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高等級智能道路加持下車路協(xié)同自動駕駛將成新智慧城市高地

2022-03-25 14:43:55 來源：人民郵電報

自動駕駛技術(shù)是影響未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。隨著自動駕駛技術(shù)的成熟和商業(yè)化的加速，汽車將不再是從屬于人的駕駛工具，車的核心價值部件由體現(xiàn)動力和操作系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)向體現(xiàn)自動駕駛水平的智能軟件系統(tǒng)和處理芯片，駕駛員的雙手、雙腳、雙眼將被解放，出行過程中的娛樂、社交、消費場景被徹底打開，開辟萬億級市場。車路協(xié)同自動駕駛作為一系列先進信息通信、互聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域技術(shù)的集大成者，在高等級智能道路的加持下，將成為建設(shè)新型智慧城市以及新一輪科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競爭的高地。

什么是車路協(xié)同自動駕駛?

自動駕駛目前有單車智能自動駕駛(Autonomous Driving，AD)和車路協(xié)同自動駕駛(Vehicle- Infrastructure Cooperated Autonomous Driving，VICAD)兩種技術(shù)路線。其中AD主要依靠車輛自身的視覺、激光雷達等傳感器、計算單元、線控系統(tǒng)進行環(huán)境感知、計算決策和控制執(zhí)行。VICAD在AD的基礎(chǔ)上，通過先進的車、道路感知和定位設(shè)備(如攝像頭、雷達等)對道路交通環(huán)境進行實時高精度感知定位，按照約定協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)車與車、車與路、車與人之間不同程度的信息交互共享(網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化)，并涵蓋不同程度的車輛自動化駕駛(車輛自動化)，以及考慮車輛與道路之間協(xié)同優(yōu)化問題(系統(tǒng)集成化)。通過車輛自動化、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化和系統(tǒng)集成化，最終構(gòu)建一個車路協(xié)同自動駕駛系統(tǒng)。VICAD不僅可以提供更安全、更舒適、更節(jié)能、更環(huán)保的駕駛方式，還是城市智能交通系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)建新型智慧城市的核心要素。

VICAD是AD的高級發(fā)展狀態(tài)，是一個循序漸進的由低到高的發(fā)展過程。清華大學智能產(chǎn)業(yè)研究院、百度Apollo發(fā)布的《面向自動駕駛的車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)與展望》白皮書認為，其可以分為三個發(fā)展階段。第一階段是信息交互協(xié)同，實現(xiàn)車輛與道路的信息交互與共享;第二階段是協(xié)同感知，在第一階段的基礎(chǔ)上，發(fā)揮路側(cè)的感知定位優(yōu)勢，與車輛進行協(xié)同感知定位;第三階段是車輛與道路可實現(xiàn)協(xié)同決策與控制功能，能夠保證車輛在所有道路環(huán)境下都能實現(xiàn)高等級自動駕駛。

我國VICAD研究和發(fā)展迅速，第一階段VICAD已在多個城市開展規(guī)模性測試驗證和先導示范，并逐步開展商業(yè)化運營先行先試;第二階段VICAD也在部分城市進行了建設(shè)部署和測試試驗，道路的協(xié)同感知能力得到了充分驗證，部分場景下基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)調(diào)和控制也得到了探索。

我國諸多企業(yè)正在大力發(fā)展車路協(xié)同自動駕駛。中智行在車路協(xié)同自動駕駛方面走在行業(yè)前列。通過車、路雙智升維融合，其在全球范圍內(nèi)打造了基于車路協(xié)同的高級別自動駕駛方案，以路為主、車為輔，整體實現(xiàn)降本增效，更快實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。

蘑菇車聯(lián)是較早完成“車路云一體化”方案驗證的自動駕駛企業(yè)之一，CTO郭杏榮此前曾表示，通過對云端數(shù)據(jù)的融合計算，實現(xiàn)大范圍智能預測和調(diào)度，為自動駕駛車輛提供大范圍預警，車、路、云三方配合能夠確保更加安全的自動駕駛落地。

為了盡早實現(xiàn)自動駕駛規(guī)模商業(yè)化落地，需要針對車路協(xié)同深度融合系統(tǒng)進一步開展深入研發(fā)測試，加快建設(shè)部署高等級智能道路，在保障自動駕駛安全運行和快速規(guī)模商業(yè)化落地的同時，為智能交通、智慧出行和智慧城市建設(shè)提供高維數(shù)據(jù)，帶來更多新智能應(yīng)用。

鋪設(shè)“聰明的路”讓車路協(xié)同成為現(xiàn)實

當下，汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場深刻的變革，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化成為未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢。清華大學講席教授張亞勤表示：“一方面，能源消耗、環(huán)境保護、供需失衡、交通擁堵和行車安全給汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)與日俱增，要求汽車行業(yè)必須把握新機遇提供全新解決方案。另一方面，新一輪科技革命推動科技公司、創(chuàng)業(yè)公司及新型模式運營公司等外部力量加速跨界進入汽車領(lǐng)域，汽車的產(chǎn)品屬性、產(chǎn)業(yè)價值鏈和生態(tài)結(jié)構(gòu)都將完全不同。”

《“十四五”國家信息化規(guī)劃》指出，要加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、5G-V2X車聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提升車載智能設(shè)備、道路基礎(chǔ)設(shè)施和智能管控設(shè)施的“人、車、路、云、網(wǎng)”協(xié)同能力，實現(xiàn)L3級以上高級自動駕駛應(yīng)用。

《面向自動駕駛的車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)與展望》白皮書認為，時下，單車智能自動駕駛規(guī)模商業(yè)化落地面臨較大挑戰(zhàn)，而車路協(xié)同自動駕駛可以解決自動駕駛安全、ODD限制、經(jīng)濟性等一系列問題，助力自動駕駛車輛在環(huán)境感知、計算決策和控制執(zhí)行等方面的能力升級，加速自動駕駛應(yīng)用成熟落地，是未來自動駕駛發(fā)展的必然選擇。

白皮書特別指出，在此過程中，高等級智能道路是發(fā)展車路協(xié)同自動駕駛的一大剛需。不同等級智能駕駛汽車需要不同能力等級的道路支撐，以實現(xiàn)車路協(xié)同自動駕駛的規(guī)模商業(yè)化落地。

如何建設(shè)高等級智能道路?

目前，雖然車路協(xié)同自動駕駛已成為我國發(fā)展高等級自動駕駛的明確技術(shù)路線，但不同等級的自動駕駛車輛要實現(xiàn)規(guī)模商業(yè)化落地，對道路的能力有著不同要求。其中，L4和L5級別車輛只需要較低能力的道路即可實現(xiàn)，而L2、L3等級的車輛要想實現(xiàn)規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，則需要較高能力的智能道路為自動駕駛車輛提供支撐。

我國公路數(shù)量龐大，需要分級規(guī)劃建設(shè)。數(shù)據(jù)顯示，截至2020年末，我國公路總里程約為519.81萬公里，高速公路里程約為16.10萬公里，高速公路里程數(shù)居世界第一。要將如此龐大的公路體系建設(shè)成為智能化公路，需要一個合理的建設(shè)規(guī)劃與技術(shù)路徑。公路智能化建設(shè)不是一蹴而就的，各地公路的自身條件不同，對智能化的需求也不相同。白皮書認為，我國智能道路的建設(shè)應(yīng)兼顧各地公路不同的功能需求，將智能公路的智能化等級進行劃分，不同公路采用不同的智能化等級進行規(guī)劃與建設(shè)。

從服務(wù)于不同等級自動駕駛車輛規(guī)模商業(yè)化落地的角度而言，白皮書認為，接下來需要加大力度建設(shè)具備協(xié)同感知(全量高精度協(xié)同感知)、協(xié)同決策、協(xié)同控制能力的智能化道路，部署建設(shè)配套智能設(shè)施(感知設(shè)施、計算設(shè)施、通信設(shè)施、定位設(shè)施等)和云計算網(wǎng)絡(luò)(MEC、區(qū)域云或中心云)，從而全面支撐車路協(xié)同自動駕駛技術(shù)演進、規(guī)模化測試驗證和商業(yè)化落地。

建設(shè)高等級智能道路、大力發(fā)展車路協(xié)同自動駕駛、構(gòu)建安全便捷高效的智能化出行服務(wù)體系，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的內(nèi)在需要，也是全面建成社會主義現(xiàn)代化強國的有力支撐。

車路協(xié)同自動駕駛規(guī)模商業(yè)化落地是一個循序漸進、由局部到全面逐漸發(fā)展的過程。首先，需要實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，如VICAD系統(tǒng)、車路高效通信、云控平臺等;其次，智能車輛的滲透率和智能道路覆蓋率需要達到一定水平;最后，需要在政策法規(guī)和標準方面提供足夠的保障和支持。

在政策法規(guī)層面，國家和地方已出臺了關(guān)于自動駕駛的道路測試管理規(guī)定，在一定程度上推動了全國范圍內(nèi)自動駕駛公開道路測試進程，加快了自動駕駛應(yīng)用的步伐。在標準層面，工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會、交通運輸部、公安部歸口管理的相關(guān)標準化組織已經(jīng)牽頭制定了不少自動駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)、車路協(xié)同相關(guān)的技術(shù)標準，但是道路基礎(chǔ)設(shè)施、云控基礎(chǔ)平臺、功能安全和預期功能安全等車路協(xié)同自動駕駛核心技術(shù)標準仍需要加快研制，汽車、信息通信、交通、安全等行業(yè)標準組織間也需要加強有效協(xié)同，盡快構(gòu)建完善車路協(xié)同自動駕駛標準法規(guī)體系。

高等級智能道路具有顯著經(jīng)濟性

部署建設(shè)高等級智能道路具有顯著經(jīng)濟性，不僅可以滿足車路協(xié)同自動駕駛車輛規(guī)模商業(yè)化落地的發(fā)展需求，也可以解決低等級自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展問題，支撐開展智能交通、智能交管、智能高速、智慧出行服務(wù)，開展新型智慧城市建設(shè)。

公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年末，全國汽車保有量達2.81億輛。白皮書認為，結(jié)合公路總里程數(shù)據(jù)，可推算只要在每輛汽車上節(jié)省1.98萬元的成本，就可以在每公里的道路上投入100萬元用于智能化改造。而且隨著車路協(xié)同自動駕駛大規(guī)模落地，可以預測每公里智能化道路的升級改造成本會低于100萬元。

以北京市為例，只要在每輛車上節(jié)省2000元的成本，就可以在每公里的道路上投入約50萬元和每個路口投入81.84萬元進行智能化設(shè)備升級改造。

從宏觀角度而言，部署建設(shè)高等級智能道路有兩大優(yōu)點。一是避免重復投資建設(shè)。高等級智能道路具有全量高精度感知識別能力，可以充分發(fā)揮道路系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)施的優(yōu)勢，研究提供交通監(jiān)控執(zhí)法、輿情監(jiān)控、公共安全管理等能力，為交通、公安、城建等多個政府部門提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)能力服務(wù)，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施的最大化利用，避免重復投資建設(shè)和設(shè)備浪費。

二是允許探索更多服務(wù)模式和商業(yè)模式。高等級智能道路具備車輛、道路、行人、云端高維數(shù)據(jù)的匯聚和實時處理分析能力，除服務(wù)于車路協(xié)同自動駕駛外，還可以不斷探索開展更多商業(yè)化運營服務(wù)創(chuàng)新，比如智慧交管服務(wù)、城市智慧出行、車輛安全管理等，通過各類服務(wù)為高等級智能道路帶來盈利，最大限度發(fā)揮智能道路價值。

使能新型智慧城市建設(shè)

高等級智能道路是未來智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是構(gòu)建數(shù)字孿生城市的關(guān)鍵基礎(chǔ)，通過道路全息感知、邊云智能決策等手段，能夠?qū)崿F(xiàn)物與物、物與人、物與網(wǎng)絡(luò)、人與人之間的泛在連接，可以提升傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量、運行效率、服務(wù)水平和管理水平，解決城市供需平衡面臨的一系列突出問題，助力城市高質(zhì)量發(fā)展。

通過智能道路構(gòu)建城市全面感知體系，提升城市安全管理水平。接下來，在智能道路建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過智能道路實現(xiàn)對城市的全面感知(智能化)、態(tài)勢監(jiān)測(可視化)、事件預警(可控化)，提高城市綜合治理和安全管理能力。

智能道路支撐構(gòu)建節(jié)能環(huán)保體系，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。通過建設(shè)高等級智能道路對構(gòu)建節(jié)能環(huán)保新型智慧城市具有極大的促進作用，例如通過道路智能化實現(xiàn)設(shè)備復用，避免重復建設(shè)，節(jié)約政府財政支出，節(jié)省電力能源等。

隨著高等級智能道路的全面感知能力、大數(shù)據(jù)匯聚處理能力、車路協(xié)同服務(wù)能力等得到深度利用，一站式出行將成為可能，便捷換乘、便捷支付、共享出行將在不久的將來成為現(xiàn)實。

全球車路協(xié)同自動駕駛發(fā)展現(xiàn)狀

美國、歐洲和日本等主要發(fā)達國家和地區(qū)在發(fā)展單車智能自動駕駛的同時，對車路協(xié)同自動駕駛也給予了高度關(guān)注，在政策法規(guī)、技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用等方面開展了一系列創(chuàng)新探索。

美國在保持單車智能自動駕駛領(lǐng)先優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，開始重視車路協(xié)同自動駕駛技術(shù)研究、測試驗證和商業(yè)化探索。美國自動駕駛目前還是以單車智能自動駕駛為主，為保持自動駕駛的全球領(lǐng)先地位，美國交通部(DOT)連續(xù)發(fā)布《自動駕駛戰(zhàn)略V1.0-V4.0》《智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略計劃(2010-2014)、(2015-2019)、(2020-2025)》等頂層規(guī)劃，支持開展自動駕駛技術(shù)研究、測試驗證和商業(yè)化探索。同時，美國也開始重視發(fā)展車路協(xié)同自動駕駛，提出了網(wǎng)聯(lián)自動駕駛(CAV)的概念，美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)開發(fā)了CARMA平臺和CARMA云，以支持協(xié)同駕駛自動化(CDA)的研究和開發(fā);美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)為C- V2X分配了5.905GHz~5.925GHz專用頻譜，并把5.895GHz~5.905GHz頻段的10MHz從DSRC轉(zhuǎn)給C-V2X。在車輛與智能交通系統(tǒng)深度融合方面，由DOT主導的美國國家ITS參考架構(gòu)ARCIT已經(jīng)演進到9.0版本，考慮了車路協(xié)同自動駕駛。

歐洲在發(fā)展單車智能自動駕駛的同時，高度重視單車智能與車路協(xié)同自動駕駛協(xié)同發(fā)展。歐盟道路運輸研究咨詢委員會(ERTRAC)在2019年發(fā)布了《Connect-ed Automated Driving Roadmap》，提出的目標是：2022年網(wǎng)聯(lián)自動駕駛實現(xiàn)與大數(shù)據(jù)可信平臺開放數(shù)據(jù)交互;2025年下一代V2X提升L4自動駕駛能力。為推進車路協(xié)同落地，ERTRAC明確提出了ISAD(Infrastructure Support levels for Automated Driving)，對道路基礎(chǔ)設(shè)施進行了等級劃分，支持自動駕駛發(fā)展。

日本車路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢較強。日本在車路協(xié)同方面，2007年就完成了Smartway東京地區(qū)部分公路的試驗，2009年完成大規(guī)模測試和推廣應(yīng)用。2011年，基于Smartway項目發(fā)展的ITS Sport System在全日本高速公路上開始安裝使用，已經(jīng)在全國安裝了1600個ITS Sport System路側(cè)設(shè)備，城際高速公路安裝間隔為10至15公里，城市高速公路安裝間隔約為4公里。ITS Sport System為智能車路提供了自適應(yīng)巡航、安全行駛、盲區(qū)檢測、道路匯集援助、電子付費等服務(wù)，這些道路基礎(chǔ)設(shè)施為發(fā)展車路協(xié)同自動駕駛提供了良好基礎(chǔ)。(岳懸)

關(guān)鍵詞：自動駕駛智能道路智慧城市產(chǎn)業(yè)競爭