路車融合的道路交通系統(tǒng)智能化分級(jí)及發(fā)展建議

文 北京航空航天大學(xué) 王云鵬 魯光泉 于海洋 陳鵬

從“聰明的車”到“智慧的路”，在智慧交通的發(fā)展過(guò)程中，路車融合的支撐作用正逐漸顯現(xiàn)。本文系統(tǒng)梳理了道路交通系統(tǒng)現(xiàn)有的分級(jí)方式及亟待解決的問(wèn)題，提出了以路車融合水平為依據(jù)的道路交通系統(tǒng)智能化分級(jí)方法和發(fā)展戰(zhàn)略。

新一輪科技革命引發(fā)全球交通變革浪潮，以自動(dòng)駕駛為主導(dǎo)的新一代交通系統(tǒng)已成為國(guó)際公認(rèn)的發(fā)展方向。由于“單車智能”自動(dòng)駕駛遭遇技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化瓶頸，各國(guó)紛紛聚焦新的發(fā)展路徑，路車融合的道路交通系統(tǒng)成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

因此，為指導(dǎo)道路交通系統(tǒng)沿著科學(xué)路徑發(fā)展，明確各個(gè)階段的工作重心，通過(guò)路車融合迭代降低自動(dòng)駕駛落地應(yīng)用門檻，推動(dòng)形成“車端使能、道路賦能”融合發(fā)展的新格局，需要對(duì)其進(jìn)行智能化水平分級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)有序、快速的集約式發(fā)展。

現(xiàn)有分級(jí)方式及亟待解決問(wèn)題

國(guó)外主流分級(jí)方式

美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）從車輛視角出發(fā)，以智能車輛為主體開(kāi)展自動(dòng)駕駛分級(jí)。所提分級(jí)方式依據(jù)動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的執(zhí)行者和具體內(nèi)容，將自動(dòng)駕駛車輛劃分為L(zhǎng)0至L5共6個(gè)等級(jí)。其中，L0為人工駕駛階段，L1和L2分別為輔助駕駛階段和部分自動(dòng)駕駛階段，L3為條件自動(dòng)駕駛階段，L4為高度自動(dòng)駕駛階段，L5為完全自動(dòng)駕駛階段。

歐洲道路運(yùn)輸研究咨詢委員會(huì)（ERTRAC）從道路基礎(chǔ)設(shè)施視角出發(fā)，以智能基礎(chǔ)設(shè)施為主體開(kāi)展分級(jí)。所提分級(jí)方式依據(jù)道路基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)自動(dòng)駕駛的支持程度，將道路基礎(chǔ)設(shè)施劃分為A至E共5個(gè)等級(jí)。其中，A級(jí)至C級(jí)為數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施：A級(jí)為通過(guò)協(xié)同決策實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，B級(jí)為協(xié)同感知，C級(jí)為動(dòng)態(tài)數(shù)字信息；D級(jí)至E級(jí)為傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，D級(jí)僅能支持?jǐn)?shù)字地圖，E級(jí)則無(wú)法支持。

國(guó)內(nèi)主流分級(jí)方式

工業(yè)和信息化部于2020年3月發(fā)布《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》，該標(biāo)準(zhǔn)基于動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的執(zhí)行程度，根據(jù)在執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的角色分配，以及有無(wú)設(shè)計(jì)運(yùn)行條件限制，將駕駛自動(dòng)化劃分成0至5共6個(gè)等級(jí)。其中，0級(jí)為應(yīng)急輔助，1級(jí)為部分駕駛輔助，2級(jí)為組合駕駛輔助，3級(jí)為有條件自動(dòng)駕駛，4級(jí)為高度自動(dòng)駕駛，5級(jí)為完全自動(dòng)駕駛。

2019年9月,中國(guó)公路學(xué)會(huì)自動(dòng)駕駛工作委員會(huì)發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)道路系統(tǒng)分級(jí)定義與解讀報(bào)告(征求意見(jiàn)稿)》提出以自動(dòng)駕駛道路為研究對(duì)象，從交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的信息化、智能化、自動(dòng)化角度出發(fā)，把交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)劃分為I0至I5共6個(gè)等級(jí)。其中，I0為無(wú)信息化、無(wú)智能化、無(wú)自動(dòng)化；I1為初步數(shù)字化、初步智能化、初步自動(dòng)化；I2為部分網(wǎng)聯(lián)化、部分智能化、部分自動(dòng)化；I3級(jí)為基于交通基礎(chǔ)設(shè)施的有條件自動(dòng)駕駛和高度網(wǎng)聯(lián)化；I4為基于交通基礎(chǔ)設(shè)施的高度自動(dòng)駕駛；I5為基于交通基礎(chǔ)設(shè)施的完全自動(dòng)化駕駛。

中國(guó)智能交通協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目《智慧高速公路分級(jí)》從道路、中心及服務(wù)等方面將智慧高速公路劃分為D0至D4共5個(gè)等級(jí)。其中，D0為無(wú)智慧，D1為簡(jiǎn)單智慧，D2為基本智慧，D3為協(xié)同式智慧，D4為可持續(xù)、自主可控智慧。

現(xiàn)有分級(jí)方式亟待解決的問(wèn)題

綜上所述，圍繞道路交通系統(tǒng)存在不同視角的多個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，尚未形成統(tǒng)一共識(shí)，且亟需解決多個(gè)問(wèn)題。

一是未梳理要素耦合交互發(fā)展關(guān)系。隨著道路交通系統(tǒng)智能化水平的提升，人、車、路逐漸由分立轉(zhuǎn)向統(tǒng)一，且在各個(gè)時(shí)期呈現(xiàn)不同的耦合交互關(guān)系，要素之間交互界限及耦合關(guān)系不斷發(fā)生變化。

二是未明確系統(tǒng)智能化發(fā)展需求。道路交通系統(tǒng)是復(fù)雜的巨系統(tǒng)，系統(tǒng)要素之間強(qiáng)關(guān)聯(lián)。當(dāng)前分級(jí)研究多基于車、路等單一要素，且基于不同要素的分級(jí)方法間無(wú)法進(jìn)行有效協(xié)同，對(duì)系統(tǒng)發(fā)展的指導(dǎo)意義不明確。

2021年3月15日，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》正式公布,《綱要》框定十大數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，智能交通居首位。

三是未制定智能化發(fā)展路徑和步驟。支撐自動(dòng)駕駛的道路交通設(shè)施交叉融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，是“新基建”建設(shè)范疇中“創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施”的重要載體，但新基建僅劃定了發(fā)展內(nèi)容，并未指明發(fā)展方向、路徑和步驟。

路車融合道路交通系統(tǒng)智能化分級(jí)

依托路車融合道路交通系統(tǒng)的“端-邊-云”組織架構(gòu)，以系統(tǒng)融合水平為依據(jù)，通過(guò)“端-邊-云”相互作用關(guān)系，明確系統(tǒng)協(xié)同方式、結(jié)構(gòu)特征和功能效用，進(jìn)行基于路車融合的道路交通系統(tǒng)分級(jí)，將路車融合道路交通系統(tǒng)劃分為C0至C4共5個(gè)等級(jí)。其中，C0為系統(tǒng)無(wú)協(xié)同，C1為系統(tǒng)端邊云信息協(xié)同，C2為系統(tǒng)端邊云辨識(shí)協(xié)同，C3為系統(tǒng)端邊控制協(xié)同，C4為系統(tǒng)端邊云控制協(xié)同。

各等級(jí)具體內(nèi)涵如下：

C0無(wú)協(xié)同：路車不融合、未聯(lián)網(wǎng)，端、邊、云之間不存在信息互聯(lián)，各交通要素分屬于獨(dú)立系統(tǒng)，道路交通系統(tǒng)中的端、邊、云獨(dú)立進(jìn)行感知、辨識(shí)與控制。

C1端邊云信息協(xié)同：路車融合度低，終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)按需聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)隨地上傳數(shù)據(jù)。端、邊、云實(shí)現(xiàn)單個(gè)交叉口或單條路段上靜態(tài)信息的有序流轉(zhuǎn)和交互共享。道路交通系統(tǒng)中的端、邊、云根據(jù)共享靜態(tài)信息獨(dú)立開(kāi)展?fàn)顟B(tài)辨識(shí)與控制。信息互聯(lián)主要通過(guò)公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，主要的信息交互發(fā)生在端云（中心）之間（如導(dǎo)航），僅有少量應(yīng)用（如ETC）實(shí)現(xiàn)了端邊互聯(lián)。

C2端邊云辨識(shí)協(xié)同：路車融合度較高，端邊通信單元達(dá)到高覆蓋率，V2X通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高帶寬、遠(yuǎn)距離傳輸。端、邊、云實(shí)現(xiàn)城市空間小范圍動(dòng)靜態(tài)信息的有序流轉(zhuǎn)和交互共享。道路交通系統(tǒng)中的端、邊、云根據(jù)共享動(dòng)靜態(tài)信息獨(dú)立開(kāi)展?fàn)顟B(tài)辨識(shí)與控制。動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)性不高，可支持部分交通管控和車輛路徑規(guī)劃，但不支持車輛軌跡的實(shí)時(shí)規(guī)劃與控制。信息互聯(lián)通過(guò)V2X通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，端邊、端端實(shí)現(xiàn)直聯(lián)互通，但端、邊通信設(shè)備的覆蓋率有限。

C3端邊控制協(xié)同：路車高度融合，形成統(tǒng)一IP協(xié)議提升異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通能力，打通數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)傳輸和交互。端、邊、云實(shí)現(xiàn)城市空間大范圍動(dòng)靜態(tài)信息的廣泛感知、實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。道路交通系統(tǒng)中的端、邊、云根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)靜態(tài)信息聯(lián)合開(kāi)展自適應(yīng)辨識(shí)與控制，支持車輛軌跡的實(shí)時(shí)規(guī)劃與控制。端可利用邊所提供的輔助算力，實(shí)現(xiàn)邊緣自適應(yīng)控制。信息互聯(lián)通過(guò)V2X通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，端、邊通信設(shè)備可覆蓋大部分交通設(shè)施和路網(wǎng)，支持特點(diǎn)場(chǎng)景開(kāi)展協(xié)同控制。

C4端邊云控制協(xié)同：路車完全融合，車載網(wǎng)絡(luò)與云端算力高度普及。端、邊、云實(shí)現(xiàn)城市空間全景動(dòng)靜態(tài)信息的全面感知、流轉(zhuǎn)交互和即時(shí)決策。道路交通系統(tǒng)中的端、邊、云根據(jù)全景交通信息協(xié)同開(kāi)展自適應(yīng)辨識(shí)與控制，各要素互聯(lián)互通，形成統(tǒng)一整體，實(shí)現(xiàn)群體智能。系統(tǒng)呈現(xiàn)高度信息化、自動(dòng)化、智能化。信息互聯(lián)通過(guò)V2X通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，端、邊通信設(shè)備全部覆蓋交通設(shè)施和路網(wǎng)，可完全支持端邊云協(xié)同控制應(yīng)用。

路車融合道路交通系統(tǒng)智能化發(fā)展戰(zhàn)略

路車融合道路交通系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的推進(jìn)要考慮場(chǎng)景特性、道路結(jié)構(gòu)化、運(yùn)行環(huán)境等因素，按照不同場(chǎng)景陸續(xù)落地的節(jié)奏進(jìn)行。根據(jù)場(chǎng)景的開(kāi)放程度和復(fù)雜程度，由封閉區(qū)域場(chǎng)景先行，逐漸向結(jié)構(gòu)化的高速公路和快速路等場(chǎng)景發(fā)展，最后實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化的低等級(jí)公路和城市道路等場(chǎng)景應(yīng)用。

隨著路車融合道路交通系統(tǒng)的演化，其不同時(shí)期的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)舉措應(yīng)各有側(cè)重，可從近期、中期、遠(yuǎn)期三個(gè)時(shí)間跨度進(jìn)行戰(zhàn)略考量。

從近期來(lái)看，著重解決交通運(yùn)輸中的痛點(diǎn)問(wèn)題，包括超視距感知、區(qū)域協(xié)同控制等，從而大幅提升出行效率。為解決上述問(wèn)題，可考慮通過(guò)完善智能交通基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如路側(cè)智能感知決策單元、道路邊緣云設(shè)施等。

從中期來(lái)看，著重解決交通運(yùn)管中的重點(diǎn)問(wèn)題，包括交通擁堵、交通事故等，從而大幅改善出行質(zhì)量。為解決上述問(wèn)題，可考慮通過(guò)推進(jìn)車路協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使車、路均可作為信息接收和傳遞的載體，實(shí)現(xiàn)交通信息互聯(lián)互通。

從遠(yuǎn)期來(lái)看，著重解決交通運(yùn)行中的難點(diǎn)問(wèn)題，包括系統(tǒng)智能、節(jié)能減排等，從而大幅優(yōu)化出行品質(zhì)。為解決上述問(wèn)題，可考慮搭建完全自動(dòng)駕駛平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各要素的高度智能及路車高度融合。

相關(guān)建議

政策建議

一是推進(jìn)融合高效的數(shù)字化、智能化道路交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)；二是加快建設(shè)路網(wǎng)全覆蓋的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)、信息采集網(wǎng)絡(luò)，助推路車融合道路交通系統(tǒng)快速部署；三是統(tǒng)籌規(guī)劃，積極推進(jìn)路車融合道路交通系統(tǒng)應(yīng)用示范，先行建設(shè)封閉區(qū)域應(yīng)用試點(diǎn)，進(jìn)而面向結(jié)構(gòu)化的高速公路和快速路等場(chǎng)景開(kāi)展試點(diǎn)建設(shè)。

標(biāo)準(zhǔn)建議

充分發(fā)揮我國(guó)在通信、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、北斗定位等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建能夠解決中國(guó)的自主創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通問(wèn)題的路車融合自動(dòng)駕駛中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，提高我國(guó)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的話語(yǔ)權(quán)。

法律法規(guī)建議

一是擴(kuò)大和豐富道路測(cè)試的典型場(chǎng)景；二是研究數(shù)據(jù)權(quán)屬問(wèn)題，清晰界定各類數(shù)據(jù)所有權(quán)和使用權(quán)；三是增加責(zé)任認(rèn)定和數(shù)據(jù)安全的法律法規(guī)。

技術(shù)發(fā)展建議

一是加快道路基礎(chǔ)設(shè)施智能感知理論與方法研究；二是著力攻克關(guān)鍵技術(shù)和零部件；三是構(gòu)建全生命周期的信息安全體系。

路車融合的道路交通系統(tǒng)是智慧交通發(fā)展的重要趨勢(shì)。漆志平 攝