肖星星,周正,張顯淳,孫元霞,王慶濤
摘? 要:車路協(xié)同技術(shù)作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),由于其多行業(yè)技術(shù)融合的背景,導(dǎo)致測試內(nèi)容復(fù)雜、影響元素眾多。本文全面分析V2I系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀,從V2I系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)出發(fā),將系統(tǒng)按照功能組成劃分為:感知、定位、通信、算法應(yīng)用四個(gè)模塊,整理各模塊應(yīng)用層現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),包括技術(shù)要求、測試標(biāo)準(zhǔn),分析其存在的不足之處,探究標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。
關(guān)鍵詞:車聯(lián)網(wǎng);V2I;測試
中圖分類號:U461.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? 文章編號:1005-2550(2023)03-0016-07
Status Analysis of V2I System Test Standards System
XIAO Xing-xing, ZHOU Zheng, ZHANG Xian-chun, SUN Yuan-xia, WANG Qing-tao
(National Automobile Quality Inspection and Test Center (Xiangyang),
Xiangyang 441004, China )
Abstract: As a key technology of intelligent transportation system, Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative technology leads to complex test content and numerous influencing elements due to its multi-industry technology integration background. Development present situation, this article analyze the V2I system test standard from V2I system, could be divided into: system according to the function of perception, positioning, communications, algorithm four modules, each module application layer existing standards, including the technical requirements, test standard, analyze its existing shortcomings, to explore the present situation and trend of development of the standard.
Key Words: Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative; V2I; Testing
1? ? 引言
近年來,汽車產(chǎn)業(yè)朝著“新四化”目標(biāo)不斷發(fā)展,而V2X技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的重要途徑。目前,各地政府、三部委與企業(yè)聯(lián)合建立智能網(wǎng)聯(lián)先導(dǎo)區(qū)、示范區(qū),實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)落地,加快了智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)研究發(fā)展及積累,因此完善V2X技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。
隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,測試評價(jià)技術(shù)也在持續(xù)演進(jìn)。中國汽車工業(yè)學(xué)會、中國人民共和國工業(yè)與信息化部、中國智能交通協(xié)會均發(fā)布V2X相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但由于V2X包括的類型及涉及行業(yè)眾多,各團(tuán)體對V2X標(biāo)準(zhǔn)研究各有側(cè)重且不夠全面。
本文以V2X類型中應(yīng)用最為廣泛的V2I場景類型為例,分析系統(tǒng)組成,將系統(tǒng)按照功能組成劃分為:感知、定位、通信、算法四個(gè)模塊,對各模塊技術(shù)要求及測試相關(guān)國標(biāo)、團(tuán)標(biāo)、行標(biāo)、地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理,發(fā)現(xiàn)V2I測試標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善?,F(xiàn)階段V2I系統(tǒng)的相關(guān)測試集中在車端通信,而整車測試方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍需完善。路側(cè)定位、通性協(xié)議一致性雖有相關(guān)要求但具體測試標(biāo)準(zhǔn)仍然缺失,感知相關(guān)技術(shù)要求尚不全面。
2? ? V2I系統(tǒng)組成
本文根據(jù)團(tuán)標(biāo)T∕CSAE 53-2020場景定義,將V2I系統(tǒng)功能組成分為四個(gè)模塊:感知、定位、通信以及場景算法運(yùn)用,并對各模塊具體功能的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行分析。
2.1? ?V2I感知
中國信通院在《2021年車聯(lián)網(wǎng)白皮書》中提出,場景感知性能指標(biāo)需進(jìn)行量化約束[1]。V2I場景的感知是通過在路側(cè)安裝各類傳感器設(shè)備如雷達(dá)、低時(shí)延相機(jī)進(jìn)行路側(cè)交通情況感知,部分復(fù)雜場景需通過MEC進(jìn)行融合計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)對路側(cè)交通參與者的低時(shí)延、高準(zhǔn)確的識別。
2.2? ?V2I定位
V2X對車輛定位精度的要求較高,“新四跨”引入高精定位和高精地圖技術(shù),是解決V2X車輛定位問題、服務(wù)于自動駕駛的重要技術(shù)。V2X高精定位主要是通過GNSS與RTK技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn),在路側(cè)安裝定位基準(zhǔn)站,在車端安裝定位移動站。車輛位于差分基準(zhǔn)站覆蓋范圍即可實(shí)現(xiàn)高精定位。
2.3? ?V2I通信
國內(nèi)采用的V2X通信技術(shù)為C-V2X,其中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同分為LTE-V2X和5G NR-V2X兩種?,F(xiàn)階段5G NR-V2X現(xiàn)處于研發(fā)階段,主要以LTE-V2X通信為主,其中基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信架構(gòu)可分為接入層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層?,F(xiàn)階段車輛測試行業(yè)主要關(guān)注于應(yīng)用層方面。
2.4? ?V2I算法
目前V2X第一階段場景的預(yù)警均是由車端完成,主要是基于車內(nèi)V2X預(yù)警算法實(shí)現(xiàn),場景預(yù)警算法的實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)要求定義、場景觸發(fā)前置條件、場景觸發(fā)判斷條件及場景觸發(fā)解除條件等。OBU將智能路側(cè)單元RSU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與車輛自身的行駛數(shù)據(jù)相結(jié)合,然后基于V2X預(yù)警算法判斷所在V2X場景是否需要進(jìn)行相應(yīng)預(yù)警。
3? ? V2I系統(tǒng)測試
通過對V2I系統(tǒng)組成模塊具體實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行分析,可知感知功能由路側(cè)實(shí)現(xiàn)、定位及通信功能由車端和路端實(shí)現(xiàn)、V2I算法應(yīng)用功能由車端實(shí)現(xiàn)。對V2I系統(tǒng)測試內(nèi)容進(jìn)行梳理,得到測試內(nèi)容包括:感知測試、路側(cè)端定位測試、車端定位測試、路側(cè)端通信測試、車端通信測試、算法應(yīng)用測試六部分,如圖1所示。
基于上述V2I系統(tǒng)測試架構(gòu),對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整理,得到V2I系統(tǒng)技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)清單,具體如下表1所示。整理發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段對于V2I感知、定位、通信、算法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多為團(tuán)標(biāo)、行標(biāo),暫無針性國標(biāo)。其中感知相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均針對單一設(shè)備,車路協(xié)同路側(cè)感知要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)暫無,目前行業(yè)對路側(cè)感知范圍、時(shí)延、精度已開展了相關(guān)測試研究;路側(cè)環(huán)境的定位要求已在相關(guān)團(tuán)標(biāo)中進(jìn)行了規(guī)范,但測試標(biāo)準(zhǔn)暫無;車端定位測試各相關(guān)方已有較成熟的測試方法,但當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)是針對重型車排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)車載終端,而車路協(xié)同的測試標(biāo)準(zhǔn)仍未發(fā)表。通信方面技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)已較成熟,在“四跨”、“新四跨”開展了大量RSU、OBU的通信性能相關(guān)測試,分析在大規(guī)模通信情況下各廠商的RSU與OBU的通信性能,其中各廠家設(shè)備均需滿足協(xié)議一致性標(biāo)準(zhǔn)要求;車路協(xié)同應(yīng)用場景定義及預(yù)警測試方法標(biāo)準(zhǔn)均已發(fā)表,各RSU、OBU廠家已依據(jù)現(xiàn)有應(yīng)用場景定義制定場景算法邏輯,具體指標(biāo)也已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。綜上可知,現(xiàn)階段相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已有一定落地成果,但仍需不斷補(bǔ)充及完善,下文將對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體分析。
3.1? ?感知測試標(biāo)準(zhǔn)
常見的車聯(lián)網(wǎng)路側(cè)感知設(shè)備包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等,針對各感知設(shè)備相關(guān)技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)已有很多。國標(biāo)GB/T 24726-2009規(guī)范了視頻車輛檢測器技術(shù)要求及測試方法;中國智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的團(tuán)標(biāo)T/ITS 0173-2021規(guī)范路側(cè)激光雷達(dá)接口相關(guān)技術(shù)要求;中國智能交通協(xié)會發(fā)布的團(tuán)標(biāo)T/CITSA 12-2021、T/CITSA 13-2021規(guī)范了微波交通事件檢測器和微波車輛感應(yīng)檢測器技術(shù)要求及測試方法;中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會針對路側(cè)感知技術(shù),立項(xiàng)了《車路協(xié)同路側(cè)感知技術(shù)要求及測試方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),目前處于研究階段。如表2所示為其中團(tuán)標(biāo)T/CITSA 13-2021對交通信息采集微波車輛感應(yīng)檢測器各性能參數(shù)要求[2],通過在測試路端安裝被測檢測器、關(guān)電開關(guān)、視頻設(shè)備構(gòu)建測試系統(tǒng),組織一定的交通流來模擬交通事件(如停止事件、逆行事件、擁堵事件、超高速事件、低速事件等),對比實(shí)際交通事件參數(shù)與被測檢測器檢測交通事件分析交通事件檢測器性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如圖2所示,1-10區(qū)域?yàn)槟M交通事件發(fā)生區(qū)域。
目前行業(yè)開展的V2X路側(cè)感知相關(guān)研究,已有一定成果,但標(biāo)準(zhǔn)體系并不完善,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)均為單一傳感器的感知技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn),對于當(dāng)前已存在的結(jié)合雷達(dá)和攝像頭功能的融合感知設(shè)備的感知效果及相關(guān)指標(biāo)暫未規(guī)范。且針對各V2X場景感知性能要求及測試方法,暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),由此無法保證路端傳輸給車端數(shù)據(jù)的可信度。感知相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍需不斷完善。
3.2? ?定位測試標(biāo)準(zhǔn)
V2I定位測試分為路側(cè)定位和車端定位。其中路側(cè)定位系統(tǒng)是輔助定位裝置,其可為在車輛提供高精度定位服務(wù)。車端定位主要是通過車載高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單車定位。當(dāng)前主流的路側(cè)定位裝置為差分基準(zhǔn)站,來保證其覆蓋范圍內(nèi)的定位精度均滿足V2X場景要求,目前對于路端定位技術(shù)要求已有行業(yè)及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。車端定位相關(guān)技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)已有相關(guān)國標(biāo)及團(tuán)標(biāo)。
3.2.1 路側(cè)定位標(biāo)準(zhǔn)
在武漢市標(biāo)準(zhǔn)DB 4201/T 654-2022中指出:智能網(wǎng)聯(lián)道路需提供全天候持續(xù)穩(wěn)定的高精度定位服務(wù)。其中對靜態(tài)定位、動態(tài)實(shí)時(shí)定位精度進(jìn)行要求,具體要求為:水平優(yōu)于10cm,垂直優(yōu)于20cm[3]。
在團(tuán)標(biāo)T/CSAE 125-2020中,對測試場基站定位精度的要求更高,具體如表3所示。
針對不同V2X場地,路側(cè)定位精度要求有所差異,各智能網(wǎng)聯(lián)場地需根據(jù)場地定位精度要求建立合適的高精度定位系統(tǒng)。當(dāng)前雖已有各場地定位精度的技術(shù)要求,但無具體的測試標(biāo)準(zhǔn),無法測試各場地是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。需針對不同定位方法對應(yīng)的定位要求建立相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn),對差分基準(zhǔn)站覆蓋范圍的定位性能進(jìn)行測試。
3.2.2 車端定位標(biāo)準(zhǔn)
T∕CSAE 53-2020、T∕CSAE 157-2020對V2X一階段、二階段場景定位性能進(jìn)行規(guī)范,以支持各應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)。其中一階段場景除汽車近場支付外,各場景定位誤差均需≤1.5m,第二階段部分場景定位精度需≤0.5m。在GB 17691-2018中對重型柴油車車載定位功能中水平定位精度、最小位置更新率、冷啟動定位時(shí)間、熱啟動定位時(shí)間進(jìn)行要求。可參照其確定定位性能測試內(nèi)容。
在編行標(biāo)《營運(yùn)車輛車路/車車通信(V2X)終端性能要求和檢測方法》針對車輛定位性能測試,提出了測試方法及具體評價(jià)指標(biāo)。通過進(jìn)行靜態(tài)定位精度測試、動態(tài)定位精度測試、首次定位時(shí)間測試、重新捕獲時(shí)間測試、靈敏度測試評價(jià)車輛定位性能,各測試內(nèi)容對應(yīng)的相關(guān)指標(biāo)如表4所示,但該標(biāo)準(zhǔn)定義的水平、高程定位誤差均不足以滿足V2X場景要求。
對于V2I車輛定位性能技術(shù)要求已經(jīng)明確,各場景定位性能均在標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行規(guī)范,目前關(guān)于定位相關(guān)測試方法已較全面,但暫無與V2X場景定位性能要求相匹配的測試標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步完善。
3.3? ?通信測試標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)前,路側(cè)端應(yīng)用層通信重點(diǎn)關(guān)注通信性能及應(yīng)用層一致性。應(yīng)用層通信性能需保證V2X通信質(zhì)量主要關(guān)注數(shù)據(jù)的時(shí)延和丟包率;應(yīng)用層一致性需保證通信雙方可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通且發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。其中通信性能技術(shù)要求已在現(xiàn)有團(tuán)標(biāo)中進(jìn)行規(guī)范。協(xié)議一致性技術(shù)要求及測試方法已有相應(yīng)團(tuán)標(biāo)。
3.3.1 通信性能測試標(biāo)準(zhǔn)
在T∕CSAE 53-2020對各場景時(shí)延和丟包率進(jìn)行要求,端到端時(shí)延≤100ms,丟包率≤10%[5]。為保證車路交互時(shí)的通信性能滿足要求,通信性能的測試多采用對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試。V2X通信性能測試相關(guān)測試目前處于研究階段,還未有具體標(biāo)準(zhǔn)。
在編行標(biāo)《營運(yùn)車輛車路/車車通信(V2X)終端性能要求和檢測方法》針對V2X通信性能要求提出了測試方法:首先配置路側(cè)RSU和車載OBU發(fā)送接收模式,并固定發(fā)送端的發(fā)送功率、周期、包大小,后駕駛待測車輛在制定的測試路線行駛,計(jì)算各測試項(xiàng)目的時(shí)延及丟包率,但標(biāo)準(zhǔn)對如何獲取端到端時(shí)延的具體方法未進(jìn)行說明。
3.3.2 應(yīng)用層一致性測試標(biāo)準(zhǔn)
應(yīng)用層一致性包括應(yīng)用層協(xié)議一致性和應(yīng)用層數(shù)據(jù)一致性。協(xié)議一致性是對路側(cè)RSU、車端OBU發(fā)送的消息集的一致性進(jìn)行測試,在行標(biāo)YD/T 3709-2020對V2X第一階段消息層數(shù)據(jù)進(jìn)行定義,主要由1個(gè)消息幀格式,5個(gè)基本的消息體及相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)元素組成,其中可由路側(cè)發(fā)送的消息體包括MAP、SPAT、RSM、RSI、BSM,由車輛發(fā)送的消息體為BSM。在標(biāo)準(zhǔn)YD/T 3710-2020規(guī)范了消息層的測試參數(shù)與指標(biāo)、測試方法、測試用例,如下表所示為RSU、OUB協(xié)議一致性測試內(nèi)容[6],其中對于測試RSU、OBU接收的消息體的測試內(nèi)容包括:被測系統(tǒng)是否能接收到測試系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)元素、被測系統(tǒng)接收到消息體是否與測試系統(tǒng)發(fā)送的一致;對于測試RSU、OBU發(fā)送的消息體的測試內(nèi)容包括:數(shù)據(jù)元素是否可被測試系統(tǒng)接收到、消息體編碼方式是否為UPER、發(fā)送的數(shù)據(jù)元素值是否與測試系統(tǒng)配置值一致等。該測試標(biāo)準(zhǔn)集中于通信行業(yè),當(dāng)前相關(guān)方對于該標(biāo)準(zhǔn)的測試環(huán)境多為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,各廠家在不斷開發(fā)基于整車道路測試環(huán)境的測試方法及設(shè)備,通過整車測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也仍需要完善。見表5所示。
應(yīng)用層數(shù)據(jù)一致性測試暫無已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn),在編標(biāo)準(zhǔn)《基于LTE-V2X直連通信的車載信息交互系統(tǒng)技術(shù)要求》將對車端應(yīng)用層數(shù)據(jù)一致性(車輛發(fā)送的BSM消息體一致性)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)范,并對BSM消息體數(shù)據(jù)一致性給出了試驗(yàn)方法及試驗(yàn)參數(shù),但目前標(biāo)準(zhǔn)還未發(fā)布,相關(guān)技術(shù)要求仍在更新完善。
3.4? ?算法測試標(biāo)準(zhǔn)
T/CSAE 53-2020、T/CSAE 157-2020對于一階段、二階段場景進(jìn)行定義,并規(guī)范場景了各場景的適用范圍、典型場景。對于V2I應(yīng)用場景測試,CSAE/T 246-2022給出V2I第一階段的9個(gè)場景對應(yīng)的測試用例、測試方法,通過性條件。該標(biāo)準(zhǔn)中將測試過程分為:調(diào)整階段和性能評價(jià)階段。如圖3所示為前向碰撞預(yù)警測試場景圖。車輛需在S1將速度調(diào)整至目標(biāo)車速,在S2保持目標(biāo)車速穩(wěn)定行駛,在S3完成性能評價(jià)測試[7]。該標(biāo)準(zhǔn)給出V2I各場景的測試參數(shù)及對應(yīng)的通過性條件,如表6所示為V2I各場景性能指標(biāo),對于碰撞類場景采用最晚預(yù)警距離及最早預(yù)警距離進(jìn)行評價(jià),對于道路事件類場景采用車輛到達(dá)道路事件影響區(qū)域至V2X應(yīng)用發(fā)出預(yù)警延時(shí)進(jìn)行評價(jià)。上述指標(biāo)均為對預(yù)警開始時(shí)機(jī)的要求,對預(yù)警結(jié)束時(shí)機(jī)并未要求。
該規(guī)程雖給出各場景測試用例、測試方法,通過性條件,但其測試場景不全未能覆蓋T/CSAE53-2020,缺失綠波車速引導(dǎo)場景測試方法。同時(shí)規(guī)程缺失場景定義邊界的誤報(bào)、漏報(bào)測試,如在道路危險(xiǎn)狀態(tài)提示測試中可增加相鄰車道前方有道路危險(xiǎn)情況場景,測試車輛在相鄰車道是否會發(fā)生誤報(bào),可設(shè)置同車道不同偏移率場景,測試車輛沿車道邊緣行駛漏觸發(fā)情況。同時(shí)對于場景結(jié)束時(shí)機(jī)并未進(jìn)行要求及測試,測試內(nèi)容不夠完善??紤]到V2I場景的多樣性,各場景對于參數(shù)指標(biāo)及測試條件存在差異,仍需不斷進(jìn)行完善。
4? ? 總結(jié)
本文通過分析V2I系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程、明確V2I系統(tǒng)相關(guān)測試內(nèi)容、結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及測試方法,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前V2I應(yīng)用層測試整體還處于初級階段,其中感知方面相關(guān)技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn)均處于研究階段;定位方面技術(shù)要求有明確規(guī)定,但相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)及方法仍不明確;通信方面整體較為全面,集中于通信行業(yè);V2X算法應(yīng)用方面,各企業(yè)V2X算法不同,目前主要集中在功能測試方面,各場景測試標(biāo)準(zhǔn)仍需完善。由此,為使V2X行業(yè)快速、健全的發(fā)展,首先需完善路側(cè)感知技術(shù)要求及測試標(biāo)準(zhǔn),為體系提供有效數(shù)據(jù)支撐;然后行業(yè)及各企業(yè)也需根據(jù)路端與車端定位技術(shù)要求,加快測試方法及標(biāo)準(zhǔn)的完善;最后還需根據(jù)各場景定義及技術(shù)要求完善相應(yīng)的測試方法及標(biāo)準(zhǔn),對V2X車輛場景應(yīng)用功能及性能進(jìn)行測試評價(jià)。
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肖星星
畢業(yè)于長安大學(xué),碩士研究生學(xué)歷,現(xiàn)就職于國家汽車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心(襄陽),主要研究方向:車聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)技術(shù)。
專家推薦語
趙? 軒
長安大學(xué)汽車學(xué)院
教授? 副院長
車聯(lián)網(wǎng)是智能汽車發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。本文分析了V2I系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn),對比了不同標(biāo)準(zhǔn)中感知系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的測試內(nèi)容,對推進(jìn)國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化具有一定積極意義。