賀安欣　高立志　朱芬　夏寧馨

摘 要：車路協(xié)同是當(dāng)前研究的熱點問題之一，從車、路、云平臺三個角度分析了車路協(xié)同，提出了著重發(fā)展以道路為核心的車路協(xié)同。提出了車路協(xié)同的4個發(fā)展階段：無協(xié)同、初級協(xié)同、中級協(xié)同、高級協(xié)同，其中中級協(xié)同又包括以車為主和以路為主的兩個典型狀態(tài)。提出了從當(dāng)前位置的初級-中級車路協(xié)同到將來的高級車路協(xié)同的5條發(fā)展路徑。鑒于當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展、行業(yè)特征以及相關(guān)政策、法律法規(guī)支持等，選擇主要發(fā)展道路設(shè)施，車輛的自動化等級的提高能加快其進入高級協(xié)同階段的發(fā)展路徑，更符合現(xiàn)狀以及長期發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：車路協(xié)同 發(fā)展階段 發(fā)展路徑

Vehicle-Road Cooperative Development Stages and Path

He Anxin Lu Jun Xia Ningxin

Abstract：Vehicle-road collaboration is one of the current hot research issues. Vehicle-road collaboration is analyzed from the perspectives of vehicle， road， and cloud platform， and the road-centric，and the vehicle-road collaboration are proposed. Four development stages of vehicle-road coordination are proposed： no coordination， primary coordination， intermediate coordination， and advanced coordination. Intermediate coordination includes two typical states of vehicle-oriented and road-oriented. Five development paths are proposed from the primary-intermediate vehicle-road coordination at the current location to the advanced vehicle-road coordination in the future. In view of the current technological development， industry characteristics and related policies， legal and regulatory support， etc.， are discussed to help develop road facilities mainly. The improvement of the automation level of vehicles can accelerate their development path into the advanced coordination stage， which is more in line with the status quo and long-term development goals.

Key words：vehicle-road coordination， development stage， development path

1 緒論

1.1 車路協(xié)同概念及內(nèi)涵

車路協(xié)同（Cooperative Vehicle Infrastructure System， CVIS）是采用先進的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上，全方位實現(xiàn)車-車、車-路動態(tài)實時數(shù)據(jù)交互及車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，提升交通安全，提高通行效率1，2。

車路協(xié)同一詞是國內(nèi)對cooperative ITS和connected vehicle不完整的翻譯，這個概念最開始由歐洲提出，在2009年歐洲與美國簽訂的政府備忘錄中，被正式命名為車路協(xié)同3。車路協(xié)同是智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System， ITS）的最新發(fā)展方向，是交通智能化的核心，是輔助智能網(wǎng)聯(lián)汽車完成高度自動化行駛的重要手段。車路協(xié)同主要由智能路側(cè)系統(tǒng)、智能車載系統(tǒng)和云平臺三個部分組成。其中，車載系統(tǒng)負責(zé)采集自身車輛狀態(tài)信息和感知周圍行車環(huán)境;智能路側(cè)系統(tǒng)負責(zé)采集交通流信息（車流量、平均車速等）和道路異常信息、道路路面狀況、道路幾何狀況等;云平臺主要是負責(zé)整個系統(tǒng)的通訊和實現(xiàn)路側(cè)設(shè)備與車載設(shè)備之間的信息交互。

從智能汽車發(fā)展角度看，車路協(xié)同是智能汽車發(fā)展在產(chǎn)業(yè)化輔助階段的重要組成，在智能汽車未達到完全的無人駕駛階段前，通過車路協(xié)同，達到行駛安全、舒適的功能。

以道路為核心出發(fā)，車路協(xié)同更側(cè)重公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能化、自動化，交通系統(tǒng)能夠?qū)崟r感知道路、車輛與行人的各種狀況，通過路網(wǎng)的采集、過濾、分析、處理能力，使人、車、路能夠高度協(xié)同。

在云平臺立場上，車路協(xié)同的本質(zhì)是信息交互。所有的交通要素的狀態(tài)信息都實施了數(shù)字化采集，同時通過先進的通信技術(shù)進行快速交換。交通參與者可以根據(jù)交互的信息進行協(xié)同，交通管控中心則對收集到的海量信息進行大數(shù)據(jù)分析提取，從而進行全局交通管控。

車與路都是非常傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，一直以來的重心都在其功能性上，導(dǎo)致車與路分離的狀態(tài)，車路協(xié)同能夠改變現(xiàn)狀。提高交通效率、保證交通安全，是車路協(xié)同背后隱藏的巨大價值，也逐漸成為智慧交通規(guī)劃中的共識。對車路協(xié)同的理解隨行業(yè)、位置等各有側(cè)重，毋庸置疑的是車路協(xié)同的具體措施應(yīng)當(dāng)落實在汽車與道路的管理與控制上，而不單單是將現(xiàn)實交通數(shù)字化。車路協(xié)同發(fā)展的標(biāo)志之一是道路運載工具的高度智能化，從1936年出現(xiàn)自動駕駛，傳感技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等先進技術(shù)便紛紛被應(yīng)用在這個領(lǐng)域，到現(xiàn)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)有條件的自動駕駛，而鑒于自動駕駛傳感器價格高、技術(shù)要求高、可靠性和穩(wěn)定性差，何時能夠?qū)崿F(xiàn)完全的無人駕駛尚不清晰。智能公路使智能網(wǎng)聯(lián)汽車提高行駛環(huán)境感知和適應(yīng)能力，是提升車輛自動化水平的可靠保障。然而，現(xiàn)今的道路設(shè)施大都無法支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，存在較大的提升空間。因此，要想實現(xiàn)車路協(xié)同的最終目標(biāo)，當(dāng)務(wù)之急是大力發(fā)展以道路為核心的車路協(xié)同。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

健全的道路運輸系統(tǒng)是社會經(jīng)濟文化發(fā)展的必要，在公路里程、城市機動車保有量不斷增長的同時，道路交通通行效率低下、安全水平下降、數(shù)據(jù)共享、污染能耗等問題日漸突出，如何高效地應(yīng)對此類問題成為各國政府的關(guān)注點之一，車路協(xié)同在此孕育而生，并受到國家、政府、社會的高度關(guān)注。

各國先后推出了與車路協(xié)同相關(guān)的研究計劃，如美國的IntelliDrive、歐盟的COOPERS、日本的SmartWay、我國863計劃中的I-VICS等。車路協(xié)同在通行效率、交通安全、和節(jié)能環(huán)保中發(fā)揮重要作用，總的來說，其功能可被概括為駕駛安全、交通效率、信息服務(wù)、管理綜合四大類。與車路協(xié)同有關(guān)的技術(shù)研究是關(guān)注的重點，如高精度定位與導(dǎo)航技術(shù)、激光測距技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、機器學(xué)習(xí)、邊緣計算、控制技術(shù)、無線充電技術(shù)等。通過技術(shù)的集成，實現(xiàn)車路協(xié)同單個功能的研究較多，如在信號交叉口4、無信號交叉口5、路段掉頭6、實時交通狀態(tài)7、車輛跟馳8等。車路協(xié)同的場景測試工作在各示范區(qū)火熱推進。

在車路協(xié)同的技術(shù)和功能研究上，取得了一系列的成果，且部分成果已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)實交通管制中，如智能網(wǎng)聯(lián)測試示范區(qū)與智慧高速公路的建設(shè)。與自動駕駛技術(shù)與自動駕駛基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展相同，車路協(xié)同從提出到實現(xiàn)，是一個相當(dāng)漫長的過程。當(dāng)前，全球在自動駕駛技術(shù)與自動駕駛基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展階段定義上，有較統(tǒng)一的標(biāo)準可依，而車路協(xié)同的發(fā)展階段卻沒有權(quán)威機構(gòu)定義。但是，一個清晰明確的車路協(xié)同發(fā)展階段劃分以及其可能的發(fā)展路徑描述，對車路協(xié)同相關(guān)研究工作的進行及其落地的實施步驟有積極推進作用。因此，有必要深入分析車路協(xié)同的發(fā)展階段及發(fā)展路徑。

2 車路協(xié)同發(fā)展階段

車路協(xié)同與道路設(shè)施、自動駕駛技術(shù)的發(fā)展有密切聯(lián)系。車路協(xié)同的歷史演變，從車與路之間是否主動進行信息交互角度出發(fā)，可大致分為四個階段：無協(xié)同、初級協(xié)同、中級協(xié)同、高級協(xié)同，如圖1所示。各階段在車載設(shè)備、路側(cè)設(shè)施、交通信息采集、車路信息交互、駕駛指令和操作的比較如表1所示。（注：自動駕駛技術(shù)等級來自美國汽車工程師學(xué)會SAE，道路分級標(biāo)準來自歐盟的自動駕駛基礎(chǔ)設(shè)施分級）

無協(xié)同階段：車與路之間完全沒有主動信息交互，完全憑借駕駛?cè)藛T主動獲取路側(cè)的信息，實施相對應(yīng)的駕駛行為，達到安全駕駛、減少通行時間、降低能耗的目的。交通信號燈、交通標(biāo)志標(biāo)線是該階段的主要路側(cè)設(shè)施設(shè)備，這些設(shè)施設(shè)備的使用，極大的降低了事故的發(fā)生。從交通信號燈、交通標(biāo)志標(biāo)線對交通系統(tǒng)起到的積極作用，在一定程度上，明確了發(fā)展車路協(xié)同系統(tǒng)的需要以及推行車路協(xié)同系統(tǒng)的必要。

初級協(xié)同階段：車與路之間存在主動信息交互過程，通過在車端與路側(cè)安裝特定功能的設(shè)備，可實現(xiàn)單個車路協(xié)同功能，如ETC自動收費、公交優(yōu)先信號控制等。車載設(shè)備、智能信號控制器、毫米波雷達、激光雷達、視頻攝像頭、通信設(shè)備、高精度地圖、云平臺等在此階段發(fā)揮著重要作用。初級協(xié)同階段實現(xiàn)的車路協(xié)同功能在提高道路通行效率、避免道路擁堵、節(jié)能環(huán)保方面都有立竿見影的效果，但駕駛員仍然是不可或缺的。雖然在初級協(xié)同階段，能夠解決當(dāng)前面臨的一些問題，但對更高級的車路協(xié)同系統(tǒng)的追求仍然是努力的方向。

中級協(xié)同階段：車與路之間主動進行信息交互，在車輛、路側(cè)通過安裝各種需要的設(shè)備，功能涉及駕駛安全、交通效率、信息服務(wù)、管理綜合中部分功能。此階段有以車為主和以路為主兩個典型狀態(tài)，主要區(qū)別是車載設(shè)備與路側(cè)設(shè)施的完備程度，交通信息采集的主體。以車為主的中級協(xié)同階段，車載設(shè)備獲取交通信息的能力遠大于道路，道路的主要功能依然停留在物理支持程度，信息化、智能化、自動化有待增強。以路為主的中級協(xié)同階段，交通信息收集、數(shù)據(jù)處理、控制指令、控制操作大多由道路來完成，處理后的交通信息通過路側(cè)設(shè)備發(fā)送指令至車輛，車輛通過接收指令，來完成相應(yīng)操作。在特殊情況下，需要駕駛員的干預(yù)。

高級協(xié)同階段：車與路之間主動進行完全的信息交互，在車輛、路側(cè)通過安裝各種需要的設(shè)備，達到車路協(xié)同系統(tǒng)的最終目的。更加先進的車載設(shè)備、智能信號控制器、毫米波雷達、激光雷達、視頻攝像頭、通信設(shè)備、高精度地圖、云平臺、邊緣計算等都將在此階段應(yīng)用以充分服務(wù)于車路協(xié)同系統(tǒng)。在此階段，車與路的“默契”程度達到最高，車輛不再必須依靠駕駛?cè)说母兄c行動來獲取信息和采取相應(yīng)措施，能夠更及時的感知交通流狀態(tài)并且預(yù)知潛在危險，能夠高度自動化的行駛，并基于感知信息優(yōu)化本車的運行狀態(tài)從而提高運行效率，保障運行安全。

車路協(xié)同系統(tǒng)是解決當(dāng)前道路交通矛盾、提高通行效率、減少污染的有效途徑。在車路協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展中，階段性的實現(xiàn)系統(tǒng)功能，通過多種信息的融合統(tǒng)一實現(xiàn)高級的車路協(xié)同系統(tǒng)功能是當(dāng)前的發(fā)展支撐戰(zhàn)略。

3 車路協(xié)同的發(fā)展路徑

對當(dāng)前車路協(xié)同的位置的充分了解，是分析車路協(xié)同未來發(fā)展的前提。截至2020年6月，L2級智聯(lián)網(wǎng)聯(lián)車輛已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，全球范圍內(nèi)還沒有針對L3級自動駕駛汽車的法律框架，L3級量產(chǎn)車的落地還需要一段時間，但各車企對L3級車輛的研發(fā)、測試從未停止。中國道路系統(tǒng)路網(wǎng)龐大且復(fù)雜，管理相對落后，其發(fā)展較車輛相對緩慢。在大部分道路，還處于E階段，一些城市主干道、高速公路處于D階段，也有少量路段達到C等級。無感通行、盲區(qū)監(jiān)測、綠波通行等是當(dāng)前車路協(xié)同的主要體現(xiàn)形式。按照車輛量產(chǎn)情況以及主干道實際支持情況，當(dāng)前的自動駕駛和道路分別位于L2和C階段，車路協(xié)同L2/C對應(yīng)的部分協(xié)同階段，如圖1所示。

3.1 發(fā)展路徑

從當(dāng)前位置的初級-中級車路協(xié)同，要想達到將來的高級車路協(xié)同，具體來說，有5條路徑，如圖1所示，各路徑的車路協(xié)同在發(fā)展過程中的技術(shù)特征及外在呈現(xiàn)有所差異。

路徑1是著眼于自動駕駛技術(shù)，不斷的提高車輛的自動化水平，車輛自動化水平達到L4等級，再轉(zhuǎn)向交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)發(fā)展。激光雷達、毫米波雷達、高清攝像頭、車載終端等車載設(shè)備發(fā)展迅速，車輛快速獲取低時延信息、處理信息以及作出決策、實施控制的能力逐漸增強，逐步實現(xiàn)在設(shè)計工況下自動駕駛。前期，路側(cè)主要功能是進行駕駛輔助，在中后期，路側(cè)設(shè)備的完善，進入全面的車路協(xié)同。

路徑2是將車輛與道路的發(fā)展同等重視，二者發(fā)展步調(diào)基本一致。車輛自動化的提升，促使道路往信息化、智能化、自動化方向發(fā)展;同樣，交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的進步，亦推動車輛自動化的前進。二者為達到全面協(xié)同的目標(biāo)，在功能上取長補短，相輔相成。

路徑3是先以道路基礎(chǔ)設(shè)施為發(fā)展對象，重點發(fā)展道路的信息化、智能化、自動化，道路設(shè)施達到A級后，再轉(zhuǎn)向A以達到車路協(xié)同的目的。車輛行駛在復(fù)雜的道路路網(wǎng)，依靠發(fā)達的信息網(wǎng)，高度智能化、自動化的路側(cè)設(shè)備將實現(xiàn)對車輛的控制。

路徑4是以車輛自動化發(fā)展為主線，在技術(shù)或?qū)嶋H需要時，輔以道路等級的提升，實現(xiàn)高級的車路協(xié)同;路徑5是主要發(fā)展道路設(shè)施，車輛的自動化等級的提高能加快其進入高級協(xié)同階段。路徑4和5，在一定程度上可看作是路徑2的衍生路徑。

3.2 發(fā)展建議

從政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化等角度分析，自動駕駛汽車發(fā)展總體超前道路設(shè)施。道路系統(tǒng)與社會經(jīng)濟發(fā)展、文化交流的重要紐帶，其發(fā)展與國家、政府、社會、企業(yè)、個人的發(fā)展息息相關(guān)，也因此，道路設(shè)施的信息化建設(shè)和改造與單車相比，關(guān)注方更多、復(fù)雜度更高、周期更長、難度更大，這也是道路設(shè)施落后于車輛的直接原因。

路線1是整車企業(yè)的期望，利用新一代的感知及通信技術(shù)，不斷提高車輛自身的自動化水平，但受到軟硬件設(shè)施設(shè)備、技術(shù)水平、法律法規(guī)等的制約，即使車輛在測試階段已經(jīng)達到高水平的自動化，距離實際的量產(chǎn)落地仍然有不容忽視的阻力。路徑3是道路規(guī)劃、管理等部門的意向路徑，大力發(fā)展道路設(shè)施設(shè)備，減少車輛自身的設(shè)備裝備，能夠快速收集靜態(tài)、動態(tài)信息，在單點、路段、區(qū)域?qū)用孢M行交通規(guī)劃，提供更加全面可靠的車輛通行信息，且能夠服務(wù)于不同等級的車輛。道路系統(tǒng)的龐大復(fù)雜是制約其信息化、智能化、自動化的重要原因之一，技術(shù)的可靠性、成熟性也限制了其應(yīng)用范圍。路徑2是相對較理想的路線，但現(xiàn)實做到二者的協(xié)調(diào)發(fā)展并不容易，車路協(xié)同更容易出現(xiàn)路徑4或5的發(fā)展軌跡。即車輛和道路的發(fā)展存在先后的現(xiàn)象，但總體上，二者的協(xié)同程度在不斷提升。

鑒于當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展、行業(yè)特征以及政策支持等，車輛的自動化發(fā)展領(lǐng)先于道路，提升道路的服務(wù)水平迫在眉睫，路徑5更符合現(xiàn)狀和長期發(fā)展目標(biāo)。因此，當(dāng)前的任務(wù)是提升道路的信息化水平、智能化程度和自動化能力，以便能夠更準確的輔助車輛的自動化行駛，達到車路協(xié)同的目的。

4 總結(jié)與展望

通行效率、交通安全、和節(jié)能環(huán)保是道路交通問題面臨的三大挑戰(zhàn)。根據(jù)交通運輸發(fā)展戰(zhàn)略需求，以改善道路交通安全與提高交通效率為重點，兼顧節(jié)能、環(huán)保，車路協(xié)同由此而產(chǎn)生，并隨著技術(shù)的不斷進步，車路協(xié)同建設(shè)日趨完善。

1）從車、路、通信三個角度分析了車路協(xié)同，提出了著重發(fā)展以道路為核心的車路協(xié)同。

2）提出了車路協(xié)同的4個發(fā)展階段：無協(xié)同、初級協(xié)同、中級協(xié)同、高級協(xié)同，其中中級協(xié)同又包括以車為主和以路為主的兩個典型狀態(tài)。

3）提出了從當(dāng)前位置的初級-中級車路協(xié)同到將來的高級車路協(xié)同的5條發(fā)展路徑。

4）鑒于當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展、行業(yè)特征以及政策支持等，選擇主要發(fā)展道路設(shè)施，車輛的自動化等級的提高能加快其進入高級協(xié)同階段的發(fā)展路徑，更符合現(xiàn)狀和長期發(fā)展目標(biāo)。

本文主要論述了關(guān)于車路協(xié)同的發(fā)展階段及路徑，車路協(xié)同發(fā)展具體的技術(shù)呈現(xiàn)未展開討論。結(jié)合發(fā)展階段及路徑的技術(shù)集成概述，將有助于具體的開發(fā)工作。

課題：無人車網(wǎng)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用驗證，2019YFB1804202

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