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【如山洞察】数字交通基础设施加速自动驾驶与车路协同发展

一 概述当前,中国已经进入交通强国建设、快速城市化进程、经济社会转型变革、智能车路协同创新发展、新基建与数字化转型发展的新时期,新交通模式生态环境正在形成,城市交通与区域交通的工作重点已由大规模规划建设转移到高质量运行管理方向上来,传统的交通规划与管理、交通管理与控制学科理论方法面临着更新及挑战。2020年8月,中国科协在第二十二届年会闭幕式上发布了10个对科学发展具有导向作用的科学问题,其中第六个问题是:数字交通基础设施如何推动自动驾驶与车路协同发展?

【如山洞察】数字交通基础设施加速自动驾驶与车路协同发展

概述

当前,中国已经进入交通强国建设、快速城市化进程、经济社会转型变革、智能车路协同创新发展、新基建与数字化转型发展的新时期,新交通模式生态环境正在形成,城市交通与区域交通的工作重点已由大规模规划建设转移到高质量运行管理方向上来,传统的交通规划与管理、交通管理与控制学科理论方法面临着更新及挑战。2020年8月,中国科协在第二十二届年会闭幕式上发布了10个对科学发展具有导向作用的科学问题,其中第六个问题是:数字交通基础设施如何推动自动驾驶与车路协同发展?

一年来,国家密集出台了“交通强国”、“智能汽车发展战略”、“新基建”、“两新一重”、“十四个五年计划”多项与自动驾驶相关战略。2019年9月由中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》,2020年2月由11个部委联合印发的《智能汽车创新发展战略》,2020年3月中央政治局会议提出《新基建》,2020年5月两会《政府工作报告》提出“两新一重”,2020年12月党的十九届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》等均对智能网联汽车行业发展进行了非常有针对性指导,这是国家战略层面对自动驾驶的推进,对加快建设交通强国作出专门部署,提出明确要求。伴随着新一代信息技术与人工智能的演进发展,交通工具汽车正在向高性能、新能源、无人驾驶等更高领域发展,道路交通基础设施也经历了低等级公路、高速公路、数字化、智能化的演化进程,一个绿色可持续、数字化、智能化、智慧化的交通基础设施建设已经成为人、车、路协同发展的共同目标。

交通是兴国之要、强国之基。在自动驾驶技术发展战略上,全世界呈现两条技术路线:一条是以美国所主导的“单车感知”自动驾驶方案;另一条是以中国引领的“网联感知”自动驾驶技术方案。两者的主要区别是:单车感知不依赖于外界环境的额外传感单元部署,主要依靠车辆的自身装配感知系统进行车身周围环境信息的获取;而网联感知需要借助在路侧安装额外的传感器、通信单元,以实现降低车身感知、计算能力的技术与成本需求,拓展车辆的感知范围和精度。由此可见,数字交通基础设施的建设与发展是支撑自动驾驶与车路协同的关键技术所在,开展这一领域研究势在必行,意义重大。

理论方法

新交通模式下,重塑交通出行体验,通过人、车、路、云之间车联与路联数据互联互通,实现智慧出行服务MaaS、智能网联汽车V2X、智能网联设施I2X、智能车路协同等构建新一代智能交通核心体系。

智能车路协同管控综合感知、通信、计算、控制等技术,基于标准化通信协议,实现物理空间与信息空间中包括“人、车、路、环境”四要素的相互映射,标准化交互与高效协同、利用边、端、云计算大数据能力,解决系统性的资源优化与配置问题。智能车路协同体系支撑的新一代智能交通系统核心四要素主要包括:

① 人–智慧出行服务MaaS:行为管理与诱导(行人、驾驶员、自动驾驶算法)系统;

② 车–智能网联汽车V2X:智能车载终端系统;

③ 路–智能网联设施I2X:智能路测设施系统;

④ 环境–智能车路协同平台:区域交通与城市交通管理与控制决策可视化推演系统。

当前,国内外广泛关注智能车路协同体系支撑的新一代智能交通系统总体结构研究,总体上包含以下三条技术路线:

① 人–智慧出行服务MaaS+环境–智能车路协同管控平台组合路线;

② 车–智能网联汽车V2X+环境–智能车路协同管控平台组合路线;

③路–智能网联设施I2X+环境–智能车路协同管控平台组合路线。

智能车路协同支撑的新一代智能交通系统总体结构详见图1所示。

图1:智能车路协同支撑的新一代智能交通系统总体结构

【如山洞察】数字交通基础设施加速自动驾驶与车路协同发展

智能车路协同管控平台为智能网联汽车及其用户、管理及服务机构等提供车辆运行、基础设施、交通环境、交通管理等动态基础数据,具有高性能信息共享、高实时性云计算、大数据分析、信息安全等基础服务机制,是支持智能网联汽车与智能网联设施融合需求的基础支撑平台,它包含了面向效率和面向安全两个方面的内容:面向效率包括基于智能车路协同信息的交叉口智能控制技术、基于车路协同信息的集群诱导技术、交通控制与交通诱导协同优化技术、动态协同专用车道技术、精准停车控制技术;面向安全包括智能车速预警与控制,弯道测速/侧翻事故预警、无分隔带弯道安全会车、车间距离预警与控制、临时性障碍预警等技术。智能车路协同管控平台利用LTE/5G-V2X宽带、低延时通信技术实现从终端到路侧边缘端再到云端的瞬时通信,对实时交通大数据进行分析和研判,对车辆安全和高效行驶提供信息服务(甚至是远程遥控)。

智能车路协同管控平台面向产业链应用,面向全行业提供体系化的安全,高效,节能等在内的汽车智能网联驾驶应用,以及包括共享汽车,电子支付等一系列新型汽车应用形态;为测试开发体系、公共服务体系、保险体系、医疗体系等提供协同化的实际业务应用。智能车路协同管控平台是政府部门利用政策优势为智能网联汽车行业发展提供的最直接的服务,也是未来城市智慧交通发展的必由之路。智能车路协同管控平台可由政府建设,成立专门的运营公司运营。运营智能车路协同服务的公司可以通过为车企、保险公司提供大数据服务盈利,为政府交通相关部门提供数据而实现社会效益。

① 智能车路协同感知

② 智能车路协同通信V2X

车联网面向应用的概念延伸,V2X智能车路协同通信技术是对D2D(Device to Device)技术的应用过程。它指的是车辆之间V2V,或者汽车与行人之间V2P、骑行者以及基础设施之间V2I的通信系统,可基于5G通信技术和LTE-V技术实现(5G车联网V2V通信的最大距离约为1000米,5G车辆网为V2X通信提供高速的下行和上行链路数据速率最大为1Gbit/s,5G车联网支持速度更快的车辆通信中车辆最大的行驶速度可达350km/h)。

③ 高精度地图

高精度电子地图的绝对坐标精度更高且所含道路交通元素更丰富和细致,其中绝对坐标精度是指地图上某个目标和真实的外部世界的事物之间的精度;局部动态地图是统一描述道路交通动态环境的高精度地图,是判断车辆是否处于危险状态的重要参照(第一类为持续静态数据–地图数据,第二类为瞬时静态数据–路测基础设施,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)。

④ 实时边缘计算

边缘计算(Edge Computing)在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端。而云端计算,仍然可以访问边缘计算的历史数据。对物联网而言,边缘计算技术取得突破,意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端,处理过程将在本地边缘计算层完成。这无疑将大大提升处理效率,减轻云端的负荷。由于更加靠近用户,还可为用户提供更快的响应,将需求在边缘端解决。

智能网联汽车掀起一场交通系统的革命,智能车路协同引发交通工程历史性变革,推动着交通规划与管理、交通控制与管理学科向科学化、精细化发展。实现交通系统跨域关联、全息感知与数据融合,交通载运工具与交通基础设施多基协同、交互操作,交通运输模式创新与智慧出行服务,新型智能化基础设施建设与智能运行维护等技术创新实践。智能网联汽车V2X与智能网联设施I2X强调“聪明的车”、“智慧的路”和”强大的网“需要紧密结合,迫切需要智能车路协同支撑智能网联汽车与智能网联设施一体化发展。面对新时代交通运输系统发生变革机遇,迎接智能网联汽车与智能网联设施的车路协同管控挑战,必须研发智能车路协同管控的关键技术与核心装备—车路协同控制机。

智能车路协同的单体耦合与群体管控技术

研发智能网联汽车的根本不是汽车,而是为了人们高效、安全、便捷地出行。智能车路协同作为智能网联汽车与智能网联设施的最终目标,是当今国际智能交通领域的前沿技术和必然发展趋势,是提高效率、优化能耗、降低排放的有效手段,将从根本上改变传统道路交通的发展模式,构建新一代智能交通体系。在智能网联与非网联、无人驾驶与有人驾驶混合交通模式中,网联化和智能化的发展,改变了交通系统内部诸元素的耦合关系。

智能车路协同这一技术起源于美国,到目前为止经历了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应用、2020年智能车路协同V4.0四个阶段,美国在这一领域一直处在领先地位。

1. 智能网联汽车单体耦合技术

进入智能网联与非网联、智能驾驶与人工驾驶混合交通模式常态化时期,新一代信息技术车联网、大数据、云计算、移动互联的发展,为交通信息化和智能化带来了新的发展契机。智能车路协同系统将先进的信息技术与交通控制技术相融合,通过对交通信息感知、分析、挖掘、发布,实现人、车、路、环境之间的信息共享、协同管控。近年来,智能交通技术研究已从以解决交通管控为重点的阶段向以车与车、车与路通信为支撑的车路协同阶段发展。在可预见的未来,智能网联车和智能网联设施将与传统的人工驾驶的车辆在交通系统中共存,交通参与者、运载工具、基础设施一体化协同成为交通领域技术研究热点和难点。

随着自动驾驶和智能网联技术的逐渐成熟,人、车、路、环境系统耦合理论与优化方法是实现混行环境下车路协同运行的基础,其核心是揭示混行状态下驾驶人认知特性、车车运动特征和交通状态演化规律。显示了智能车路协同管控可视化推演平台在体系内部拟解决的四大科学问题、五大关键技术问题、开展五大主要研究内容的关联关系结构,其科学问题-关键技术-研究内容的关联关系结构详见图2所示。

图2:科学问题-关键技术-研究内容的关联关系结构

【如山洞察】数字交通基础设施加速自动驾驶与车路协同发展

注释:源自鲁光泉教授

在车辆智能网联与车路协同技术方面,美国通过推动车联网计划,开展了无线通信技术测试验证、立法等工作。欧洲启动了面向2020年的DRIVEC2X项目,正在进行Cooperative ITS路上测试工作。日本在道路交通情报通信系统和不停车电子收费系统ETC2.0基础上实施了Smartway项目。此外,美国、欧洲和日本均在实际道路上开展了货车车队自动运行测试,结果表明车路协同技术在提高燃油效率、减轻驾驶人负荷、提高安全性等方面效果显著。从国外的技术研究现状和发展动态来看,对于车路协同系统的研究已经有相当的规模和一定的成果,但许多关键技术和科学问题仍在探讨、试验和测试阶段。在国际社会未来的发展中,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核心任务和发展方向,对于解决当前各国日益突出的交通拥堵、安全、污染问题有着极其重要的意义。

智能化、网联化和协同化是新一代智能交通发展的三大重要趋势,智能安全辅助驾驶和车载信息服务已成熟应用,自动驾驶技术从实验室走向实际应用的步伐正在加快。我国布局研发车路协同系统,有着巨大的经济效益和现实可行的产业化前景。开展车路协同系统要素耦合机理与协同优化方法研究,解决车路协同系统中关键科学问题,有望使我国在智能车路协同领域实现对国际前沿技术的追踪、引领乃至占据国际研发制高点。

2. 网联车辆群体智能管控技术

智能车路协同概念产生于本世纪初,以美国Connected Vehicles为代表。同期,引入交通大数据的智能网联与非网联混合交通群体控制理念,一经提出即得到世界各国高度重视,美国、日本、欧盟先后启动了国家研究计划。仅经过几年发展,基于智能车路协同技术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术,基于此理念形成的示范系统有美国MCity、荷兰ETPC、瑞典AstaZero和日本Jtown等。为加快车路协同技术的应用,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网联汽车评价的硬件在线仿真测试环境;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网联汽车测试。

我国车路协同技术研究始于2012年,虽起步晚但发展迅速。2012年科技部在863计划中设立了我国首个车路协同关键技术研究项目,2014年清华大学牵头的项目团队研发了智能车路协同集成测试验证实验系统,同济大学研究并构建了车路协同系统仿真验证平台,随后国家分别在上海、重庆等地建立了智能网联汽车测试示范区。继首个国家863计划主题项目“智能车路协同关键技术研究”完成以来,我国在智能车路协同关键技术及其应用、系统平台和仿真评价等方面取得了卓越成果,在基于车路协同的新一代智能交通系统体系架构、多模式无线通信、车速引导与信号控制优化、四跨(跨模组、跨终端、跨厂商、跨平台)互通互联集成等方面取得了整体国际先进、部分国际领先的成果。

随着车路协同的进一步发展和推广应用,人、车、路、环境一体化的交通系统智能网联与非网联、无人驾驶与有人驾驶混合交通模式常态化已经成为现实,基于全时空交通信息的协同感知、融合和交互,研究车辆群体智能决策与协同控制理论方法及其关键技术已成为必然。国外近年来逐渐开始关注以智能网联车辆为对象的新型混合交通协同管控问题,但研究仍处在初级阶段,尚未形成实用的理论与方法体系;而国内依托在智能车路协同技术及其系统平台的发展优势,已在车辆群体决策与控制的系统架构、优化方法和小规模实车试验等方面开展了创新性的研究工作,走在了世界前列。

为适应未来车路协同技术与系统的发展需要,提升道路交通管理与控制水平,智能车路协同管控可视化推演平台在体系外部拟解决的关键科学问题。智能车路协同管控可视化推演平台在体系外部研究内容及其相互关系图3所示。

图3:智能车路协同管控可视化推演平台在体系外部研究内容及其相互关系

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注释:源自张毅教授

未来,随着智能车路协同管理与控制技术研究的不断深入,新型复杂混合交通系统在状态感知、信息交互、协同控制和虚实仿真验证四个层面,必将催生从低维传感器信息融合向多维网联协同感知、从离散交通主体主被动协同控制向大规模群体智能群策群控、从V2X支持的实时信息交互向混合交通主体间的可信交互、从小规模运行效能仿真分析向大规模虚实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群体智能决策与协同控制研究的重点内容。

深圳市智能车路协同管控设计与实践

1. 建立智能网联汽车与智能网联设施完整标准体系

2018年6月至2020年7月,国家车联网产业标准体系建设指南(总体要求标准体系、智能网联汽车标准体系、信息通信标准体系、智能交通相关标准体系、车辆智能管理标准体系、电子产品与服务标准体系)先后正式发布,这标志着中国智能网联汽车与智能网联设施建设发展走上了中国式的智能驾驶汽车发展道路–“聪明的车、智慧的路与强大的网”相结合技术路线。

2018年6月的国家发改委等先后制定了《国家车联网产业标准体系》后,我们经过研究建议增加《智能网联设施标准体系》部分内容,以满足智能网联汽车中国路线的要求。车联网(智能交通相关)标准体系建设的技术架构详见图4所示。

图4:车联网(智能交通相关)标准体系建设的技术架构

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1.1 车联网产业标准体系结构

(1)车联网产业概念

车联网产业是依托信息通信技术,通过车内、车与车、车与路、车与人、车与服务平台的全方位连接和数据交互,提供综合信息服务,形成汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新型产业形态;主要实现“三网融合”,即将车内网、车际网和车载移动互联网进行融合。车联网是利用传感技术感知车辆的状态信息,并借助无线通信网络与现代智能信息处理技术实现交通的智能化管理,以及交通信息服务的智能决策和车辆的智能化控制。发展车联网产业,有利于推动智能交通,实现自动驾驶,促进信息消费,有利于推动汽车节能减排,对我国实施创新驱动发展、推进供给侧结构性改革、建设制造强国和网络强国具有重要作用。

① 车与云平台间的通信是指车辆通过卫星无线通信或移动蜂窝等无线通信技术实现与车联网服务平台的信息传输,接受平台下达的控制指令,实时共享车辆数据。

② 车与车间的通信是指车辆与车辆之间实现信息交流与信息共享,包括车辆位置、行驶速度等车辆状态信息,可用于判断道路车流状况。

③ 车与路间的通信是指借助地面道路固定通信设施实现车辆与道路间的信息交流,用于监测道路路面状况,引导车辆选择最佳行驶路径。

④ 车与人间的通信是指用户可以通过Wi-Fi、蓝牙、蜂窝等无线通信手段与车辆进行信息沟通,使用户能通过对应的移动终端设备监测并控制车辆。

⑤ 车内设备间的通信是指车辆内部各设备间的信息数据传输,用于对设备状态的实时检测与运行控制,建立数字化的车内控制系统。

(2)车联网产业标准体系建设结构

车联网产业标准体系建设思想清晰地表明了国家积极引导和直接推动跨领域、跨行业、跨部门合作的战略意图。在国家法律政策和战略要求的大框架下,充分利用和整合各领域、各部门在车联网产业标准研究领域的基础和成果,调动各个行业通力合作,共同制定具有中国特色的车联网产业标准体系。《国家车联网产业标准体系建设指南》充分发挥标准在车联网产业生态环境构建中的顶层设计和基础引领作用,按照不同行业属性划分为智能网联汽车标准体系、信息通信标准体系、电子产品与服务标准体系等分册,为打造创新驱动、开放协同的车联网产业提供支撑。国家车联网产业标准体系优化建设结构详见图5所示。形成比较完整的智能网联汽车中国路线的标准体系详见图6所示。

图5:优化的车联网产业标准体系优化建设结构

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图6:形成比较完整的智能网联汽车中国路线的标准体系

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1.2 标准体系优化建设内容

标准体系按照 汽车、通信、电子、交通和公安五大行业领域进行划分。

(1)智能网联汽车标准体系

① 标准体系结构

图7:智能网联汽车标准体系结构

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② 标准分类说明

1)基础

基础类标准主要包括智能网联汽车术语和定义、分类和编码、标识和符号等三类基础标准。术语和定义标准用于统一智能网联汽车相关的基本概念。分类和编码标准用于帮助各方统一认识和理解智能网联标准化的对象、边界以及各部分的层级关系和内在联系。标识和符号标准用于对各类产品、技术和功能对象进行标识与解析。

2)通用规范

通用规范类标准从整车层面提出全局性的要求和规范,主要包括功能评价、人机界面、功能安全和信息安全等方面。功能评价标准主要从整车及系统层面提出智能化、网联化功能评价规范以及相应的测试评价应用场景。人机界面着重考虑智能网联汽车的驾驶模式切换和与其他交通参与者信息传达交互等问题。功能安全标准侧重于规范智能网联汽车各主要功能节点及其下属系统在安全性保障能力方面的要求。信息安全标准主要针对车辆及车载系统通信、数据、软硬件安全,从整车、系统、关键节点以及车辆与外界接口等方面提出风险评估、安全防护与测试评价要求。

3)产品与技术应用

产品与技术应用类标准主要涵盖信息感知、决策预警、辅助控制、自动控制和信息交互等智能网联汽车核心技术和应用的功能、性能要求及试验方法。

4)相关标准

相关标准主要包括车辆信息通信的基础–通信协议, 主要涵盖实现车与 X(人、车、路、云端等)智能信息交互的中、短程通信、广域通信等方面的协议规范;在各种物理层和不同的应用层之间,还包含软、硬件界面接口的标准规范。

(2)信息通信标准体系

① 标准体系结构

图8:信息通信标准体系结构

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② 标准分类说明

信息通信标准体系主要包含以下内容:

1)基础标准

基础标准主要包括:术语和定义、移动互联人车交互标准、通信设备电磁环境兼容、天线技术和无线携能通信等。目前移动互联人车交互技术主要涉及手机终端与智能车载终端互联的技术要求及测试方法等。通信设备电磁环境兼容标准主要围绕电磁环境与车、人之间的兼容特性评估。车载天线技术标准主要围绕车联网产业涉及的天线性能开展研究和标准制定。无线携能通信标准主要围绕整车无线供电与车载无线充电技术提出技术要求与评估方法并进行标准化等。

2)通信协议和设备标准

通信协议和设备技术标准主要包括 LTE-V2X 技术、5G eV2X 技术、卫星通信、导航与定位和车载无线通信系统等方面。LTE-V2X 技术和 5GeV2X 技术标准主要包括:V2X 接口标准、网络通信标准、基站设备规范和测试规范、网络层 /应用层标准、终端间互操作标准、终端与网络设备互操作标准等。卫星通信标准包含天线和伺服系统、车载卫星通信系统等。导航与定位标准包括车载导航定位性能、定时技术和电磁兼容性的技术要求和测试方法。导航与定位相关详细内容可参考国家测绘地理信息局 2017 年 9 月新修订发布的《测绘标准体系》。车载无线通信系统标准主要包含车载语音、数据业务接入设备、车载无线通信接口技术要求和检测方法等。

3)通信业务与应用技术标准

通信业务与应用技术包括效率出行类、主动安全类、信息通信平台类、车载紧急救援、信息共享和使用、基础数据和云服务等方面。通信业务与应用技术标准主要规定具体服务产品和系统的功能要求、性能要求以及对应的试验方法等。

4)网络与数据安全

网络与数据安全标准包括安全体系架构、通信安全、数据安全、网络安全防护、安全监控、应急管理、重要通信和网络信息安全等方面。

(3)电子产品与服务标准体系

① 标准体系结构

图9:电子产品与服务标准体系结构

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② 标准分类说明

电子产品与服务标准体系主要包括基础、汽车电子产品、网络设备、服务与平台、汽车电子信息安全等标准。

1)基础标准

基础类标准主要包括术语、体系和架构、标识和编码等标准。术语标准为其他各部分标准的制定提供支撑。汽车电子新型体系架构主要规范信息服务的体系框架,明确其边界及各部分的层级关系和内在联系;标识和编码可以支持对车载终端设备辨识、寻址、路由和访问。

2)汽车电子产品标准

汽车电子产品是指智能网联汽车、车联网和车载信息服务中,具备感知、计算、反馈、控制、执行、通信、应用等功能,实现信息感知、高速计算、状态监测、行为决策和整车控制的基础电子产品。主要包括基础产品、终端和车载软件等标准。

3)网络设备

网络设备类标准主要包括固定设备和移动设备两个领域的标准。固定设备主要指路边单元等固定设备。移动设备类主要指手持诊断设备、工程维修、车辆故障在线分析仪器等专门领域的设备。

4)服务与平台标准

车载服务平台包括平台的架构、接口、数据管理、运营以及信息服务五个方面的标准。平台架构主要确定平台基本架构规范;平台接口规定了平台与终端、平台间、平台与上层管理系统等方面的接口标准;平台数据管理包括数据接口、数据管理和大数据应用方面的要求和规范;平台运营主要规定了平台运营功能要求;信息服务包括云服务、地理信息和位置导航服务、运维服务、辅助/自动驾驶服务、紧急救援服务、道路交通信息服务、车载广播服务等标准。

5)汽车电子信息安全

汽车电子信息安全类标准指汽车电子产品的入侵检测防护、访问控制、安全通信、安全态势感知等相关技术标准,包括车载系统安全、车载终端安全、车载信息与服务安全、应用软件和服务运营平台安全、车载操作系统在线升级安全等标准。

(4)智能交通相关标准体系

① 标准体系结构

图10:智能交通标准体系结构

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② 标准分类说明

智能交通相关标准体系以规范智能交通系统(ITS)技术、服务和产品为重点任务。智能驾驶、车路协同等重点技 术是当前 ITS 领域的研究热点和发展趋势,是新一轮科学技术及产业发展的重要竞争领域,对提升交通安全、缓解交通拥堵、促进节能减排、拉动上下游产业有重要意义。

1)智能交通基础标准

智能交通基础类标准主要包括术语与定义、分类编码与符号和智能交通数据管理等。术语与定义主要包括智能运输系统相关术语、定义;分类编码与符号主要包括编码规则、代码结构和图形符号类标准;智能交通数据管理主要包括数据表达与管理、数据元、数据字典类标准等。

2)智能交通服务标准

智能交通服务类标准主要包括交通管理、出行服务、运输组织等。交通管理类标准主要包括交通管理与控制、事件管理与应急等标准;出行服务主要面向出行者提供的各类服务,包括电子支付服务、一体化出行服务、智能驾驶服务等标准;运输组织主要面向运输企业提供的各类服务,包括客运服务智能化、物流信息化、营运车辆运行服务等标准。

3)智能交通技术标准

智能交通技术类标准主要包括交通信息采集、ITS专用 通信和 ITS信息安全与应用。交通信息采集指交通设施、运输工具、交通运行、道路环境等信息采集、道路状态感知技术指标和参数。ITS专用通信是指不同设备、系统、服务和交通参与者间的数据传输、信息交换等标准。ITS信息安全与应用是指数据安全、交易安全、身份认定、网络信任等相关标准。

4)智能交通产品标准

智能交通产品类标准主要包括 ITS 路侧及中心系统和 ITS 便携设备等。ITS 路侧及中心系统是指路侧类设备的工艺、性能、安装等要求和测试方法,以及中心或后台系统的 性能、部署等要求和测试方法;ITS 便携设备是指车载、手持等移动终端、便携设备的工艺、性能、安装等要求以及测试方法。

5)智能交通相关标准

智能交通相关标准主要包括与智能交通关系比较密切的其它交通运输类标准。

(5)车辆智能管理标准体系

①标准体系结构

图11:车辆智能管理标准体系结构

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② 标准分类说明

车辆智能管理标准体系主要研究并制定相关法律法规,对交通安全行为进行有效规范,降低法律风险,促进车联网产业有序发展。主要包括车辆智能管理相关的基础标准、产品类标准、安全类标准和安全运行测试与规范管理类标准等。

1)车辆智能管理基础标准

车辆智能管理基础标准主要包括机动车/驾驶人电子身份代码编码规范、机动车电子标识读写基础协议等。

2)车辆智能管理产品类标准

3)车辆智能管理安全类标准

4)智能网联车辆安全运行测试与规范管理类标准

智能网联车辆安全运行测试与规范管理类标准主要包括智能网联车辆公共道路测试管理规范、智能网联车辆公共道路测试申请程序指南、智能网联车辆测试基地建设和验收要求、智能网辆安全运行测试技术要求、智能网联车辆安全运行测试项目和方法、智能网联车辆测试与使用车牌、智能网联车辆注册程序要求、智能网联车辆驾驶教育和培训技术指南、智能网联车辆外观标识等。

(6)智能网联设施标准体系

① 标准体系结构

图12:智能网联设施标准体系结构

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② 标准分类说明

智能网联设施标准体系主要研究并制定相关法律法规,对智能网联汽车中国路线的交通基础设施建设管理进行有效规范,满足2020年12月30日,交通运输部发布《关于促进道路交通自动驾驶技术发展和应用的指导意见》明确提出的要加强基础设施智能化发展规划研究、有序推进基础设施智能化建设等,科学推进基础设施数字转型、智能升级,推动道路基础设施、载运工具、运输管理和服务、交通管控系统等互联互通战略要求。主要包括城市道路智能网联建设等级标准、区域公路智能网联建设等级标准等。

1)城市道路智能网联建设等级标准

城市道路智能网联建设等级标准主要包括城市快速路智能化建设、城市主干路智能化建设、城市次干路智能化建设、城市支路智能化建设术语与定义、分类编码与符号和智能网联设施数据管理等。术语与定义主要包括智能网联设施系统相关术语、定义;分类编码与符号主要包括编码规则、代码结构和图形符号类标准;智能网联设施数据管理主要包括数据表达与管理、数据元、数据字典类标准等,其他部分参见相关标准。

2)区域公路智能网联建设等级标准

区域公路智能网联建设等级标准主要包括高速公路智能化建设、一级公路智能化建设、二级公路智能化建设、三级公路智能化建设和四级公路智能化建设术语与定义、分类编码与符号和智能网联设施数据管理等。术语与定义主要包括智能网联设施系统相关术语、定义;分类编码与符号主要包括编码规则、代码结构和图形符号类标准;智能网联设施数据管理主要包括数据表达与管理、数据元、数据字典类标准等,其他部分参见相关标准。

2. 深圳市智能网联汽车与智能网联设施融合试点示范

(1)深圳市智能网联汽车城市道路测试规划设计

深圳市智能网联汽车道路测试首批开放道路是用于智能网联汽车道路测试的开放路段。符合《深圳市关于贯彻落实<智能网联汽车道路测试管理规范(试行)>的实施意见》要求的测试主体(测试主体是指提出智能网联汽车道路测试申请、组织测试并承担相应责任的单位)可根据测试需求及拟测试期间申请道路的实际路况,从本目录中选取合适道路,向深圳市智能网联汽车道路测试联席工作小组办公室提出申请。

深圳市智能网联汽车道路测试道路涵盖多个场景,充分考虑人、车、路、环境等道路测试影响因素,在安全可控、湿度开放的原则下尽可能地提供开放测试场景助力智能网联汽车科研实验与行业发展。测试道路涵盖工业区、旅游区、商务区、金融区,涉及场景包括信号控制交叉口、无信号控制交叉口、十字交叉口、T型交叉口,直线、曲线、坡度等不同道路地形条件,覆盖单行道、警示、指路等多重交通标志标识。首批开放道路选择合围区域19个,总面积约30 km2,道路里程合计约124km,覆盖深圳市福田、南山、盐田、宝安、光明、龙华、龙岗、坪山、大鹏9个行政区域。

(2)深圳市中心城区智能车路协同管控设计

深圳中心城区的智能车路协同管控项目,主要关注加强交通科技基础硏究和应用基础研究。加强交通信息基础设施推广应用,推进基于5G、物联网、人工智能等技术的智慧交通新型基础设施试点应用。实现中心城区信号灯“一张网”在线平衡智慧调控,推进中心城区智慧停车等建设工作。推动中心城区交通基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化。促进政府跨部门数据共享共用,推进建立城市综合运输一体化大数据平台,探索城市公交MaaS系统多个场景服务。

深圳市中心城区是新一轮科技革命将推动交通基础设施、交通技术、交通服务、交通管理重大变革示范区。移动互联网、云计算、物联网、大数据、5G通信等新一代信息技术加速向交通领域渗透,对客货运输模式产生全面、深刻的影响。其中拥堵区域交叉口与路段动态分组、在线监测、可视建模、数字孪生、仿真推演实现中心城区智能车路协同管控治理,客货携手、自动驾驶、自由流收费、北斗高精定位等技术已具备实验基础并逐步进入中心城区建设应用。中心城区交通将发生颠覆性改变,共享移动性、汽车电气化、自动驾驶、新型公共交通、可再生能源、新型基础设施、物联网成为主要建设实践模式。深圳市中心城区智能车路协同示范区数字孪生与仿真环境详见图22所示。

图22:深圳市中心城区智能车路协同示范区仿真环境

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(3)深圳福田保税区智能网联公交协同管控实践

2017年12月17号,深圳海量科技有限公司在深圳道路上驶出了智能网联公交车。方向盘无需司机进行任何操作,到交叉口处公交车可以自动转弯,遇到行人或障碍物能自行刹车,到站可以自动停靠。阿尔法巴智能驾驶公交系统是一个整体解决方案,以国产、自主可控的智能驾驶技术为基础,汇集人工智能、自动控制、数据计算等众多技术于一体,配有激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GPS天线等设备精准感知周围环境,通过精确分析实时动态对其他道路使用者和突发状况做出反应,已实现自动驾驶下的行人、车辆检测,减速避让,紧急停车,障碍物绕行,变道,自动按站停靠等精细管理功能,实现系统安全性、稳定性、可靠性均满足智能网联公交试运行的精心服务要求。

阿尔法巴系列智能网联公交系统,已经推出阿尔法巴1.0、阿尔法巴2.0、阿尔法巴3.0产品,具备L3+级别的运行能力,满足国家已发布的17种测试规范场景能力,已经先后在深圳、张家界、武汉、合肥、澳门等城市落地运行,车队总数达到几十辆,运行总里程超过6.5万公里,搭载乘客超过3万人,安全零事故。

图23:深圳福田保税区智能网联公交协同管控汽车

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(4)新洲路主干路智能车路协同管控实践

深圳新洲路是城市中心区域的南北向的主干路,其智能车路协同管控试点应用开展以来,针对如何利用在线仿真技术实现从实时交通监测到动态交通管控的深化服务,进行了在线仿真与交通管控应用的深度融合架构和关键技术。分析研判新洲路是基于交通数字孪生技术进行的,采用数字孪生技术从理念上看,通俗易懂、生动形象;从技术上看,信息技术突飞猛进、日新月异。从交叉口单点到全路段集成,数字孪生技术发挥料不可替代的作用。

① 整合交通管控系统的数据资源,建立实时在线仿真系统,实现交通运行监测与预警,并通过短时交通预测,提前知悉综合交通变化态势,实时发布预警交通信息。

③ 形成“采集-研判-控制-评估”的业务闭环,让交通系统实现实时监督、自主诊断、自我优化的智慧化转型升级。

利用交通仿真OD和路径数据,筛选研究范围内交通需求量最大的几个关键流向。新洲路相关交叉口的分析研判详见图24所示。

图24:新洲路相关交叉口的分析研判

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(5)深圳新国际会展中心智能网联公交协同管控实践

深圳新国际会展中心规划总占地面积148公顷,展览面积50万平米,建成后将成为全球第一大会展中心,项目共分两期建设,其中一期展馆用地121公顷,展览面积40万平米。根据会展交通特征,预计近期会展高峰日客流总需求可达12-15万人次,高峰小时客流需求约4万人次,为保障会展正常运营,必须依托大运量公共交通快速疏解高峰客流。

目前,周边规划的地铁、云巴均还未建成通车,为满足会展客流需求,在市区两级政府统一部署下,受深圳市交通运输局宝安管理局委托,深圳交通中心开展了国际会展中心快速智慧公交接驳工程规划设计工作。

深圳国际会展中心“智能网联快速智慧公交协同管控”项目是采用新技术、新手段、新策略,挖掘道路时空资源,人、车、路和谐共赢,实现会展高峰期车辆享有专用路权、全程15分钟可达、两端无缝衔接的一站式高品质接驳体验。与传统的快速公交(BRT)技术相比,具有按需动态响应控制、空间集约高效利用、注重全交通参与者体验、投资省运维成本低等特点。

① 动态调节控制 道路资源利用更高效;

② 人-车-路智能协同管控交通参与者更和谐;

③ 场站设计人性化 公交地铁无缝接驳。

图25:智能网联公交车路协同管控大屏幕调度指挥运行状态

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图26:深圳榕亨集团研发车载系统控制界面

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(6)智慧宝安智能车路协同管控设计

当前,粤港澳大湾区和先行示范区“双区驱动”战略召唤深圳创新驱动高质量发展,面向城市交通,市政府提出将智慧交通作为城市战略全面打造湾区核心引擎和强国城市范例,以智慧加持城市交通管理,加快深圳市交通运输一体化指挥管控平台建设,打造“全息感知、可靠推演、精准管控、全程服务”新一代交通运输智慧管控超级大脑。市交警全力配合开展全市智慧交通建设,但仅覆盖宝安区实际需求的60%左右,需各区同步配套建设。同时,市交警正加快推进深圳交警智慧交通二期建设,全面提升城市级交通主动管控和精准调控、警情联动处置的能力,但宝安区电子警察等各类前端设施覆盖率较低,亟需加强建设,提升交通管控能力。智慧宝安智能车路协同管控系统需求分析设计详见图27所示。

图27:智慧宝安智能车路协同管控系统需求分析设计

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智慧宝安交通提升工程一期集中补足关键走廊、重点片区的前端设施短板,强化安全防控,初步建立区内交通运行智能检测和实时监管的交通大脑,快速提升交通管控能力。

图28:智慧宝安智能车路协同管控系统体系结构设计

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图29:智慧宝安智能车路协同管控系统网络结构设计

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(7)深圳坪山智能车路协同管控实践

图30:深圳坪山智能网联公交车路协同管控

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(8)深圳外环高速公路智能车路协同管控实践

深圳外环高速公路智能车路协同管控项目是广东省“九纵五横两环”高速公路骨架网的一条加密线,也是深圳市“七横十三纵”干线道路网规划的重要一“横”广东省重大专项。路线全长约93公里,其中深圳段76公里,东莞段17公里,采用全线6车道高速公路建设标准。

图31:深圳外环高速公路智能车路协同管控总体线路布局

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深圳段近期建设沿江高速至坪山丹梓大道段,分一、二期工程实施,共60公里,设置特大桥、大桥45座(32028m),中桥13座(712m),隧道5座(2476m),互联互通15个,服务区2处,桥隧比58%等。项目起于沿江高速,终于盐坝高速,路线自西向东与深圳纵向11条高速公路交叉衔接,进而与珠三角高速公路形成联网。本项目也是深圳市、东莞市和惠州市等城市间加强枢纽性交通的纽带。项目的建成将实现快速、便捷地疏导港口交通和集散物资的目的,并将江高速、广深高速、龙大高速、梅观高速、清平高速、博深广深、惠盐高速、深汕高速及盐坝高速公路以及国道G205、横坪快速路等公路交汇成网,对加强区域经济合作,实施泛珠江三角经济圈发展战略具有重要作用。

深圳外环高速公路智能车路协同管控项目区域基本为城市化,沿线与多条高速公路和其他道路相接,具有明显的项目区域地形地貌复杂、建设标准高、交通量大、交通组成复杂、互通区密集且出入口多、所处路网发达、交通转换频繁等显著特点。

(9)深圳金溢科技加速拓展ETC车路协同服务

作为交通运输部“智能车路协同关键技术与装备行业研发中心”的牵头单位,深圳金溢科技通过大数据、人工智能、5G等与ETC技术新基建数字化转型的融合应用,不断强化“ETC+互联网”产业融合,打造ETC+物联网感知、ETC+智能网联通讯、ETC+大数据平台、ETC+静态交通管理、ETC+车主服务等“ETC+”产业链,形成数据驱动的管理服务新模式,实现与本地相关平台互联互通、信息共享,增强协同应用能力,推动城市停车服务提质增效。

金溢科技持续推动扩大ETC应用场景,实现ETC停车在机场、火车站(高铁)站、客运站等交通枢纽以及大型商场超市、医院、高校、居民小区、路侧等停车场景的覆盖。推动城市动静态交通均衡和协调发展,优化城市停车供需关系,助力城市交通拥堵治理和绿色通行。结合区域协调发展战略,充分发挥中心城市、省会城市的辐射引领作用,带动周边城市协同发展,形成一定的区域效应及产业效应。

ETC+车生活服务,以便利用户为导向,通过线上、线下两种渠道,推动拓展ETC+智慧停车、ETC+智慧加油,ETC+智慧洗车、ETC+智慧充电、ETC+智慧景区/园区等相结合的ETC多场景服务,助力智慧交通、智慧城市发展。

交旅融合绿色出行,金溢科技进一步增强旅游交通服务供给,加快推进旅游景区ETC停车场的建设及改造,优化旅游景区及周边区域停车资源配置,打造景区停车场ETC绿色通道,推进公路交通与旅游融合发展。

聚焦需求 开展静态交通治理,聚焦城市停车需求,持续完善ETC停车场及路侧停车配套设施,建设城市级停车管理管控平台,实现停车场无人值守、预约诱导停车以及资源高效周转,全面提高城市停车精细化管理水平,提升城市交通服务品质和环境秩序。

在广东省中山市,智慧停车改造泊位已达到约13000个,路侧停车场的停车配套设施改造接入智慧管理系统,并与公安机关交通管理部门、城管部门的平台联通,进行实时数据处理分析,支撑公共管理部门决策,也向用户提供停车场资源的实时查询、预约、错峰停车、分时共享停车等服务。

省级示范区试点先行,参与探索研究制定省级ETC停车相关服务规划和技术要求,建设停车管理综合平台,做好与各地市停车管理平台衔接。聚焦综合交通,积极探索ETC在动静态交通涉车、涉路领域创新应用,充分挖掘交通出行大数据,全面提升ETC服务水平。

2021年新年伊始,金溢科技积极有序推进试点建设,不断优化提升服务,保障ETC车辆在停车场出入口不停车快速通行,并确保计费准确、发票开具便利、信息推送规范及时,便捷群众出行。

图32:深圳金溢科技加速拓展ETC车路协同服务技术路线

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结束语

我国交通运输已经进入交通大国向交通强国迈进的历史性发展时期,基础设施从“连线成片”到“基本成网”,运输服务从“走得了”到“走得好”,交通科技从“跟跑为主”到“跟跑并跑领跑”并行。从改革开放之初的瓶颈制约,到20世纪末的初步缓解,再到目前的基本适应,交通运输已经为中国经济社会做出了巨大贡献。

来源:ITS智能交通

作者:关志超博士。关志超是交通运输部“智能车路协同关键技术与装备行业研发中心”执行主任(博士、教授)

如山资本(CRESTVALUE)是一家按照市场化运作,专业从事高科技、成长性企业股权投资的创业投资机构,专注于大安全、大智能、大健康、新汽车(智能化、电动化、轻量化)等新兴产业领域投资。

公司始创于2007年,凭借近几年专业化运作、先进的投资理念和卓越的投资业绩,被选为中国投资协会股权和创业投资专业委员会副会长单位、中关村股权投资协会副会长单位,浙江省创业投资协会副会长单位, “融资中国2019年度中国最佳创业投资机构TOP100”,“2019中国年度创投机构“并连续九年被评为“浙江十强创投机构”。

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