簡介：?本文是#春招專欄#系列的第1篇，根據(jù)高德機器學(xué)習(xí)研發(fā)部負(fù)責(zé)人damon在AT技術(shù)講壇所分享的《AI在出行領(lǐng)域的應(yīng)用實踐》的內(nèi)容整理而成。

前言：又到春招季！作為國民級出行服務(wù)平臺，高德業(yè)務(wù)快速發(fā)展，大量校招/社招名額開放，歡迎大家投遞簡歷，詳情見文末。為幫助大家更了解高德技術(shù)，我們策劃了#春招專欄#的系列文章，組織各業(yè)務(wù)團隊的高年級同學(xué)以科普+應(yīng)用實踐為主要內(nèi)容為大家做相關(guān)介紹。

AT技術(shù)講壇(Amap Technology Tribune)是高德發(fā)起的一檔技術(shù)交流活動，每期圍繞一個主題，我們會邀請阿里集團內(nèi)外的專家以演講、QA、開放討論的方式，與大家做技術(shù)交流。

damon根據(jù)用戶在出行前，出行中和出行后如何使用導(dǎo)航服務(wù)，分別選取了幾個典型的業(yè)務(wù)場景來介紹AI算法在其中的應(yīng)用，最后對未來做了一些展望。

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以某位同學(xué)周末和朋友相約去“木屋燒烤”店擼串為例，假設(shè)這位同學(xué)選擇駕車前往目的地，我們來看下AI算法是如何在導(dǎo)航過程中起到作用的。

出行前，先做路線規(guī)劃，ETA（預(yù)估到達(dá)時間），不要遲到；出行中，最怕的就是遇到突發(fā)動態(tài)事件而影響到出行時間；出行后（到目的地），餐館是否還在正常營業(yè)，也需要通過技術(shù)挖掘，幫助用戶提前規(guī)避白跑一趟的風(fēng)險。

下面分別介紹。

出行前-路線規(guī)劃

路線規(guī)劃，和網(wǎng)頁搜索，商品搜索的推薦算法很相似，為用戶推薦一條符合個人喜好的優(yōu)質(zhì)路線。推薦的路線要符合以下幾個條件：

• 能走：此路能通，按照路線可以到達(dá)終點。
• 好走：路線質(zhì)量在當(dāng)前地點時間下確保優(yōu)質(zhì)。
• 千人千面：不同用戶在保證路線優(yōu)質(zhì)的前提下，個性化調(diào)整更符合用戶偏好。

同時，在不對用戶產(chǎn)生誤導(dǎo)的前提下，提供更多的對比參考給用戶來選擇：

• 優(yōu)質(zhì)：相比首路線/主路線，有一定的、用戶可感受到的優(yōu)勢。
• 多樣：相比首路線/主路線，盡可能有自己的特長。

路線規(guī)劃算法的特點

從用戶產(chǎn)生出行需求，到需求得到滿足。在用戶搜索的時候，上傳的Query除了有起終點和導(dǎo)航策略，也會像其他搜索一樣，有隱含的需求，比如個性化和場景化。在導(dǎo)航業(yè)務(wù)里面，個性化可以拆分成熟路和偏好兩個維度，熟路比較容易理解，偏好是指用戶對時間、距離、紅綠燈、收費等不同維度上的偏好。

那么，對應(yīng)的解決方案，我們引入用戶ID，存儲記憶了用戶的起終點對應(yīng)的熟路信息。對用戶的偏好，類似DIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對用戶歷史導(dǎo)航序列進(jìn)行建模，獲取用戶偏好信息。

在用戶提交搜索需求之后，對導(dǎo)航引擎來說，也分為召回，排序和過濾幾部分。

對于導(dǎo)航的召回，對性能要求比較高，所以目前召回的結(jié)果較少。對排序來說，同樣是多目標(biāo)，而且多目標(biāo)之間要進(jìn)行平衡的業(yè)務(wù)。類比到電商推薦領(lǐng)域，不僅希望用戶更多地對商品進(jìn)行點擊瀏覽，還希望用戶在看完商品介紹之后進(jìn)行購買，提高GMV。

對于地圖出行，不僅希望用戶更多的使用導(dǎo)航且按照推薦的路線走，還希望實走時間要盡可能短，用戶反饋盡量好。

而且，和其他領(lǐng)域類似，多個目標(biāo)之間會存在沖突，比如電商CTR和GMV。在導(dǎo)航領(lǐng)域，讓用戶盡可能的走封閉道路，沒有出口，那肯定實走覆蓋率就上升了，但是這樣規(guī)劃的路線會繞遠(yuǎn)，時間和距離都變差。

多目標(biāo)的平衡，如何在“帕累托最優(yōu)”的情況下，進(jìn)行多個目標(biāo)之間的取舍、平衡，是大家一直在探索的問題，我們目前采用的是帶約束的最優(yōu)化問題來進(jìn)行建模，就是保證其他指標(biāo)不變差的情況下，把某個指標(biāo)最優(yōu)化。

最后，用戶拿到導(dǎo)航引擎返回的路線結(jié)果，特點是信息少，用戶只能看到整條路線的總時間、總距離和收費等統(tǒng)計信息，對于這條路好不好走，能不能走很難知道。

而且，大部分用戶是在陌生場景下用導(dǎo)航，對導(dǎo)航依賴很重，很難決策走哪條路更好，這就導(dǎo)致排序在首條的方案選擇率很高，達(dá)到90%以上，這個偏置是很嚴(yán)重的，在訓(xùn)練實走覆蓋率的時候，我們設(shè)計了偏置網(wǎng)絡(luò)，來吸收用戶這種傾向。

導(dǎo)航還有一個特點，一旦出錯，對用戶傷害特別大，比如遇到小路，用戶的車可能會出現(xiàn)刮蹭；遇到封路，用戶可能就得繞路，付出相當(dāng)?shù)臅r間和金錢成本。這往往會比信息搜索給用戶帶來的影響和傷害更大。所以，我們在過濾階段，對Badcase的過濾也是嚴(yán)格作為約束要求的。

路線規(guī)劃召回算法

路線規(guī)劃算法，經(jīng)典的是教科書上的Dijkstra算法，存在的問題就是性能比較差，線上實際應(yīng)用都做了優(yōu)化，這里就不展開介紹了。

當(dāng)起終點距離超過500公里，性能基本就不可接受了，雖然有啟發(fā)式A star算法，但是A star算法有可能丟最優(yōu)解，并不是完美解決性能問題的方法。

解決性能問題的思路，一個是分布式，一個是Cache，而最短路線搜索并不像網(wǎng)頁搜索，分布式并不能很好的解決性能問題，所以目前工業(yè)界實際使用的算法都是基于Cache的方法。

Cache的方法就是提前把一些起終點對之間的最短路線計算好（Shortcuts），在用戶請求過來的時候，利用好這些Shortcuts，達(dá)到加快求路的目的（簡單舉例子，比如從北京到廣州，如果提前計算好了從北京到濟南，濟南到南京，南京到廣州的最短路徑，那就可以在計算北京到廣州的時候，利用這些提前計算好的最短路線）。

其中最為經(jīng)典的一個算法就是CH算法(Contraction Hierarchies)，在預(yù)處理階段，對所有節(jié)點進(jìn)行了重要性排序，逐漸把不重要的點去掉，然后增加Shortcuts；Query查詢階段，從起點和終點分別開始雙向求路，只找重要性高的點，來達(dá)到加速的目的。

既然是Cache，就會面臨一個更新的問題，比如原始路網(wǎng)的路況變化了，或者原始路網(wǎng)某條路封路了，那么提前緩存好的Shortcuts也需要更新。

這個時候CH的算法，由于Shortcuts結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠規(guī)律，更新就很慢，無法響應(yīng)實時路況的變化。于是，路線規(guī)劃算法推進(jìn)到了下一代，CBR算法（Cell based Routing），這個算法通過分而治之的思想，在預(yù)處理階段，把全國路網(wǎng)切分成n個子圖，切分的要求是子圖之間連接的邊（邊界邊）盡可能的少。

在每個子圖內(nèi)，再繼續(xù)往下切分，進(jìn)而形成金字塔結(jié)構(gòu)，預(yù)處理階段就是把邊界邊之間的最短路徑都提前算好，Cache下來求路的時候，就可以利用這些Shortcuts了。

CBR的優(yōu)點是，在預(yù)處理階段，路網(wǎng)的切分是分層的，每一層都足夠小，在更新這一層的Shortcuts的時候，可以把數(shù)據(jù)都放到CPU的L1 Cache里去，所以計算速度特別快。

總結(jié)一下CBR和CH的區(qū)別：

• Query查詢性能，CH更快，CH是0.1ms級別，CBR是1-2ms級別。
• Shortcuts更新性能，CH全國路網(wǎng)更新最快能做到10分鐘，而CBR能做到15秒更新全國，可以滿足實時路況變化和路網(wǎng)實時更新的需求。
• CH的Shortcuts不規(guī)律，導(dǎo)致不同策略之間（躲避擁堵，高速優(yōu)先等）不能很好的復(fù)用Shortscuts的起終點結(jié)構(gòu)，所以不同策略需要單獨重建Shortcuts，內(nèi)存占用非常大。

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這是我們排序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，左邊是用戶偏置網(wǎng)絡(luò)，把路線排序的順序，以及引導(dǎo)路線之間的相似度信息輸入進(jìn)去，期望盡可能消除掉偏置帶來的影響。中間輸入的用戶歷史統(tǒng)計信息和用戶導(dǎo)航序列信息，用來提取用戶的個性化偏好。優(yōu)化的主要目標(biāo)是實走覆蓋率。

新一代的路線規(guī)劃算法，要求提供隨時間推演的能力。比如8:00從起點出發(fā)，后面要走 1 2 3 ..n條路到達(dá)目的地，假設(shè)8:10走到第2條道路，8:20走到第3條道路，那么我們在8:00計算Shortcuts的時候，就不能只用到8:00的路況，需要把后續(xù)進(jìn)入某個道路的時刻考慮進(jìn)來，用那個時刻的路況來計算，這就是TDR求路算法，目前是高德首創(chuàng)的，能真正實現(xiàn)躲避未來的擁堵，并利用未來的暢通來規(guī)劃路徑。

出行前-ETA（預(yù)估到達(dá)時間）

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上面三幅圖，選取的是北京西單金融街附近的區(qū)域，展示了在三個相鄰時間點上的交通狀況。其中綠色、黃色、紅色代表交通路況不同的狀態(tài)。

假設(shè)現(xiàn)在是18點整，路況預(yù)測的目標(biāo)就是預(yù)估未來時刻的交通狀況，需要依賴每條道路的歷史信息，以及周邊鄰居的道路擁堵信息，對時空兩個維度進(jìn)行建模。

對時間序列的建模，用RNN，LSTM等SEQ2SEQ的序列，也有采用CNN，TCN等。對空間信息的建模，目前主流的方法是用GRAPH.

盡管模型在不斷升級，越來越復(fù)雜，但是對于突發(fā)事件導(dǎo)致的擁堵，根據(jù)歷史統(tǒng)計信息，很難預(yù)測精準(zhǔn)，比如去年9月份在上海世博園區(qū)舉行外灘大會，世博園平時很少有人去，歷史路況都是暢通，而在開會期間，車很多導(dǎo)致很堵。

這個時候靠歷史信息是很難預(yù)測準(zhǔn)確，我們需要一個能代表未來的信號，才能預(yù)測，這就是路線規(guī)劃的信息，如果想去世博園的人很多，那么規(guī)劃的量就會很多，我們根據(jù)規(guī)劃的量，就能知道未來有很多人想要去世博園，就會導(dǎo)致世博園擁堵。

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所以，我們把規(guī)劃的量，通過一個流量往時間域的轉(zhuǎn)換，引入到路況預(yù)測模型，效果取得明顯提升，尤其是在突發(fā)擁堵的時候，高德的這個研究成果被KDD2020收錄，并且已經(jīng)在業(yè)務(wù)場景中得到了應(yīng)用，有興趣的同學(xué)可以詳細(xì)查看我們的論文。

行中-用文本數(shù)據(jù)挖掘動態(tài)交通事件

繼續(xù)向餐館前進(jìn)，導(dǎo)航途中，最怕遇到擁堵，封路等事件，所以高德會想盡一切辦法挖掘這些動態(tài)事件，幫助用戶規(guī)避開。現(xiàn)在高德用到了多個維度的數(shù)據(jù)源，其中的行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)情報都是文本數(shù)據(jù)，要用到NLP的技術(shù)來挖掘。

介紹一下怎么用AI算法來挖掘動態(tài)事件。

下面一段文本就是典型的來自于網(wǎng)絡(luò)媒體的信息：

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G0612（西和）高速南繞城路段西山隧道ZK33+844（蘭州方向）應(yīng)急車道停一輛故障大客車暫時封閉，行車道和超車道正常通行，請車輛注意避讓、減速慢行。

這段信息是非結(jié)構(gòu)化的，需要我們做預(yù)處理，要素提取，再進(jìn)行事件的組織，組織成架構(gòu)化的信息，才能自動化的應(yīng)用。

很自然的，針對要素提取，我們用BERT模型建模，但是BERT模型太復(fù)雜，性能比較差，線上實際應(yīng)用帶來很大的挑戰(zhàn)。

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我們采取了知識蒸餾的方法，訓(xùn)練一個簡單的Student的網(wǎng)絡(luò)，來解決性能問題。知識蒸餾最主要的是如何捕捉潛在語義信息。高德在業(yè)界率先提出了用對比學(xué)習(xí)框架進(jìn)行知識蒸餾，同時，在計算樣本之間距離的時候，提出COS-距離代替歐氏距離的方法，能夠讓模型有效的學(xué)習(xí)到潛在語義表達(dá)信息。

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對于Student表達(dá)的特征向量與Teacher特征向量距離靠近，而要遠(yuǎn)離負(fù)例。使用余弦距離，比如歐式距離，能夠更好適應(yīng)Teacher網(wǎng)絡(luò)和Student網(wǎng)絡(luò)，輸出的特征向量長度分布不一致的問題，這個工作成果發(fā)表在了AAAI2021上。

出行后-POI數(shù)據(jù)過期（增強現(xiàn)勢性）的問題

人們在高德地圖上會看到很多地理位置興趣點（Point of Interest，縮寫為POI），例如餐廳、超市、景點、酒店、車站、停車場等。對POI數(shù)據(jù)的評價維度包括現(xiàn)勢性、準(zhǔn)確性、完備性和豐富性。

其中，現(xiàn)勢性就是地圖所提供的地理空間信息反映當(dāng)前最新情況的程度，簡而言之，增強現(xiàn)勢性就是指盡可能快速地發(fā)現(xiàn)已停業(yè)、搬遷、更名、拆遷的過期冗余POI數(shù)據(jù)，并將其處理成下線狀態(tài)的過程。這部分可以參考我們之前發(fā)布的文章《高德地理位置興趣點現(xiàn)勢性增強演進(jìn)之路》。

以上僅是AI算法在出行場景應(yīng)用的一些舉例，更多的技術(shù)方案歡迎大家來和我們一起探討。

出行前景-全局調(diào)度

對網(wǎng)頁搜索來說，結(jié)果是信息，可以無限復(fù)制，互不影響；對電商搜索來說，結(jié)果是商品，可以認(rèn)為商品足夠多，不夠再生產(chǎn)，所以也可以認(rèn)為互不影響。

不同的是，導(dǎo)航搜索出來的道路資源是有限的，你用的多了，我就用的少。比如，一條路暢通，我們把人導(dǎo)過去，那么這條路就堵死了，所以我們要做全局調(diào)度，提高道路資源的使用率。

我們希望全局調(diào)度系統(tǒng)能和交通信號燈打通，在一個交通仿真的環(huán)境下，用多智能體強化學(xué)習(xí)的方法，學(xué)習(xí)到更大規(guī)模的交通系統(tǒng)上如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)車輛、交通燈，充分利用道路資源，進(jìn)一步緩解擁堵。我們一起來探索！

作者：高德技術(shù)小哥

原文鏈接

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的AI在出行场景的应用实践：路线规划、ETA、动态事件挖掘…的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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