的車(chē)輛具備一定的感知能力,再結(jié)合射頻、車(chē)載信息以及無(wú)線定位的技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體信息一體化,實(shí)時(shí)的感知周邊的環(huán)境,從而保證交通的秩序和安全。

而我國(guó)智慧交通和發(fā)達(dá)的國(guó)家相比,發(fā)展時(shí)間較慢,研究沒(méi)有深入應(yīng)用也比較淺。從2 0 世紀(jì)開(kāi)始有了較大的進(jìn)展,例如出行服務(wù)這一塊以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展這一塊取得了顯著的成果。在研究初期,信息的采集以及數(shù)據(jù)管理等方面是研究的重點(diǎn),主要是為了解決交通擁堵等問(wèn)題。本世紀(jì)初進(jìn)一步研究了智能化的交通管理與控制以及交通的安全保障,為的是搭建好交通安全技術(shù)體系的根基。近年來(lái)的各大智能交通的管理和出行服務(wù)展示了我國(guó)智能交通的發(fā)展成果,各種智能化的交通信號(hào)控制系統(tǒng)以及行車(chē)誘導(dǎo)系統(tǒng),目前已經(jīng)將綜合的信息服務(wù)平臺(tái)作為重點(diǎn)全面鋪展開(kāi)交通里的各個(gè)領(lǐng)域。

4 人工智能和邊緣計(jì)算在交通中的應(yīng)用

人工智能在數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用上為交通領(lǐng)域提供了巨大便利,在監(jiān)管的輔助以及判斷效率上可以節(jié)約不少人力,同時(shí)數(shù)據(jù)中心的一體化信息管理可以讓交通的信息更加智能化、產(chǎn)業(yè)化以及全面化。人工智能在交通的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

交通智能監(jiān)管的信息化,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的龐大的存儲(chǔ)和處理在人工智能技術(shù)下已經(jīng)是很輕松的一件事了,實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的資源共享以及高效互通,借助移動(dòng)通信技術(shù)和定位技術(shù),將監(jiān)管的數(shù)據(jù)具有真實(shí)性和實(shí)時(shí)性,為數(shù)字化城市的發(fā)展更加便捷;相關(guān)行業(yè)的升級(jí),技術(shù)的發(fā)展以及在交通上的應(yīng)用把很多其它的領(lǐng)域也推向了升級(jí)或者轉(zhuǎn)型。主要是智慧城市的發(fā)展,例如無(wú)人駕駛技術(shù)的應(yīng)用,這項(xiàng)應(yīng)用將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的駕駛習(xí)慣,同時(shí)對(duì)交通道路建設(shè)的要求也極為高,為了適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展,安全行駛的智慧公路必然不可少,同樣的智慧社區(qū)、智慧物流等新模式也隨之而來(lái);交通信息的一站式服務(wù),人工智能的對(duì)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和判斷力讓信息互通的效率大大提高,未來(lái)的交通信息服務(wù)一定的全面的不會(huì)局限于簡(jiǎn)單的出行以及物流等服務(wù),而是跨行業(yè)和跨領(lǐng)域的一站式服務(wù)。

對(duì)于邊緣計(jì)算,智慧交通在未來(lái)的應(yīng)用體系下,人們所熟知的云計(jì)算技術(shù)可等同于智能交通設(shè)備的大腦,能有效的對(duì)一些復(fù)雜的進(jìn)程進(jìn)行處理;此時(shí)邊緣計(jì)算可以等同于智能交通設(shè)備的神經(jīng)系統(tǒng),進(jìn)行有效的處理反應(yīng)。在大量實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)收集結(jié)束后,將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、挖掘再處理以后,匯總傳輸?shù)浇煌ǖ拇髷?shù)據(jù)平臺(tái),進(jìn)而可以準(zhǔn)確的把移動(dòng)車(chē)輛數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)交通出行量數(shù)據(jù)給調(diào)用出來(lái),判定每個(gè)區(qū)域的擁堵情況、道路和相關(guān)位置等多角度信息數(shù)據(jù)的綜合分析,將分析的數(shù)據(jù)和結(jié)果傳到邊緣測(cè),從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)優(yōu)化和智能化的主動(dòng)感知,優(yōu)化從局部到宏觀并有效的給予一個(gè)信號(hào)配時(shí)策略,智能化指揮交通區(qū)域的流量來(lái)源和誘導(dǎo)設(shè)置方式,最終實(shí)現(xiàn)高效率的交通管制。通過(guò)信號(hào)調(diào)優(yōu)方案,提高重點(diǎn)路段運(yùn)行速度,利用邊緣計(jì)算能力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋,實(shí)現(xiàn)交通的智能管控[1-2]。這便是邊緣計(jì)算在智慧交通的中的應(yīng)用體現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

智慧交通對(duì)城市發(fā)展是十分重要的,行車(chē)的安全性、交通的流暢性以及物流運(yùn)輸效率是目前急需改善的幾大交通問(wèn)題。人工智能在交通領(lǐng)域的深入發(fā)展將成為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域,需要更成熟的技術(shù)來(lái)加速智慧交通的發(fā)展。同樣的,邊緣計(jì)算給智慧交通中應(yīng)用帶來(lái)了不小的改善和機(jī)遇,同樣的在未來(lái)的發(fā)展中也存在著一些困難。第一,邊緣計(jì)算相關(guān)設(shè)備在一些復(fù)雜環(huán)境下難以持續(xù)高效的運(yùn)行,這需要硬件設(shè)備不斷改善和革新;第二,邊緣計(jì)算的智能設(shè)備是根據(jù)相關(guān)任務(wù)具有一定的選擇性,那么其緩存及運(yùn)算能力根據(jù)不同選擇具有不同的型號(hào),所以需要生產(chǎn)商進(jìn)行特制;最后,邊緣計(jì)算智能設(shè)備在智慧交通系統(tǒng)中的數(shù)量必然是龐大的,其涉及到各個(gè)環(huán)節(jié),那么標(biāo)準(zhǔn)的制定和統(tǒng)一是未來(lái)推廣必不可少的重要環(huán)節(jié),那么需要有實(shí)力的企業(yè)牽頭進(jìn)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和統(tǒng)一。但無(wú)論什么困難,智慧交通發(fā)展的趨勢(shì)不會(huì)改變,這也是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。