自动驾驶汽车上的VR“云上办公”及娱乐研究

僧家祥，许东光，马春华*

(1.南阳师范学院 机电工程学院，河南 南阳 473061；2.南阳师范学院 网络管理中心，河南 南阳 473061)

0 引言

2019年，华为公司正式向世界宣布5G技术。当前，华为5G专利排名世界第一(2 570件)，已获全球46个5G商用合同，5G基站发货量超过10万个。2019年作为5G元年，随着华为5G专利一项又一项的获得，占据了全球39%的市场，标志着中国5G互联网通信的崛起，同时也加快车联网发展的进程。5G以1 038 Mbps，上行速度达到了96.4 Mbps，解决了传输信息慢、无法实现多车载输信息的难题。对于未来车联网的发展，可以建立一个模型。把汽车行驶的道路想象成一条线，然后汽车就是这条线上面的点，每一个点都可以相互联系，形成一种汽车沟通方式， 那么，人们就可以解放双手，实现自动驾驶。在汽车上安装上我国研发的北斗卫星导航系统，做到精准定位，车与车之间拥有了自己专属的位置，利用5G高效的传输技术，增加了车与车之间联系的时效性，提高了汽车自身的安全性能，保证人们在自动驾驶时的安全[1]。

(1)软件方面：5G促进车联网技术的发展，为车联网及自动驾驶提供了数据传输技术上的支持。我国的北斗导航系统具有精密授时功能，可向用户提供20～100 ns时间同步精度。定位精度：水平精度100 m(1 σ)，设立标校站之后为20 m(类似差分状态)，工作频率：2 491.75 MHz，系统容纳的最大用户数：540 000户/小时。可以给汽车精准定位，实现精准的车辆导航。

(2)硬件方面：实现材料上的革新，将传统的铝合金材料改为新型的镁合金材料，应用在汽车座椅、汽车方向盘、汽车外壳等方面。既增加汽车刚度及强度又减轻汽车的相对质量，减少动能的损耗，大大节约能源双面发展。

广义上的云办公指将政企办公完全建立在云计算技术基础上，从而实现3个目标：第一，降低办公成本；第二，提高办公效率；第三，低碳减排。狭义上的云办公指以“办公文档”为中心，为政企提供文档编辑、存储、协作、沟通、移动办公、工作流程等云端SaaS服务。云办公作为IT业界的发展方向，正在逐渐形成其独特的产业链与生态圈，并有别于传统办公软件市场[2]。

1 云办公在自动驾驶汽车上应用的意义

随着5G时代的到来，更快的数据传输促使万物互联，物联网汽车自动驾驶将成为可能，自动驾驶就意味着驾驶者可以解放双手、解放大脑，无须再集中注意力于驾驶。因此，可以做一些其他事情来利用这些时间，未来若实现在真正的汽车上玩赛车游戏将是一种非常有趣的体验。基于5G网络可以将VR与驾车实况结合起来进行更加真实的游戏模拟，在赶路之余还能体验完美的虚拟现实(Virtual Reality，VR)游戏；除了娱乐，也可以利用这份时间进行日常办公，基于5G网络可实现的“云上办公”将发挥巨大作用。

云办公的原理是把传统的办公软件以瘦客户端或智能客户端的形式运行在网络浏览器中，从而达到轻量化的目的[3]。其特征表现在以下几个方面：(1)编制出精彩绝伦的文档不再是传统办公软件(如Microsoft Office)所独有，网络浏览器中的瘦客户端同样可以编写出符合规格的专业文档，并且这些文档在大部分主流操作系统与智能设备中都可以轻易被打开。(2)文档可以多人同时进行编撰修改，配合直观的沟通交流，随时构建网络虚拟知识生产小组，从而极大提高办公效率。(3)移动化办公：配合强大的云存储能力，办公文档数据可以无处不在，通过移动互联网随时随地同步与访问数据，云办公可以帮助外派人员彻底扔掉繁重的公文包。

从云办公的原理和特性中可以很容易地发现，云上办公不需要储存和计算能力就可以实现在高端配置机器中能够做到的事情。基于此，将此特点运用到自动驾驶的智能汽车上，将会大大提升人们日常的工作效率并且能使人们充分利用工作时间。与此同时，人们在汽车性能方面追求轻量化，利用云上办公可以避免携带笨重的机器，减少重量增加，节能减排。从用户体验来讲，实现车上云办公，可减少不必要的麻烦，使人们可以在行驶途中随时办公。

2 车上云办公的危险及隐患

由于目前自动驾驶技术还未能达到脱离人的干预而完全自动驾驶，所以在汽车上进行云上办公仍具有巨大隐患。自动驾驶的功能包括：自动泊车、车道保持、车道偏离预警、自适应巡航、自动紧急刹车、盲点监测、前方碰撞预警系统、行人检测系统等。在自动驾驶汽车上，其软件的复杂度大幅提升，控制模块数量增加，各式的传感器数量增加，信息安全防护机制和系统冗余设计需要考虑增加。这些因素为汽车的总线通信带来巨大挑战。

智能自动驾驶汽车尚未达到人眼识别的程度，无法自动判断并在短时间内做出合适的解决方案。其传感器通过红外摄像和普通摄像两种技术完成道路环境的收集。所以，当车辆在街道或人群密集、建筑物复杂以及事故区，自动驾驶汽车将会受到干扰；当自动驾驶汽车遇到交通指示牌老化以及变形时，可能会产生误判，造成不必要的事故。

3 解决方案

设想将VR/AR与云上办公相结合，在很大程度上消除自动驾驶中云办公存在的安全隐患。VR技术的硬件设备主要是显示设备、专用芯片和视觉交互设备。目前，VR显示设备主要有3D立体眼镜、头盔显示器、全息影像设备、三维显示设备和环幕等，其中最典型的显示设备当属头盔显示设备。综合考虑实景环境及造价成本，头盔显示器应当是最好的硬件选择。当佩戴VR头盔时，出现在眼前的是异常逼真的三维立体影像，一般情况下，头盔显示设备上均有头部运动跟踪装置，参与者可以通过佩戴该设备对计算机实现自然信息下的人机交互，头盔显示设备可根据用户的头部运动，计算出用户当前姿势并虚拟化，将其显示在头盔显示设备的屏幕上。或许在有限空间、活动受限的车内不能进行大幅度的移动，会对游戏体验有些影响，但是对只需屏幕显示的云上办公就显得游刃有余了。

基于目前5G的迅速发展，让这个由于体验感不好而曾经“虚火”的VR产业，因为5G的高速传输能力再次被激发活力。5G从网络的基站布局和处理机制以及超高频段来解决VR使用中的画面延迟问题。这极大程度上为云办公在头戴式显示设备的清晰显示提供了不可或缺的有利条件。5G的峰值传输速率可以到达20 Gb/s，5G网络可以大大缩短终端侧的VR应用的时延，按指导文件5G网络下将提供1 ms内的空中传输往返延迟，在人眼感知范围内这个画面延迟已经不再敏感，这为游戏娱乐的沉浸感提供了良好条件。

汽车在行驶过程中会遇到各种突发状况，因此，必须有一套完美的解决方案，才能使自动驾驶云上办公、娱乐成为可能。自动驾驶汽车一般车身都会装有大量的感知设备和摄像头，可以利用5G网络低延迟、高速率的特点对其进行双重保障。

(1)本地保险措施：在VR头盔里双屏显示，一屏实时路况，一屏办公娱乐，并在头盔或者座椅上设置电流或压力提醒装置，从而在出现突发状况或者需要人为干预自动驾驶时把人们从沉浸的工作、娱乐屏幕中叫醒。(2)云端保护措施：利用5G高速率、低延迟实时进行大量数据传送到云端，当有紧急情况发生时，专项人员可以进行远程干预或者提醒。(3)智能AI学习决策：自动驾驶算法涉及有规则算法和深度学习算法。规则算法是主要由人来规定行驶的规则，然后汽车根据人的要求来进行决策。深度学习算法则是通过对较为真实的训练数据训练后再分析实际场景从而进行较准确的处理。人工智能通过大量数据学习以及根据驾驶者的习惯在驾驶者未能做出及时反映之前做出最合适的决策。(4)设置一键退出按钮：在座椅上设置一紧急按钮，并装配推进伸缩装置与VR头盔相连，当遇到紧急情况，驾驶者可一键退出并弹出头盔。