这个城市与任何一个城市中心都很相似——这就是重点。它有住宅区和商业区、景观公园、道路、环岛和交通信号灯。这里有各种各样的车辆，甚至有几辆警车拦下了超速驾驶的司机。
这一切都可以放在霍利斯特大厅地下室的一个房间里。
来源：No?l Heaney/康奈尔大学
小型无人机在规模较大的城市上空飞行，并广播定位信息，这种策略可以帮助协调混合交通，提高安全性，对保护军事车队尤其有价值。
欢迎来到信息与决策科学实验室。在这里，一个20 × 20英尺的“智能”城市缩小到1:25的比例，其中的定制汽车、无人机、摄像头和虚拟现实技术正在帮助研究人员设计一个更美好、更安全的未来交通。
具体来说，规模化的智慧城市旨在通过使小型机动车辆能够与环境以及其他车辆（其中一些是由人类远程驾驶的）进行交互，来改善新兴移动系统的性能，例如联网和自动驾驶车辆。因为城市是一个可控的环境，实验可以重复，结果可以验证。然而，不可预测性是受到鼓励的。
“如果你没有实验测试平台，你就使用模拟。模拟是注定要成功的。它们总是完美的，”实验室主任、康奈尔大学工程学院土木与环境工程教授安德烈亚斯·马利科普洛斯（Andreas Malikopoulos）说。“但在现实环境中，你会遇到沟通不畅、错误、延误和意外事件。这个测试平台可以让我们有机会收集数据并推断信息，这是我们在现实世界中无法用真正的汽车做的事情，因为安全问题以及对资源和空间的需求。”
这个规模化城市的起源可以追溯到十多年前，当时马利科普洛斯在橡树岭国家实验室工作，他之前是通用汽车公司的一名研究员。他正在考虑通过联网和自动化车辆来提高交通运输的能源效率。
“我说，好吧，我们可以做到这一切，”他说。“但我们需要一些硬件。”
通缉不良司机
2014年，他从美国能源部（DOE）获得了能效项目的资助，并提议创建一个按比例缩放的机器人测试平台，但被告知没有必要。三年后，他离开政府研究部门，在特拉华大学担任教职，在那里他终于实现了建造试验台的“梦想”。2023年秋天，马利科普洛斯搬到康奈尔大学，他通过增加新功能和升级他的机动车队，扩大了规模——不是规模，而是复杂程度。
该实验室目前正在研制第五代飞行器。这个团队的很多成员都是大学生，他们拿出现成的遥控汽车，拆下遥控部件，安装定制的电子设备、传感器和Wi-Fi，连接到一台大型计算机。每辆车都有一个独特的视觉标记，因此它可以被试验台的八个摄像头和GPS系统跟踪。今年夏天，机动车辆池扩大到75辆汽车和15架小型无人机。空中元素允许多架无人机跟随车辆并广播定位信息，这种策略可以帮助协调混合交通，提高安全性，对保护军事车队尤其有价值。
学生们不仅仅在硬件和软件上工作。他们还可以坐在驾驶座上：实验室有六个驾驶员模拟器，任何人都可以坐在那里“驾驶”穿过缩放的城市，从他们的汽车的角度导航，并与道路上的其他车辆互动。学生们甚至可以通过实验室设计的包含大型语言模型的模块与无人驾驶车辆进行交流。
来源：No?l Heaney/康奈尔大学
博士后研究员方熙升（Heeseung Bang）24年，他设置了测试车辆，这些车辆配备了定制的电子设备、传感器和Wi-Fi，可以连接到一台大型计算机。
自动驾驶和人类驾驶车辆的结合——也被称为网络物理系统——引入了一定程度的不确定性，可以帮助研究人员更好地理解联网和自动驾驶车辆的实时反应方式。然后，研究人员可以设计控制器和算法来改善这种反应。
实验室成员还可以选择戴上VR耳机，在计算机模拟的城市中驾驶，体验不同的交通场景和条件。虚拟现实系统可以产生一个数字双胞胎的试验台，以实现更多的交互式驾驶。
“VR的好处在于成本效益、时间效率，最重要的是安全，”西蒙·田（Simon Tian）说24年系统工程专业，VR试验台项目负责人。“用真车做实验非常昂贵，也非常耗时。每次实验，你都要重置一切包括飞行器，实验地点的人，物体。如果你想在特定的道路上进行特定的实验，你必须建造那条路。如果你想在时代广场做测试，你还不可能有那个地方供你自己测试。但你可以在虚拟现实中做到。这项技术非常可行。”
Tian和他的六人团队使用开源的自动驾驶模拟器CARLA和他们自己的Python代码，从零开始构建了整个VR系统。
现在，在实验室里，不良驾驶行为不仅是被容忍的，而且是必须的。
“我们基本上使用机器学习来学习人类如何做出决策的模型，”博士后研究员Heeseung Bang博士说。“24。“为了做到这一点，你需要一种不同类型的人类驾驶员数据。但为了收集这些数据，我们需要虚拟现实技术，这样人们就可以真正地撞车，我们就可以看到司机实际上是如何驾驶的。一旦我们有了数据集，我们就可以在城市中实施它，看看它们的反应。”
这些交通工具本身也带来了很多不确定性。
“这是一个非常复杂的系统，即使你重复同样的场景，汽车也可以根据不同的情况做出不同的决定，比如，根据它们进入十字路口的速度和时间，”Bang说。
更智能的车辆，更安全的道路，更公平的社会
虽然实验室专注于交通运输，但对社会影响也有同样的兴趣，Malikopoulos热衷于探索增加网络物理系统空间公平性的方法。他目前正在与联邦公路管理局合作，将这个测试平台作为一个教育模块提供给其他机构，他还计划创建一个在线平台，让研究人员可以登录，输入他们的算法，并使用测试平台进行他们自己的实验。
去年10月，Malikopoulos从美国国家科学基金会的安全学习支持系统项目获得了80万美元的合作资助，用于建立智能自主系统框架，部署在复杂的操作环境中，同时确保系统能够处理极端事件并监控它们的不规则和不安全行为。数学计算软件公司MathWorks最近提供了一笔赠款，用于使用缩放的城市测试平台开发自动驾驶系统的实时控制工具箱。
该实验室最近还完成了一项430万美元的项目，该项目由美国能源部高级研究计划局能源部门与密歇根大学、波士顿大学、橡树岭实验室和罗伯特博世公司合作，将奥迪A3插电式混合动力车的效率提高了25%。
来源：No?l Heaney/康奈尔大学
这个规模宏大的城市位于Hollister Hall的地下室，旨在通过使小型机动车辆与环境以及其他车辆（其中一些是由人类远程驾驶的）进行交互，来提高新兴移动系统的性能，例如连接和自动车辆。
“我们使用缩放城市来开发所有算法并解决技术挑战，”Malikopoulos说。“所以当我们开着真正的奥迪进行现场测试时，我们已经准备好了。”
除了为下一代互联和自动驾驶汽车的设计提供信息外，这座规模庞大的城市还帮助Malikopoulos培训将使用这些技术的下一代工程师。事实证明，微型城市是一个很好的招聘工具。
这就是M.S.王珊婷（Shanting Wang）的情况他是一名系统工程的博士生，去年被实验室的一名成员邀请去检查这个试验台。实验室的技术创新及其在土木工程中的实际应用给王留下了深刻的印象，她加入了这个团队。
“交通运输是关于规划的，但在此之前，人们是根据历史数据进行规划的。例如，周一早上，交通流量会更大。但它们只是近似的，”她说。“现在，我们可以从传感器获得实时数据，并从真实数据中改进我们的算法和控制器。它可以使交通不那么拥挤。这是一个我可以找到解决方案的地方，它可以应用到现实世界中。”
实验室正在扩建到相邻的房间，以容纳第二个试验台。马利科普洛斯甚至还考虑过扩大城市规模。他估计可能会达到1:10。
有时候，越小越聪明。
现在，马利科普洛斯拥有了他梦想中的城市，其中必然包括一辆梦想中的汽车。
在现实世界中，Malikopoulos驾驶一辆菲亚特500C。
他说：“那是我爷爷以前在希腊开的车，是原版的。”“但如果我能负担得起，我很可能会买这个。”
他指着一辆停在假草坪上的微型建筑之间的闪亮小轿车。
那是一辆红色的法拉利。
