車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)推廣路線與場景應(yīng)用模式研究

康陳，葛雨明，侯世偉，王晶

（1.中國信息通信研究院，北京 100191；2.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新與測試評價工業(yè)和信息化部重點實驗室（中國信息通信研究院），北京 100191）

0 引言

車聯(lián)網(wǎng)是先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合的新業(yè)態(tài)，世界相關(guān)主要國家和地區(qū)均重點布局車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前，我國車聯(lián)網(wǎng)正處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與應(yīng)用推廣齊頭并進(jìn)的重要窗口期，應(yīng)用服務(wù)體系逐漸成為帶動產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、產(chǎn)品功能、服務(wù)模式發(fā)展的重要牽引。城市道路是開展車聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用的重要環(huán)境，產(chǎn)業(yè)各方逐步推動城市環(huán)境下車聯(lián)網(wǎng)與汽車、交通等行業(yè)的深度融合應(yīng)用，驗證各種實際場景下車聯(lián)網(wǎng)功能的可用性、易用性，證明車聯(lián)網(wǎng)整體系統(tǒng)的實用價值。更進(jìn)一步地，各方從商業(yè)視角出發(fā)，逐步探規(guī)?；逃寐窂剑绕涫窃谄脚_、數(shù)據(jù)、公共服務(wù)等維度重點挖掘，努力推動車聯(lián)網(wǎng)逐步走向商業(yè)閉環(huán)。

1 國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線與實際進(jìn)展

世界各方都已經(jīng)將車聯(lián)網(wǎng)V2X 無線通信技術(shù)發(fā)展看作是技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)培育和交通運輸服務(wù)變革的重要方向。目前國際上主流的V2X 無線通信技術(shù)有IEEE802.11p 和C-V2X（Cellular-V2X）兩條技術(shù)路線。IEEE 802.11p 技術(shù)方面，恩智浦、Autotalk 等芯片公司已開發(fā)802.11p 商用芯片，Cohda Wireless、Savari 等已可以提供車載終端和路側(cè)單元。C-V2X 技術(shù)包含當(dāng)前的LTE-V2X 技術(shù)以及向后演進(jìn)的5G-V2X 技術(shù)，目前大唐、華為、高通可對外提供芯片組。與此同時，華為、大唐、星云互聯(lián)等公司基于商用模組和芯片已經(jīng)可以提供車載終端和路側(cè)單元設(shè)備。

1.1 中國堅定發(fā)展C-V2X產(chǎn)業(yè)，車聯(lián)網(wǎng)新基建快速發(fā)展

當(dāng)前，我國大力發(fā)展C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，車聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施快速落地并初見成效。從2019 年至今，工信部先后批復(fù)江蘇（無錫）、天津（西青）、湖南（長沙）、重慶（兩江新區(qū)）四個國家級車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)，積極推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、互聯(lián)互通驗證、規(guī)?；圏c示范等，形成了廣泛布局、重點突破、具有地方特色的發(fā)展格局。同時，推動京滬高速公路車聯(lián)網(wǎng)升級，打造國內(nèi)首條車路協(xié)同的車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)性應(yīng)用示范高速公路，賦能干線物流。2021 年5 月，住建部和工信部確定北京、上海、廣州、武漢、長沙、無錫6 個城市為智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展第一批試點城市，不斷提升智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施智能化水平、實現(xiàn)不同等級智能網(wǎng)聯(lián)汽車在特定場景下的示范應(yīng)用。車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施部署有序推進(jìn)，已有3 500 多公里的道路實現(xiàn)智能化升級，20 余個城市和多條高速公路完成了3 000 余臺C-V2X 路側(cè)單元部署。

1.2 美國車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程曲折，當(dāng)前以服務(wù)自動駕駛為目標(biāo)

美國政府從20 世紀(jì)90 年代開始即開始推動智能交通系統(tǒng)部署，布局車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。美國交通部自1995 年開始發(fā)布《智能交通系統(tǒng)(ITS) 戰(zhàn)略規(guī)劃》，其在2020 年最新發(fā)布的《ITS 戰(zhàn)略規(guī)劃2020-2025》中，明確了“加速應(yīng)用ITS，轉(zhuǎn)變社會運行方式”的愿景，提出關(guān)注5G等創(chuàng)新技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用。前期，美國主要采用基于IEEE 802.11p（DSRC）標(biāo)準(zhǔn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全美國共有約35 萬個交叉口，已經(jīng)約部署了5 300 余套基于DSRC 技術(shù)的路側(cè)單元，分布在全美26個州，共推廣約1.8 萬套車載終端。例如懷俄明州交通局牽頭，專注州際高速公路車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，沿I-80 高速公路部署大約75 套路側(cè)單元、400 套車載終端。主要部署商用車、重型卡車不少于150 輛，重點服務(wù)貨物途經(jīng)I-80東西走廊時的高效和安全運輸。但由于DSRC 在性能上存在局限性——難以支持高速移動場景，移動速度一旦提高，DSRC 信號就開始驟降、可靠性差、時延抖動較大，同時由于DSRC 技術(shù)的組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元，硬件新建成本較大。所以很長一段時間，DSRC 一直處于測試階段，未能實現(xiàn)規(guī)?；茝V。2020 年11 月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式投票決定將之前預(yù)留給DSRC的5.9 GHz 頻段（5.850—5.925 GHz）劃撥給Wi-Fi 和C-V2X 使用。2021 年3 月，美國聯(lián)邦公路局發(fā)布了《自動駕駛對公路基礎(chǔ)設(shè)施的影響》報告，詳細(xì)分析了自動駕駛對公路物理基礎(chǔ)設(shè)施、交通控制設(shè)備、運輸管理和運營系統(tǒng)、多式聯(lián)運基礎(chǔ)設(shè)施的影響。目前，美國已在加利福尼亞州圣迭戈和密西根州底特律進(jìn)行C-V2X 試驗。

1.3 日本車聯(lián)網(wǎng)布局起步較早，主要面向智慧交通服務(wù)

日本是較早開展道路交通智能化管理的國家，早在上世紀(jì)90 年代便由日本警察廳、總務(wù)省、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和國土交通省等聯(lián)合制定了《日本智能交通系統(tǒng)（ITS）框架體系》，通過頂層設(shè)計將公路建設(shè)與信息通信系統(tǒng)、交通信號等協(xié)同考慮，實現(xiàn)輔助駕駛、導(dǎo)航、自動收費、車輛管理和行人輔助等多種功能服務(wù)。經(jīng)過不斷發(fā)展，日本ITS 系統(tǒng)成為世界首個通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的高容量雙向通信的車路協(xié)同系統(tǒng)。日本智能交通系統(tǒng)建設(shè)注重中央層面的系統(tǒng)統(tǒng)籌，在日本道路交通情報中心（公益財團(tuán)法人）成立了道路交通情報通信系統(tǒng)（VICS,Vehicle Information and Communication System）中心。警察部門及國土交通廳將交通路況信息提供給VICS 中心，導(dǎo)航儀企業(yè)和車商向VICS 中心繳納交通信息授權(quán)使用費，而車載終端用戶則通過購買終端，享受導(dǎo)航、輔助安全駕駛、實時路況信息播報、不停車收費、路費優(yōu)惠等功能服務(wù)，從而形成了相對閉環(huán)的應(yīng)用推廣模式。由于其免費提供服務(wù)，使得終端滲透率達(dá)到90%。日本車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣模式如圖1 所示。

圖1 日本車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣模式

2 我國車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣進(jìn)展

我國城市路網(wǎng)復(fù)雜、交通對象多元、出行需求龐大，交通效率提升、交通安全保障、新型交通服務(wù)是車聯(lián)網(wǎng)在城市場景應(yīng)用中的主要價值目標(biāo)，而針對交通運行數(shù)據(jù)的挖掘運用亦成為當(dāng)下熱門方向之一。當(dāng)前，我國車聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)類應(yīng)用基本普及，且在網(wǎng)聯(lián)技術(shù)賦能下實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。隨著車聯(lián)網(wǎng)直連通信技術(shù)和蜂窩通信技術(shù)的不斷發(fā)展，定位導(dǎo)航、車載娛樂等應(yīng)用已較為成熟，紅綠燈狀態(tài)提醒、綠波通行等應(yīng)用逐步驗證，車載軟件OTA 升級、AR 導(dǎo)航等應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。智能駕駛類應(yīng)用加速滲透，且與網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)逐步耦合。我國先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）新車前裝率日益提升，2021 年1-8 月份國內(nèi)新車?yán)塾嫕B透率接近10%。同時，我國自動駕駛測試?yán)锍虜?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(yīng)用驗證。例如，奧迪在無錫先導(dǎo)區(qū)推動協(xié)作型自適應(yīng)巡航控制、基于信號燈信息的車速控制等融合應(yīng)用的驗證與推廣；輕舟智航在蘇州推動網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛公交示范運行。智慧交通類應(yīng)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(yīng)用不斷深化，且在新型技術(shù)支撐下催生出新型場景。例如，長沙先導(dǎo)區(qū)開展的基于LTE-V2X 的公交車輛優(yōu)先通行應(yīng)用，有效縮短了高峰期公交運行周期；襄陽開展的基于路側(cè)感知數(shù)據(jù)的信號燈配時策略優(yōu)化應(yīng)用，提升了路口通行效率。

2.1 功能視圖

面向交通主管部門，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過信號燈配時優(yōu)化、綠波通行等場景應(yīng)用，有效提高城市交通效率；通過超速預(yù)警、闖紅燈預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警等場景應(yīng)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(yīng)用，提升交通管理精度。面向交通規(guī)劃部門，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)匯聚的道路運行數(shù)據(jù)、車輛軌跡數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源，能為城市交通規(guī)劃決策提供大數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而科學(xué)地開展道路改擴(kuò)建、車道管理、新建道路規(guī)劃。

面向城市公交運輸企業(yè)，車聯(lián)網(wǎng)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(yù)警等提升公交車運行安全性；通過平臺優(yōu)化，精準(zhǔn)調(diào)度公交車輛，動態(tài)優(yōu)化調(diào)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(zhǔn)公交、定制公交。

面向個人用戶，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過信號燈信息下發(fā)、路徑建議等場景應(yīng)用，支撐綠波通行、自適應(yīng)巡航控制等功能；通過感知信息共享、盲區(qū)預(yù)警等場景應(yīng)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(yīng)用，支撐自動駕駛等功能；通過近場支付等場景應(yīng)用，支撐停車無感支付等功能。城市道路場景下的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能視圖如圖2 所示。

圖2 城市道路場景下的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能視圖

2.2 價值鏈條

如圖3 所示，城市場景下的車聯(lián)網(wǎng)價值鏈條主要包括供應(yīng)商、運營和用戶三個環(huán)節(jié)。其中，在供應(yīng)商環(huán)節(jié)，相關(guān)企業(yè)通過提供路側(cè)通信與感知設(shè)備、智能網(wǎng)聯(lián)云平臺、高精度定位服務(wù)、高清地圖服務(wù)等車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備和服務(wù)，獲取商業(yè)回報。在運營環(huán)節(jié)，城市車聯(lián)網(wǎng)運營主體，為各類用戶提供多形態(tài)服務(wù)，獲取服務(wù)回報；同時運營主體為政府部門提供數(shù)據(jù)服務(wù)，并從政府部門獲得交通信息。在用戶環(huán)節(jié)，汽車企業(yè)通過車聯(lián)網(wǎng)功能獲取汽車產(chǎn)品溢價；運輸服務(wù)企業(yè)通過提升運輸效率，提升服務(wù)水平；個人用戶通過獲得車聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)，提升車輛駕駛感受，并承擔(dān)車輛產(chǎn)品與服務(wù)價格提升的代價。

圖3 城市道路場景下的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用價值鏈條

2.3 典型案例

各先導(dǎo)區(qū)、示范區(qū)在面向行業(yè)企業(yè)、政府部門、個人用戶等多種需求的應(yīng)用驗證與推廣方面均取得了顯著進(jìn)展。長沙先導(dǎo)區(qū)打造了基于LTE-V2X 的智慧公交場景應(yīng)用，在智慧公交315 號、3 號、9 號線上實現(xiàn)了商用運營，日均服務(wù)乘客約3 萬人，實現(xiàn)了公交信號優(yōu)先、交通燈穿透等多項功能。在優(yōu)先通行功能中，公交車主動向路側(cè)設(shè)備發(fā)送包含車輛位置、速度、乘客數(shù)、準(zhǔn)點狀態(tài)等數(shù)據(jù)，路側(cè)計算設(shè)備據(jù)此生成公交信號優(yōu)先策略，通過紅燈縮短、綠燈延長等方式實現(xiàn)公交優(yōu)先通行；在交通燈透傳功能中，公交可將與路側(cè)設(shè)備通信得到的交通燈信息通過車尾標(biāo)識牌顯示出來，以避免對后車的遮擋。經(jīng)統(tǒng)計，315 號線平均行程時間優(yōu)化12.6%，平均行程車速提升14%。無錫先導(dǎo)區(qū)大力推廣智慧出行服務(wù)應(yīng)用，在600 余個點位上建設(shè)了車聯(lián)網(wǎng)路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，打造車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)平臺，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)用戶位置、交通信號燈狀態(tài)、交通事件等信息在平臺匯聚，并開發(fā)了面向個人用戶的“智行無錫”App。既可通過終端App 為用戶提供車內(nèi)標(biāo)牌、綠波車速引導(dǎo)等服務(wù)，同時也與圖商等第三方合作為用戶提供智慧出行服務(wù)。

2.4 發(fā)展短板

一是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，跨部門協(xié)作與數(shù)據(jù)共享存在一定困難。道路智能化建設(shè)涉及管理部門多，需要與施工建設(shè)、市政管理、交通管理、網(wǎng)絡(luò)改造等多部門溝通，成熟的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制尚未建立，間接提高了建設(shè)周期和成本。此外，跨行業(yè)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接面臨一定困難，全面數(shù)據(jù)開放與共享未能實現(xiàn)，行業(yè)壁壘仍然一定程度存在?？傮w上，我國城市道路、高速公路屬地化管理的狀況，可能導(dǎo)致路側(cè)信息化的服務(wù)能力碎片化，無法保證一致性的用戶體驗。二是在車載終端滲透方面，終端滲透率低是車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須克服的痛點問題，由于必須在車輛上安裝專用的LTE-V2X 車載終端，眾多存量車主后裝動力不足，這可能導(dǎo)致有著豐富的信息化和智慧化能力的車聯(lián)網(wǎng)示范工程不能真正為用戶所使用。總體上，車聯(lián)網(wǎng)價值的驗證需要一定過程，可能導(dǎo)致車載終端滲透短時間內(nèi)難以快速提升，無法保證應(yīng)用規(guī)?；茝V。

3 結(jié)束語

總體而言，從上述主要國家的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線和我國車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣進(jìn)展情況可以看出，一是由于車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施屬性強(qiáng)，投資規(guī)模較大，因此需要有明確的技術(shù)路線選擇，提升基礎(chǔ)設(shè)施投資效率，左右搖擺可能導(dǎo)致前期投資無法形成效益；二是由于車聯(lián)網(wǎng)需要車載終端滲透率提升配合應(yīng)用，形成車端推廣與路側(cè)建設(shè)相互促進(jìn)的良性循環(huán)，因此需要有明確的應(yīng)用場景和車載終端推廣模式，形成商業(yè)上的閉環(huán)；三是車聯(lián)網(wǎng)跨地域應(yīng)用屬性強(qiáng)，跨行業(yè)信息來源需求明確，因此需要在開展系統(tǒng)的頂層設(shè)計，明確跨交通部門、公安部門、汽車行業(yè)的信息協(xié)同機(jī)制，如建立統(tǒng)一的信息匯聚與發(fā)布服務(wù)平臺及其運營機(jī)構(gòu)，也將更有利于開展規(guī)?；能嚶?lián)網(wǎng)服務(wù)。