「易程科技股份有限公司」数字交通基础设施加速自动驾驶与车路协同发展

本文节选自关志超博士《数字交通根底设备加速主动驾驭与车路协同展开》

关志超是交通运输部“智能车路协同要害技能与配备职业研制中心”履行主任(博士、教授)

概述

当时，我国现已进入交通强国建造、快速城市化进程、经济社会转型革新、智能车路协同立异展开、新基建与数字化转型展开的新时期，新交通形式生态环境正在构成，城市交通与区域交通的作业要点已由大规划规划建造转移到高质量运转办理方向上来，传统的交通规划与办理、交通办理与操控学科理论办法面临着更新及应战。2020年8月，我国科协在第二十二届年会闭幕式上发布了10个对科学展开具有导向效果的科学问题，其间第六个问题是：数字交通根底设备怎么推进主动驾驭与车路协同展开？

一年来，国家密布出台了“交通强国”、“智能轿车展开战略”、“新基建”、“两新一重”、“十四个五年方案”多项与主动驾驭相关战略。2019年9月由中共中央、国务院印发的《交通强国建造大纲》，2020年2月由11个部委联合印发的《智能轿车立异展开战略》，2020年3月中央政治局会议提出《新基建》，2020年5月两会《政府作业报告》提出“两新一重”，2020年12月党的十九届五中全会通过的《中共中央关于拟定国民经济和社会展开第十四个五年规划和二〇三五年远景方针的主张》等均对智能联轿车职业展开进行了十分有针对性辅导，这是国家战略层面临主动驾驭的推进，对加速建造交通强国作出专门布置，提出明确要求。伴跟着新一代信息技能与人工智能的演进展开，交通东西轿车正在向高性能、新能源、无人驾驭等更高范畴展开，路途交通根底设备也阅历了低等级公路、高速公路、数字化、智能化的演化进程，一个绿色可继续、数字化、智能化、才智化的交通根底设备建造现已成为人、车、路协同展开的一起方针。

交通是兴国之要、强国之基。在主动驾驭技能展开战略上，全国际出现两条技能路途：一条是以美国所主导的“单车感知”主动驾驭方案；另一条是以我国引领的“联感知”主动驾驭技能方案。两者的首要区别是：单车感知不依赖于外界环境的额定传感单元布置，首要依托车辆的本身装置感知系统进行车身周围环境信息的获取；而联感知需求凭借在路侧装置额定的传感器、通讯单元，以完结下降车身感知、核算才能的技能与本钱需求，拓宽车辆的感知规划和精度。由此可见，数字交通根底设备的建造与展开是支撑主动驾驭与车路协同的要害技能地点，展开这一范畴研讨势在必行，含义严重。

理论办法

新交通形式下，重塑交通出行体会，通过人、车、路、云之间车联与路联数据互联互通，完结才智出行服务MaaS、智能联轿车V2X、智能联设备I2X、智能车路协平等构建新一代智能交通中心系统。

智能车路协同管控归纳感知、通讯、核算、操控等技能，根据标准化通讯协议，完结物理空间与信息空间中包含“人、车、路、环境”四要素的彼此映射，标准化交互与高效协同、使用边、端、云核算大数据才能，处理系统性的资源优化与配备问题。智能车路协同系统支撑的新一代智能交通系统中心四要素首要包含：

①人--才智出行服务MaaS:行为办理与诱导(行人、驾驭员、主动驾驭算法)系统；

②车--智能联轿车V2X:智能车载终端系统；

③路--智能联设备I2X:智能路测设备系统；

④环境--智能车路协同渠道：区域交通与城市交通办理与操控决议方案可视化推演系统。

当时，国内外广泛重视智能车路协同系统支撑的新一代智能交通系统全体结构研讨，全体上包含以下三条技能路途：

①人--才智出行服务MaaS+环境--智能车路协同管控渠道组合路途；

②车--智能联轿车V2X+环境--智能车路协同管控渠道组合路途；

③路--智能联设备I2X+环境--智能车路协同管控渠道组合路途。

智能车路协同支撑的新一代智能交通系统全体结构详见图1所示。

图1:智能车路协同支撑的新一代智能交通系统全体结构

智能车路协同管控渠道为智能联轿车及其用户、办理及服务机构等供给车辆运转、根底设备、交通环境、交通办理等动态根底数据，具有高性能信息同享、高实时性云核算、大数据剖析、信息安全等根底服务机制，是支撑智能联轿车与智能联设备交融需求的根底支撑渠道，它包含了面向功率和面向安全两个方面的内容：面向功率包含根据智能车路协同信息的交叉口智能操控技能、根据车路协同信息的集群诱导技能、交通操控与交通诱导协同优化技能、动态协同专用车道技能、精准泊车操控技能；面向安全包含智能车速预警与操控，弯道测速/侧翻事端预警、无分隔带弯道安全会车、车间间隔预警与操控、暂时性障碍预警等技能。智能车路协同管控渠道使用LTE/5G-V2X宽带、低延时通讯技能完结从终端到路侧边际端再到云端的瞬时通讯，对实时交通大数据进行剖析和研判，对车辆安全和高效行进供给信息服务(甚至是长途遥控)。

智能车路协同管控渠道面向产业链使用，面向全职业供给系统化的安全，高效，节能等在内的轿车智能联驾驭使用，以及包含同享轿车，电子付出等一系列新式轿车使用形状；为测验开发系统、公共服务系统、稳妥系统、医疗系统等供给协同化的实践事务使用。智能车路协同管控渠道是政府部分使用方针优势为智能联轿车职业展开供给的最直接的服务，也是未来城市才智交通展开的必经之路。智能车路协同管控渠道可由政府建造，建立专门的运营公司运营。运营智能车路协同服务的公司能够通过为车企、稳妥公司供给大数据服务盈余，为政府交通相关部分供给数据而完结社会效益。

2.1智能车路协同感知

智能车路协同感知在结合现有的智能交通感知设备的根底上，增加了愈加亲近的路侧感知设备、车载感知设备和5G移动大数据。在车载单元感知设备首要包含激光雷达、毫米波雷达和带方针辨认功用的视频摄像机设备；在路侧单元感知设备首要包含主动驾驭车辆能够感知到的数据，需求通过路侧单元RSU实时上传到边际核算节点。

2.2智能车路协同通讯V2X

车联面向使用的概念延伸，V2X智能车路协同通讯技能是对D2D(DevicetoDevice)技能的使用进程。它指的是车辆之间V2V，或许轿车与行人之间V2P、骑行者以及根底设备之间V2I的通讯系统，可根据5G通讯技能和LTE-V技能完结(5G车联V2V通讯的最大间隔约为1000米，5G车辆为V2X通讯供给高速的下行和上行链路数据速率最大为1Gbit/s，5G车联支撑速度更快的车辆通讯中车辆最大的行进速度可达350km/h)。

2.3高精度地图

高精度电子地图的肯定坐标精度更高且所含路途交通元素更丰厚和详尽，其间肯定坐标精度是指地图上某个方针和实在的外部国际的事物之间的精度；部分动态地图是一致描绘路途交通动态环境的高精度地图，是判别车辆是否处于风险状况的重要参照(第一类为继续静态数据--地图数据，第二类为瞬时静态数据--路测根底设备，第三类为瞬时动态数据--拥堵与信号段，第四类为高度动态数据--车辆与行人)。

2.4实时边际核算

边际核算(EdgeComputing)在接近物或数据源头的一侧，选用络、核算、存储、使用中心才能为一体的敞开渠道，就近供给最近端服务。其使用程序在边际侧建议，产生更快的络服务呼应，满意职业在实时事务、使用智能、安全与隐私保护等方面的底子需求。边际核算处于物理实体和工业衔接之间，或处于物理实体的顶端。而云端核算，依然能够拜访边际核算的历史数据。对物联而言，边际核算技能获得打破，意味着许多操控将通过本地设备完结而无需交由云端，处理进程将在本地边际核算层完结。这无疑将大大进步处理功率，减轻云端的负荷。因为愈加接近用户，还可为用户供给更快的呼应，将需求在边际端处理。

智能联轿车掀起一场交通系统的革新，智能车路协同引发交通工程历史性革新，推进着交通规划与办理、交通操控与办理学科向科学化、精细化展开。完结交通系统跨域相关、全息感知与数据交融，交通载运东西与交通根底设备多基协同、交互操作，交通运输形式立异与才智出行服务，新式智能化根底设备建造与智能运转保护等技能立异实践。智能联轿车V2X与智能联设备I2X着重“聪明的车”、“才智的路”和“强壮的”需求紧密结合，迫切需求智能车路协同支撑智能联轿车与智能联设备一体化展开。面临新时代交通运输系统产生革新机会，迎候智能联轿车与智能联设备的车路协同管控应战，有必要研制智能车路协同管控的要害技能与中心配备—车路协同操控机。

智能车路协同的单体耦合与集体管控技能

研制智能联轿车的底子不是轿车，而是为了人们高效、安全、快捷地出行。智能车路协同作为智能联轿车与智能联设备的最终方针，是当今国际智能交通范畴的前沿技能和必定展开趋势，是进步功率、优化能耗、下降排放的有用手法，将从底子上改动传统路途交通的展开形式，构建新一代智能交通系统。在智能联与非联、无人驾驭与有人驾驭混合交通形式中，联化和智能化的展开，改动了交通系统内部诸元素的耦合联系。

智能车路协同这一技能起源于美国，到目前为止阅历了2011年智能车路协同V1.0起步、2014年智能车路协同V2.0样车、2018年智能车路协同V3.0使用、2020年智能车路协同V4.0四个阶段，美国在这一范畴一向处在抢先地位。

3.1智能联轿车单体耦合技能

进入智能联与非联、智能驾驭与人工驾驭混合交通形式常态化时期，新一代信息技能车联、大数据、云核算、移动互联的展开，为交通讯息化和智能化带来了新的展开要害。智能车路协同系统将先进的信息技能与交通操控技能相交融，通过对交通讯息感知、剖析、发掘、发布，完结人、车、路、环境之间的信息同享、协同管控。近年来，智能交通技能研讨已从以处理交通管控为要点的阶段向以车与车、车与路通讯为支撑的车路协同阶段展开。在可预见的未来，智能联车和智能联设备将与传统的人工驾驭的车辆在交通系统中共存，交通参与者、运载东西、根底设备一体化协同成为交通范畴技能研讨热门和难点。

跟着主动驾驭和智能联技能的逐步老练，人、车、路、环境系统耦合理论与优化办法是完结混行环境下车路协同运转的根底，其间心是提醒混行状况下驾驭人认知特性、车车运动特征和交通状况演化规则。显现了智能车路协同管控可视化推演渠道在系统内部拟处理的四大科学问题、五大要害技能问题、展开五大首要研讨内容的相相联系结构，其科学问题-要害技能-研讨内容的相相联系结构详见图2所示。

图2:科学问题-要害技能-研讨内容的相相联系结构

注释：源自鲁光泉教授

在车辆智能联与车路协同技能方面，美国通过推进车联方案，展开了无线通讯技能测验验证、立法等作业。欧洲启动了面向2020年的DRIVEC2X项目，正在进行CooperativeITS路上测验作业。日本在路途交通情报通讯系统和不泊车电子收费系统ETC2.0根底上施行了Smartway项目。此外，美国、欧洲和日本均在实践路途上展开了卡车车队主动运转测验，结果表明车路协同技能在进步燃油功率、减轻驾驭人负荷、进步安全性等方面效果显著。从国外的技能研讨现状和展开动态来看，关于车路协同系统的研讨现已有适当的规划和必定的效果，但许多要害技能和科学问题仍在讨论、实验和测验阶段。在国际社会未来的展开中，车与车、车与路协同式交通系统将是未来新一代智能交通的中心使命和展开方向，关于处理当时各国日益突出的交通拥堵、安全、污染问题有着极其重要的含义。

2010年“十二五”以来，国内涵轿车安全辅佐驾驭、车载导航设备、驾驭人状况辨认、车辆运转安全状况监控预警、交通讯息收集、车辆自组织络等方面进行了很多研讨，底子把握了智能轿车共性技能、车辆运转状况辨识、高精度导航及地图匹配、高牢靠信息收集与交互等中心技能。

智能化、联化和协同化是新一代智能交通展开的三大重要趋势，智能安全辅佐驾驭和车载信息服务已老练使用，主动驾驭技能从实验室走向实践使用的脚步正在加速。我国布局研制车路协同系统，有着巨大的经济效益和实际可行的产业化远景。展开车路协同系统要素耦合机理与协同优化办法研讨，处理车路协同系统中要害科学问题，有望使我国在智能车路协同范畴完结对国际前沿技能的追寻、引领甚至占有国际研制制高点。

3.2联车辆集体智能管控技能

智能车路协同概念产生于本世纪初，以美国ConnectedVehicles为代表。同期，引进交通大数据的智能联与非联混合交通集体操控理念，一经提出即得到国际各国高度重视，美国、日本、欧盟先后启动了国家研讨方案。仅通过几年展开，根据智能车路协同技能的行车安全就被公认为是继安全带、安全气囊后的新一代交通安全技能，根据此理念构成的演示系统有美国MCity、荷兰ETPC、瑞典AstaZero和日本Jtown等。为加速车路协同技能的使用，美国麻省理工MIT大学、密歇根大学、明尼苏达大学等提出并建立了针对智能联轿车点评的硬件在线仿真测验环境；2015年美国交通部还在纽约市、坦帕市和怀俄明州三地启动了智能联轿车测验。

我国车路协同技能研讨始于2012年，虽起步晚但展开迅速。2012年科技部在863方案中设立了我国首个车路协同要害技能研讨项目，2014年清华大学牵头的项目团队研制了智能车路协同集成测验验证实验系统，同济大学研讨并构建了车路协同系统仿真验证渠道，随后国家别离在上海、重庆等地建立了智能联轿车测验演示区。继首个国家863方案主题项目“智能车路协同要害技能研讨”完结以来，我国在智能车路协同要害技能及其使用、系统渠道和仿真点评等方面获得了杰出效果，在根据车路协同的新一代智能交通系统系统架构、多形式无线通讯、车速引导与信号操控优化、四跨(跨模组、跨终端、跨厂商、跨渠道)互通互联集成等方面获得了全体国际先进、部分国际抢先的效果。

跟着车路协同的进一步展开和推广使用，人、车、路、环境一体化的交通系统智能联与非联、无人驾驭与有人驾驭混合交通形式常态化现已成为实际，根据全时空交通讯息的协同感知、交融和交互，研讨车辆集体智能决议方案与协同操控理论办法及其要害技能已成为必定。国外近年来逐步开端重视以智能联车辆为目标的新式混合交通协同管控问题，但研讨仍处在初级阶段，没有构成有用的理论与办法系统；而国内依托在智能车路协同技能及其系统渠道的展开优势，已在车辆集体决议方案与操控的系统架构、优化办法和小规划实车实验等方面展开了立异性的研讨作业，走在了国际前列。

为习惯未来车路协同技能与系统的展开需求，进步路途交通办理与操控水平，智能车路协同管控可视化推演渠道在系统外部拟处理的要害科学问题。智能车路协同管控可视化推演渠道在系统外部研讨内容及其彼此联系图3所示。

图3:智能车路协同管控可视化推演渠道在系统外部研讨内容及其彼此联系

注释：源自张毅教授

未来，跟着智能车路协同办理与操控技能研讨的不断深入，新式杂乱混合交通系统在状况感知、信息交互、协同操控和真假仿真验证四个层面，必将催生从低维传感器信息交融向多维联协同感知、从离散交通主体主被迫协同操控向大规划集体智能群策群控、从V2X支撑的实时信息交互向混合交通主体间的可信交互、从小规划运转效能仿真剖析向大规划真假结合与硬件在线仿真验证的衍化趋势，这是智能车路协同环境下交通集体智能决议方案与协同操控研讨的要点内容。