夏元清：云控制系统及其面临的挑战

　　4月21日，国际研究机构Gartner发布的2020年全球云计算市场数据显示，云计算市场保持高速增长，全球市场规模达到643.9亿美元。其中，中国云计算市场正在成为全球领头羊，报告显示中国市场增速超过60%，是全球规模最大、增速最快的市场之一。

　　“云计算2009年在国内如火如荼推广后，当时大家认为可能是个泡沫，但现在已经成功广泛应用了。”在4月18日举行的聚焦物联网领域的北京地区广受关注学术成果会上，北京理工大学教授夏元清在接受《中国科学报》采访时说。

　　在云计算火热发展之时，研究自动化的夏元清在2012年率先提出云控制系统的概念，目前，云控制系统已被用于解决智能交通、健康医疗等多领域的计划、规划、优化、调度、预测、决策与控制等问题。不过，他表示，下一步仍需解决安全、稳定性以及云网边端协同等方面的挑战。

　　在自动化领域，“控制”的概念非常广泛，包括计划、规划、优化、调度、预测、决策与控制等，可以解决很多实际问题。“数据那么多，放在云端。可否将云引入控制系统呢？”夏元清想。

　　那么，云控制系统是什么？以空地系统为例，夏元清解释说，相对于单个系统的控制，天上的飞机、地上的无人车等形成的空地协同系统越来越复杂，控制的功能日益多样化、数据量日益加大，且强调实时性，带来了很多挑战。而云计算，一方面有大量数据存储，另一方面计算快，有助于实现实时调度优化决策与控制等。

　　“引入云之后，数据存在云端，它的计算、存储、协同给控制理论增加了新的选项，给我们自动化领域带来飞跃的发展。”夏元清说，云控制的应用场景极为广泛，包括云的数字孪生，无人机、无人车的云控制，智慧医疗、车路云协同、能源互联网，等等。

　　他举例说，车路云就是利用新一代信息云控制技术将人、车、路、云的物理层、信息层、应用层进行一体化，进行融合感知，协同决策与控制，综合提升交通效率与行驶安全。

　　当前，自动驾驶与智能交通方面仍存在诸多挑战。单车自动驾驶的技术瓶颈如长距离道路测试、车辆行驶的安全性；智能交通的关键问题如交通个体的干扰、交通环境的多变、交通协议的封闭、云网边端难以协同等。而实时运行带来的问题是可靠性差，交通行政效率比较低。引入云之后，有助于突破控制系统关键技术，实现智能交通管理，从单车智能走向全局智能。

　　夏元清表示，首先，加入云之后就加了从端通过网络传输网络传输到云的环节，多一个环节安全性就多一份挑战。其次是云网边端的协同问题。把所有采集数据实时传到云端不太现实，哪些数据要传到云端或在边缘解决，就构成了云网边端协同问题。同时还存在底层控制-边缘控制-云的控制之间的协同问题，这些复杂性给控制的稳定性带来了挑战。

　　此外，夏元清表示，IT（云）和OT（控制系统实时性）的融合也是现在面临的难点。“学控制的只学控制，学计算机的只学计算机，没有协同的观念，应用起来就比较困难，这方面的研究人才短缺也是云控制系统面临的问题之一。”他说，因此云控制到真正的应用还有很长路要走。

　　“现在每人每天都会产生了大量数据，云时代的到来是必然，利用云是大势所趋。”夏元清说，对数据进行挖掘、分析与处理，提取有效的信息，用来管理、决策、优化、预测、控制，将带来控制研究方面的新方法、新理论。

　　他表示，云控制系统目前在智能交通、智能矿山等领域已经有着广泛应用。工业互联网时代，它将有更广泛的应用前景和使用价值。

　　而对于云控制的挑战，夏元清在接受《中国科学报》采访时强调，亟需培养复合型交叉人才。“这个领域具有高度交叉性，除了计算机、自动化，我们培养的学生还需要对电子信息、机械等各个方面有所了解。”他说，未来单单一个学科培养的学生将很难成为一个领域的人才，必须要进行交叉学科的培养，这样有助于进一步融合创新。

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