淺析智慧高速公路車(chē)路協(xié)同

李崢

“智能車(chē)路協(xié)同”喊的震天響，那到底要協(xié)同什么，怎么去協(xié)同？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，交通、通信、汽車(chē)三大行業(yè)各抒己見(jiàn)、百家爭(zhēng)鳴。筆者認(rèn)為，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答還是要回歸本源，要從道路工程學(xué)、交通工程學(xué)的基本理論中找答案。舉例來(lái)說(shuō)，車(chē)輛的行駛速度要適應(yīng)道路線形和交通氣象環(huán)境的變化、車(chē)輛的換道要滿足安全閾值、交通監(jiān)控中心根據(jù)路網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)下發(fā)交通管制指令和交通誘導(dǎo)建議到車(chē)輛等……。從這些例子可以看出，“智能車(chē)路協(xié)同”至少應(yīng)包括單車(chē)與線形、路況、氣象、環(huán)境之間的協(xié)同，多車(chē)之間的行駛速度、微觀駕駛行為的協(xié)同，交通監(jiān)控中心與車(chē)輛的協(xié)同等，協(xié)同的手段依然是主動(dòng)需求管理、主動(dòng)交通管理、主動(dòng)安全管理。

車(chē)輛識(shí)別不是一件簡(jiǎn)單的事情。因?yàn)檐?chē)輛有很多形態(tài)的變化，第一，汽車(chē)有不同的角度、不同的方向。第二，汽車(chē)會(huì)快速移動(dòng)，增加了辨識(shí)的難度。第三，當(dāng)多輛車(chē)在一塊時(shí)，混雜的交通環(huán)境，混雜的車(chē)流情況下，也要能夠快速、準(zhǔn)確、有效地進(jìn)行辨識(shí)。要把人工智能真正地應(yīng)用到交通領(lǐng)域，遠(yuǎn)比我們想象的困難得多，人工智能實(shí)現(xiàn)智能駕駛尚具有挑戰(zhàn)性。從嚴(yán)格意義上講，如果一個(gè)系統(tǒng)要具有人工智能，就應(yīng)該具備三個(gè)條件。第一，系統(tǒng)能夠像人一樣感知環(huán)境、感知社會(huì)。人類通過(guò)眼睛一看就知道了，但是機(jī)器設(shè)備未必能行。第二，系統(tǒng)能夠像人一樣進(jìn)行思考。第三，系統(tǒng)要能模仿人一樣的動(dòng)作。如果能夠達(dá)到這三個(gè)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(guān)于人工智能的介紹，距離這三點(diǎn)還很遠(yuǎn)，還有很多工作要做。

對(duì)智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的認(rèn)知（一）“車(chē)路協(xié)同”不是新名詞。對(duì)道路工程師和交通工程師而言，其實(shí)“車(chē)路協(xié)同”并非一個(gè)新名詞。在道路工程學(xué)和交通工程學(xué)的基礎(chǔ)課程中，開(kāi)篇即明宗意，強(qiáng)調(diào)道路交通系統(tǒng)中人-車(chē)-路-環(huán)境四要素的耦合與協(xié)同。只是伴隨著時(shí)代的進(jìn)步與技術(shù)的發(fā)展，“車(chē)路協(xié)同”又被賦予許多新的內(nèi)涵，即我們現(xiàn)在所謂的“智能車(chē)路協(xié)同”。（二）智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題。智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)（IVICS）是智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分之一（GB/T 20607-2006）。由于近年來(lái)IVICS發(fā)展勢(shì)頭迅猛，ITS已經(jīng)逐步發(fā)展為C-ITS，中文翻譯為“合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)”（GB/T 31024.1-2014）。不過(guò)在筆者看來(lái)，譯為“協(xié)同式智能運(yùn)輸系統(tǒng)”更為合理，也與IVICS在新一代ITS中的重要地位相匹配。對(duì)于IVICS來(lái)說(shuō)，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(fā)展理念的要求，也是打造“綠色智能交通體系”的行業(yè)要求。關(guān)于駕駛輔助系統(tǒng)，車(chē)路協(xié)同引進(jìn)以后，對(duì)自動(dòng)駕駛又提出了新的條件，即單車(chē)的駕駛輔助還可以和多車(chē)結(jié)合起來(lái)，于是我們提出了CDAS，實(shí)現(xiàn)CDAS的基礎(chǔ)就是車(chē)路協(xié)同平臺(tái)。目前，巡航控制已經(jīng)應(yīng)用到一些新車(chē)上了，ACC已經(jīng)得到體現(xiàn)了，但是ACC還只是實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自身的巡航，前車(chē)做任何動(dòng)作是不知道的，只能通過(guò)距離和對(duì)速度的判斷，來(lái)識(shí)別前車(chē)可能做什么事情?；谲?chē)路協(xié)同也好、自動(dòng)駕駛也好，未來(lái)，我希望前車(chē)或者周邊車(chē)輛所做任何動(dòng)作之后，車(chē)輛要把信息傳出去，而不再是讓其他車(chē)輛去猜測(cè)。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(shuō)人工智能和車(chē)路協(xié)同是可以完全結(jié)合起來(lái)的。車(chē)路協(xié)同主要是提供一個(gè)平臺(tái)，讓所有的交通主體，人、車(chē)、路在這個(gè)平臺(tái)上都可以實(shí)時(shí)地、全方位地交互信息。在這個(gè)基礎(chǔ)上，為交通出行的駕駛安全和交通管理提供一個(gè)新的平臺(tái)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)聯(lián)車(chē)和車(chē)路協(xié)同實(shí)際上是殊途同歸的，但是車(chē)路協(xié)同更多的是強(qiáng)調(diào)交通整體集成功能的實(shí)現(xiàn)。此外，還有兩個(gè)方面的改進(jìn)。第一，駕駛安全。在傳統(tǒng)的安全措施之上，我們提供了V2V平臺(tái)，這就使得所有車(chē)輛之間的信息，包括操作信息可以共享，改變了原來(lái)的安全模式，比如安全帶、安全氣囊這些被動(dòng)式的安全模式，目前的ADAS則屬于主動(dòng)式的安全模式，因?yàn)槌霈F(xiàn)事故之前可以主動(dòng)避障，但是還不是多機(jī)協(xié)作的，而到了CDAS階段，就能夠?qū)崿F(xiàn)多輛車(chē)的協(xié)作。交通控制方面也會(huì)發(fā)生革命性的變化。在一個(gè)新的平臺(tái)，你可以知道所有車(chē)輛在道路上行使的位置、速度、加速度、方向，以便更好地調(diào)整駕駛。目前，自動(dòng)駕駛主要有兩條技術(shù)路線。第一，靠車(chē)載傳感器來(lái)探測(cè)車(chē)輛周邊的交通信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shù)，再結(jié)合近距離的傳感器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，這也是目前自動(dòng)駕駛領(lǐng)域最常用的方法。目前，一些自動(dòng)駕駛汽車(chē)公司基本上是走這條技術(shù)路線。

對(duì)于高速公路行業(yè)而言，未來(lái)的交通管理將朝著斷面級(jí)交通管理向車(chē)道級(jí)交通管理、車(chē)流級(jí)管控向車(chē)輛級(jí)管控發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)大范圍“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控”，構(gòu)建規(guī)則化的道路交通管理體系，以及向出行者提供靶向精準(zhǔn)信息服務(wù)。因此，亟待解決的問(wèn)題包括：1、高速智能公路車(chē)路協(xié)同體系及云邊協(xié)同架構(gòu);2、高速公路自動(dòng)駕駛專用車(chē)道建設(shè)技術(shù)，包括平、縱線形和橫斷面指標(biāo)，以及交通工程設(shè)施的布設(shè)方法;3、既有高速公路對(duì)智能車(chē)路協(xié)同自動(dòng)駕駛的適應(yīng)性評(píng)估;4、面向智能車(chē)路協(xié)同自動(dòng)駕駛的高速公路運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制與協(xié)同管理模式;5、混合交通流（普通汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，低級(jí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)和高級(jí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)）條件下的高速公路交通控制技術(shù);6、高速公路智能車(chē)路協(xié)同自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)估方法;7、高速公路一體化出行信息服務(wù)模式（MAAS）。

我們要理性看待技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展：（一）高速公路智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展。智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)是在逐步發(fā)展的，只是在很多年以前，沒(méi)有這個(gè)提法而已。截至目前，我們對(duì)智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展可以按如下階段劃分和梳理：第一代技術(shù)：可變限速系統(tǒng)、交通信息發(fā)布系統(tǒng)，面向普通汽車(chē)。第二代技術(shù)：霧天公路行車(chē)安全誘導(dǎo)裝置、公路發(fā)光型誘導(dǎo)設(shè)施、基于微波車(chē)輛檢測(cè)器的公路視覺(jué)盲區(qū)危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)等，面向普通汽車(chē)。第三代技術(shù)：ETC系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志、基于毫米波雷達(dá)或機(jī)器視覺(jué)的公路視覺(jué)盲區(qū)危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)等，面向普通汽車(chē)。第四代技術(shù)：基于LTE-V2X的智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。第五代技術(shù)：基于5G-V2X的智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)?？梢钥闯?，從第三代技術(shù)到第四代技術(shù)，其實(shí)是一個(gè)相當(dāng)大的跨越，因?yàn)槊嫦虻膶?duì)象發(fā)生了重大的變化，從普通汽車(chē)變?yōu)榱酥悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。同時(shí)也面臨著一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：目前的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率極低，而高速公路沿線設(shè)置的大量高精度感知設(shè)備和智能路側(cè)基站成本很高，但投入產(chǎn)出比極低。由于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率，很難為其設(shè)置一條專用車(chē)道，部分V2X應(yīng)用效果將大打折扣。以V2V碰撞預(yù)警為例，3輛汽車(chē)在高速公路上行駛，首車(chē)和末車(chē)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，中間那輛車(chē)為普通汽車(chē)，當(dāng)首車(chē)采取剎車(chē)動(dòng)作后，末車(chē)接收信息也采取剎車(chē)動(dòng)作可避免發(fā)生追尾，但還是存在中間那輛車(chē)與首車(chē)發(fā)生追尾的可能性，首車(chē)駕乘人員的體驗(yàn)感將會(huì)非常差。因此，在混合交通流（普通汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)混行，低級(jí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)和高級(jí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)混行）條件下，高速公路交通管理將面臨很多新問(wèn)題，目前我們對(duì)這些問(wèn)題的思考還非常有限、不夠深入。正因?yàn)槿绱耍P者認(rèn)為從第三代技術(shù)猛一下就發(fā)展到第四代技術(shù)還不現(xiàn)實(shí)，需要有過(guò)渡的一代技術(shù)。這類技術(shù)通過(guò)集成應(yīng)用最新的物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計(jì)算等技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的主動(dòng)交通管控系統(tǒng)（ATM）進(jìn)行提質(zhì)升級(jí)，通過(guò)路側(cè)廣播、LED屏、聲光警示裝置以及導(dǎo)航終端實(shí)現(xiàn)“人-車(chē)-路”信息交互（需要用好“聲、光、色、形”四種方式），充分體現(xiàn)智能車(chē)路協(xié)同的理念，從而在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率很高時(shí)能夠平滑演進(jìn)到下一個(gè)發(fā)展階段。（二）產(chǎn)業(yè)發(fā)展? 對(duì)智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)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(guān)聯(lián)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展階段，待V2V應(yīng)用已經(jīng)比較的成熟的時(shí)候再來(lái)發(fā)展I2V，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)機(jī)或許更好。筆者認(rèn)為，智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)目前還是比較適合在車(chē)聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)、示范區(qū)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、礦山區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用，不太適合在高速公路上大規(guī)模推廣應(yīng)用（主要還是因?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率實(shí)在太低，比城市的比例更少，加之LTE-V2X或5G-V2X技術(shù)還不完全很成熟）。高速公路更需要的是面向普通汽車(chē)的智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理和交通控制提質(zhì)升級(jí)。如果一定要在高速公路上推廣應(yīng)用LTE-V2X或5G-V2X，建議不必全線覆蓋，重點(diǎn)在隧道出入口、長(zhǎng)大下坡、互通式立交分流區(qū)、霧區(qū)等區(qū)域開(kāi)展示范應(yīng)用，展示在這些區(qū)域進(jìn)行主動(dòng)交通安全防控和主動(dòng)交通管控的成效。在更遠(yuǎn)的未來(lái)，LTE-V2X或5G-V2X的大規(guī)模推廣應(yīng)用，可以充分借鑒全國(guó)ETC聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)，用好舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)高速公路智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，打造全世界用戶數(shù)量最多的車(chē)聯(lián)網(wǎng)體系，高速公路聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控的夢(mèng)想就一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。