文／常振廷 謝振東 董志國(guó)

隨著V2X技術(shù)的逐步成熟，車路協(xié)同技術(shù)已初步具備車輛行駛狀態(tài)下“車—路—網(wǎng)—云”安全、可靠、低延時(shí)的瞬間通信和應(yīng)用交互能力，其對(duì)道路交通行業(yè)的影響將甚于GPS技術(shù)，持續(xù)推動(dòng)與公交、出租等道路交通行業(yè)的深度融合，掀起智慧交通新一輪建設(shè)熱潮。本文在概述V2X產(chǎn)業(yè)技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同城市大腦、建設(shè)框架及車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施布點(diǎn)原則和典型場(chǎng)景，并對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望。

V2X 產(chǎn)業(yè)技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

V2X（Vehicle to Everything，車路協(xié)同）是車與外界進(jìn)行信息交換的一種通信方式，包括車與車之間的直接通信（V2V）、汽車與行人通信（V2P）、汽車與道路基礎(chǔ)設(shè)施通信（V2I），以及車輛通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與云端進(jìn)行通信（V2N）。

利用V2X 技術(shù)搭建的車輛網(wǎng)絡(luò)屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)(Vehicular Ad-hoc Network，VANET) 。目前，世界上用于V2X 通信的主流技術(shù)包括專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技術(shù)和基于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的C-V2X（Cellular Vehicle to Everything）技術(shù)（包括LTEV2X 和5G NR-V2X）。

C-V2X 技術(shù)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，提供Uu 接口（蜂窩通信接口）和PC5 接口（直連通信接口）。蜂窩方式是利用基站作為集中式的控制中心和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)中心，由基站完成集中式調(diào)度、擁塞控制和干擾協(xié)調(diào)等，可以顯著提高LTEV2X 的接入和組網(wǎng)效率，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性。直通方式是車與車間直接通信，針對(duì)道路安全業(yè)務(wù)的低時(shí)延高可靠傳輸要求、節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)、隱藏終端等挑戰(zhàn)，進(jìn)行了資源分配機(jī)制增強(qiáng)。C-V2X技術(shù)旨在將“人—車—路—云”等交通參與要素有機(jī)地聯(lián)系在一起，不僅可以為交通安全和效率類應(yīng)用提供通信基礎(chǔ)，還可以將車輛與其他車輛、行人、路側(cè)設(shè)施等交通元素有機(jī)結(jié)合，彌補(bǔ)了單車智能的不足，推動(dòng)了協(xié)同式應(yīng)用服務(wù)發(fā)展，且擁有清晰地、具有前向兼容性的5G 演進(jìn)路線，可以利用5G的低延時(shí)、高可靠性、高速率、大容量等網(wǎng)絡(luò)特性。

車路協(xié)同產(chǎn)業(yè)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車、電子設(shè)備、信息通信、道路交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)。

近年來(lái)，我國(guó)出臺(tái)了一系列指導(dǎo)性文件，以推動(dòng)C-V2X 技術(shù)的快速發(fā)展。2018 年1 月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》（征求意見(jiàn)稿），將構(gòu)建自主可控的智能汽車技術(shù)創(chuàng)新體系、構(gòu)建跨界融合的智能汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系、構(gòu)建先進(jìn)完備的智能汽車路網(wǎng)設(shè)施體系、構(gòu)建系統(tǒng)完善的智能汽車法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的智能汽車產(chǎn)品監(jiān)管體系、構(gòu)建全面高效的智能汽車信息安全體系這六大體系作為國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)。2018 年12 月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，將通過(guò)持續(xù)努力，推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)體系、基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用服務(wù)和安全保障體系全面建成，高級(jí)別自動(dòng)駕駛功能的智能網(wǎng)聯(lián)汽車和5G-V2X 逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用，“人—車—路—云”實(shí)現(xiàn)高度協(xié)同。2019 年9 月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，要求加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車（智能汽車、自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同）研發(fā)，形成自主、可控、完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

為促進(jìn)我國(guó)C-V2X 技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化加速，2018 年10 月工業(yè)和信息化部發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）直連通信使用5905-5925MHz 頻段管理規(guī)定（暫行）》，規(guī)劃5905-5925MHz 作為L(zhǎng)TEV2X 技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）直連通信的工作頻段，規(guī)定了頻率許可、無(wú)線電臺(tái)執(zhí)照、無(wú)線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)、對(duì)現(xiàn)有合法業(yè)務(wù)保護(hù)準(zhǔn)則、車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）直連通信無(wú)線電設(shè)備技術(shù)要求（信道帶寬20MHz、發(fā)射功率限值EIRP、載頻容限、鄰道抑制比、頻譜發(fā)射模板等），標(biāo)志著我國(guó)LTE-V2X 正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

目前，工業(yè)和信息化部支持無(wú)錫創(chuàng)建全國(guó)首個(gè)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)。無(wú)錫示范區(qū)已構(gòu)建全球首個(gè)城市級(jí)開(kāi)放道路的示范環(huán)境，涉及240個(gè)路口、170 平方公里、5 條快速路、1 段高速公路，全面開(kāi)放40余項(xiàng)交通管控信息，計(jì)劃于2021年實(shí)現(xiàn)1000 個(gè)路口、500 平方公里，到2023 年實(shí)現(xiàn)2000 個(gè)路口、1200 平方公里的交通管控信息開(kāi)放。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在上海實(shí)施了全國(guó)首個(gè)2019 增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力專項(xiàng)——基于智能汽車云控基礎(chǔ)平臺(tái)的 “車路網(wǎng)云一體化”綜合示范建設(shè)項(xiàng)目，建設(shè)區(qū)域覆蓋25 平方公里，智能化改造道路70 公里，支持的智能網(wǎng)聯(lián)車輛規(guī)模達(dá)1 萬(wàn)輛。此外，北京、廣州、天津、長(zhǎng)沙、重慶、武漢、深圳等

車路協(xié)同技術(shù)已逐步具備車輛行駛狀態(tài)下“車—路—網(wǎng)—云”安全可靠、低延時(shí)的瞬間通信和應(yīng)用交互能力。地也都開(kāi)展了C-V2X 測(cè)試驗(yàn)證與示范應(yīng)用工作。

隨著各地示范應(yīng)用工作的開(kāi)展，產(chǎn)業(yè)界開(kāi)始越來(lái)越多地關(guān)注車路協(xié)同和智能網(wǎng)聯(lián)汽車、道路交通運(yùn)輸三者協(xié)同為駕駛安全、通行效率以及新型出行服務(wù)帶來(lái)的重大影響，主要表現(xiàn)車路協(xié)同技術(shù)能提高車輛對(duì)道路交通環(huán)境的信息感知和實(shí)時(shí)雙向交互能力，提升車輛本身的協(xié)同控制能力。

隨著LTE-V2X 技術(shù)的逐漸成熟及5G NR-V2X 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，車路協(xié)同技術(shù)已逐步具備車輛行駛狀態(tài)下“車—路—網(wǎng)—云”安全可靠、低延時(shí)的瞬間通信和應(yīng)用交互能力，其對(duì)道路交通運(yùn)輸行業(yè)的影響將甚于GPS 技術(shù)，持續(xù)推動(dòng)與公交、出租、貨運(yùn)等道路交通行業(yè)的深度融合，掀起智慧交通新一輪熱潮。

智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同城市大腦

智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同城市大腦主要是指利用C-V2X 技術(shù)提供的低延時(shí)通信能力、終端—邊緣—區(qū)域—中心的多級(jí)分布式V2X 計(jì)算能力，構(gòu)建“人—車—路—云”高度協(xié)同的大數(shù)據(jù)決策控制云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車車載單元、路側(cè)單元、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)和道路交通的融合應(yīng)用，逐步打造“協(xié)同感知、協(xié)同控制、協(xié)同決策”的新一代智慧交通管控體系，提升城市交通行車安全和運(yùn)行效率，促進(jìn)城市高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同城市大腦主要由車路協(xié)同路側(cè)單元、車路協(xié)同車載單元、決策控制云平臺(tái)和道路交通應(yīng)用四部分組成。平臺(tái)框架如表1 所示：

（一）車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施

車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施主要包括路側(cè)單元（RSU）、感知單元、邊緣計(jì)算單元和道路交通路側(cè)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化改造。其中，路側(cè)單元集成C-V2X 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路與車、路與人、路與云平臺(tái)之間的全方位連接，為車輛提供行車安全、交通效率和信息服務(wù)，同時(shí)也為協(xié)同控制、協(xié)同決策提供手段。感知單元由一系列感知設(shè)備與處理設(shè)備構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)本地交通環(huán)境和狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，交通環(huán)境信息包括信號(hào)燈信息、交通參與者信息、交通事件信息、定位信息等，傳感器包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、圖像采集器、環(huán)境傳感器等。邊緣計(jì)算單元負(fù)責(zé)對(duì)本地或區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)以及應(yīng)用、服務(wù)的計(jì)算與發(fā)布，有多種實(shí)現(xiàn)方式，可以融合到RSU 終端內(nèi)，可以到邊緣MEC 單元，可以是區(qū)域計(jì)算中心，也可以形成終端—邊緣—區(qū)域—中心的多級(jí)分布式V2X 計(jì)算架構(gòu)。道路交通路側(cè)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化改造主要包含交通信號(hào)控制、交通誘導(dǎo)信息發(fā)布等設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化改造，將道路交通管理設(shè)施數(shù)據(jù)直接給到路側(cè)單元和邊緣計(jì)算單元。

表1 智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同城市大腦平臺(tái)框架

（二）車路協(xié)同車載單元

車路協(xié)同車載單元（OBU，前裝也叫“T-Box”）是集成C-V2X 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與路、車與車、車與人、車與云平臺(tái)之間的全方位連接，為車輛提供行車安全、交通效率和信息服務(wù)，主要包括通信芯片、通信模組、終端設(shè)備、V2X 協(xié)議棧及V2X 應(yīng)用軟件。應(yīng)用過(guò)程中，要重點(diǎn)考慮車輛安全駕駛信息交互設(shè)計(jì)，以避免司機(jī)端信息過(guò)載及與自動(dòng)駕駛車輛感知信息不互通。

（三）車路協(xié)同決策控制云平臺(tái)

車路協(xié)同決策控制云平臺(tái)主要由地圖（含場(chǎng)景化高精度地圖），路側(cè)設(shè)施、車載單元的狀態(tài)管理和數(shù)據(jù)交互，交通管理平臺(tái)間信息交互，道路交通環(huán)境協(xié)同感知管理，行車安全協(xié)同控制策略管理，交通運(yùn)行效率協(xié)同管理策略，交通信息服務(wù)協(xié)同發(fā)布策略，智能網(wǎng)聯(lián)可視化應(yīng)用分析和數(shù)據(jù)開(kāi)放管理等組成，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車、C-V2X 基礎(chǔ)設(shè)施、通訊網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)行指揮等提供平臺(tái)側(cè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同的全局管控和運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)，保障車路協(xié)同體系運(yùn)作的有序和高效。

（四）道路交通應(yīng)用

車路協(xié)同技術(shù)只有同道路交通應(yīng)用進(jìn)行深度融合，才能建立滿足道路交通安全行車與營(yíng)運(yùn)管理需求的一系列業(yè)務(wù)規(guī)則，賦予V2X技術(shù)行業(yè)生命力。道路交通應(yīng)用主要包括重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛管理系統(tǒng)（公交、出租、客運(yùn)、校車、公務(wù)、網(wǎng)約、貨運(yùn)等）、特種車輛管理系統(tǒng)（110、120、119 等）、車企車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛汽車管理系統(tǒng)、道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、汽車電子網(wǎng)聯(lián)管理系統(tǒng)、導(dǎo)航地圖應(yīng)用系統(tǒng)及車聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)，不同應(yīng)用對(duì)路側(cè)設(shè)施的布點(diǎn)及數(shù)據(jù)要求也不同。

車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施布點(diǎn)既要充分考慮公交、出租等有人駕駛智能網(wǎng)聯(lián)汽車需求，又要滿足自動(dòng)駕駛汽車行車需求。

車路協(xié)同典型場(chǎng)景

車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施布點(diǎn)既要充分考慮公交、出租等有人駕駛智能網(wǎng)聯(lián)汽車需求，又要滿足自動(dòng)駕駛汽車行車需求，在信號(hào)交叉口、事故黑點(diǎn)、橋隧、學(xué)校行人過(guò)街等進(jìn)行布點(diǎn)，從而提升行駛安全、提高交通效率。主要典型場(chǎng)景包括：

（一）行車安全場(chǎng)景

通過(guò)車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施的多源感知融合，對(duì)道路環(huán)境實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行感知、分析和決策，在可能發(fā)生危險(xiǎn)或碰撞的情況下，向駕駛員提供超視距安全信息、進(jìn)行車輛碰撞預(yù)警，提升駕駛員對(duì)駕駛環(huán)境、其他交通參與者的感知能力，從而減少交通事故或降低交通致傷亡率。

典型場(chǎng)景包括事故黑點(diǎn)碰撞預(yù)警、超視距會(huì)車信息提醒、學(xué)校門口行人過(guò)街提醒、橋隧限高及涉水情況提醒、復(fù)雜交叉路口全息交通環(huán)境預(yù)警、前方事故預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)測(cè)、道路突發(fā)危險(xiǎn)情況提醒、車間距離預(yù)警與控制、彎道超速、側(cè)翻事故預(yù)警等。

（二）交通效率場(chǎng)景

通過(guò)C-V2X 技術(shù)增強(qiáng)道路交通的協(xié)同感知能力，將收集的道路信息發(fā)給車輛，駕駛員根據(jù)實(shí)時(shí)信息規(guī)劃路線、動(dòng)態(tài)控制車速，從而降低等待焦慮，提高出行舒適感。除此之外，它還為公共交通及特殊車輛提供優(yōu)先通行，提高交通管理效率和區(qū)域化協(xié)同管控能力。

典型場(chǎng)景包括紅綠燈信號(hào)播報(bào)、智能車速引導(dǎo)、限速限行、事故/施工占道、交通管制、特殊車輛優(yōu)先通行、編隊(duì)行駛等。

（三）出行信息場(chǎng)景

出行信息服務(wù)基于通信制式分為兩類，一是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，二是位置服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用讓車輛成為互聯(lián)網(wǎng)組成部分，整車廠、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)高度重視，位置服務(wù)主要是對(duì)周邊小范圍進(jìn)行信息推送，如停車位引導(dǎo)、路側(cè)商務(wù)推廣等。

（四）自動(dòng)駕駛場(chǎng)景

C-V2X 車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施可以為自動(dòng)駕駛車輛提供增強(qiáng)交通環(huán)境信息，提升自動(dòng)駕駛的安全性。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括車輛編隊(duì)行駛、遠(yuǎn)程駕駛等。

發(fā)展展望

未來(lái)出行是“人—車—路—云”高度協(xié)同的移動(dòng)信息走廊，是一個(gè)由“政產(chǎn)學(xué)研用”共同推動(dòng)持續(xù)迭代的過(guò)程。智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同設(shè)施既是廣義上的智能網(wǎng)聯(lián)交通工程設(shè)施，又是狹義的智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子設(shè)備，是目前產(chǎn)業(yè)界承載“人—車—路—云”高度協(xié)同的最可能技術(shù)路徑。當(dāng)然，由于C-V2X 技術(shù)仍處在研究與小規(guī)模示范驗(yàn)證階段。但隨著城市C-V2X 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模落地應(yīng)用，下一步車路協(xié)同建設(shè)框架需深入開(kāi)展協(xié)同感知、協(xié)同控制、協(xié)同決策以及城市C-V2X 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)主體和運(yùn)營(yíng)機(jī)制研究，從而促進(jìn)自動(dòng)駕駛與車路協(xié)同（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。