郭志杰 張 斌 楊 濤 王恩師

(1.武漢中交交通工程有限責任公司 武漢 430052； 2.湖北省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費中心 武漢 430052)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車產(chǎn)業(yè)與信息通信、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代技術及交通出行、城市管理等多領域深度融合的產(chǎn)物，可實現(xiàn)車與X(人、車、路、后臺等)智能信息交換共享，具備復雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能[1]，是當前全球汽車產(chǎn)業(yè)乃至未來交通出行領域智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的重要方向，對汽車產(chǎn)業(yè)跨界融合發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。2016年 11 月，工信部與湖北省政府在武漢簽署《基于寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的智能汽車與智慧交通應用示范部省合作框架協(xié)議》。項目計劃通過5年時間，分3個階段逐步由試驗廠區(qū)封閉環(huán)境到城市交通開放環(huán)境，開展智能駕駛、智慧路網(wǎng)、綠色用車、便捷停車、交通狀態(tài)智慧管理等多個應用示范，集聚起智能汽車研發(fā)、智慧交通應用和車聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)業(yè)。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

從發(fā)展歷程來看，智能網(wǎng)聯(lián)汽車有2條路徑，單車智能和車路協(xié)同。隨著通信技術的同步突破，邊緣計算、5G高可靠低時延技術的不斷成熟，車路協(xié)同通過車、路、網(wǎng)、云均衡發(fā)展，在顯著降低自動駕駛落地成本與難度的同時，優(yōu)化道路資源提升交通安全與效率，將成為未來的主要發(fā)展方向[2]，車路協(xié)同示意見圖1。

圖1 車路協(xié)同示意圖

美國在1998年將車路協(xié)同調整為ITS(智能交通系統(tǒng))主要內容，其發(fā)展主要經(jīng)歷了為駕駛員提供安全輔助控制、V2I與V2V研發(fā)與應用兩大階段。目前，美國已有超過一半的州設置了面向有人駕駛的車路協(xié)同技術，目的是提升道路安全[3]。

歐洲近期也均轉向車路協(xié)同的C-ITS服務，可以向車輛提供交通安全信息、道路施工區(qū)提示、出行信息等服務。荷蘭、德國和奧地利三國已在高速公路先期示范C-ITS，部分車輛安裝車載系統(tǒng)以提高道路通行能力。

日本從1995年開始進行車路協(xié)同研發(fā)，其ITS相關車路協(xié)同研究與應用開發(fā)工作主要集中3個方面進行：車輛信息與通信系統(tǒng)(VICS)、不停車收費系統(tǒng)(ETC)、先進道路支援系統(tǒng)(ITS-SPOT)。2017年底基本完成DSRC路側單元部署。

我國大力推動車路協(xié)同示范應用。2018年4月，中華人民共和國工業(yè)和信息化部、公安部、交通部聯(lián)合出臺《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范(試行)》，允許智能網(wǎng)聯(lián)汽車在取得道路測試牌照后于特定公開道路進行測試。不完全統(tǒng)計，截至2020年4月，工業(yè)和信息化部授權國家級測試示范區(qū)和先導區(qū)共11家；交通部授權3家；工業(yè)和信息化部與交通部聯(lián)合授權3家；住建部授權3家，2020年將新推進3家；發(fā)改委推進上海基于智能汽車云控基礎平臺的“車路網(wǎng)云一體化”綜合示范建設項目。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通應用示范區(qū)項目設計

2.1 概述

本文依托的智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通應用示范區(qū)項目位于武漢開發(fā)區(qū)智慧生態(tài)城內。示范區(qū)一期工程已于2019年8月建成。包括：28 km智能道路、5G通信網(wǎng)、北斗定位系統(tǒng)、智慧交通設施、數(shù)據(jù)中心、指揮調度中心等基礎設施。同年9月22日，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(武漢)測試示范區(qū)(以下簡稱示范區(qū))正式揭牌，并向東風公司、百度、深蘭科技、海梁科技等企業(yè)發(fā)放了武漢首批14張開放測試道路牌照，同時，向百度、海梁科技、深蘭科技頒發(fā)了全球首批自動駕駛載人試運營許可證。

二期工程主要從路側智能設施設備、測試與應用系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等方面開展示范區(qū)建設，計劃于2020年底建成具備開放道路測試、自動駕駛應用、基于5G的智能網(wǎng)聯(lián)應用和智能交通應用等功能的示范區(qū)。

2.2 設計原則

2.2.1應用驅動原則

從應用設計出發(fā)，根據(jù)應用驅動智能基礎設施的內容與范圍，合理分配應用和基礎設施構成比例，合理規(guī)劃和選擇高投資回報率的智能基礎設施設計方案，確保所建設的智能基礎設施是有用和可用的，并被持續(xù)頻繁使用，從而保證整體投資的有效性。

2.2.2可持續(xù)運營原則

以持續(xù)可運營為優(yōu)先選擇因素，保證設計的基礎設施和應用長期運行或運營，以保持長期持續(xù)的示范效果。具體體現(xiàn)4個方面：①部分應用的商業(yè)價值和持續(xù)回報；②技術平臺具備可擴展性；③建設與運營機制具備持續(xù)創(chuàng)新空間；④產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構建。

2.2.3開放性原則

智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關產(chǎn)業(yè)前景廣大，但當前產(chǎn)業(yè)成熟度、產(chǎn)業(yè)集中度較低，整個標準體系仍處于建設中。設計方案需體現(xiàn)相當?shù)拈_放性，才能保證更大范圍的兼容度，吸引更廣泛的產(chǎn)業(yè)主體持續(xù)加入。

2.2.4安全性原則

安全性是示范區(qū)設計優(yōu)先考慮的原則。一是智能汽車和智能交通建設內容均對示范區(qū)現(xiàn)有道路交通體系帶來深入影響，必須保證交通安全；二是龐大的信息系統(tǒng)需要具備信息安全保障；三是這兩者的相互影響，必須在項目中構建一個完整的安全體系予以應對。

2.3 技術路線

2.3.1車路協(xié)同為主，兼顧單車智能

車路協(xié)同和車路一體化自動駕駛等相關創(chuàng)新技術的進步，能夠加速自動駕駛商業(yè)化實現(xiàn)，并促進通信、互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、路側設施等領域的加快發(fā)展，推動IT、智能制造與交通、汽車產(chǎn)業(yè)走向深度融合。示范區(qū)整體設計以車路協(xié)同為主，兼顧單車智能，是秉持主流發(fā)展方向和面向產(chǎn)業(yè)的綜合選擇結果。

2.3.2全面支持L2-L4級研發(fā)測試

自動駕駛技術仍處于高速發(fā)展中，示范區(qū)測試場與測試道路將長期面向各廠商研發(fā)進程。按照立足當前，適度面向未來的思路，相關測試設備與環(huán)境將全面支持L2-L4級研發(fā)測試，盡可能覆蓋更長的研發(fā)測試周期，適應多種研發(fā)測試需求。

2.3.3全面應用C-V2X

C-V2X(Cellular-V2X)是基于3GPP全球統(tǒng)一標準的通信技術，包含LTE-V2X、5G-V2X及后續(xù)演進。C-V2X支持更遠的通信距離、更佳的非視距通信性能、增強的可靠性，還可以將車輛與其他車輛、行人、路側設施等交通元素有機結合，彌補單車智能的不足，有效推動協(xié)同式應用服務發(fā)展。C-V2X主要覆蓋3大部分應用場景：交通安全、交通效率和信息服務[4]。本項目的車路協(xié)同的設計將全面采用這一主流技術路線。

2.3.4統(tǒng)一的運行、數(shù)據(jù)、服務平臺

隨著示范區(qū)建設內容不斷豐富，需要統(tǒng)一解決穩(wěn)定可靠運行、互聯(lián)互通、協(xié)同工作、大數(shù)據(jù)智能等共性問題。因此需要以集中建設的方式建設統(tǒng)一的運行、數(shù)據(jù)、服務平臺，以統(tǒng)一的架構和技術規(guī)范，通過運行、數(shù)據(jù)、服務3層平臺，形成可持續(xù)運營的智能底座，使各種應用能夠便捷地插入底座，實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)、協(xié)同工作、靈活擴展，賦能智慧網(wǎng)聯(lián)、智慧交通乃至智慧城市應用和創(chuàng)新。

2.3.5車城融合，全面感知

智慧交通是智慧城市的重要構成部分，智能汽車是智慧城市的微觀單元。設計將圍繞汽車和交通的建設項目與智慧城市緊密結合，建立基于融合感知城市信息模型和數(shù)字孿生城市的可視化運營平臺，城市信息模型融合實時交通和其它泛在感知信息，數(shù)字孿生與城市所有智能基礎設施和感知設備保持同步，實現(xiàn)對城市的全貌從宏觀到微觀、從靜態(tài)到動態(tài)一體化的精確掌控。

2.4 設計方案

2.4.1基礎支撐系統(tǒng)設計

從通信網(wǎng)、道路設施、車端設施、高精度地圖、北斗定位、三維城市高精度建模、車輛維保場、交管改造、CA系統(tǒng)建設角度構建智能交通系統(tǒng)的運行基礎，同時為車路協(xié)同、無人駕駛、車城融合等技術的應用提供基礎。

1) 通信網(wǎng)建設包括核心網(wǎng)子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、5G終端子系統(tǒng)、5G專網(wǎng)等，為示范區(qū)路側設備和車端提供高速5G網(wǎng)絡傳輸通道。

2) 道路設施包含路側V2X通信設備、智能感知設備以及配套的立桿、取電、取網(wǎng)等基礎設施建設，實現(xiàn)道路交通狀態(tài)的監(jiān)測、預警、安全監(jiān)控和場景提取等。

3) 車端設施包含車端V2X通信設備、5G通信設備、北斗定位網(wǎng)系統(tǒng)設備和司機顯示屏等智能設備，為智能車輛提供車輛自身感知系統(tǒng)外的補充，讓“聰明的車”更智慧。

4) 高精度地圖包含覆蓋示范區(qū)路線范圍的車道級電子地圖，為自動駕駛汽車提供對于道路情況穩(wěn)定的“長周期記憶”。

5) 北斗定位網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)國際通用格式的基準站站點坐標和北斗/GPS測量數(shù)據(jù)輸出，滿足動態(tài)、連續(xù)、快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征需求，提供實時的米級、分米級、厘米級等多層級高精度位置服務。

6) 三維城市高精度建模包括宏觀覆蓋智慧生態(tài)城的、中觀覆蓋示范區(qū)所有開放道路、微觀覆蓋智慧停車場的分層次一體化展示，為融合感知平臺提供基礎底圖數(shù)據(jù)支撐。

7) 維保場包括獨立檢修車間及相應的檢修設備、停車位、充電樁等設施，為示范區(qū)運營的自動駕駛車輛的故障檢修、日常養(yǎng)護、改裝等提供場地和設備。

8) 交管改造包括交通安全設施改造和交管后臺系統(tǒng)擴容。

9) CA系統(tǒng)包括根證書機構、假名/應用證書頒發(fā)機構、證書注冊機構、證書發(fā)布系統(tǒng)、證書撤銷機構、設備配置服務器、設備注冊機構建設等，對V2X的廣播消息進行簽名，保護消息的真實性和完整性。

2.4.2應用系統(tǒng)設計

應用系統(tǒng)分為示范區(qū)開放道路測試綜合管理系統(tǒng)、城市與車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)、封閉測試場基礎測試系統(tǒng)和運營調度系統(tǒng)四部分，其結構圖示意見圖2。

圖2 應用系統(tǒng)結構圖

1) 示范區(qū)開放道路測試綜合管理系統(tǒng)

建設統(tǒng)一的運行、數(shù)據(jù)、服務平臺，以統(tǒng)一的架構和技術規(guī)范，通過運行、數(shù)據(jù)、服務三層平臺，形成可持續(xù)運營的智能底座，使各種應用能夠便捷地插入底座，實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)、協(xié)同工作、靈活擴展，賦能智慧網(wǎng)聯(lián)、智慧交通乃至智慧城市應用和創(chuàng)新。示范區(qū)開放道路測試綜合管理系統(tǒng)包含智能網(wǎng)聯(lián)云平臺、智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)平臺、智能網(wǎng)聯(lián)基礎服務平臺和開放數(shù)據(jù)共享平臺四部分。

2) 城市與車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)

智慧交通是智慧城市的重要構成部分，智能汽車是智慧城市的微觀單元。設計將智能汽車與智慧城市緊密結合，建立基于融合感知城市信息模型和數(shù)字孿生城市的城市與車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)平臺。該平臺系統(tǒng)通過城市信息模型融合實時交通和其它泛在感知信息，數(shù)字孿生與城市所有智能基礎設施和感知設備保持同步，實現(xiàn)對城市全貌從宏觀到微觀、從靜態(tài)到動態(tài)的一體化精確掌控。城市與車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)包含感知數(shù)據(jù)融合平臺、城市輔助決策系統(tǒng)、城市融合感知一體化交互系統(tǒng)和CIM平臺。

3) 封閉測試場基礎測試系統(tǒng)

目前，自動駕駛技術仍處于高速發(fā)展中，示范區(qū)測試場與測試道路將長期面向各廠商研發(fā)進程。為了促進武漢市自動駕駛技術的發(fā)展，項目擬按照立足當下、適度超前的思路，建設封閉測試場基礎測試系統(tǒng)，提高自動駕駛相關測試設備支撐能力與仿真測試能力，全面支持L2-L4級研發(fā)測試，適應多種研發(fā)測試需求，加速自動駕駛技術的研發(fā)和落地。

封閉測試場基礎測試系統(tǒng)通過接入車端、路側等多源數(shù)據(jù)實現(xiàn)測試場景的生成，主要包括了仿真場景構建模塊、傳感器模塊、車輛動力學模塊、算法接口模塊、SDK等模塊，能夠接入華為、百度以及第三方自動駕駛系統(tǒng)，從而支撐SiL、MiL、HiL，以及算法訓練等上層應用。

4) 運營調度系統(tǒng)

為了兼容各類車輛、各種車型的自動駕駛示范應用，示范區(qū)會引入各類自動駕駛車輛。同時，為了實現(xiàn)長期可持續(xù)的示范效果，示范區(qū)需要建設統(tǒng)一的運營調度系統(tǒng)，實現(xiàn)對各類自動駕駛車輛的管理和監(jiān)控，保障自動駕駛車輛的安全、長期可持續(xù)的運營。

根據(jù)自動駕駛車輛的場景不同，運營調度系統(tǒng)包含自動駕駛出租車運營調度、自動駕駛物流車運營調度、自動駕駛環(huán)衛(wèi)車運營調度、自動駕駛公交車運營調度和智能停車場運營運營調度等5個自動駕駛行業(yè)運營調度子系統(tǒng)。

2.4.3安全體系設計

安全體系以物聯(lián)網(wǎng)安全模型為基礎并深度結合平臺業(yè)務場景進行設計制作。業(yè)務層的安全需求主要有基礎平臺安全、大數(shù)據(jù)安全、設備安全、網(wǎng)絡安全、車輛安全、終端安全六大核心業(yè)務安全需求組件組成。

安全體系涵蓋了測試和運營的全生命周期，利用大數(shù)據(jù)和AI作為核心技術賦能安全體系中的安全能力。安全體系框架包含SOC系統(tǒng)即安全應運營平臺中心、集中式身份管理服務、基礎安全組件、安全管理等四大核心部分。安全體系架構見圖3。

圖3 安全體系架構

3 結語

3.1 項目先進性

武漢智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通應用示范區(qū)項目以應用需求驅動設計，以持續(xù)可運營為優(yōu)先選擇因素，以開放的設計方案，本著安全性的原則。建設以車路協(xié)同為主，兼顧單車智能，全面應用C-V2X場景，全面支持L2-L4級研發(fā)測試，可實現(xiàn)對城市全貌從宏觀到微觀、從靜態(tài)到動態(tài)的一體化精確掌控。項目通過搭建智能道路基礎設施與交通出行平臺，開展自動代客泊車、智能停車場實驗和智能汽車、智能出行應用示范。示范區(qū)場景齊全，覆蓋市政路、高速、接駁路，所有區(qū)域全部實現(xiàn)5G網(wǎng)絡覆蓋，設備端均采用業(yè)內領先的真5G空口回傳。

3.2 未來發(fā)展展望

與此同時，智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)項目也面臨諸多的挑戰(zhàn)：自動駕駛標準體系和實際技術成熟度還需要進一步提升；新興事務配套的法律法規(guī)政策不完善，事故后判定相關責任難度大，車險理賠存在分歧；投資較大，商業(yè)模式盈利相對困難。針對這些問題，國家相關部委也相繼釋放出不同維度智能網(wǎng)聯(lián)汽車政策信號，筆者認為未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車標準體系或將有更多關于路及車路協(xié)同層面的標準出臺。2020年有望成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)落地的元年，全國各地陸續(xù)開展了智慧交通應用示范區(qū)的建設，武漢智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通應用示范區(qū)項的設計將為國內其它示范區(qū)的建設提供有益借鑒。