自動駕駛汽車上的VR“云上辦公”及娛樂研究

僧家祥，許東光，馬春華*

(1.南陽師范學院 機電工程學院，河南 南陽 473061；2.南陽師范學院 網(wǎng)絡管理中心，河南 南陽 473061)

0 引言

2019年，華為公司正式向世界宣布5G技術。當前，華為5G專利排名世界第一(2 570件)，已獲全球46個5G商用合同，5G基站發(fā)貨量超過10萬個。2019年作為5G元年，隨著華為5G專利一項又一項的獲得，占據(jù)了全球39%的市場，標志著中國5G互聯(lián)網(wǎng)通信的崛起，同時也加快車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的進程。5G以1 038 Mbps，上行速度達到了96.4 Mbps，解決了傳輸信息慢、無法實現(xiàn)多車載輸信息的難題。對于未來車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可以建立一個模型。把汽車行駛的道路想象成一條線，然后汽車就是這條線上面的點，每一個點都可以相互聯(lián)系，形成一種汽車溝通方式， 那么，人們就可以解放雙手，實現(xiàn)自動駕駛。在汽車上安裝上我國研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，做到精準定位，車與車之間擁有了自己專屬的位置，利用5G高效的傳輸技術，增加了車與車之間聯(lián)系的時效性，提高了汽車自身的安全性能，保證人們在自動駕駛時的安全[1]。

(1)軟件方面：5G促進車聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，為車聯(lián)網(wǎng)及自動駕駛提供了數(shù)據(jù)傳輸技術上的支持。我國的北斗導航系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20～100 ns時間同步精度。定位精度：水平精度100 m(1 σ)，設立標校站之后為20 m(類似差分狀態(tài))，工作頻率：2 491.75 MHz，系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：540 000戶/小時。可以給汽車精準定位，實現(xiàn)精準的車輛導航。

(2)硬件方面：實現(xiàn)材料上的革新，將傳統(tǒng)的鋁合金材料改為新型的鎂合金材料，應用在汽車座椅、汽車方向盤、汽車外殼等方面。既增加汽車剛度及強度又減輕汽車的相對質(zhì)量，減少動能的損耗，大大節(jié)約能源雙面發(fā)展。

廣義上的云辦公指將政企辦公完全建立在云計算技術基礎上，從而實現(xiàn)3個目標：第一，降低辦公成本；第二，提高辦公效率；第三，低碳減排。狹義上的云辦公指以“辦公文檔”為中心，為政企提供文檔編輯、存儲、協(xié)作、溝通、移動辦公、工作流程等云端SaaS服務。云辦公作為IT業(yè)界的發(fā)展方向，正在逐漸形成其獨特的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)圈，并有別于傳統(tǒng)辦公軟件市場[2]。

1 云辦公在自動駕駛汽車上應用的意義

隨著5G時代的到來，更快的數(shù)據(jù)傳輸促使萬物互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)汽車自動駕駛將成為可能，自動駕駛就意味著駕駛者可以解放雙手、解放大腦，無須再集中注意力于駕駛。因此，可以做一些其他事情來利用這些時間，未來若實現(xiàn)在真正的汽車上玩賽車游戲?qū)⑹且环N非常有趣的體驗。基于5G網(wǎng)絡可以將VR與駕車實況結合起來進行更加真實的游戲模擬，在趕路之余還能體驗完美的虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)游戲；除了娛樂，也可以利用這份時間進行日常辦公，基于5G網(wǎng)絡可實現(xiàn)的“云上辦公”將發(fā)揮巨大作用。

云辦公的原理是把傳統(tǒng)的辦公軟件以瘦客戶端或智能客戶端的形式運行在網(wǎng)絡瀏覽器中，從而達到輕量化的目的[3]。其特征表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)編制出精彩絕倫的文檔不再是傳統(tǒng)辦公軟件(如Microsoft Office)所獨有，網(wǎng)絡瀏覽器中的瘦客戶端同樣可以編寫出符合規(guī)格的專業(yè)文檔，并且這些文檔在大部分主流操作系統(tǒng)與智能設備中都可以輕易被打開。(2)文檔可以多人同時進行編撰修改，配合直觀的溝通交流，隨時構建網(wǎng)絡虛擬知識生產(chǎn)小組，從而極大提高辦公效率。(3)移動化辦公：配合強大的云存儲能力，辦公文檔數(shù)據(jù)可以無處不在，通過移動互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地同步與訪問數(shù)據(jù)，云辦公可以幫助外派人員徹底扔掉繁重的公文包。

從云辦公的原理和特性中可以很容易地發(fā)現(xiàn)，云上辦公不需要儲存和計算能力就可以實現(xiàn)在高端配置機器中能夠做到的事情。基于此，將此特點運用到自動駕駛的智能汽車上，將會大大提升人們?nèi)粘５墓ぷ餍什⑶夷苁谷藗兂浞掷霉ぷ鲿r間。與此同時，人們在汽車性能方面追求輕量化，利用云上辦公可以避免攜帶笨重的機器，減少重量增加，節(jié)能減排。從用戶體驗來講，實現(xiàn)車上云辦公，可減少不必要的麻煩，使人們可以在行駛途中隨時辦公。

2 車上云辦公的危險及隱患

由于目前自動駕駛技術還未能達到脫離人的干預而完全自動駕駛，所以在汽車上進行云上辦公仍具有巨大隱患。自動駕駛的功能包括：自動泊車、車道保持、車道偏離預警、自適應巡航、自動緊急剎車、盲點監(jiān)測、前方碰撞預警系統(tǒng)、行人檢測系統(tǒng)等。在自動駕駛汽車上，其軟件的復雜度大幅提升，控制模塊數(shù)量增加，各式的傳感器數(shù)量增加，信息安全防護機制和系統(tǒng)冗余設計需要考慮增加。這些因素為汽車的總線通信帶來巨大挑戰(zhàn)。

智能自動駕駛汽車尚未達到人眼識別的程度，無法自動判斷并在短時間內(nèi)做出合適的解決方案。其傳感器通過紅外攝像和普通攝像兩種技術完成道路環(huán)境的收集。所以，當車輛在街道或人群密集、建筑物復雜以及事故區(qū)，自動駕駛汽車將會受到干擾；當自動駕駛汽車遇到交通指示牌老化以及變形時，可能會產(chǎn)生誤判，造成不必要的事故。

3 解決方案

設想將VR/AR與云上辦公相結合，在很大程度上消除自動駕駛中云辦公存在的安全隱患。VR技術的硬件設備主要是顯示設備、專用芯片和視覺交互設備。目前，VR顯示設備主要有3D立體眼鏡、頭盔顯示器、全息影像設備、三維顯示設備和環(huán)幕等，其中最典型的顯示設備當屬頭盔顯示設備。綜合考慮實景環(huán)境及造價成本，頭盔顯示器應當是最好的硬件選擇。當佩戴VR頭盔時，出現(xiàn)在眼前的是異常逼真的三維立體影像，一般情況下，頭盔顯示設備上均有頭部運動跟蹤裝置，參與者可以通過佩戴該設備對計算機實現(xiàn)自然信息下的人機交互，頭盔顯示設備可根據(jù)用戶的頭部運動，計算出用戶當前姿勢并虛擬化，將其顯示在頭盔顯示設備的屏幕上。或許在有限空間、活動受限的車內(nèi)不能進行大幅度的移動，會對游戲體驗有些影響，但是對只需屏幕顯示的云上辦公就顯得游刃有余了。

基于目前5G的迅速發(fā)展，讓這個由于體驗感不好而曾經(jīng)“虛火”的VR產(chǎn)業(yè)，因為5G的高速傳輸能力再次被激發(fā)活力。5G從網(wǎng)絡的基站布局和處理機制以及超高頻段來解決VR使用中的畫面延遲問題。這極大程度上為云辦公在頭戴式顯示設備的清晰顯示提供了不可或缺的有利條件。5G的峰值傳輸速率可以到達20 Gb/s，5G網(wǎng)絡可以大大縮短終端側的VR應用的時延，按指導文件5G網(wǎng)絡下將提供1 ms內(nèi)的空中傳輸往返延遲，在人眼感知范圍內(nèi)這個畫面延遲已經(jīng)不再敏感，這為游戲娛樂的沉浸感提供了良好條件。

汽車在行駛過程中會遇到各種突發(fā)狀況，因此，必須有一套完美的解決方案，才能使自動駕駛云上辦公、娛樂成為可能。自動駕駛汽車一般車身都會裝有大量的感知設備和攝像頭，可以利用5G網(wǎng)絡低延遲、高速率的特點對其進行雙重保障。

(1)本地保險措施：在VR頭盔里雙屏顯示，一屏實時路況，一屏辦公娛樂，并在頭盔或者座椅上設置電流或壓力提醒裝置，從而在出現(xiàn)突發(fā)狀況或者需要人為干預自動駕駛時把人們從沉浸的工作、娛樂屏幕中叫醒。(2)云端保護措施：利用5G高速率、低延遲實時進行大量數(shù)據(jù)傳送到云端，當有緊急情況發(fā)生時，專項人員可以進行遠程干預或者提醒。(3)智能AI學習決策：自動駕駛算法涉及有規(guī)則算法和深度學習算法。規(guī)則算法是主要由人來規(guī)定行駛的規(guī)則，然后汽車根據(jù)人的要求來進行決策。深度學習算法則是通過對較為真實的訓練數(shù)據(jù)訓練后再分析實際場景從而進行較準確的處理。人工智能通過大量數(shù)據(jù)學習以及根據(jù)駕駛者的習慣在駕駛者未能做出及時反映之前做出最合適的決策。(4)設置一鍵退出按鈕：在座椅上設置一緊急按鈕，并裝配推進伸縮裝置與VR頭盔相連，當遇到緊急情況，駕駛者可一鍵退出并彈出頭盔。