最近播放的《長安十二時辰》,雖然沒有過多的前期宣傳,但依靠精美的畫面,緊湊的劇情,精湛的演技,依舊火爆網(wǎng)絡(luò)。第十六集描繪了一場令人熱血沸騰的鬧市馬車追逐戰(zhàn)。其中馬車上的生死相搏,馬車之間的激烈碰撞,馬車沖撞行人,馬車上伏火雷爆炸等一幕幕場景,堪比《速度與激情》中的極速飆車畫面。
現(xiàn)代的技術(shù),尤其是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù),若是和古代鬧市馬車追逐戰(zhàn)相結(jié)合,會碰撞出什么樣的火花?從《長安十二時辰》鬧市馬車追逐戰(zhàn)中,我們得到了不少啟發(fā)。本文將解答三個問題,車聯(lián)網(wǎng)是什么?車聯(lián)網(wǎng)有哪些應(yīng)用場景?車聯(lián)網(wǎng)涉及到哪些典型技術(shù)?
十六集中有一幕場景,一輛馬車上的狼衛(wèi)大聲招呼另外一輛馬車上的狼衛(wèi),“前方分路,我繼續(xù)往右”,兩輛馬車隨即分道而馳。在古代馬車上,兩輛馬車之間互相通信,得靠人吼叫來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在汽車上,車和車之間通信,就用到了車聯(lián)網(wǎng)“車-車”(Vehicle to Vehicle)通信場景。
到底怎么實(shí)現(xiàn)呢?簡單來說,在車上安裝美國主推的DSRC標(biāo)準(zhǔn)(Dedicated Short Range Communications)或者中國主推的C-V2X標(biāo)準(zhǔn)(Cellular-V2X)車載終端OBU(On Board Unit)。兩輛車OBU和OBU之間能實(shí)現(xiàn)幾百米距離的點(diǎn)對點(diǎn)通信,使用的是一種稱為PC5的點(diǎn)對點(diǎn)通信接口,在中國工作在5905MHz-5925MHz頻段,取代了古代的人吼。
另外一幕場景,李必下令,“按狼行方位射煙丸,給張督尉指路”。隨即在神奇的“望樓”上,旅賁軍射出煙丸,指引張小敬駕車。這些神奇的望樓,可以看成是路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施,射出的煙丸是古代的一種通信方式。
現(xiàn)在,路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施換成專門的車聯(lián)網(wǎng)路側(cè)單元RSU(Road Side Unit),通信方式換成了無線電波,實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)“路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施-車”(Vehicle to Infrastructure)通信場景。即路側(cè)的RSU和車輛上的OBU之間能實(shí)現(xiàn)幾百米距離的點(diǎn)對點(diǎn)通信,依然使用的是工作在5905MHz-5925MHz頻段的PC5通信接口。
又一幕場景,搶奪了馬車的張小敬一邊駕車,一邊大聲招呼路人,“讓開,讓開”,行人四散奔逃紛紛避讓。這是馬車和行人之間的通信,即典型的車聯(lián)網(wǎng)“車-人”(Vehicle to Pedestrian)通信場景。
換到現(xiàn)在,就是通過車載終端OBU和行人手中的手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備等之間實(shí)現(xiàn)通信,使用工作在5905MHz-5925MHz頻段的PC5通信接口。
再看一幕,鬧市馬車信息通過望樓和望樓之間傳輸,被一路傳遞到靖安司,這就是典型的車聯(lián)網(wǎng)“車-網(wǎng)絡(luò)/云”(Vehicle to Network/Cloud)通信場景。
此時神奇的望樓將化身為支持4G(工作在1.8GHz、2.3GHz或2.6GHz頻段)或者5G(工作在3.5GHz或者2.6GHz頻段)的運(yùn)營商無線基站。車輛將通過車載終端OBU和路側(cè)基站通信,再通過運(yùn)營商的傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng),最后到云。這時候用到的不再是點(diǎn)對點(diǎn)PC5通信接口,而是通過運(yùn)營商蜂窩基站的Uu接口。也就是談到網(wǎng)的時候,得用到運(yùn)營商的蜂窩網(wǎng)。
看完這四幕場景,總結(jié)一下,車聯(lián)網(wǎng)是什么?它是智能網(wǎng)聯(lián)汽車在傳統(tǒng)Camera/Radar/LiDAR等基礎(chǔ)上,通過車聯(lián)網(wǎng)(V2X,Vehicle to Everything),包括車-車通信(V2V),車-路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信(V2I),車-人通信(V2P),以及車-網(wǎng)絡(luò)/云端通信(V2N/V2C),給ADAS 及自動駕駛系統(tǒng)帶來顯著價值。
02
車聯(lián)網(wǎng)有哪些應(yīng)用場景?
在微信公眾號“5G行業(yè)應(yīng)用”的《5G車聯(lián)網(wǎng)十大產(chǎn)業(yè)化趨勢》文章中,提到車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要包括信息服務(wù)類業(yè)務(wù)、安全出行類業(yè)務(wù)、交通效率類業(yè)務(wù)和自動駕駛類業(yè)務(wù)。
按照美國高速公路安全管理局(NHTSA)統(tǒng)計數(shù)據(jù),車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)將為消費(fèi)者提供安全、效率、便捷三大方面優(yōu)質(zhì)服務(wù)。安全方面,中輕型車輛能避免80%的交通事故,重型車能避免71%的事故;效率方面,交通堵塞將減少60%,短途運(yùn)輸效率提高70%,現(xiàn)有道路通行能力提高2~3倍;便捷方面,停車次數(shù)可減少30%,行車時間降低13%至45%,實(shí)現(xiàn)降低油耗15%。
從《長安十二時辰》中,我們看到很多典型的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場景。
1. 高精地圖實(shí)時下載(信息服務(wù)類)
有一幕,狼衛(wèi)一邊駕車,一邊拿出地圖查看,確定行進(jìn)路線。對應(yīng)到車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中的高精地圖下載業(yè)務(wù)。當(dāng)然,高精地圖不同于我們普通的導(dǎo)航電子地圖。普通地圖面向駕駛員,是供駕駛員使用的地圖數(shù)據(jù),而高精地圖是面向機(jī)器的,供自動駕駛汽車使用的地圖數(shù)據(jù)。
普通導(dǎo)航電子地圖的絕對坐標(biāo)精度大約在10米左右,無法應(yīng)用在自動駕駛領(lǐng)域。因?yàn)樽詣玉{駛汽車需要精確的知道自己在路上的位置,往往車輛離馬路牙子和旁邊車道也就幾十厘米左右,所以高精地圖的絕對精度一般都會在亞米級,而且橫向的相對精度(比如,車道和車道線的相對位置精度)還要更高。除此之外,高精地圖還包括了道路坡度/超高/高程,車道停止線/等待線,路口紅綠燈相位,道路附屬設(shè)施標(biāo)牌等各個方面的信息。
自動駕駛時代所需要的高精地圖數(shù)據(jù)可以劃分為四類:永久靜態(tài)數(shù)據(jù)(更新頻率為1個月)、半永久靜態(tài)數(shù)據(jù)(頻率為1小時)、半動態(tài)數(shù)據(jù)(頻率為1分鐘)、動態(tài)數(shù)據(jù)(頻率為1秒)。與當(dāng)前普及的電子導(dǎo)航地圖1~2月更新一次的頻率相比,高精度地圖的更新頻率之高、難度之大可想而知。
車聯(lián)網(wǎng)將為高精地圖下載提供通道,尤其是5G和邊緣計算相結(jié)合,將為高精地圖的快速發(fā)布提供更好的通道。
2.定位管理(信息服務(wù)類)
有一幕,李必在詢問馬車到了哪里,“莫不是要向東過朱雀大街了”。如果在馬車上安裝了稱為追蹤器Tracker的設(shè)備,就能實(shí)現(xiàn)定位管理,知道車輛的實(shí)時位置信息。
各種Tracker根據(jù)配置不同,功能也不同,實(shí)現(xiàn)的也不再僅僅是一個定位功能。比如4G Tracker可以做到4G通信、車輛定位、車輛狀態(tài)檢測、異常提醒、4G WIFI、藍(lán)牙4.0/3.0數(shù)傳、駕駛行為分析、行駛里程統(tǒng)計、遠(yuǎn)程設(shè)置及維護(hù)等功能。
3.車隊(duì)管理(信息服務(wù)類)
馬車追逐戰(zhàn)中,怎么能做到幾輛馬車的統(tǒng)籌管理呢?通過在車輛上安裝車載自動診斷OBD(On-Board Diagnostics)設(shè)備,能在車輛運(yùn)行過程中實(shí)時監(jiān)測發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)及車輛的其它功能模塊工作狀況,如有發(fā)現(xiàn)工況異常,則根據(jù)特定的算法判斷出具體的故障。
OBD是有專用接口的,接口的位置一般在方向盤下面的內(nèi)飾板中,靠近駕駛員膝蓋附近的地方,采用OBD-II接口標(biāo)準(zhǔn),梯形16針DLC形式接插件。它要去讀取車輛CAN總線的信息。
有了OBD上報的各類數(shù)據(jù),通過搭建車隊(duì)管理平臺,可以實(shí)現(xiàn)車隊(duì)的量化考核(統(tǒng)計排名等),安全用車(駕駛評分、車輛健康評估、安全告警等),效率提升(評估車輛和司機(jī)工作量等),成本透明(里程油耗監(jiān)控等)。
4.UBI業(yè)務(wù)(信息服務(wù)類)
馬車追逐戰(zhàn)中,馬車燃?xì)饬诵苄艽蠡穑诠糯菦]有保險業(yè)務(wù)的,現(xiàn)代汽車則有,尤其是現(xiàn)在還有基于駕駛行為的保險業(yè)務(wù)UBI(Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance)。
UBI設(shè)備上一般集成六軸陀螺儀算法和碰撞識別技術(shù)。我們知道三軸陀螺儀分別感應(yīng)Roll(左右傾斜)、Pitch(前后傾斜)、Yaw(左右搖擺)的全方位動態(tài)信息,六軸陀螺儀是指三軸加速器(三軸加速器就是感應(yīng)XYZ立體空間三個方向,前后左右上下,軸向上的加速)和三軸陀螺儀合在一起的稱呼。
三軸加速器是檢測橫向加速的,三軸陀螺儀是檢測角度旋轉(zhuǎn)和平衡的,合在一起稱為六軸陀螺儀。還有一種九軸陀螺儀,它指的是三軸加速器+三軸陀螺儀+三軸磁強(qiáng)計。
有了UBI設(shè)備,保險公司可以實(shí)現(xiàn)針對不同客戶的精準(zhǔn)定價,還可以實(shí)現(xiàn)無需人員現(xiàn)場出勤的索賠管理等業(yè)務(wù)。同時,車企還能夠利用UBI數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化,消費(fèi)者可以利用UBI數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛行為分析等。
5.車輛碰撞預(yù)警(交通安全類)
一幕場景中,兩輛馬車劇烈碰撞。使用車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),通過車和車之間通信,可以規(guī)避車輛碰撞風(fēng)險。
即車輛和另外一輛車存在碰撞風(fēng)險,車輛上能看到提示信息。這個信息即可以給駕駛員使用,也可以為自動駕駛的車載計算單元使用。
6.弱勢交通參與者碰撞預(yù)警(交通安全類
張小敬不顧自己生死,憑借精湛的駕車技術(shù),躲避開一個懵懂小孩,挽救了一個生命。使用車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),通過車和人或者車和路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間通信,可以實(shí)現(xiàn)弱勢交通參與者碰撞預(yù)警。
比如說人行橫道線上安裝有行人探測傳感器,當(dāng)車輛靠近人行橫道時,路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施向周邊車輛發(fā)送行人信息,提示車輛減速及停車。這與通過雷達(dá)或者攝像頭實(shí)現(xiàn)的自動緊急制動(AEB)功能類似。
7.綠波車速引導(dǎo)(交通效率類)
在這一幕中,兩側(cè)士兵為張小敬趕的馬車開辟出一條暢通的道路。在現(xiàn)實(shí)生活中,通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù),也能讓我們的汽車實(shí)現(xiàn)綠波通行。即路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施通過廣播方式,告知車輛道路綠波建議的行駛速度。
也就是說,不是車輛一定要在市區(qū)跑到60km/h才是最快的,反而可能車速控制在40km/h,可以一路暢通通過各個紅綠燈路口。
8.闖紅燈預(yù)警(交通效率類)
士兵設(shè)置下柵欄試圖阻攔狼衛(wèi)駕駛的馬車,這好比是古代的紅綠燈系統(tǒng),是車輛在城市內(nèi)行駛最需要關(guān)注的信息之一,稍有差池,就有性命之虞。
奧迪在拉斯維加斯等城市通過C-V2X共享城市交通信號燈信息,讓用戶在儀表盤上直接看到下一個信號燈距離自己有多遠(yuǎn),處于紅燈或綠燈哪種狀態(tài),狀態(tài)會持續(xù)多長時間等。比如,駕駛員可以在儀表盤上看到下一個信號燈距離自己200米,處于紅燈狀態(tài),距離變燈還有20秒鐘。
同樣是馬車追逐戰(zhàn)中,三輛馬車場景復(fù)雜,如果能夠?qū)崿F(xiàn)編隊(duì)行駛,顯然會有序的多。比如說典型的卡車編隊(duì)行駛,以排頭的卡車作為頭車,跟隨卡車群通過車-車實(shí)時連接,根據(jù)頭車操作而變化駕駛策略,整個車隊(duì)以極小車距編隊(duì)行駛。頭車做出剎車指令后,通過V2V實(shí)現(xiàn)前后車之間瞬時反應(yīng),后車甚至可以在前車開始減速前就自動啟動制動,這種瞬時反應(yīng)意味著卡車可以以非常小的距離安全跟隨。
如果按照卡車1米車距的編隊(duì)要求,在時速80公里/小時的情況下,車輛處理時間需要10ms,制動感應(yīng)需要30ms,那么網(wǎng)絡(luò)延時必須小于5ms,即(5ms+10ms+30ms)*80km/h=1米。
以上只是眾多車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用場景中的一小部分,汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會T/CSAE 53-2017應(yīng)用列表中定義了17種典型車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)。
總結(jié)一下,車聯(lián)網(wǎng)有哪些應(yīng)用場景?開始車聯(lián)網(wǎng)主要提供信息服務(wù)類業(yè)務(wù),比如定位管理、基于用戶行為的UBI業(yè)務(wù)、以及面向B端的車隊(duì)管理等。當(dāng)前又將回歸到出行需求上,為消費(fèi)者解決安全問題和效率問題。未來,車聯(lián)網(wǎng)將賦能自動駕駛,實(shí)現(xiàn)協(xié)同自動駕駛和單車自動駕駛。
03
車聯(lián)網(wǎng)涉及到哪些典型技術(shù)?
1.智能融合感知的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施
《長安十二時辰》中的“望樓”是個神奇的存在,長安城一百零八坊,每三百步設(shè)一望樓,望樓上武侯皆為朔方節(jié)度使所派弩兵,目力精準(zhǔn),街巷動靜,皆在目。武侯自望樓看到長安任何異狀,都以約定暗語傳靖安司。此外,武侯皆身帶臂張弩,可中二百三十步之內(nèi)任意目標(biāo)。
望樓的功能不可謂不強(qiáng)大,是典型的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施,而且它還是一套智能融合感知的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施。
車聯(lián)網(wǎng)的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施包括RSU(Road Side Unit)、蜂窩基站(LTE或者5G基站)、路側(cè)智能設(shè)施(包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、少量激光雷達(dá)、環(huán)境感知設(shè)備、以及智能紅綠燈、智能化標(biāo)志標(biāo)識等)、MEC(多接入邊緣計算/移動邊緣計算)設(shè)備等。
對車端,路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施可以對車輛廣播各類信息,比如紅綠燈信息、攝像頭信息、雷達(dá)信息、環(huán)境信息等,同時接受車輛發(fā)來的各類信息。對云端,路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施可以向云傳遞各類信息,并接受各類信息。
2.移動邊緣計算實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同
《長安十二時辰》中的靖安司是遠(yuǎn)程控制中心,李必依靠收集到的各種信息,進(jìn)行及時決策,發(fā)出控制命令。靖安司起到的作用,類似于我們現(xiàn)在的云中心。
不過顯然,李必也覺得在云中心進(jìn)行掌控會碰到問題,比如反應(yīng)太慢。于是李必離開靖安司,跑到事發(fā)現(xiàn)場,將計算和決策從原來的云中心下移。
車聯(lián)網(wǎng)部署中,存在三級“通信+計算”體系。云中心具備全局交通環(huán)境感知及優(yōu)化、多級計算能力調(diào)度、應(yīng)用多級動態(tài)部署、跨區(qū)域業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)管理計算能力等;區(qū)域中心具備區(qū)域交通環(huán)境感知及優(yōu)化、邊緣協(xié)同計算調(diào)度、多源數(shù)據(jù)融合分析、區(qū)域數(shù)據(jù)開放等計算能力等;邊緣具備全景感知圖構(gòu)建、邊緣信息感知分析、高實(shí)時性交通場景計算能力等。
MEC將與車聯(lián)網(wǎng)深度融合,為車輛或行人提供低時延、高性能服務(wù),構(gòu)建云邊協(xié)同應(yīng)用場景。
3.從4G向5G技術(shù)演進(jìn)
5G相比于4G,類似于張小敬從靠腿奔跑到策馬揚(yáng)鞭的變化。5G大帶寬、廣連接、高可靠低時延特性,將賦予車聯(lián)網(wǎng)更強(qiáng)的能力。
比如,未來無人駕駛汽車需要通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸汽車導(dǎo)航信息、位置信息以及汽車各個傳感器的數(shù)據(jù),到云端或其他車輛終端。每輛車每秒可達(dá)1GB數(shù)據(jù)量,以便實(shí)時掌握車輛運(yùn)行狀態(tài),現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)無法滿足這樣的要求,需要5G網(wǎng)絡(luò)來支持。
又比如,普通人踩剎車反應(yīng)時間約0.4秒,無人車在5G場景下的反應(yīng)速度有望不到1毫秒。對于無人駕駛而言,假設(shè)汽車行駛速度為60公里/小時,60ms時延的制動距離為1米,10ms時延的制動距離為17厘米,而1毫秒的5G時延,制動距離僅為17毫米。也就意味著,5G時代才有可能實(shí)現(xiàn)基于車聯(lián)網(wǎng)控制的無人駕駛。
總體來看,基于5G的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將愈發(fā)豐富。
總結(jié)一下,車聯(lián)網(wǎng)涉及到哪些典型技術(shù)?未來車聯(lián)網(wǎng)不僅實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同,將實(shí)現(xiàn)“人-車-路-網(wǎng)-云”多維高度協(xié)同,涉及到智能融合感知路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施、移動邊緣計算實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同、從4G到5G技術(shù)演進(jìn)、高精地圖和定位、安全等各類共性技術(shù)。
*本文視頻截圖來自《長安十二時辰》
| 作者:吳冬升
「5G行業(yè)應(yīng)用」特邀專欄作家,
東南大學(xué)博士,17年TMT從業(yè)經(jīng)歷,
多年B2B/B2G整合營銷及品牌經(jīng)驗(yàn),
對5G、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字化轉(zhuǎn)型有深刻洞察。
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