未来出行的探索者（星辰大海未来已来）

引言

当我们讨论出行的时候，我们谈论的是一个特殊的2019年——共享单车行业整合加剧，以Tesla Model 3为代表的新能源车快速普及，京沪高铁满载上市，长征五号运载火箭在磨砺中成长……而当我们展望一个新的十年时，我们应该合理地期望一些什么？让我们围绕时间轴与空间轴、当前痛点和未来展望等多个维度来梳理人类的出行问题。

从蒸汽机到太空漫步的200年

人类科技文明的发展不是线性的而是跳跃性的，当我们去回顾人类的出行历史时，你会发现这个描述无比恰当。远在人类知道滚动摩擦和滑动摩擦的差异之前，带轮子的马车原型就已经被发明出来。在此之后的数千年，人类都在致力于找到跑得更快的马。

图：蒸汽机驱动的轮船

18世纪的第一次工业革命为人类带来了蒸汽机，蒸汽机逐步成为火车和船舶的动力来源，第一台蒸汽汽车在17世纪末就已问世，但受限于产品成本和性能，它并未全面占领大众出行市场，但人们对更加轻便好用的动力装置的追寻从未止步。19到20世纪，出行迎来了从蒸汽到内燃机的大变革，，内燃机的发明、流水线现代生产方式等新技术和新工艺的结合成果集结成今天强大的汽车行业。

图：中国自主研制的大型客运主线飞机C919

20世纪的另一伟大发明是飞机，自1903年莱特兄弟首次飞行以来，人类突破了重力的限制，也使得人类的出行从二维走向三维。此后，涡轮风扇发动机、面积率、工业设计软件等技术，引爆飞机制造和民航产业。2018年，中国民航业共承担了6.1亿人次的航空出行，市场规模超过千亿。另一项火箭技术，自宋朝士兵唐福用竹筒和火药制成简易火箭算起，经历了上千年的发展，到1926年，由美国人戈达德成功制造并发射液体燃料火箭，使得火箭第一次有了工程化能力和载人运行的可能性，并在之后的20世纪70年代成功将人类送上太空。

从18世纪的蒸汽机到1961年尤里·加加林乘坐东方1号宇宙飞船进入太空，我们在短短200年间见证了出行半径不断扩大、速度提升、驱动方式的不断变革。

前沿技术改变出行方式

当前人类的出行解决方案经过了近千年的发展，已经形成了一个完整的技术驱动的生态系统，最前沿的自动驾驶和智能传感技术更是日新月异、不停迭代。以距离作为一个判断基准，可以对出行方式做出以下划分。

图：共享单车

短距离出行方案主要覆盖0-5公里的出行半径，包括步行、自行车和电动车。变革驱动力来自共享出行带来的新商业模式、物联网赋能带来的技术附加值提升以及电动自行车新国标等政策的出台。众多创业公司和投资机构看到“最后一公里”细分领域所潜藏的增长机会，预计到2020年，短距离出行相关的解决方案市场规模高达2万亿元，并将在未来三年内集中爆发。

图：1863年伦敦的“地铁”

如果想要从城市的一端到达另一端，能选择的交通方式也多种多样。现代的城市交通始于1863年的伦敦——当时，全世界第一条地铁通车，尽管它尾气严重、通勤效率也不高，但它为繁忙的巨型城市交通提供了一个新的解决方案，既能解决地面交通效率低下问题，照顾不同收入人群的出行需求，还能为政府带来可观的运费收入，一下就掀起了全球兴建地铁的热潮，带动了地铁列车、信号控制系统乃至盾构机的市场增长。事实上，今天的城市交通尽管有汽车、巴士、地铁等多样化的解决方案，但是以北京为例，每年城市的拥堵程度还在以9%的速度加重，而在拥堵最严重的洛杉矶，这个数字是36%。对新型城市交通的需求日益增长，自动驾驶等技术将会逐渐革新效率不够高的传统公共交通。

图：民航飞机发展迅猛，但也面临降本压力

城际之间的出行通常依赖飞机或者高铁，而这两种交通工具之间的博弈可以说是近些年来交通领域最热门的话题之一。一方面，民航飞机的发展迅猛，以洲际航线为例，其执飞的主力机型从过去的超级珍宝客机B747/A380逐步转化为使用大面积复合材料和高性能发动机、油耗更低的B787/A350，更低的运力成本使得洲际航线触达主要二线城市成为可能，也使得洲际航线的商业模式从枢纽式转向多点连接式；另一方面，以复兴号为代表的高铁在全世界运营里程日益增长，京沪线通行最短时间已经缩短到四个多小时，将会进一步蚕食民航业的市场空间。

图：Space X公司星际出行渲染图

星际出行不再是天方夜谭，商业化进展也已经在稳步推进。维珍航天推出的90分钟亚轨道太空旅行，只需要20多万美元，目前已有数百人报名。SpaceX则在2019年9月份揭开了Starship的神秘面纱，其推力是目前推力最大的“土星五号”火箭的两倍，未来将可以装载100人前往火星。除了飞船本体之外，整个星际出行解决方案还包括在轨燃料补给、两级推进器自行返回地面回收利用等相关技术，使得整个解决方案更加落地，星际出行指日可待。

出行市场的痛点

尽管当前的出行解决方案种类繁多，但是仍然有许多不尽如人意的地方。满足一个人从A点前往B点的需求是比较容易的，但是满足所有人的迁徙和转移需求则是一个有无数变量寻找最优解的过程。表面上看，出行的痛点有许多，比如交通堵塞及其带来的环境污染、交通事故频发等等，如果你分析其深层次原因则会发现，核心问题是在于作为司机的人类驾驶操作精度不够高、驾驶易情绪化和易分心等问题。如果把行驶环境看作一条生产线，则人类就是一直在影响生产节拍的那只猫。这类问题的解决有赖于自动驾驶的普及将低精度操作的人类从驾驶这一环节抛开，如果通过路口红绿灯的车辆都是自动驾驶，那甚至连红绿灯都可以省去，毕竟红绿灯是给人看的，而自动驾驶则会通盘考虑路口的交通情况。

图：滴滴公司解决交通运力调度问题

另一类痛点来自于出行产业的一个矛盾现象——大量闲置资源与短时间内的运力短缺问题共存。Uber 创始人 Travis Kalanick在演讲中经常提到，如果你拥有一辆车，则97%的时间里你的车都是闲置的。但与此同时，由于人类出行的潮汐现象带来的运力短缺情况同样明显——例如晚高峰需求集中且方向大部分为城内写字楼涌向城外住宅区，此时如果有乘客想反方向从城外进城内就很难打到车。共享化出行是解决这一问题的一剂良方，一方面，共享化出行解决了车辆资源的大量闲置，另一方面，其弹性、分散性给城市运力提供了补充。另外，基于深度学习算法的路径选择和接单系统则会使司机的接单效率和行车成本都有大幅度优化。

图：Hyperloop超级高铁渲染图

那么，交通发展在技术上是否还存在瓶颈呢？这取决于你的视野，或者说目的地有多远。中国高铁的运行速度从2019年开始才逐步恢复到350km/h，但这还不够快，Hyperloop的真空磁悬浮列车希望能将运行速度提高到600-800km/h，达到高亚音速水平，这就需要超导磁悬浮技术和低成本模块化真空环境搭建等技术的不断成熟来逐步推动。更快的选择也已经看到苗头，上文提到的SpaceX Starship能够在地球上的任意两个城市之间垂直起降，这将能使上海到纽约的飞行时间缩短到39分钟。

图：现代燃油汽车所需上万个零件对生产、运营和使用造成制约

由于出行天生和人类安全息息相关，所以在生产制造上需要留有足够多的的余量。现代汽车上装配着上万个零件和数公里长的线缆，而飞机、火箭上的零部件则更多，种类多、数量少的零部件给本来就背负着人力成本攀升的供应链带来沉重压力。模块化设计车辆和3D打印技术，能大幅度提高生产灵活性，降低产线对人力的依赖，进而降低生产成本和提高经济效益。

在SEED AWARD感受新出行方式

自2017年开始的自动驾驶研发热潮为未来的出行定下了“ACES”的框架：

“Autonomous Driving”自动驾驶

“Connectivity”车联网

“Electrification”电动化

“Shared Mobility”共享出行

针对这个框架，SEED AWARD 2019重点在全球寻找关于出行的创新解决方案。从美国的Hyperloop超级地下轨道、利用电池和电动机进一步降低飞行成本的电动飞机，到模块化造车概念，再到汽车感知、车队管理等前沿方向。我们认为，在未来的五到十年内，产业的研究和商业化将会围绕以下几个方向：

1）“Autonomous Driving”自动驾驶：

自动驾驶技术是一个集环境感知、规划决策、运动控制、多级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了边缘云计算、多传感器融合、深度学习算法等技术，自动驾驶的关键技术依次可以分为环境感知、行为决策、路径规划和运动控制四大部分。为了使达到L5级别的自动驾驶方案全面落地，未来的技术突破方向将包括高端传感器（激光雷达、毫米波雷达等）量产、边缘云计算打通、深度学习和仿真系统的不断完善等。

图：激光雷达等传感器是自动驾驶的感知基础

2）“Connectivity”车联网：

车联网是5G技术中uRLLC(超可靠、低时延通信)切片的典型应用场景。通过5G车联网，传感器在边缘采集信息后，可以将少部分实时性要求高的计算放在车端，把实时性要求中等的计算放在边缘云，把实时性要求低的计算放在云端。这样的分层计算可以最大幅度降低车端的算力占用，使云端的强大算力可以赋能到自动驾驶场景里来。

图：Open Motors模块化汽车平台

SEED AWARD 2019参赛项目之一，来自亚太赛区的Open Motors为出行服务商提供低成本模块化电动汽车EDIT，其硬件高度模块化且平台完全开放，松耦合低成本的特点非常符合出行服务商快速迭代的需求，同时在车联网的赋能下，即使低成本、算力不高的车端硬件也可以通过云端计算赋能，使得EDIT能够最高适配到L5级别自动驾驶技术。

3）“Electrification”电动化：

交通工具电动化的三大核心部件是电池、电机和电控，这其中电机和电控已经相对成熟，迭代空间较小，最大的技术突破口还是来自于电池及充电技术。尽管有诸如铝空电池、氢燃料电池等许多实验性的新电池技术，但目前在出行领域运用最成熟的还是磷酸铁锂电池和三元锂电池，二者虽然在不同指标上互有优劣，但能量密度还属于一个指数级别。为了让续航问题获得突破性进展，另一个参赛项目——益为汽车给出了一个开创性的车辆无线充电方案。该方案基于电磁感应技术、无线电力传输基础技术及PAD和控制单元，能为电动汽车提供高能效、省时、简单的充电服务。

此外，电动化在汽车之外的其他出行工具上也有应用。SEED AWARD 2019决赛中，来自洛杉矶的Ampaire电动飞机项目夺得talent prize（卓越奖）。Ampaire团队已成功试飞其旗下的Ampaire 337飞机，它是目前完成试飞的最大的商用电动飞机。

图：Ampaire电动飞机迭代图

与其他电动飞机不同的是，Ampaire没有采用全电推进，而采用混合电推作为开端，突破当前电池能量密度的制约。混合电推平台复杂度更高，因而采用该架构的飞行器大部分仍停留在概念和动力系统地面测试阶段，目前完成试飞的混合电推进飞行器为数甚少。

Ampaire之所以可以领先于竞品进行试飞，是因为其设计了一套清晰完整的技术发展路径，分阶段将各个环节的技术微创新进行商业化，逐步将飞机上的内燃机替换为电动机。

Ampaire 337已经成功把改装原型飞机上的两台内燃机中的一台替换成电动机，未来Ampaire的目标是全电推进。要达到全电推进，Ampaire还需要在“三电”——电机、电池、电控上进一突破。得益于电动汽车的发展，近两年的电机技术和电池技术都有了长足的发展，但要用在飞行上，电池技术还需要在能量密度上持续改进，电机还需要往高扭矩低重量的方向研发；而在电控领域，除了在电源保护上下功夫以外，由于飞机上所需的电量远大于陆地交通工具，还需要一套综合全电管理系统。同时，空中安全规定也和汽车的车辆安全规定不同，Ampaire团队的核心优势之一是取得空中安规认证。目前其已经取得夏威夷、加州等地的航空管制部门认证，即将开始支线飞机的正式商业化运营。

4）“Shared Mobility”共享出行：

尽管共享出行是解决资源过剩和运力不均的核心手段，但算法颗粒度较粗、过度投放等原因导致相关企业经营状况不佳。为了提高共享出行的接派单效率和经济效益，基于ETA算法和神经网络的接派单系统应运而生，它综合考虑用户的出行需求、最近接单司机位置和路线、司机评分等多方面因素，最终把单派到最合适的接驾司机手里。

SEED AWARD评审之一，Uber人工智能实验室创始团队成员Eric Frank带领团队开发出了一套基于路线预测、主动寻求匹配的拼车系统Uber Express Pool，乘客步行到上下车点，对需求进行空间上的聚合，司机只需要在主路上接上乘客即可，绕路时间得以降低，路线重合的比例将提高。Uber的后台也会在乘客下单的数秒内根据需求的路线和司机的位置去匹配重合线路最高的订单。通过拼车系统，在早晚高峰时期，Uber拼车运力占到了总运力的15-20%，有效缓解了运力紧缺问题。

早期网约车采用直线距离（没有计算堵车，单行道因素）派单系统，主要以距离最近派单，后来地图技术有了进步，逐渐改为ETA派单系统（“Estimated Time of Arrival”）——是根据实时地图、考虑了堵车、供需预测、路径规划、服务分（司机服务评价系统）等因素，通过云计算和机器学习进行“全局最优”（GMV最大化）计算出预计到达时间进行派单的系统。ETA派单技术对地图和算法要求极高，是网约车行业的核心技术，不断优化派单系统，提升效率是未来网约车实现盈利的前提条件。

图：Next Future Transportation团队设计的模块化“豆荚车”

SEED AWARD2019 北美赛区项目Next Future Transportation团队的组合式智能交通解决方案为共享出行提供了另外一条思路。这套系统由一系列电动无人驾驶“豆荚车”组成，它们能够按照乘客需求进行组合、分离，属于模块化独立运行的系统。在旅途中，这些“豆荚车”能够彼此连接成形似公交的交通工具接送乘客，以尽可能提高通勤效率。

图：Next Future样车在迪拜进行沙盒测试

目前，Next Future已经在迪拜公路运输局的支持下对多节车厢进行了测试，效果已基本符合预期。Next Future运输舱是2030年迪拜未来加速器计划的一部分，其目标是实现迪拜本地25％的日常运输工具采用全自动化技术。为了做到这一点，迪拜的道路交通管理局RTA将花费410,000美元（约合260万人民币）来进一步研究和开发全自动运输舱。

图：剑桥大学学生创业团队Routemasters

在英国，SEED AWARD也挖掘出了来自剑桥大学的学生创业团队Routemasters。他们希望为非洲地区新兴国家和城市带来其独特的智能地图和路况信息感知系统。在非洲的许多国家，道路设施陈旧难以监控路况，许多道路甚至是私自开辟、没有官方记载的。通过低空热气球进行实时航拍，

Routemasters可以基于深度学习的算法可以对道路和车辆进行识别，从而计算出城市的路网分布和实时路况情况，并通过手机APP实时帮助驾驶员导航到空闲路线。这套算法满足了道路监控等基础基建缺失的新兴国家和城市对路网和路况实时感知的需求。

出行不仅仅是工具，而是贯穿人类生活的一部分——我们驾驶了几千年的马车，而火车到汽车出现不过百年时间。伴随人类越来越快的进化节奏，出行领域的革新也将愈发迅猛。

英语中有一句谚语叫“Re-inventing the Wheels”，中国程序员经常直译成“重复造轮子”来形容不切实际的重复劳动。可是如果人类不重复发明轮子，那么我们现在还在用上图最左边的轮子。人类总是会有一些不切实际的需求出现，不管是登月、登火星还是登太阳，总会有一帮固执的人在重新发明轮子来满足需求。那么，下一个十年哪些技术又会成为人类的“新轮子”呢？

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