2019年，中國(guó)在14.3萬(wàn)公里的高速公路上，大力推動(dòng)ETC技術(shù)，共取消了487個(gè)高速公路省界收費(fèi)站，建成24588套ETC門(mén)架系統(tǒng)，改造48211條ETC車(chē)道，ETC累計(jì)用戶(hù)達(dá)到2.04億。
所謂ETC，就是電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection）的縮寫(xiě)。ETC能使車(chē)輛快速通過(guò)收費(fèi)站，避免了車(chē)輛因排隊(duì)繳費(fèi)而頻繁進(jìn)行啟動(dòng)、剎車(chē)，有助于在交通收費(fèi)環(huán)節(jié)節(jié)約耗油、減少污染物的排放。有實(shí)驗(yàn)證明，平均每輛車(chē)通過(guò)ETC車(chē)道比通過(guò)人工收費(fèi)車(chē)道的油耗節(jié)省量為0.0314升/車(chē)次，CH、CO、NO化合物排放量分別降低約0.7、4.7、0.3克/車(chē)次。
近幾年中國(guó)高速公路收費(fèi)站大量安裝的ETC門(mén)架系統(tǒng)就具有邊緣計(jì)算能力。站點(diǎn)的路側(cè)邊緣計(jì)算單元能夠支持費(fèi)率計(jì)算、離線收費(fèi)、車(chē)牌識(shí)別后驗(yàn)證等業(yè)務(wù)，其AI算力能夠提供對(duì)運(yùn)行車(chē)輛的實(shí)時(shí)視頻訓(xùn)練分析能力，支持實(shí)時(shí)車(chē)輛收費(fèi)稽查和車(chē)路協(xié)同V2X系統(tǒng)中的“云-邊”協(xié)同架構(gòu)技術(shù)。現(xiàn)有ETC技術(shù)還具有云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析能力，在后端構(gòu)建高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)云中心、大數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享、人工智能四層功能。
實(shí)際上，ETC只是智慧交通領(lǐng)域中的一個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)景。包括智慧交通在內(nèi)的通過(guò)邊緣計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián)的項(xiàng)目在近幾年得到了快速發(fā)展。今年年初，中國(guó)科技部就曾發(fā)函支持濟(jì)南、西安、成都、重慶建設(shè)國(guó)家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗(yàn)區(qū)。其中，要求重慶開(kāi)展的4個(gè)應(yīng)用示范中的一項(xiàng)，就是“智慧交通”。
實(shí)際上，智慧交通只是物聯(lián)網(wǎng)以及智能邊緣計(jì)算領(lǐng)域的其中一個(gè)具有代表性的應(yīng)用場(chǎng)景。我們可以看到這張圖，上邊是互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，下邊是物聯(lián)網(wǎng)。我們?nèi)绻獙?shí)現(xiàn)智慧的互聯(lián)，其實(shí)是可以應(yīng)用在很多場(chǎng)景下進(jìn)行的，比如智慧出行，車(chē)聯(lián)網(wǎng)，還有可以監(jiān)控和管理大樓能源消耗的智慧樓宇。還有很多智能的產(chǎn)品，包括智慧工廠，智慧工廠里面實(shí)現(xiàn)智慧的生產(chǎn)，當(dāng)然還有智慧物流，還有我們的智慧醫(yī)療、智慧電網(wǎng)。那么關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的智能產(chǎn)品又有哪些？智慧物聯(lián)又是怎樣通過(guò)邊緣計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián)的呢？
想你所想的智能產(chǎn)品
我們看到所有的這些應(yīng)用其實(shí)主要是由于智慧互聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，怎樣實(shí)現(xiàn)這種智慧互聯(lián)呢？其實(shí)是通過(guò)這些一個(gè)個(gè)的智慧產(chǎn)品。身處于智能智慧產(chǎn)品快速發(fā)展迭代的階段，身邊到處都是這樣的產(chǎn)品，我們可以看到，這其中其實(shí)是有這樣一個(gè)大的趨勢(shì)，即數(shù)字化的趨勢(shì)。這樣的一個(gè)數(shù)字化的趨勢(shì)也被稱(chēng)作是這一次工業(yè)的第二波潮流。
一些傳統(tǒng)的需求以用戶(hù)為中心，傾向于定制化的需求，或者可以對(duì)應(yīng)被稱(chēng)作是擁有某些混合功能的產(chǎn)品。目前在這一類(lèi)混合型的功能產(chǎn)品里多多少少都會(huì)有一些智能的功能，還有以IT為基礎(chǔ)的服務(wù)化，每一種產(chǎn)品都隸屬于某一種服務(wù)。
此外我們現(xiàn)在經(jīng)常會(huì)提到的平臺(tái)經(jīng)濟(jì)也與這一類(lèi)產(chǎn)品關(guān)系密切。平臺(tái)經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)完全改變了市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，而且可以說(shuō)是釋放了以往那些沒(méi)能被運(yùn)用到的資產(chǎn)。最后，不得不提到近些年才剛剛繁榮起來(lái)的共享經(jīng)濟(jì)。我們看到一些新的技術(shù)，特別是關(guān)于人工智能的技術(shù)，一般首先都是通過(guò)智能產(chǎn)品，也就是都是通過(guò)數(shù)字化的方式來(lái)得到功能的提升，以滿(mǎn)足越來(lái)越具體和多樣的用戶(hù)需求。
所以我們平常所說(shuō)的智能產(chǎn)品一般都具有以下幾項(xiàng)功能。首先是感應(yīng)能力，商家可以給這些產(chǎn)品的內(nèi)部裝上非常便宜的傳感器，在使用過(guò)程中那些傳感器里面就會(huì)記錄很多的信息，我們可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
除此之外，我們還可以通過(guò)這些智慧產(chǎn)品所收集到的信息來(lái)進(jìn)行規(guī)劃。因?yàn)檫@里運(yùn)用到了人工智能技術(shù)，所以我們還可以在規(guī)劃之后根據(jù)結(jié)果讓這些智能產(chǎn)品進(jìn)行行動(dòng)。這種情形下機(jī)器人就可以派上用場(chǎng)了。當(dāng)然在這整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，其實(shí)研發(fā)人員們可以讓這些機(jī)器或者這些產(chǎn)品有一個(gè)自我學(xué)習(xí)的過(guò)程和不斷學(xué)習(xí)的過(guò)程。這就涉及到深度學(xué)習(xí)還有機(jī)器學(xué)習(xí)這兩項(xiàng)技術(shù)了。
萬(wàn)物互聯(lián)
再來(lái)看一下物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在有這樣一個(gè)概念，叫做無(wú)處不在的互聯(lián)，還有傳感器的數(shù)據(jù)融合。研發(fā)人員們可以通過(guò)一些程序讓這些產(chǎn)品進(jìn)行自我監(jiān)控以及自我優(yōu)化，當(dāng)然還可以進(jìn)行一個(gè)自我修復(fù)。最后可以讓智能產(chǎn)品有一個(gè)預(yù)防性的維護(hù)，也就是出現(xiàn)故障之前就已經(jīng)維護(hù)好了。
我們?cè)賮?lái)看一下物聯(lián)網(wǎng)。這里所提到的物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、 連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化 學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過(guò)各類(lèi)可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理。
其實(shí)這里展示的是一個(gè)技術(shù)的路線圖，我們看到其實(shí)有可能20年前也就是2000年的時(shí)候物聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)誕生了。那個(gè)時(shí)候人們因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展程度提高所以在物聯(lián)領(lǐng)域產(chǎn)生了相應(yīng)的需求。當(dāng)時(shí)以射頻技術(shù)為主滿(mǎn)足供應(yīng)鏈管理，比如在服裝標(biāo)簽上面可以進(jìn)行射頻就能夠?qū)Ψb或者其他物品進(jìn)行庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)，可以防止這些產(chǎn)品丟失。這樣的一個(gè)應(yīng)用看起來(lái)簡(jiǎn)單，但其實(shí)它需要有一個(gè)強(qiáng)大的供應(yīng)鏈來(lái)支持。之后隨著此類(lèi)技術(shù)的普遍應(yīng)用，大面積應(yīng)用就帶來(lái)了降低成本的需求，所以就帶動(dòng)著第二輪應(yīng)用開(kāi)始興起，此后開(kāi)始主要在監(jiān)測(cè)、安保、醫(yī)療、交通、食品安全、文件管理等方面也應(yīng)用到了物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。
然后就是定位的問(wèn)題，可以通過(guò)某個(gè)設(shè)備在室內(nèi)接收到相應(yīng)的地理信號(hào)。定位系統(tǒng)可以幫助人們快速了解到人和物處于哪一個(gè)位置。除此之外還有微型化以及高效的電子化，在這個(gè)環(huán)節(jié)用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的操控，人們可以通過(guò)一個(gè)智能產(chǎn)品，來(lái)遠(yuǎn)程控制另外一個(gè)智能產(chǎn)品，對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。
當(dāng)然了，對(duì)于智能的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)實(shí)物聯(lián)網(wǎng)世界里面，不同的智聯(lián)智能產(chǎn)品表現(xiàn)和應(yīng)用都千差萬(wàn)別。最底層的應(yīng)該是傳感器，向上一層是人們對(duì)于這些物體和環(huán)境條件進(jìn)行識(shí)別的需求，所以這項(xiàng)智聯(lián)智能是非常重要的。第三點(diǎn)就是具有定位功能的產(chǎn)品。第四是通信功能，不同設(shè)備和不同產(chǎn)品之間可以進(jìn)行通信，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。最后是對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，可以說(shuō)如果能夠滿(mǎn)足這幾大功能性的需求之后，就可以實(shí)現(xiàn)全智能的生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)智能產(chǎn)品了。
智能產(chǎn)品的使命：滿(mǎn)足越來(lái)越具體的需求
再來(lái)看一下消費(fèi)者們一般對(duì)智能產(chǎn)品有哪些需求。首先一點(diǎn)，智能產(chǎn)品肯定要有可以與周邊環(huán)境進(jìn)行交流的能力，并且可以自動(dòng)的適應(yīng)不同的周邊環(huán)境。這一點(diǎn)我們一般稱(chēng)之為“適應(yīng)性”。第二點(diǎn)是文件性，智能產(chǎn)品需要具備可以適應(yīng)一些沒(méi)有預(yù)期到的情形的能力，并且要能夠在一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行決策。第三點(diǎn)是預(yù)期性，機(jī)器和設(shè)備要盡量充分地預(yù)計(jì)到在未來(lái)某一個(gè)時(shí)候可能會(huì)發(fā)生的事情，基于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)做出預(yù)測(cè)。第四點(diǎn)是可以做規(guī)劃， 為未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)的某些種情況提前做出應(yīng)對(duì)的規(guī)劃，最后一個(gè)特點(diǎn)是必須要是用戶(hù)友好型，也就是考慮到用戶(hù)的使用行為和習(xí)慣，操作和使用方法不能太復(fù)雜，要有最簡(jiǎn)便易懂的使用路徑。
在這些要求提出之后，我們要怎樣去執(zhí)行呢？其實(shí)現(xiàn)在有很多的技術(shù)，其中一項(xiàng)技術(shù)叫做多代理系統(tǒng)技術(shù)。多代理系統(tǒng)技術(shù)是應(yīng)用在智能設(shè)備和“數(shù)字雙胞胎”上的。
多代理系統(tǒng)技術(shù)是非常成熟的人工智能延伸技術(shù)，而且是基于設(shè)備的一項(xiàng)技術(shù)，可以幫助我們更好的實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備執(zhí)行。多代理系統(tǒng)我們又把它簡(jiǎn)稱(chēng)MAS，這個(gè)系統(tǒng)可以在我們的制造領(lǐng)域發(fā)揮非常大的作用。比如說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我優(yōu)化過(guò)程，而且可以基于先前的知識(shí)來(lái)做出相應(yīng)的預(yù)測(cè)，并且系統(tǒng)本身具有高度的擴(kuò)展性，因此可以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃和控制，對(duì)于未預(yù)料的事件和未預(yù)料的情況具有非常好的應(yīng)對(duì)能力。因此，我們把這種多代理系統(tǒng)的技術(shù)執(zhí)行數(shù)字雙胞胎的功能。
數(shù)字雙胞胎則是指真實(shí)系統(tǒng)的虛擬化展現(xiàn)，以數(shù)字化方式拷貝一個(gè)物理對(duì)象，模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，對(duì)產(chǎn)品、制造過(guò)程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行虛擬仿真，從而提高制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率?；谝陨项?lèi)型的技術(shù)，再通過(guò)一個(gè)叫做“邊緣計(jì)算”的技術(shù)，就能夠讓這些智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加智能互聯(lián)的過(guò)程了。
邊緣計(jì)算
實(shí)現(xiàn)智能的互聯(lián)，需要利用到邊緣計(jì)算的技術(shù)。首先需要看一下對(duì)于一些工業(yè)應(yīng)用，在網(wǎng)絡(luò)方面有什么樣的具體需求。在這里我們提到相關(guān)幾大網(wǎng)絡(luò)需求，包括網(wǎng)絡(luò)延遲性，它的決定性以及它的時(shí)間同步性，可靠性及移動(dòng)性等等。
針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求是不一樣的。對(duì)于環(huán)境和條件的監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)的延遲性要求控制在20-100毫秒，如果是動(dòng)作控制的話(huà)那就是0.1-1毫秒。如果是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的話(huà)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)延遲要求是10-20毫秒，流程的自動(dòng)化為50毫秒的延遲要求。對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的話(huà)就是10毫秒，對(duì)于功能安全也是10毫秒的要求。在環(huán)境和條件的監(jiān)控方面，它的可靠度需要達(dá)到99.99%峰值數(shù)據(jù)率小于1Mbps，電池電量應(yīng)該是達(dá)到10年以上。
還有一點(diǎn)是連接的密度。在條件監(jiān)控方面密度達(dá)到了1000，也就是說(shuō)每1000平方米需要1000個(gè)設(shè)備，這樣才能夠完成我們所說(shuō)的智能互聯(lián)。所以在談?wù)摴I(yè)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，其實(shí)屬于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的擴(kuò)展和延伸。在這里我們可以看到，傳感器是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行互聯(lián)的，用到的網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)或者局域網(wǎng)，這些都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳輸和儲(chǔ)存。有時(shí)候一些傳感器可能是用來(lái)管理數(shù)據(jù)的，一些傳感器是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而其他一些是用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的。
在這張圖中可以看到如果要打造一個(gè)智慧工廠的話(huà)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為不同級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。第三級(jí)代表邊緣節(jié)點(diǎn)的級(jí)別，第一級(jí)別和第二級(jí)別表示可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，零級(jí)別就是智能設(shè)備級(jí)別，我們看到其實(shí)在零級(jí)別和一到二級(jí)別，在網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行方面是不一樣的。區(qū)別就在于現(xiàn)場(chǎng)總線和基于擬態(tài)網(wǎng)。其實(shí)問(wèn)題出現(xiàn)的點(diǎn)很明顯是出現(xiàn)在帶寬和網(wǎng)絡(luò)延遲性。因?yàn)樵诹慵?jí)到二級(jí)之間有帶寬和網(wǎng)絡(luò)延遲性問(wèn)題，因此最好的通信目前在這里面是比較難實(shí)現(xiàn)，所以我們需要達(dá)到更高級(jí)別的互聯(lián)。比如有的時(shí)候在現(xiàn)場(chǎng)總線的情況下互聯(lián)網(wǎng)的速度、帶寬不夠?qū)?，可能?shù)據(jù)傳輸延時(shí)性會(huì)受到影響，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸。
簡(jiǎn)而言之，邊緣計(jì)算實(shí)際上屬于一種分布式的計(jì)算模式，它可以讓數(shù)據(jù)的計(jì)算和數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存更加靠近需要的地方，這樣的話(huà)可以提升反映的速率，而且可以節(jié)省更多的帶寬。
邊緣計(jì)算其實(shí)來(lái)源于數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)。這其實(shí)是在1990年戴莫?jiǎng)?chuàng)立的概念，當(dāng)時(shí)是用來(lái)服務(wù)網(wǎng)頁(yè)和視頻內(nèi)容的。當(dāng)時(shí)從端的服務(wù)器去產(chǎn)生服務(wù)，因?yàn)檫@樣可以更加的靠近用戶(hù)。我們?cè)賮?lái)看一下數(shù)字雙胞胎，可以對(duì)邊緣計(jì)算進(jìn)行執(zhí)行，因?yàn)檫@種情況下需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲得傳感數(shù)據(jù)。
再來(lái)看一下智能邊緣計(jì)算的架構(gòu)，最上面應(yīng)當(dāng)是可靠性，包括安全性、韌性、隱私，可拓展性等等。而在最下方應(yīng)當(dāng)是物理的體系，經(jīng)過(guò)傳感器系統(tǒng)，控制然后再經(jīng)過(guò)執(zhí)行，形成一個(gè)循環(huán)。再回到我們剛剛所說(shuō)的安全性、可靠性、韌性、隱私保護(hù)、可擴(kuò)展性等等，這些都涉及架構(gòu)內(nèi)的一些橫跨功能，包括智能的控制，工業(yè)的分析，分布式的數(shù)據(jù)管理以及互聯(lián)互通性。因此我們可以說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算的連接性是非常強(qiáng)的。
而在“云-邊-端一體化“的系統(tǒng)中，最上面是云計(jì)算，包括公有云、私有云、服務(wù)器，應(yīng)用、儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)庫(kù)，中間是邊緣計(jì)算，這里包括了監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、開(kāi)放的API接口，控制的功能，互聯(lián)互通性以及可視化。因此我們可以從邊緣到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)邊緣到現(xiàn)場(chǎng)的互聯(lián)。這里面可能也會(huì)運(yùn)用到工業(yè)的擬態(tài)網(wǎng)，或者用大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在這里還有一些現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，包括IO、傳感器、動(dòng)力機(jī)等等。
智慧高效的工業(yè)4.0
最后總結(jié)一下，智慧的互聯(lián)能夠讓我們實(shí)現(xiàn)什么呢？首先可以讓我們實(shí)現(xiàn)智能傳感器的數(shù)據(jù)融合，這種數(shù)據(jù)融合對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。第二點(diǎn)就是它的可互操作性，也就是在不同技術(shù)零件上它可以實(shí)現(xiàn)互相操作性。它會(huì)是一個(gè)共享的人工智能平臺(tái)，比如說(shuō)知識(shí)庫(kù)的共享以及在網(wǎng)絡(luò)邊緣的機(jī)器學(xué)習(xí)共享，而且它可以幫助我們構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的數(shù)字化生態(tài)體系平臺(tái)。因此，智能的互聯(lián)互通會(huì)從根本上去改變互聯(lián)網(wǎng)的一些協(xié)定，而且會(huì)改變我們行業(yè)的通信基礎(chǔ)設(shè)施。
因此，對(duì)于工業(yè)4.0來(lái)說(shuō)，人工智能技術(shù)能夠發(fā)揮什么樣的作用呢？首先對(duì)于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)詮釋來(lái)說(shuō)，智能邊緣計(jì)算可以發(fā)揮非常重要的作用。因?yàn)橛械臅r(shí)候會(huì)對(duì)成千上萬(wàn)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)詮釋和解釋?zhuān)@種情況下智能邊緣計(jì)算是非常重要的。還有基于知識(shí)的多代理系統(tǒng)，可以讓制造業(yè)以及物流流程變得更加安全穩(wěn)健，而且可以實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)控、自我優(yōu)化、自我修復(fù)的生產(chǎn)線。而且這些還可以讓我們的制造業(yè)、物流業(yè)以及商業(yè)流程變得更加優(yōu)化。
因此，我們希望能夠通過(guò)智能的邊緣計(jì)算，讓我們各個(gè)行業(yè)變得更加智慧，變得更加高效。