車聯(lián)網賦能智慧城市新型基礎設施融合創(chuàng)新思考

康陳 葛雨明 龍翔宇 王晶

(1.中國信息通信研究院技術與標準研究所，北京100191；2.車聯(lián)網技術創(chuàng)新與測試評價工業(yè)和信息化部重點實驗室，北京100191)

0 引言

當前，全球數(shù)字經濟快速發(fā)展，新一代信息通信技術與各行各業(yè)融合滲透。一方面，通過智慧城市建設，運用信息通信技術，有效整合各類城市管理系統(tǒng)，實現(xiàn)城市各系統(tǒng)間信息資源共享和業(yè)務協(xié)同，推動城市管理和服務智慧化，提升城市運行管理和公共服務水平，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為城市建設管理者的共識[1]；另一方面，車聯(lián)網、物聯(lián)網等新型產業(yè)生態(tài)不斷壯大，有力推動了汽車、交通等傳統(tǒng)產業(yè)的數(shù)字化、網絡化、智能化發(fā)展，也逐步演進形成智慧出行、交通數(shù)字化治理等數(shù)字經濟發(fā)展的新產業(yè)集聚[2-4]。車聯(lián)網作為連接智能網聯(lián)汽車和智慧城市的新型基礎技術系統(tǒng)與產業(yè)領域，正不斷發(fā)展成熟，加速信息技術、汽車工業(yè)與城市治理、交通運輸服務等多方之間的融合創(chuàng)新，賦能智慧城市新型基礎設施建設。

1 車聯(lián)網與智慧城市融合體系架構

車聯(lián)網產業(yè)經過多年的發(fā)展，目前已經形成了“車輛智能化升級”和“車聯(lián)網新型基礎設施建設”兩條發(fā)展主線。在車輛智能化升級發(fā)展路線中，車輛新能源化、智能網聯(lián)化促進汽車價值鏈變革，汽車生態(tài)建設朝著平面式匯聚型價值架構轉化。車企不再作為整個生態(tài)的單一核心，而是通過傳統(tǒng)制造端和外部服務端生態(tài)的合作，共同構建以用戶需求為核心的新型生態(tài)體系。同時，電子信息、交通服務、信息通信等企業(yè)融入汽車產業(yè)鏈，傳統(tǒng)汽車產業(yè)鏈開始擴展、整合，產業(yè)邊界逐漸模糊。在車聯(lián)網新型基礎設施建設發(fā)展路線中，我國明確“聰明的車”和“智慧的路”協(xié)同發(fā)展的技術路線，智能網聯(lián)汽車產業(yè)生態(tài)延伸到路側和云平臺新基建產業(yè)。各地紛紛建立示范區(qū)、先導區(qū)，開展車聯(lián)網新型基礎設施建設，進行車路協(xié)同應用示范，推動高等級自動駕駛和車載信息娛樂服務等應用成熟，并逐步賦能出行服務和交通管理的智能化升級，進一步擴大車聯(lián)網產業(yè)范圍[5]。

在此背景下，車聯(lián)網成為賦能智慧城市新型基礎設施建設的重要一環(huán)。一方面，依托車聯(lián)網，以智能網聯(lián)汽車為下一代移動終端，可助力智慧城市打通數(shù)據壁壘。在智慧交通網中，汽車成為連接人與交通以及其他城市設施的新型智能終端。通過智能汽車廣泛收集城市道路、交通、建筑的實時動態(tài)信息數(shù)據，促使智慧城市數(shù)據更豐富、更智慧。同時，車聯(lián)網牽引部署智能基礎設施建設，優(yōu)先建設公交專用、出租專用、環(huán)衛(wèi)、物流專用等使用頻次最高、應用需求最迫切的城市交通重點場景，提高智慧城市基礎設施利用率。另一方面，智慧城市也為車聯(lián)網應用提供智能基礎設施和應用場景。車聯(lián)網需要城市道路提供動靜態(tài)感知信息，形成準確可靠的超視距感知體系，提升智能網聯(lián)汽車感知精度，從而實現(xiàn)高等級自動駕駛。通過在城市道路路口和兩側布設毫米波雷達、智能攝像頭、激光雷達等智能感知設備，對城市交通的靜態(tài)和動態(tài)信息進行精確探測、感知和采集，細化車端和路端感知能力分工，補足單車智能感知盲點，提高智能網聯(lián)汽車行駛效率和安全性。同時，智慧城市也為車聯(lián)網提供了可落地、可試驗、可展示的平臺，通過在條件相對成熟的區(qū)域開展封閉測試、示范應用和商業(yè)化運營，逐步探索出車聯(lián)網規(guī)?；涞氐穆窂絒6]。

圖1 車聯(lián)網與智慧城市融合體系架構

在智慧城市視角下，車聯(lián)網對多個城市業(yè)務類型進行增強，打造融合的新興業(yè)務類型，賦能智慧城市系統(tǒng)，如圖1所示。例如，在城市交通信號智能控制系統(tǒng)的基礎上，增強了數(shù)據開放的管理交互平臺與車聯(lián)網(C-V2X)直連通信，在數(shù)字化的交通標志標線、車輛超速預警、典型違法預警系統(tǒng)等基礎上增強了多維信息融合與信息實時播發(fā)等功能。對于車聯(lián)網而言，各類業(yè)務應用需要智慧城市感知、傳輸設備與基礎數(shù)據平臺的支撐，需要在感知、傳輸設備和基礎數(shù)據平臺方面增加額外的實體和功能，包括新增C-V2X路側通信單元、智能路側工控機系統(tǒng)、部署車路協(xié)同信息的采集與發(fā)布功能等，實現(xiàn)車聯(lián)網對智慧城市的融合賦能。

2 車聯(lián)網與智慧城市的產業(yè)融合發(fā)展

2.1 網聯(lián)通信領域進展

車聯(lián)網將無線通信網絡和有線回傳網絡進行有機結合，完成人、車、路、云之間的多元信息傳遞，賦能智慧城市中交通系統(tǒng)各要素互聯(lián)互通。其中，無線通信網絡包含了服務于車與車、車與路的車聯(lián)網直連通信網絡(LTE-V2X)，以及服務于車與云、人與云，以及部分路與云的5G蜂窩通信網絡。車聯(lián)網無線通信的發(fā)展有效助力互聯(lián)互通，將汽車這一影響城市交通運轉效率的要素與智能交通路側設施互聯(lián)，提升交通信息發(fā)布與協(xié)同引導的效率，同時使得將汽車所產生的大量運轉數(shù)據和傳感數(shù)據高速傳輸至城市智慧交通平臺成為可能。此外，有線通信網絡主要指路側系統(tǒng)內部以及部分路與云的回傳網絡，可實現(xiàn)路側系統(tǒng)與多級平臺之間的信息交互，此部分可以有效復用智慧城市中智慧安防等系統(tǒng)部署的回傳網絡，提升智慧城市基礎設施的應用效率。

具體而言，針對直連通信，LTE-V2X已形成較為完善的技術標準體系和產業(yè)鏈，而NR-V2X技術標準有待驗證，未分配頻譜資源，相關產品尚未成熟。在技術與標準方面，國內LTE-V2X技術主要聚焦于進一步深化和優(yōu)化LTE-V2X應用, 3GPP NR-V2X標準仍在不斷演進過程中。國際標準組織3GPP完成了R17版本的 NR-V2X標準，進一步優(yōu)化功率控制、資源調度等相關技術[7]。產業(yè)發(fā)展方面，我國LTE-V2X產業(yè)蓬勃發(fā)展，國際影響力不斷加大。國內看，我國已建成基于LTE-V2X技術的完備產業(yè)鏈，芯片、模組、OBU、RSU等都已成熟且經過“三跨”“四跨”“新四跨”以及大規(guī)模測試，具備了商用部署的基礎條件。國際上，國外傳統(tǒng)一級汽車供應商(Tier 1)，如大陸、博世、哈曼、德爾福、LG等紛紛加大LTE-V2X車載終端的研發(fā)投入，LTE-V2X受重視程度不斷加深。在相關地區(qū)，路側基于LTE-V2X技術的直連通信終端成為智慧城市新型基礎設施的重要組成部分，有效豐富了路側智慧交通的服務形態(tài)。

針對蜂窩通信，隨著5G關鍵性能指標的顯著提升以及覆蓋面的不斷擴大，5G網絡從支持車載AR/VR等多元化信息娛樂服務，逐步向支撐車路協(xié)同應用、遠程遙控駕駛等方向演進。技術研究方面，國際5G汽車聯(lián)盟和歐洲5GCroCo項目，均開展了遠程遙控駕駛相關應用場景研究，并對通信系統(tǒng)能力提出相應需求；國內IMT-2020(5G)推進組C-V2X工作組探索基于5G網絡的車聯(lián)網應用相關技術架構和性能指標。產業(yè)發(fā)展方面，手機APP、小程序、智能后視鏡等具備5G通信能力的后裝設備及應用不斷涌現(xiàn)，正積極進行城市和高速公路環(huán)境下的車聯(lián)網服務探索。總的來說，LTE-V2X與5G融合，成為應用車聯(lián)網提高用戶觸達率和業(yè)務服務范圍的新趨勢，采用不同通信方式提供不同的應用服務，進一步豐富智慧城市面向交通領域的觸達手段[8]。

路側回傳網絡從以有線網絡為主的承載架構，不斷向有線/無線網絡并存的回傳架構演進。目前車聯(lián)網路側系統(tǒng)具有接入設備種類多、數(shù)據異構性強、融合傳輸量大的回傳需求，光纖網絡的鏈路穩(wěn)定性高、傳輸速率大、抗干擾能力強，是作為數(shù)據回傳的關鍵支撐網絡。但高速公路的大型橋隧、高架樞紐等特定場景，鋪設光纖網絡的施工難度大、部署成本高昂。因此，在滿足業(yè)務場景需求的前提下，部分城市在光纖回傳的基礎上探索疊加5G網絡回傳方案。在相關地區(qū)，采用回傳網絡與智慧城市總體骨干網絡復用的方式建設，提升了相關基礎設施的利用效率。

2.2 路側智能感知領域進展

以感知、計算、通信為核心的路側融合感知系統(tǒng)，向硬件功能集成化、建設部署敏捷化的方向演進。一方面，路側傳感器不斷向感知+計算功能一體化的形態(tài)升級。已具備攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等產品的企業(yè)，推出了具備結構化感知能力的傳感器，如智能球機融合了傳統(tǒng)攝像機與邊緣側感知識別算法、雷視融合系統(tǒng)實現(xiàn)了毫米波雷達與攝像頭的集成與融合，這些傳感器均已在道路感知、環(huán)境監(jiān)控等領域推廣部署。另一方面，路側融合感知系統(tǒng)向軟硬件解耦發(fā)展的趨勢初現(xiàn)，路側供應商、算法提供商、整體解決方案商等陸續(xù)自發(fā)地開展了相關探索工作，打造開放的、軟硬件解耦的產品體系[9]。

當前路側融合感知產業(yè)鏈處于快速發(fā)展階段，但現(xiàn)有技術與產品成熟度有待提升。受到硬件性能瓶頸、標定調試、融合算法設計等多方面因素的影響，當前主流產品在真實工況下的系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性以及與場景需求的匹配度等方面仍有提升空間。同時，路側融合感知系統(tǒng)上游供應鏈仍面臨較高技術壁壘，存在融合感知算法的泛化能力不足等問題。在部分城市，路側智能感知設施與安防、交通感知設備探索復用的實踐路徑，目前尚存在具體技術指標不一致、安裝點位訴求不相同等技術問題，需要進一步實踐打磨。

2.3 車聯(lián)網服務平臺領域進展

車聯(lián)網多層級平臺體系架構基本形成共識，核心業(yè)務逐步明晰。車聯(lián)網多層級平臺在部署層級上可分為“邊緣”“區(qū)域”“中心”三個維度。其中，邊緣平臺構筑在邊緣機房，提供小區(qū)級微觀交通服務。區(qū)域移動邊緣計算(MEC)平臺部署在邊緣MEC平臺之上，可與一個或多個邊緣MEC平臺聯(lián)動，提供大區(qū)級宏觀交通服務，實現(xiàn)更上層、更全局的用戶管理、數(shù)據匯聚和業(yè)務調度。中心平臺構筑在區(qū)域MEC平臺之上，作為業(yè)務應用頂層，提供廣域級宏觀交通服務。在服務屬性上可按照“業(yè)務面”與“管理面”進行分解。其中，在業(yè)務面上，各層級平臺聯(lián)合承載車聯(lián)網綜合數(shù)據底座、車路協(xié)同事件與消息服務等業(yè)務類功能，支撐車路協(xié)同輔助/自動駕駛應用、公共交通出行、交通管理管制等服務。在管理面上，各層級平臺協(xié)同負責路側基礎設施運維管理、車聯(lián)網用戶管理、平臺安全管理等管理類功能，為產業(yè)可持續(xù)化運營提供基礎支撐。平臺的業(yè)務面與管理面聯(lián)動配合，支撐實現(xiàn)車路協(xié)同場景。

車聯(lián)網服務平臺與智慧城市總體平臺融合發(fā)展中呈現(xiàn)兩方面特點。一是互聯(lián)網企業(yè)、智能交通集成商等依托其在城市大腦、傳統(tǒng)智能交通平臺等方面的積累，快速開發(fā)出車聯(lián)網與智慧城市、智慧交通融合的平臺產品并不斷迭代。此類平臺的成熟度、可用性、展示度較強，通常可部署在區(qū)域平臺或中心平臺，提升城市交通的調度管理能力及整體通行效率。二是面向智能網聯(lián)行駛安全、大數(shù)據流量等業(yè)務的邊緣平臺仍處于驗證階段。電信運營商積極聯(lián)合汽車與交通行業(yè)企業(yè)在各地方積極對“車路邊云”協(xié)同的網絡架構、端到端時延、應用場景可靠性等關鍵技術指標進行研究與驗證，推動實現(xiàn)邊緣側車聯(lián)網業(yè)務與高實時智慧城市業(yè)務的融合。

3 基于智慧城市的車聯(lián)網應用場景與運營模式

3.1 應用場景發(fā)展現(xiàn)狀

基于智慧城市與車聯(lián)網的融合體系，車聯(lián)網應用不斷創(chuàng)新發(fā)展。一是信息服務類應用基本普及，且在網聯(lián)技術賦能下實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。定位導航、車載娛樂等應用已較為成熟。同時隨著LTE-V2X技術推廣，交通信號燈信息下發(fā)等應用逐步驗證。此外，基于5G的車載軟件OTA升級等應用也不斷涌現(xiàn)。二是智能駕駛類應用加速滲透，并與網聯(lián)系統(tǒng)逐步耦合。我國先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)新車前裝率日益提升，2021年1—8月國內新車累計滲透率接近10%。同時，我國自動駕駛測試里程數(shù)也不斷攀升，以北京市為例，自動駕駛車輛道路測試安全行駛總里程突破300萬公里(截至2021年5月)。部分企業(yè)開展了融合LTE-V2X的智能駕駛應用驗證。例如，奧迪在無錫先導區(qū)推動協(xié)作型自適應巡航控制、基于信號燈信息的車速控制等融合應用的驗證與推廣。三是智慧交通類應用不斷深化，并且逐步衍生出新型場景。面向管理部門的交通治理、面向行業(yè)企業(yè)的運輸效率優(yōu)化等應用不斷深化，并且在網聯(lián)技術支撐下催生出新型場景。例如，長沙先導區(qū)開展了基于LTE-V2X的公交車輛優(yōu)先通行應用，有效縮短了高峰期公交車運行周期；常熟示范區(qū)對公交車及其沿途道路基礎設施進行智能化和網聯(lián)化改造，創(chuàng)新設置車載交通誘導屏、車尾燈態(tài)情報板，實現(xiàn)弱勢交通參與者(主要是行人和非機動車)闖入提示和車尾信息發(fā)布等多種功能，提高了公交運營安全和效率[10]。

3.2 場景功能視角

在城市復雜的路網、多元的交通對象、龐大的出行需求背景下，交通效率提升、交通安全保障、新型交通服務是車聯(lián)網在城市場景應用中的主要價值目標。而針對交通運行數(shù)據的挖掘運用亦成為當下熱門方向之一。面向政府部門，車聯(lián)網應用目標主要包括優(yōu)化城市交通效率、改善交通安全和提升交通管理精度等方面。面向城市交通服務企業(yè)，車聯(lián)網主要服務于公交系統(tǒng)運行效率提升、運行安全性保障和交通運輸資源靈活配置。面向個人用戶，車聯(lián)網聚焦于司機、乘客的出行體驗和駕駛安全提升需求。智慧城市場景下的車聯(lián)網應用功能視圖如圖2所示。

圖2 智慧城市場景下的車聯(lián)網應用功能視圖

在智慧城市場景下，車聯(lián)網可以為各方使用主體提供多種形態(tài)的服務模式，滿足多種需求。對于交通主管部門，車聯(lián)網系統(tǒng)通過信號燈配時優(yōu)化、綠波通行等場景應用，有效提高城市交通效率；通過超速預警、闖紅燈預警、盲區(qū)預警等場景應用，提升交通安全；通過事故識別、異常行為上報、特殊車輛優(yōu)先通行等場景應用，提升交通管理精度。對于交通規(guī)劃部門，車聯(lián)網系統(tǒng)匯聚的道路運行數(shù)據、車輛軌跡數(shù)據等數(shù)據資源，能為城市交通規(guī)劃決策提供大數(shù)據支撐，進而科學地開展道路改擴建、車道管理、新建道路規(guī)劃。對于城市公交企業(yè)，車聯(lián)網系統(tǒng)通過信號燈配時策略建議，實現(xiàn)公交優(yōu)先，提升公交車的運行效率；通過共享感知、盲區(qū)預警等場景應用提升公交車運行安全性；通過平臺優(yōu)化，精準調度公交車輛，動態(tài)優(yōu)化調整發(fā)車頻率甚至運行路線，實現(xiàn)交通運輸資源的靈活配置，打造精準公交、定制公交。對于個人用戶，車聯(lián)網系統(tǒng)通過信號燈信息下發(fā)、路徑建議等場景應用，支撐綠波通行、自適應巡航控制等功能；通過感知信息共享、盲區(qū)預警等場景應用，支撐碰撞警告、自動緊急制動等功能；通過高精度定位、高精地圖下發(fā)等場景應用，支撐自動駕駛等功能；通過近場支付等場景應用，支撐停車無感支付等功能。

3.3 場景運營價值鏈條

在商業(yè)模式方面，城市場景下的車聯(lián)網生態(tài)包括供應端、運營端和用戶端，價值鏈條順次展開。其中，供應端方面，企業(yè)圍繞城市車聯(lián)網系統(tǒng)建設，提供路側設施、云控平臺、高精定位、高清地圖、車載終端等設備和服務，獲取商業(yè)回報。運營端方面，城市車聯(lián)網基礎設施運營主體為各類用戶提供多形態(tài)服務，獲取服務回報；停車場等關聯(lián)主體通過平臺引流獲取停車收益。用戶端方面，主機廠通過車聯(lián)網功能獲取車輛溢價；公交企業(yè)通過提升公交運行效率提升服務水平。智慧城市場景下的車聯(lián)網價值鏈條如圖3所示。

圖3 智慧城市場景下的車聯(lián)網價值鏈條

4 車聯(lián)網與智慧城市融合發(fā)展展望

當前，國家政策積極鼓勵車聯(lián)網與智慧城市協(xié)同創(chuàng)新、融合發(fā)展，住房和城鄉(xiāng)建設部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合確定北京、上海、廣州、武漢等16個城市為智慧城市基礎設施與智能網聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展試點城市，促進智能網聯(lián)汽車產業(yè)發(fā)展與智慧城市建設高度協(xié)同，探索汽車產業(yè)轉型和城市建設轉型的新路徑[11]。在相關政策加持下，車聯(lián)網與智慧城市的協(xié)同正處于基礎設施建設與應用推廣齊頭并進的重要窗口期，應用體系逐漸成為帶動產業(yè)技術體系、產品功能、服務模式發(fā)展的重要牽引。在此過程中，產業(yè)各方在前期基本已經驗證了技術與標準的可行性基礎之上，逐步推動車聯(lián)網與汽車、交通等行業(yè)，以及與智慧城市整體建設的深度融合，驗證各種實際場景下車聯(lián)網功能的可用性、易用性，證明車聯(lián)網整體系統(tǒng)對于城市治理、民生服務的實用價值。進一步地，各方從商業(yè)視角出發(fā)，逐步探尋其中的規(guī)?；逃寐窂剑绕涫窃谄脚_、數(shù)據、公共服務等維度重點挖掘，努力推動車聯(lián)網逐步走向商業(yè)閉環(huán)，更好地賦能智慧城市發(fā)展，服務市民智慧出行。

5 結束語

本文分析了車聯(lián)網與智慧城市融合的體系架構，重點探索了車聯(lián)網與智慧城市的產業(yè)和技術融合發(fā)展的最新情況，分別從功能視角和價值鏈條的視角提煉了智慧城市場景下車聯(lián)網的場景和運營模式，分析了在政策引導下車聯(lián)網與智慧城市的融合發(fā)展趨勢。關于車聯(lián)網賦能智慧城市融合創(chuàng)新發(fā)展，需要進一步調研分析各城市開展相關試點示范的具體情況，結合建設與運營的實際情況，給出未來發(fā)展建議。