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车路云一体化,中国的下一个万亿级“高铁”计划?

发布日期:2024-10-21

行业新闻 · 2024-10-21

本文转载自云南省智慧城市集成服务商协会,如侵删。

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本文转载自云南省智慧城市集成服务商协会,如侵删。

车路云一体化技术作为自动驾驶的重要组成部分,旨在打造“聪明的车、智慧的路、实时的云”以及“可靠的网和精确的图”。

车路云一体化系统(Vehicle-Road-Cloud Integrated System,VRCIS)是通过新一代信息与通信技术将人、车、路、云的物理空间、信息空间融合为一体,基于系统协同感知、决策与控制,实现智能网联汽车及交通系统安全、高效、节能及舒适运行的信息物理系统。车路云一体化系统源起于自动化驾驶,2024 年以来发展进入快车道,回顾中国自动驾驶发展历程,可以分为三个阶段。

一、中国自动驾驶发展历程


三个阶段:单车智能、车路协同、车路云一体化三个阶段。

第一阶段:1980s~2015,单车智能。

20世纪80年代,我国开始对自动驾驶汽车进行初步探索。1987年,‌国防科学技术大学研发了我国首辆自动驾驶小车。2003年,国防科学技术大学与一汽集团合作,‌研发了红旗旗舰CA7460自动驾驶平台,‌标志着我国第一辆自动驾驶汽车落地。

这一阶段探索主要以单车自主式智能为技术手段,通过传感技术实现L2/L2+级别自动驾驶(组合驾驶辅助),但由于传感器的探测范围和精度有限,很难实现 L2到 L3(有条件自动驾驶)的跨越。

第二阶段:2015~2019,车路协同。

2015年,《中国制造2025》首次提出智能网联汽车概念,并将上海列为我国首个智能网联汽车示范区,我国自动化驾驶方案由单车智能向车路协同转变。这一阶段,智能网联成为自动化驾驶的重要发展方向,车端和路端的感知与决策共同支撑自动化驾驶,而车端的数据同步于路端,也推动了智慧交通建设。

2017年,工业和信息化部和国家标准化管理委员会发布《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》,提出到2025年,系统形成能够支撑高级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系。

第三阶段:2019~至今,车路云一体化。

2019年,中国工程院院士李克强首次提出车路云一体化概念,在车路协同的基础上引入云端和其他支撑平台,通过利用地图、气象等平台信息实现更安全可靠的自动化驾驶,是智能网联汽车“中国方案”产业化落地关键,同时也是智慧交通、智慧城市的重要解决方案。

2024年1月,工业和信息化部、公安部、自然资源部、住房和城乡建设部、交通运输部五部委(以下简称“五部委”)联合发布开展智能网联汽车“车路云一体化”应用试点工作通知,提出要坚持“政府引导、市场驱动、统筹谋划、循序建设”的原则,建成一批架构相同、标准统一、业务互通、安全可靠的城市级应用试点项目,我国车路云一体化建设进入快车道。

2024年7月,五部委联合发布:“关于公布智能网联汽车“车路云一体化”应用试点城市名单的通知”,确定了20个城市(联合体)为智能网联汽车“车路云一体化”应用试点城市。我国自动驾驶进入车路云一体化阶段。

2024年8月,上海RDI生态创新中心发布全球首个“RISC-V车路云协同1.0验证示范系统”。在车端,开发了符合3GPP R14/R15标准的车载OBU产品原型,完成了C-V2X协议栈的移植和验证,实现了原型机与现有商用OBU和RSU的互联互通;在路侧,基于奕斯伟计算RISC-V边缘计算芯片,开发了MEC硬件产品原型,完成了多模交通数据融合感知算法的移植和优化工作,并采用临港路口交通数据进行了测试验证,已完成的测试满足SL2等级要求,其中多数结果已达到SL3等级要求;在云端,开发了RISC-V服务器原型硬件,在此基础上完成了操作系统、数据库、web服务等一系列基础软件的移植适配,完成了交通数字孪生平台和应用软件的开发和移植。踏出了车路云一体化垂直行业应用从理论探索到实践验证的关键一步。

下面简要介绍一下,什么是车路一体化系统。

二、车路云一体化系统


车路云一体化系统由车辆及其他交通参与者、路侧基础设施、云控平台、相关支撑平台、通信网等组成。

车辆及其他交通参与者

车辆及其他交通参与者是动态交通数据的核心数据源。

车辆包含:具有自动驾驶能力及车-路、车-云网联化能力的智能网联汽车,不具备自动驾驶能力但具备车-路、车-云联网能力的网联汽车,以及非网联汽车。车辆可通过车载终端或移动终端向路侧和/或云控基础平台提供自身行驶动态信息,接收来自路侧和/或云控基础平台提供的感知、决策甚至控制能力服务。

其他交通参与者指参与并影响车辆行驶安全、效率等的其他对象,如道路上的非网联汽车、非机动车、行人、动物、道路遗撒物等,其它交通参与者的动态信息可通过路侧感知设备或其它智能网联汽车进行感知并传送至云控基础平台。

路侧基础设施

主要为云控基础平台采集来自车辆、道路以及其他交通相关系统的动态交通数据,并向车辆及交通参与者提供来自系统的交通相关信息。主要包括感知、通信、计算类基础设施及交通附属设施。

智能化路侧基础设施主要由边缘计算设施、路侧感知设施、路侧通信设施、交通设施、其他附属设施等组成。路侧通信设施:包括基于 EUHT 的路侧通信设备、基于 C-V2X 的路侧通信单元等。

路侧感知设施:用于对道路交通运行状况、交通参与者、交通事件等进行检测识别,包括摄像机、毫米波雷达、激光雷达及其他路侧感知设施。

边缘计算设施:主要用于对路侧感知设施的原始感知数据或结构化数据进行存储、融合分析处理,得到较高精度的感知结果信息,支持路侧设备接入,对数据进行汇聚和处理分析。

交通设施:包括信号控制机、信号灯、标志标线等。

其他附属设施:包括辅助定位设施、其他相关设施。

云控平台

车路云一体化分层解耦、跨域共用特征最典型的体现,由“1”个云控基础平台及其所支撑的“N”个应用平台组成。

云控基础平台基于车辆与交通等相关数据的采集、存储与处理,通过基础设施、数据与能力共享的方式,应用物联网、车联网技术实现海量路侧设备、车端数据接入,提供亚米级精准交通数据,并为交通运行管理和智能化服务等提供技术支撑面向包含:网联汽车、区域交通交管部门以及产业链其他企事业单位等涵盖全产业对象的三大类用户提供应用需求支撑。

应用平台主要包含地图和通讯两类,具体包括:城市智能网联汽车安全监测、智慧公交、智慧乘用车、自动泊车、交通管理、场景仿真等应用平台。

相关支撑平台

保障云控基础平台发挥共性基础作用所必需信息的支撑平台。

提供地图服务的高精动态地图平台、提供米级、分米级和厘米级实时高精度定位的卫星导航增强定位服务平台;提供能见度、雨量、风向、雷暴、大雾(团雾)等信息的气象预警平台;提供路政、养护、服务区以及紧急事件等实时信息的交通路网监测与运行监管平台等。用于减少云控基础平台建设的重复研发,促进信息共享,降低研发成本。相关支撑平台也可基于自身的实际需求接受来自云控基础平台的交通信息相关基础服务。

通信网

主要包括:V2X网络、光承载网、卫星通信以及其他专有网络,用于支撑车路、车云、路云以及云云之间信息的安全、高效互通。

V2X网络主要支撑网联汽车与路侧、云端的互联互通,基于3GPP全球统一标准的蜂窝通信和直连通信融合的车联网无线通信技术,包括LTE-V2X、NR-V2X及其后续演进版本。C-V2X包含两种通信接口,一种是车、人、路之间的直接通信接口(PC5),另一种是终端和基站之间的通信接口(Uu)。

光承载网主要保障路云之间以及云控基础平台各层级云之间的互联互通。

卫星通信可以保障云控基础平台在地面通信没有覆盖环境下(如越野)仍能提供通信服务。

基于其他专有网络搭建的车路云通讯环境由其自身保障车云、路云、云云之间的安全、高效互通。

三、车联网(V2X,Vehicle-to-Everything)


车联网(V2X,Vehicle-to-Everything)是实现车辆与周围的车、人、交通基础设施和网络等全方位连接和通信的新一代信息通信技术。车联网通信包括车与车之间(V2V,Vehicle-to-Vehicle)、车与道路设施之间(V2I,Vehicle-to-Infrastructure)、车与人之间(V2P,Vehicle-toPedestrian)、车与网络之间(V2N,Vehicle-to-Network)等。其中,V2V、V2I 和 V2P 等近程数据交互具有低时延、高可靠等特殊严苛的通信要求。

1. V2V (vehicle-to-vehicle)

V2V 指的是车辆之间的数据交换。这项技术让车辆能够分享诸如速度、位置和方向等信息,从而能够检测并避免可能发生的碰撞,协调行驶路线,以及保持安全距离。

通过在车辆之间建立实时连接,V2V 提高了情景感知能力,并有助于预防事故、缓解交通拥堵、节省燃料。V2V 是高级驾驶辅助系统和自动驾驶的核心技术,它让车辆能够根据道路状况做出合理的决策和反应。

2. V2I (vehicle-to-infrastructure)

V2I 让车辆能够与道路上的各种设施元素互动,比如交通信号灯、路牌、以及道路内的传感器。这种互联让车辆能够获取重要的信息,例如交通灯状态、速度限制、道路状况、以及是否有障碍物或施工区。

通过整合这些数据,V2I 通信技术可以协助缓解交通拥堵、优化交通信号灯时序、提高整体交通系统效率。此外,V2I 通信还能为高级驾驶辅助系统和自动驾驶车辆提供有价值的信息输入,有助于实现更安全和更高效的导航。

3. V2P (vehicle-to-pedestrian)

V2P 专注于车辆与行人、骑车人或其他易受伤害的道路使用者之间的互动。这项技术通常依靠行人携带的智能手机、可穿戴设备或其他设备来发送他们的位置和运动数据。配备了 V2P 的车辆可以利用这些信息来发现并避免可能发生的碰撞,保障道路使用者的安全。

例如,在有行人过马路时,具备 V2P 功能的车辆可能会收到提醒,提示驾驶员或自动驾驶系统及时减速或停车。

4. V2N (vehicle-to-network)

V2N 把车辆与更广泛的通信网络,比如移动网络或 Wi-Fi 网络连接起来。这种连接让车辆能够获取实时的交通信息、天气预报、路线建议等,帮助更高效和更安全地出行。

V2N 还可以实现远程诊断和在线更新,让制造商能够检测车辆健康状况,并提供软件升级。此外,V2N 通信通过将车辆数据与公共交通系统和城市基础设施等其他数据源进行整合,来支持智能城市和互联交通生态系统的建设。

V2X 应用场景进一步丰富。2020 年,中国汽车工程学会发布《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第一阶段)》、《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第二阶段)》,选择了涵盖安全、效率、信息服务三大类的 17 个典型应用作为一期应用,选择了面向安全、效率、信息服务、交通管理、高级智能驾驶等领域的 12 个典型应用作为第二阶段应用。

四、V2X技术路线


V2X 是车路协同通信的主流技术路线。智能网联汽车的感知和决策信息通过通信单元,上传到路侧和云端,同时也接收路侧和云端下发的感知信息、决策规划建议和控制指令,经过本地融合处理,实现智能驾驶功能。目前在自动驾驶领域,车联网通信主要有 DSRC 和 C-V2X 两种技术路线,其中 C-V2X 由于应用场景多样化,且同时具有“直连”与“非直连”两种通信方式,目前已成为主流。

1.DSRC(Dedicated Short Range Communications)

DSRC:1992年,美国材料与试验协会(ASTM)提出,专门适用于车辆短距离通信的技术。尽管DSRC技术在全球范围内得到了广泛的应用和发展,‌但至今尚未形成一个统一的国际标准。‌国际上的DSRC标准主要由三大阵营组成:‌欧洲的ENV系列、‌美国的900 MHz频段标准,‌以及日本的ARIBSTD-T75标准。‌这些标准反映了不同地区在DSRC技术应用和发展上的差异和特点。‌

2.C-V2X(Cellular-Vehicle to Everything)

起源于国内,采用蜂窝技术,其与 DSRC 技术最主要的区别在于,C-V2X 技术同时具有“直连”与“非直连”两种通信方式。相较于 DSRC 只有直连通信,车辆可与其他车辆(V2V)或者路侧设备(V2I)直接通信,C-V2X 的非直连通信通过蜂窝网络与其他交通实体进行信息交互,适应于更复杂的安全应用场景,满足低时延高可靠性和带宽要求。

五、V2X优势与挑战


优势一,提高道路安全性:V2X 通信能够通过提供其他车辆、行人和路况的实时信息,帮助预防事故。这让驾驶员能够做出更合理的决策,也让高级驾驶辅助系统的性能更加出色。

优势二,提升交通效率:V2X 通过与交通设施和其他车辆交换信息,可以优化交通流量、缓解拥堵、提升交通效率。这可以带来更短的出行时间,更低的燃油消耗,以及更少的排放。

优势三,增强情景感知能力:V2X 技术可以为驾驶员提供更强的情景感知能力,提醒他们注意可能看不见的危险,如盲区内的车辆,低能见度情况下的行人,或即将发生的交通堵塞。

优势四,支持自动驾驶车辆:V2X 通信是自动驾驶技术的重要组成部分,让无人驾驶汽车能够在复杂的交通环境中安全地行驶,并与其他道路使用者安全地互动。

优势五,促进智慧城市建设:V2X 通过把车辆与城市设施和网络连接起来,可以在建设智慧城市中发挥重要作用,实现对交通、公共运输和城市规划的更好管理。

挑战一,标准化:V2X 面临的一个主要挑战是没有统一的通信协议和频率标准。目前还在争论应该采用哪种技术(比如 DSRC、C-V2X)来实现 V2X ,而形成共识是实现广泛应用和互操作性的关键。

挑战二,安全和隐私:保证 V2X 通信的安全和隐私非常重要,因为黑客有可能利用漏洞来制造事故或窃取敏感数据。必须采用强大的加密和认证机制来防止 V2X 系统遭受网络攻击。

挑战三,基础设施投资:要大范围推广 V2X 技术,需要在基础设施方面进行大规模投资,例如升级交通信号灯、部署路边单元、整合传感器系统。这可能成为采用该技术的障碍,尤其是对于财政状况紧张的市政和交通部门而言。

挑战四,法规和法律问题:随着 V2X 技术越来越普及,它带来了各种法规和法律问题,比如发生事故时的责任归属,数据所有权,以及对保险的影响。政策制定者需要解决这些问题,以确保顺利过渡到由 V2X 支持的交通系统。

六、中国的下一个万亿级“高铁”计划!


“车路云一体化”智能网联汽车既符合新质生产力的定义,也是新一代信息技术、人工智能、新能源等战略性产业的交叉产业,将是未来重点发展的方向之一。不管是从顶层设计还是市场热度的角度看,“车路云一体化”都迈入了产业规模化建设和应用的关键时期。而从更长远的未来来看,中国540余万公里(截至2023年底)的公路都有望插上“智慧”的翅膀,再配合云控平台和通讯的基础支撑,为“聪明”的智能网络汽车提供服务。

单从路端改造来看,‘车路云一体化’就需要把现在智能车上的硬件,在路上再装一次,这个改造成本目前来看为100万~200万元/公里,随着未来成本的不断下滑,假设每公里成本降至50万元,那么全国公路改造的成本也需要2.7万亿元,这样的基建投资规模堪比高铁。

自2008年我国第一条设计时速350公里的京津城际铁路建成运营以来,高铁已经成为了我国交通运输现代化的重要标志,也是我国一张亮丽的“名片”。而车路云一体化是我国为智能网联汽车发展打造的“中国方案”,从试点1.0阶段开始,想象空间巨大,有望辐射960万平方公里的陆地面积,成为我国下一个万亿级的“高铁”计划。



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