淺析智慧高速公路車路協同

李崢

“智能車路協同”喊的震天響，那到底要協同什么，怎么去協同？針對這個問題，交通、通信、汽車三大行業各抒己見、百家爭鳴。筆者認為，對這個問題的回答還是要回歸本源，要從道路工程學、交通工程學的基本理論中找答案。舉例來說，車輛的行駛速度要適應道路線形和交通氣象環境的變化、車輛的換道要滿足安全閾值、交通監控中心根據路網運行態勢下發交通管制指令和交通誘導建議到車輛等……。從這些例子可以看出，“智能車路協同”至少應包括單車與線形、路況、氣象、環境之間的協同，多車之間的行駛速度、微觀駕駛行為的協同，交通監控中心與車輛的協同等，協同的手段依然是主動需求管理、主動交通管理、主動安全管理。

車輛識別不是一件簡單的事情。因為車輛有很多形態的變化，第一，汽車有不同的角度、不同的方向。第二，汽車會快速移動，增加了辨識的難度。第三，當多輛車在一塊時，混雜的交通環境，混雜的車流情況下，也要能夠快速、準確、有效地進行辨識。要把人工智能真正地應用到交通領域，遠比我們想象的困難得多，人工智能實現智能駕駛尚具有挑戰性。從嚴格意義上講，如果一個系統要具有人工智能，就應該具備三個條件。第一，系統能夠像人一樣感知環境、感知社會。人類通過眼睛一看就知道了，但是機器設備未必能行。第二，系統能夠像人一樣進行思考。第三，系統要能模仿人一樣的動作。如果能夠達到這三個條件，才算是真正意義上的人工智能。但是目前我們看到的很多關于人工智能的介紹，距離這三點還很遠，還有很多工作要做。

對智能車路協同系統的認知（一）“車路協同”不是新名詞。對道路工程師和交通工程師而言，其實“車路協同”并非一個新名詞。在道路工程學和交通工程學的基礎課程中，開篇即明宗意，強調道路交通系統中人-車-路-環境四要素的耦合與協同。只是伴隨著時代的進步與技術的發展，“車路協同”又被賦予許多新的內涵，即我們現在所謂的“智能車路協同”。（二）智能車路協同系統需要解決的問題。智能車路協同系統（IVICS）是智能運輸系統（ITS）的重要組成部分之一（GB/T 20607-2006）。由于近年來IVICS發展勢頭迅猛，ITS已經逐步發展為C-ITS，中文翻譯為“合作式智能運輸系統”（GB/T 31024.1-2014）。不過在筆者看來，譯為“協同式智能運輸系統”更為合理，也與IVICS在新一代ITS中的重要地位相匹配。對于IVICS來說，其最重要的是“使命”就是要提升交通安全保障水平和道路通行能力，這既是“以人為本”發展理念的要求，也是打造“綠色智能交通體系”的行業要求。關于駕駛輔助系統，車路協同引進以后，對自動駕駛又提出了新的條件，即單車的駕駛輔助還可以和多車結合起來，于是我們提出了CDAS，實現CDAS的基礎就是車路協同平臺。目前，巡航控制已經應用到一些新車上了，ACC已經得到體現了，但是ACC還只是實現車輛自身的巡航，前車做任何動作是不知道的，只能通過距離和對速度的判斷，來識別前車可能做什么事情。基于車路協同也好、自動駕駛也好，未來，我希望前車或者周邊車輛所做任何動作之后，車輛要把信息傳出去，而不再是讓其他車輛去猜測。于是在這種情況下，有了CACC，以及加上人工智能以后的AIACC。因此，我們說人工智能和車路協同是可以完全結合起來的。車路協同主要是提供一個平臺，讓所有的交通主體，人、車、路在這個平臺上都可以實時地、全方位地交互信息。在這個基礎上，為交通出行的駕駛安全和交通管理提供一個新的平臺。車聯網、網聯車和車路協同實際上是殊途同歸的，但是車路協同更多的是強調交通整體集成功能的實現。此外，還有兩個方面的改進。第一，駕駛安全。在傳統的安全措施之上，我們提供了V2V平臺，這就使得所有車輛之間的信息，包括操作信息可以共享，改變了原來的安全模式，比如安全帶、安全氣囊這些被動式的安全模式，目前的ADAS則屬于主動式的安全模式，因為出現事故之前可以主動避障，但是還不是多機協作的，而到了CDAS階段，就能夠實現多輛車的協作。交通控制方面也會發生革命性的變化。在一個新的平臺，你可以知道所有車輛在道路上行使的位置、速度、加速度、方向，以便更好地調整駕駛。目前，自動駕駛主要有兩條技術路線。第一，靠車載傳感器來探測車輛周邊的交通信息，實現自動駕駛。第二，不完全依靠于傳感器，而是使用高精度地圖，加上高精度的定位技術，再結合近距離的傳感器，實現自動駕駛，這也是目前自動駕駛領域最常用的方法。目前，一些自動駕駛汽車公司基本上是走這條技術路線。

對于高速公路行業而言，未來的交通管理將朝著斷面級交通管理向車道級交通管理、車流級管控向車輛級管控發展，從而實現大范圍“聯網聯控”，構建規則化的道路交通管理體系，以及向出行者提供靶向精準信息服務。因此，亟待解決的問題包括：1、高速智能公路車路協同體系及云邊協同架構;2、高速公路自動駕駛專用車道建設技術，包括平、縱線形和橫斷面指標，以及交通工程設施的布設方法;3、既有高速公路對智能車路協同自動駕駛的適應性評估;4、面向智能車路協同自動駕駛的高速公路運營管理機制與協同管理模式;5、混合交通流（普通汽車和智能網聯汽車，低級別智能網聯汽車和高級別智能網聯汽車）條件下的高速公路交通控制技術;6、高速公路智能車路協同自動駕駛測試評估方法;7、高速公路一體化出行信息服務模式（MAAS）。

我們要理性看待技術演進和產業發展：（一）高速公路智能車路協同技術的發展。智能車路協同技術是在逐步發展的，只是在很多年以前，沒有這個提法而已。截至目前，我們對智能車路協同技術的發展可以按如下階段劃分和梳理：第一代技術：可變限速系統、交通信息發布系統，面向普通汽車。第二代技術：霧天公路行車安全誘導裝置、公路發光型誘導設施、基于微波車輛檢測器的公路視覺盲區危險預警系統等，面向普通汽車。第三代技術：ETC系統、基于物聯網技術的主動發光交通標志、基于毫米波雷達或機器視覺的公路視覺盲區危險預警系統等，面向普通汽車。第四代技術：基于LTE-V2X的智能車路協同系統，面向智能網聯汽車。第五代技術：基于5G-V2X的智能車路協同系統，面向智能網聯汽車。可以看出，從第三代技術到第四代技術，其實是一個相當大的跨越，因為面向的對象發生了重大的變化，從普通汽車變為了智能網聯汽車。同時也面臨著一個現實問題：目前的智能網聯汽車滲透率極低，而高速公路沿線設置的大量高精度感知設備和智能路側基站成本很高，但投入產出比極低。由于智能網聯汽車滲透率，很難為其設置一條專用車道，部分V2X應用效果將大打折扣。以V2V碰撞預警為例，3輛汽車在高速公路上行駛，首車和末車是智能網聯汽車，中間那輛車為普通汽車，當首車采取剎車動作后，末車接收信息也采取剎車動作可避免發生追尾，但還是存在中間那輛車與首車發生追尾的可能性，首車駕乘人員的體驗感將會非常差。因此，在混合交通流（普通汽車和智能網聯汽車混行，低級別智能網聯汽車和高級別智能網聯汽車混行）條件下，高速公路交通管理將面臨很多新問題，目前我們對這些問題的思考還非常有限、不夠深入。正因為如此，筆者認為從第三代技術猛一下就發展到第四代技術還不現實，需要有過渡的一代技術。這類技術通過集成應用最新的物聯網、人工智能、移動互聯網、5G、邊緣計算等技術，對傳統的主動交通管控系統（ATM）進行提質升級，通過路側廣播、LED屏、聲光警示裝置以及導航終端實現“人-車-路”信息交互（需要用好“聲、光、色、形”四種方式），充分體現智能車路協同的理念，從而在智能網聯汽車滲透率很高時能夠平滑演進到下一個發展階段。（二）產業發展? 對智能車路協同技術的產業發展，我們一定要客觀、理性、冷靜，我們要清醒的看到，與其密切關聯的智能網聯汽車產業仍處于發展階段，待V2V應用已經比較的成熟的時候再來發展I2V，產業發展的時機或許更好。筆者認為，智能車路協同技術目前還是比較適合在車聯網先導區、示范區以及相關產業園區、礦山區域進行應用，不太適合在高速公路上大規模推廣應用（主要還是因為智能網聯汽車滲透率實在太低，比城市的比例更少，加之LTE-V2X或5G-V2X技術還不完全很成熟）。高速公路更需要的是面向普通汽車的智能車路協同系統，實現運營管理和交通控制提質升級。如果一定要在高速公路上推廣應用LTE-V2X或5G-V2X，建議不必全線覆蓋，重點在隧道出入口、長大下坡、互通式立交分流區、霧區等區域開展示范應用，展示在這些區域進行主動交通安全防控和主動交通管控的成效。在更遠的未來，LTE-V2X或5G-V2X的大規模推廣應用，可以充分借鑒全國ETC聯網的經驗，用好舉國體制優勢，實現全國高速公路智能車路協同系統的聯網，打造全世界用戶數量最多的車聯網體系，高速公路聯網聯控的夢想就一定會實現。