融合新業態下的車聯網技術、應用與規范創新

楊　景　中國國家特聘專家，原中國移動研究院首席科學家

專家視點

融合新業態下的車聯網技術、應用與規范創新

楊景中國國家特聘專家，原中國移動研究院首席科學家

隨著近年來中國經濟建設規模的持續和高速增長，大規模公路交通運輸系統的道路、車輛、駕駛人互聯的信息網絡，即新一代車聯網，其意義已經遠遠超越了傳統上提供交通出行信息服務、通信服務和運輸服務的Telematics車聯網范疇。本文對融合新業態下的車聯網技術、應用與規范創新進行了分析和研究。

融合新業態；車聯網；技術；應用

1　引言

隨著近年來中國經濟建設規模的持續和高速增長，2015年中國的公路里程已經達到了450萬公里，汽車保有量達到了1.6億，機動車駕駛人超過了3億，公路運輸總量已超過350億噸。將如此大規模公路交通運輸系統的道路、車輛、駕駛人互聯的信息網絡，即新一代車聯網，其意義已經遠遠超越了傳統上提供交通出行信息服務、通信服務和運輸服務的Telematics車聯網范疇。開發智能網聯汽車和新型聯網交通工具、通過車車聯網、車路聯網建立協作智能交通系統改善交通運輸的安全和效能、實現汽車智能化制造和全生命周期服務，基于新一代車聯網建立交通運輸利益相關方的新型商業關系、推動建立新的生產方式和新的產業形態，已經成為中國信息通信業、汽車業、交通運輸業等相關行業在“十三五”期間推動“信息化深度融合工業化”的重要舉措。

國際上的車聯網（Telematics）技術已經發展了十多年，各種行業車聯網如汽車制造廠商主導的前裝車聯網、商業運輸車聯網、政府監管車聯網和保險車聯網都已經在市場上存在了多年。但是，盡管當時各方一直通過開發新技術、推出新功能和建立新的商業模式來增強服務、降低成本和改善性能，但是無論在中國還是全球，無論是發達國家還是發展中國家，車聯網當前的普及率一直在20%以下；車聯網服務企業事實上普遍長期虧損；車聯網理想中的價值至今得不到體現。

另一方面，發達國家交通管理部門大力提倡，得到了汽車制造廠商和信息服務業大力支持，以改善交通安全和效能等公共事務為目標的新一代車聯網、協同智能交通和智能網聯汽車，也遇到了許多新的障礙和發展瓶頸。這些障礙首先表現在汽車、交通和信息服務行業間存在的跨行業壁壘；其次是制造業、交通服務業和信息通信業之間的行業工程規范壁壘；第三表現在信息通信業不同領域之間的跨領域技術壁壘，還表現在跨越各種行業開發融合應用建立新業態的多邊應用壁壘。人們已經認識到，這些壁壘僅僅通過調整管理體系、培養跨領域人才或是信息共享等傳統的手段是無法解決的。

通過研究發現，即使是那些已經通過車聯網在產品的形態和服務的形態表現出了多個行業的融合，在應用上大多是順從于特定行業受益體的，如出行者、汽車廠商、運輸公司、保險公司或是政府的監管機構；在技術上僅僅是圍繞基礎信息服務和通信技術的；在行業規范上是分屬于汽車制造業汽車電子設備產品集成體系、電信運營商的通信服務體系和網絡信息服務商的內容信息服務體系的。這是他們出現和存在的基礎，也決定了這種行業車聯網應用的局限。如果要突破這種局限，必須對于汽車、交通、通信和信息產業的“融合”進行深入的分析和研究。

為了尋找可行的車聯網跨行業跨領域融合解決方案，需要從當前信息化深度融合工業化發展新業態的角度從審視交通、汽車行業面對的問題，通過回顧傳統電信業與信息服務業融合的歷史，以及在移動互聯網的發展上取得成功的發展進程，從車聯網出發再次思考智能汽車和智能交通的發展方向和路徑。

深入分析可以看到，通過車聯網解決汽車、交通和信息通信行業的深度融合，不僅是聯網通信信息共享的問題，也不僅是技術應用產品集成的問題。需要站在更高的高度建立新的目標和路徑，從應用融合、技術融合到規范融合入手，以創新為推手，以生產方式的結構變革為手段，重新建立新一代車聯網的技術體系、應用體系、工程規范和商業經濟模式，是車聯網真正成為新一輪推動汽車和交通產業發展的動力。

2　傳統的汽車和交通行業面臨生產方式的發展困境

為了針對汽車和交通行業發展中遇到的問題提出融合的車聯網解決方案，必須認真審視汽車和交通行業面對的問題。

交通涉及到人們的日常生活，交通業面臨的問題是有目共睹的。

傳統交通行業面臨難解的困局，首先是交通安全、其它還有交通擁堵、大氣污染和資源配置不合理。

交通安全在全世界都是觸目驚心的話題。中國每年發生21萬起交通事故，導致6萬人死亡。交通事故已經成為傷害致死的第一死因。在美國，交通事故導致每年33000人死亡，390萬人受傷，2400萬輛車受損，直接經濟損失2770億美元。特別嚴重的問題是，盡管采取了越來越多的技術和管理措施，交通事故死亡人數都已連續多年沒有明顯下降。

在美國，交通擁堵每年浪費了人們總計55億小時，城區擁堵造成的損失達到1210億美元。由于堵車，燃料消耗增加了29億加侖，價值120億美元。由此增加了2540萬噸的二氧化碳排放量。還需要注意到，作為私家車使用的汽車，從制造消耗的材料到使用占用的土地和空間，都是極其低效的。世界經合組織的研究報告稱，95%的交通出行需求都是可以通過共享實現的。這個問題在汽車保有量迅速增加的中國特別突出。

傳統汽車行業是一個穩定發展的規范的制造性行業。但是如果我們從發展的角度來分析，汽車行業存在如下幾個潛在的問題：

（1）傳統汽車業采用產品導向而非用戶導向的治理結構，消費者被處在產業鏈的末端。這樣的治理結構難以滿足用戶個性化、地域化需求，也無法滿足汽車市場和交通市場不斷變化和發展的需求。

（2）傳統汽車從設計到投放市場平均周期需3年，難以快速應對市場的需求，也難以適應技術的日新月異。并且，汽車一旦下線，其功能基本上不再改變的。事實上機械系統和電子系統的更新周期差異極大，但是汽車中所有部件的更新周期被歸一到汽車整車的更新周期中，并被凍結在汽車整車產品的完成點上。

（3）約束傳統汽車設計的一些條件是互斥的，例如性能、成本和安全。盡管電子輔助駕駛技術的采用已經體現了通過信息技術實現主動安全的潛力，但是由于這些主動安全功能不能避免其他車輛的碰撞，造成汽車制造成本的升高。

（4）盡管汽車中已經包含諸多智能控制的部件，可以根據工況自動進行配置和調節。但是由于汽車在使用過程中遇到的場景數量和復雜度遠遠高于汽車產品設計的考慮，汽車性能、效能和排放的優化水平難以提高。

另一個值得注意的是傳統汽車業、交通業和信息通信業的工程規范、經濟理論甚至方法論之間存在巨大差異。這些行業的工程規范和經濟理論指導了這些行業過去的發展，但是也對跨產業融合和跨領域應用造成了障礙。

●交通工程層面的差異

交通安全體系、汽車安全體系、物理信息空間安全體系之間不兼容；交通信息服務、汽車交通安全控制、基于網絡智能的交通控制設計不同的原理和機制；交通安全保障、汽車安全保障、基于機器學習的安全保障在技術和工程上的不同；汽車智能化和自動駕駛、道路智能化和自動控制、自動駕駛共享社區交通之間從產品設計、生產和運營的差異。

●汽車工程層面的差異

汽車機械部件的設計和生命周期與電子產品特別是軟件的設計和生命周期管理之間的不兼容；封閉的汽車電子/車內網絡和開放的消費電子/互聯網/物聯網應用之間從方法論到原理的不同；系統工程、基于模型的系統工程方法和電子和軟件系統的快速迭代之間的工程理論差異；基于功能系統設計和開發和安全和能效目標下基于場景和應用的設計和開發的方法論、規范、工具和經濟結構的顯著不同。

●人機交互工程層面

奴隸式機械操作與感知操作人和利益攸關者的狀態、行為和愿望進行操作和反饋之間的不同；單純的功能性交互和與操作人進行安全交互，心理交互和駕駛行為輔助的智能交互的差異；把汽車作為交通工具與把汽車看成機器人，與乘車人與交通環境中其他人和機器交互的不同設計和制造規范。

●市場和產業治理結構層面

單一價值化的商業模式與價值多元化和可持續發展的商業模式之間本質的差異；以產品為導向的企業組織和供應鏈和以應用為導向的產業治理結構的不同；以企業和產品的競爭為基礎的市場與兼具競爭和互補的可持續發展產業形態之間的差別；以企業為基礎的知識產權體系和基于數據和基礎設施能力共享的創新機制之間的差異；基于政府行業標準和法規的監管機制和政府、公眾和產業參與產業推動體系之間的不同。

3　互聯網推動電信業和信息服務業走向深度融合

互聯網推動電信業與信息服務業深度融合的歷史，可以為當今通過新一代車聯網實現信息化和工業化深度融合提供許多經驗。電信業，二十世紀九十年代以前一直是一個提供電話通信和電報通信（后來加上數據通信）服務的獨立行業。它的基礎是話音和數據傳輸與交換的理論、技術、產品和服務。作為一個行業，形成了自己的行業規范（Paradigm），這包括從通信的理論和原理、行業的產品、工程和運營體系和標準，發展的目標和路徑，直到完整的電信經濟學體系和電信法律體系。十分不幸的是，在二十世紀八九十年代國際電信業剛剛建立從電話交換網絡向寬帶綜合數據服務網（B-ISDN）過渡的技術目標和路線時，這套傳統上完備的行業體系遇到了新的互聯網技術（準確地說是TCP/IP協議技術）的沖擊。互聯網技術的巨大優勢使電信人意識到通信技術與互聯網技術的融合是必然的趨勢。不過事后來看，無論是認識還是行動，人們應對這種融合所作出的轉變是相當被動的。最初，電信業試圖通過固定電話網和ISDN網絡提供TCP/IP接入服務保持通信網絡和互聯網服務的相互獨立；不過這種模式在新的接入網技術和骨干光纖網技術的進步和大規模部署的沖擊下很快就失敗了；電信業繼而試圖通過堅守電話、短信和互聯網接入業務保持電信業的獨立性；很快，這種獨立性在智能手機、App應用和微信等信息服務的沖擊下生存空間越來越小。電信業最終認識到，通信和信息服務的融合不僅僅需要技術融合，更需要行業規范的融合和應用的融合。從行業規范角度看，互聯網給電信業帶來的最重要的資產是協同發展的生態環境和可持續增長的發展模式，2010年以后，這種發展模式在電信業推動流量經營和推動移動互聯網的發展取得的令人矚目的成果。電信業已經看到，實現這種多層次的深度融合一方面是對傳統行業規范、技術體系和應用模式的沖擊，更伴隨著巨大的創新空間。正是這些領域的創新，使得傳統電信業走向了創新發展的道路。

4　車聯網推動對汽車與交通行業的產品、服務關系的重新思考

人們普遍認識到，汽車從不聯網到聯網，不是簡單的增強，而是引起了汽車本質的變化。汽車聯網為我們帶來的是建立一系列新關系的可能性，這些新關系帶來了汽車和交通的新語義。基于這些新的關系和由這些新關系形成的新語義，汽車、交通和信息服務業等不同行業之間就可能找到推動技術創新實現行業融合的解決方案。

（1）汽車與交通的關系問題：在車聯網的環境下，汽車是一個獨立的產品還是道路交通網絡上的一個移動的聯網終端？

（2）汽車與汽車和道路的關系問題：道路上的一輛汽車是一個獨立運動的自主自動化設備還是一個與道路上其它汽車、道路設施甚至道路交通參與者形成的交通流中的一個受控的智能化元素？

（3）感知、控制和執行的關系問題：汽車的運動控制是建立在單車封閉的傳感、控制算法和執行的體系下還是一個建立在道路、交通模型和車輛控制模型下、支持開放和動態的傳感數據聚合的深度學習、決策和控制的計算體系下？

（4）汽車產品和汽車服務的關系問題：汽車制造企業是設計和制造批量化的產品然后投入市場，還是能夠在汽車產品制造完成后持續地提供終身的服務？

（5）汽車產品生態環境的關系問題：汽車產品市場能否轉變為汽車生態環境，其中的電子產品部分和汽車的機械產品部分能否形成不同的產品體系，硬件產品部分和軟件產品部分能夠實現分離？

可以看到，對于第一個問題，汽車業已經給出了十分清楚的解答：汽車是道路交通網絡上的一個移動的聯網終端。這就是實現了車內網、車際網和移動通信網融合，V2X通信與ADAS駕駛服務系統融合，以安全為目標，向無人駕駛逐步演進的智能網聯汽車。我們注意到，僅僅接受汽車是聯網的智能終端，是不需要改變汽車業的行業規范的。但是把汽車作為交通系統的一個移動終端，通過網絡建立新的汽車與交通的關系，就涉及到汽車業行業規范、信息通信行業規范和交通業的行業規范的融合。這種多行業規范的融合，需要建立新的多學科的理論體系、生態環境主題、市場目標、產品目標、生產方式、設計方法論、發展路線、經濟學體系和政府監管機構管理。原來的行業規范，無論是汽車業的、信息服務業的還是交通運輸業的，都要根據新的目標進行優化。更重要的是，對建立在多學科理論和多行業規范融合的目標下的新規范，還必須面對由于多個行業融合和優化帶來的新問題，典型如系統體系虛擬化和軟件定義系統，與系統工程相關的可靠性、安全性和運營保障和優化等。

對于后4個關系問題，由于涉及到汽車行業和交通行業本身深層次的改變，在汽車、交通行業還沒有引起足夠的重視。這一點和十多年前電信業的B-ISDN路線面對TCP/IP技術沖擊時情況是十分類似的。不過，隨著信息通信業與汽車業、交通業的協同逐步深入，眾多互聯網企業介入智能網聯汽車的開發，這些問題將會逐漸得到重視并得以解決。

5　車聯網從應用、技術和規范層面推動汽車、交通和信息通信業信息化深度融合工業化

筆者認為，在新一代車聯網的語境下，汽車、交通、信息通信業等行業的融合將是深度的融合，這種深度融合表現在3個層面：應用（Applications）層面、技術層面（Technologies）和行業規范（Paradigm）層面的融合。只有實現了3個層面的融合，并在這種融合中實現創新發展，車聯網才能夠突破各種應用瓶頸、技術瓶頸和行業瓶頸，表現出對傳統行業發展轉型的巨大價值，更表現出車聯網對于信息通信產業的創新發展機遇。

車聯網在不同領域不同行業的應用和創新已經有了許多成功的實踐。在車聯網的語境中，作為交通運輸工具的汽車產品、道路和交通基礎設施、交通運輸管理是交通運輸系統的基本組成；一旦實現對汽車、道路和交通基礎設施以及交通運輸管理的普遍聯網，面向不同行業、不同主題和不同受益者的與交通相關的應用會爆發性地增長。我們已經看到車聯網在為出行者提供便利出行的信息服務，支持汽車制造廠商和維護保養企業對車輛的在線診斷、故障預測、配置優化一直提供汽車產品的全生命周期服務，支持財產保險公司為車輛提供靈活定價的保單，推動汽車機械部分和電子部分分離，硬件部分和軟件部分分離的汽車功能虛擬化、在線控制和軟件定義汽車，甚至在推動汽車零部件創新上的大量案例。除了這些具有行業目標的應用，也可以看到許多新的融合性應用的出現。這些應用大多是建立在公共主題之上，如交通安全、交通能效、綠色出行、市場有效競爭、生活舒適性和可持續發展。這些公共事務主題的融合性應用的生態是多方的，受益也是多方的。建立這種多對多的“多邊契約關系”的融合性應用一方面帶來了巨大的經濟價值和社會價值，同時也有效推動了信息技術創新、商業模式創新和業態創新的持續發展，更能夠通過市場的力量推動了傳統行業的轉型。

在車聯網自動駕駛和工業互聯網的研究中，技術層面不同行業不同領域的不同信息技術的融合受到了普遍的重視。目前，人們已經認識到，面對汽車聯網和交通自動化問題，面對工業企業生產聯網自動化的智能制造問題，過去處于分離狀態的面向制造業（如汽車制造業）管理的ERP、CRM等的商業IT（Information Technology）信息技術，制造業的自動化工藝裝備、交通運輸和車輛控制中與機械裝置密切結合的OT（Operation Technology）運營和過程控制技術，用于建立制造裝備、移動裝置（如汽車）、道路設施通信聯網的CT（Communication Technology）通信技術，以及用于數據采集、分析、處理、建模、決策、控制和優化的DT（Data Technology）數據技術將在互聯網/物聯網的基礎上融合成為一種創新的工業信息技術。一方面，這種融合的創新工業信息技術對于過去的信息管理技術、過程控制技術、通信技術和數據處理技術是一場革命；另一方面，這種技術的深度技術融合帶來的復雜性問題有提升了我們對新的技術，例如網絡虛擬化環境下的系統工程、主動性安全保障、人工智能和深度學習技術的需求；與此同時，這些信息技術的進步將更加有力地推動車聯網相關行業的技術創新和進步。

通過新一代車聯網實現汽車業和信息服務業的融合，是信息化深度融合工業化的典型應用。人們已經對此形成了共識。但是，當討論到這種深度融合的具體內容是，很多人想到的首先是技術的融合。通過前面的分析可以發現，汽車業的行業規范和信息服務業的行業規范是不具備相互兼容性的。因此，汽車業行業規范和信息服務業行業規范的融合必須是建立在創新的基礎上的，是一項迫在眉睫的任務。

6　建立基于車聯網語境的行業新規范

在新一代車聯網的生態環境中，汽車業、電信業、信息業、公路業、交通運輸業和政府監管機構是最基本的成員，其中每一個行業都有自己傳統的行業規范、技術體系和應用模式。人們經常說推動新一代車聯網發展要實現行業之間的協同，新一代智能交通強調的也是協同。不過，如果不能實現這些行業規范、技術體系和應用模式的深度融合與創新，所謂協同是無法成為現實的。

與電信業類似，汽車業也是一個有百年歷史的工業體系。但是同其他行業相比，作為現代工業標志的汽車制造業，其技術體系、行業規范和產品應用模式與信息服務業距離最遠。因此，汽車業進入車聯網生態環境難度當屬最大。這也是近幾年國際汽車業關于轉變規范（Paradigm Changes）的呼聲很高的原因。

為了推動汽車業與信息服務業在車聯網行業規范層面的融合和創新，必須從幾個不同的方面進行分析，包括行業主題、市場目標、產品目標、行業生產方式、行業的設計方法論、行業發展路線、行業經濟學體系和政府監管機構對行業的管理等幾個方面。

汽車業的行業主題是制造汽車，行業中所有企業的市場目標是制造用戶滿意度更高、性能更好、安全可靠且成本最低的汽車產品。汽車產品的產品目標是制造發動機提供動力的、在道路上行駛、用于交通運輸的、標準化的、能夠行駛數十萬公里、使用十年以上的機械裝置或運輸工具。汽車產品的復雜性導致汽車行業的生產方式是典型的離散工業組織模式，由多級的樹狀供應鏈關系組成，汽車產品的設計原則是以成熟技術為基礎的集成為基礎的，每個汽車產品投放前都要經過大量的模擬和實際工況的調校、檢驗和優化。按照汽車行業的自身規劃，汽車產品的發展路線是沿著時尚設計、增強性能、提高能效、提升安全、敏捷制造等目標持續推進的。在上述框架下，汽車制造形成了完整的工程化體系和生產方式，福特生產方式和豐田生產方式已經成為其他制造業的典型案例。汽車工業也形成了自己的汽車技術經濟學體系，包括汽車技術經濟的基本原理、汽車工業的經濟規模、汽車市場需求預測和市場定位、汽車技術經濟的非線性分析、汽車工業市場模型和汽車行業經濟效益等內容。同時，工信部對汽車產品的質量和安全的監管，對汽車產業發展的推動政策也都已經形成了一整套的政策法規。在車聯網的范疇中，我們看到汽車業提出的智能網聯汽車的開發、網絡與駕駛輔助系統ADAS的融合、以及無人駕駛技術的開發，都是明確建立在上述的汽車行業規范之上的。

長期處在信息服務業中的人都會感覺到，以移動互聯網為代表的信息服務業的“互聯網思維”與傳統汽車業的行業規范幾乎是格格不入的。移動互聯網的生態圈以用戶體驗為中心，以提供產品全生命周期服務為目標，主張創新驅動、快速迭代式開發的工程化體系、供應鏈扁平化和可持續發展。不過，由于永遠處在發展的過程中，信息服務業的行業規范對于服務產品質量、信息安全、服務保障和政府監管等環節一直面臨巨大的挑戰。其結果是，一方面信息服務業認為汽車產品（包括機械產品和電子產品）的開發集成周期需要三年是不可理喻的；另一方面信息服務業的思維模式對汽車業而言則是根本不能接受的。顯然，汽車業的行業規范推動了過去幾十年汽車市場的健康發展，但是它也嚴重制約了新一代車聯網帶來的信息化與工業化的深度融合；而信息服務業的行業規范特別是今年來發展的互聯網思維及大地推動了移動互聯網的發展，但是用這種規范發展新一代車聯網語境下的汽車業是根本無法滿足要求的。因此，實現汽車業與信息服務業的行業規范融合，推動新一代車聯網行業規范創新，應該成為我們建立新一代車聯網的協同生態環境，推動新一代車聯網的發展的重要議題。

Study on vehicle networking technology， applications and specification innovation under the new trend of integration

YANGJing

With the sustained and rapid growth of China’s economic construction in recent years， the next-generation vehicle networks， that are information networks interconnecting among roads， vehicles and drivers in a large-scale highway transportation system， has gone far beyond transportation information services， communication services and transport that traditional telematics has provided. This paper will analysis and research on the vehicle networking technologies， applications and specification innovation under the new trend of deep integration.

vehicle network； integration； telematics； technology； application

2016-04-20）