導(dǎo)讀:“人-車-路-網(wǎng)-云”五維協(xié)同發(fā)展,將賦能5G車聯(lián)網(wǎng)探索個(gè)人服務(wù)、行業(yè)服務(wù)和公共管理服務(wù)。
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“人-車-路-網(wǎng)-云”五維高度協(xié)同,將以MaaS為核心,借助智能汽車,利用智慧道路和5G網(wǎng)絡(luò),搭建云控平臺,為消費(fèi)者提供一站式的出行服務(wù)。
5G車聯(lián)網(wǎng)不僅是實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同,更是實(shí)現(xiàn)“人-車-路-網(wǎng)-云”五維高度協(xié)同。人方面,以MaaS(Mobility as a Service,出行即服務(wù))為核心,為消費(fèi)者提供一站式的出行服務(wù),讓消費(fèi)者成為自由的人;車方面,未來的車不僅是數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方,還是計(jì)算節(jié)點(diǎn),更是數(shù)據(jù)分享節(jié)點(diǎn),聰明的車將越來越聰明;路方面,將兼具各類通訊方式(LTE、5G、LTE-V2X、5G NR-V2X等)、具備集成路側(cè)交通信息采集發(fā)布、具備本地邊緣計(jì)算能力等,通過一體化路側(cè)智能設(shè)施打造智慧的路;網(wǎng)方面,5G網(wǎng)絡(luò)兩大核心能力,移動邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片將構(gòu)建靈活的網(wǎng);云方面,將構(gòu)建一體化開放數(shù)據(jù)公共服務(wù)平臺和云控平臺,同時(shí)通過云邊協(xié)同形成強(qiáng)大的云。
5G車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的終極目標(biāo)是賦能實(shí)現(xiàn)自動駕駛和自主交通。
自動駕駛方面,目前主流車企正從L2/L2.5邁向L3,陸續(xù)發(fā)布L3量產(chǎn)車型,并逐步向L4/L5演進(jìn)。自動駕駛初創(chuàng)公司絕大部分直接切入到L4/L5。而實(shí)現(xiàn)自動駕駛L4/L5,存在僅僅依靠單車智能無法解決的場景,比如前方大車遮擋住紅綠燈、大車遮擋鬼探頭、前方幾公里外交通事故預(yù)知等。這些場景,依靠車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的上帝視角可以較好解決。
另外,還存在一些場景,僅僅依靠單車智能雖然能夠較好解決,但依然存在長尾效應(yīng)。所謂長尾效應(yīng),是指99%力量用于解決1%的問題。比如依靠單車視覺識別交叉路口紅綠燈信息,由于存在樹木遮擋、強(qiáng)光效應(yīng)、極端天氣等因素,無法做到100%準(zhǔn)確。對于這樣存在自動駕駛長尾效應(yīng)的場景,可以利用車聯(lián)網(wǎng)的車路協(xié)同技術(shù)共同解決。
還有一方面,自動駕駛?cè)绻麅H僅依靠單車智能,需要依托于多傳感器融合,包括視覺、雷達(dá)、激光雷達(dá),和高精度地圖和定位等技術(shù)。而采用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將有效降低實(shí)現(xiàn)L4/L5自動駕駛的汽車端成本壓力??梢允〉艏す饫走_(dá)或者大幅度降低激光雷達(dá)規(guī)格,以及高精地圖采集成本。
以上三方面因素,意味著5G車聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)L4/L5自動駕駛的必要條件之一。這也是為什么網(wǎng)聯(lián)自動駕駛(CAV),即網(wǎng)聯(lián)(CV,Connected Vehicle)+自動駕駛(AV,Autonomous Vehicle),是美國自動駕駛發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。當(dāng)然,現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)定義僅能實(shí)現(xiàn)信息告警類業(yè)務(wù),還不足以達(dá)成此目標(biāo),需要車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)演進(jìn)。
再看智慧交通方面,ITS(Intelligent Transport System,智能交通系統(tǒng))經(jīng)歷不同的發(fā)展階段。ITS1.0是信息化階段,ITS2.0是網(wǎng)聯(lián)化+協(xié)同化階段,ITS3.0是自主交通階段。智慧交通的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)道路交通安全和出行暢通,ITS1.0主要實(shí)現(xiàn)交通各個(gè)環(huán)節(jié)信息化,ITS2.0主要實(shí)現(xiàn)人、車、路、環(huán)境的網(wǎng)聯(lián)和協(xié)同,ITS3.0主要實(shí)現(xiàn)人、車、路、環(huán)境等全要素的自主感知、自主決策和自主控制。
智慧交通的持續(xù)演進(jìn),已經(jīng)不能只依靠解決道路側(cè)的問題,而是需要綜合解決人、車、路、環(huán)境的問題。車聯(lián)網(wǎng)恰好可以助力智慧交通從1.0邁進(jìn)2.0,并進(jìn)一步演進(jìn)到3.0階段。5G車聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)自主智慧交通的必要條件之一。
5G車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要依托于“人-車-路-網(wǎng)-云“五維協(xié)同,打造自由的人、聰明的車、智慧的路、靈活的網(wǎng)、強(qiáng)大的云。
自由的人
5G車聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是解放人的雙手雙腳大腦,讓人類出行變得自由自在。車聯(lián)網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)從信息娛樂服務(wù)類業(yè)務(wù),向安全出行類業(yè)務(wù)和交通效率類業(yè)務(wù)快速迭代發(fā)展,并逐步向支持實(shí)現(xiàn)自動駕駛協(xié)同服務(wù)類業(yè)務(wù)演進(jìn)。
早期車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是Telematics車載信息娛樂服務(wù)。通過2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)連入互聯(lián)網(wǎng),可以進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航、網(wǎng)頁瀏覽、在線音視頻、車輛數(shù)據(jù)監(jiān)控、車載APP應(yīng)用,并且可以通過手機(jī)APP對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作等。車載信息娛樂系統(tǒng)(In-Vehicle Infotainment,簡稱IVI)在5G時(shí)代來臨后,產(chǎn)品形態(tài)將發(fā)生變化,比如AR導(dǎo)航產(chǎn)品等,而且能提供的業(yè)務(wù)類型也將更加豐富,比如VR實(shí)時(shí)通訊業(yè)務(wù)等。
除了面向C端車載信息娛樂服務(wù)外,還有大量面向B端的信息娛樂服務(wù)類業(yè)務(wù)。比如TSP(Telematics Service Provider,汽車遠(yuǎn)程服務(wù)提供商)提供車隊(duì)管理、共享出行等業(yè)務(wù);保險(xiǎn)公司提供UBI業(yè)務(wù)(User-Behavior Insurance,基于用戶行為的車輛保險(xiǎn))等。
當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)關(guān)注的是安全出行類業(yè)務(wù)和交通效率類業(yè)務(wù)。3GPP已經(jīng)發(fā)布了LTE-V2X的27種(3GPP TR 22.885)應(yīng)用場景標(biāo)準(zhǔn),主要實(shí)現(xiàn)輔助駕駛功能,包括主動安全(例如碰撞預(yù)警、緊急剎車等)、交通效率(例如車速引導(dǎo))、信息服務(wù)等。
中國汽車標(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),包括12種安全類業(yè)務(wù),4種效率類業(yè)務(wù),1種近場支付信息服務(wù)。而5G車聯(lián)網(wǎng)定義實(shí)現(xiàn)自動駕駛功能的25種(3GPP TR 22.886)應(yīng)用場景,包括車輛編隊(duì)、高級駕駛、遠(yuǎn)程駕駛、擴(kuò)展傳感器四大類功能,加上基礎(chǔ)功能,共25種應(yīng)用場景(來源《3GPP TR 22.886 V15.1.0 (2017-03)》)。車輛編隊(duì):實(shí)現(xiàn)多車自動編隊(duì)行駛,編隊(duì)中后車通過車-車實(shí)時(shí)連接,根據(jù)頭車操作而變化駕駛策略,整個(gè)車隊(duì)以幾米甚至幾十厘米車距編隊(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(shí)反應(yīng),后車甚至可以在前車開始減速前就自動啟動制動,從而實(shí)現(xiàn)后車跟隨式自動駕駛;高級駕駛:實(shí)現(xiàn)半自動或全自動駕駛,每輛車都與周邊車輛和路側(cè)RSU共享自己的駕駛意圖,車輛之間可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡和操作協(xié)同。比如主車在行駛過程中需要變道,將行駛意圖發(fā)送給相關(guān)車道的其它車輛和路側(cè)RSU,其它車輛進(jìn)行加減速動作或者由路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)主車請求統(tǒng)一協(xié)調(diào),使得車輛能夠順利完成換道動作;遠(yuǎn)程駕駛:實(shí)現(xiàn)對車輛的遠(yuǎn)程駕駛操作,比如駕駛員無法駕駛車輛,或者車輛處于危險(xiǎn)環(huán)境等駕駛條件受限場景,也可用于特定封閉園區(qū)、礦山、港口、公共運(yùn)輸?shù)刃旭傑壽E相對固定的場景;擴(kuò)展傳感器:實(shí)現(xiàn)車端和路側(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)視頻數(shù)據(jù)在車輛、行人、路側(cè)RSU和云平臺之間的交換,從而擴(kuò)展車輛傳感器探測范圍,使得車輛對周邊情況,甚至是幾公里以外情況能有更全面的了解。微信公眾號“5G行業(yè)應(yīng)用”的《5G車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)之路》文章中,詳細(xì)介紹了車聯(lián)網(wǎng)各標(biāo)準(zhǔn)階段中的業(yè)務(wù)類型
聰明的車
聰明的車不僅是車本身聰明,而且車還能和外界實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)交互,即聰明的車=單車智能+智能網(wǎng)聯(lián)。
單車智能主要包括決策層、高精度地圖和定位、傳感器、處理器等核心組件。L4/L5自動駕駛決策層主要依靠AI算法、深度學(xué)習(xí)等技術(shù),為車輛提供駕駛行為決策判斷;高精度地圖和定位是實(shí)現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵能力之一,是對自動駕駛傳感器的有效補(bǔ)充;傳感器是自動駕駛的眼睛,主要包括攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等;處理器是汽車的大腦,車載計(jì)算平臺包括芯片、顯卡、硬盤、內(nèi)存等。
智能網(wǎng)聯(lián)主要通過OBU(On Board Unit)實(shí)現(xiàn)。OBU是一種安裝在車輛上用于實(shí)現(xiàn) V2X 通信的硬件設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)和其他車輛OBU(PC5)、路側(cè)RSU(PC5)、行人(PC5)和V2X平臺(Uu)之間通訊。OBU上需要集成通訊網(wǎng)絡(luò),包括4G/5G Uu通信芯片和模組,LTE-V2X/5G NR-V2X通信芯片和模組。
OBU基本功能包括業(yè)務(wù)功能、管理功能和安全功能。業(yè)務(wù)功能主要包括數(shù)據(jù)收發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、讀取CAN總線數(shù)據(jù)、定位、時(shí)鐘同步等。
交互的數(shù)據(jù)主要包括上報(bào)類信息BSM(Basic Safety Message,車輛安全消息),發(fā)送頻率10Hz;下發(fā)類信息SPAT(Signal Phase And Timing Message,信號燈消息),發(fā)送頻率2Hz;下發(fā)類信息MAP(Map,地圖消息),發(fā)送頻率2Hz;下發(fā)類消息RSI(Road Side Information,路側(cè)單元消息),發(fā)送頻率1Hz;下發(fā)類消息RSM(Road Side Message,路側(cè)安全消息),發(fā)送頻率1Hz。
目前的LTE-V2X OBU主要做消息展示與提醒,對應(yīng)前裝和后裝有不同的產(chǎn)品形態(tài)。
前裝方面,除了C-V2X功能集成到T-BOX外,消息顯示與提醒可以放到液晶儀表盤或者中控顯示屏。2019年4月15日,廣汽、上汽、東風(fēng)、長安、一汽、北汽、江淮、長城、東南、眾泰、江鈴集團(tuán)新能源、比亞迪、宇通13家車企共同宣布支持C-V2X商用路標(biāo),并規(guī)劃于2020年下半年到2021年上半年實(shí)現(xiàn)C-V2X技術(shù)支持汽車的規(guī)?;慨a(chǎn);福特在2019年9月6日新聞宣布計(jì)劃于明年上半年推出基于C-V2X的部分預(yù)商用功能,即基于中國道路交通法規(guī)與實(shí)際路況,結(jié)合駕駛者意圖、速度、距離等信息對算法模型進(jìn)行優(yōu)化,為車主準(zhǔn)確、適時(shí)、智能地推送道路交通信息與最佳駕駛方案,避免不必要的信息干擾;作為國內(nèi)首家進(jìn)行V2X交通信號燈信息演示的車企奧迪,也在無錫展示了城市交通環(huán)境下的全新自動駕駛功能。
前裝方面還有另外一個(gè)趨勢,除了乘用車,C-V2X OBU會在商用車型先行部署,如出租車、公交車、物流卡車、礦卡、港口車輛等。這些類型的商用車型,相對乘用車型來說具有更為清晰的商業(yè)模式。以物流行業(yè)為例,總額高昂的人力成本,為物流行業(yè)引入自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)提供了最基本的驅(qū)動力。
后裝方面,在國家第一個(gè)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)無錫,移動發(fā)布了YJ801后視鏡V2X試商用版本,能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈信號推送、導(dǎo)航、定位等功能;在美國懷俄明州交通局(WYDOT)DSRC項(xiàng)目中使用Onboard HMI設(shè)備,可以看到嚴(yán)重告警信息(例如極端大霧天氣、道路施工等)、普通告警信息(例如雨雪天氣等)、限速信息、前向碰撞預(yù)警、車輛速度信息等;在美國佛羅里達(dá)州Tampa,由坦帕-希爾斯堡高速公路管理局(THEA)牽頭的DSRC項(xiàng)目中部署智能后視鏡HMI設(shè)備,可顯示前車緊急剎車信息、限速信息、車輛速度信息等等。
智慧的路
車聯(lián)網(wǎng)路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括①通信基礎(chǔ)設(shè)施:4G/5G蜂窩基站;②C-V2X專用通信基礎(chǔ)設(shè)施:RSU(Road Side Unit);③路側(cè)智能設(shè)施:包括交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄等交通控制設(shè)施智能化,以及在路側(cè)部署攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和各類環(huán)境感知設(shè)備;④MEC(多接入邊緣計(jì)算/移動邊緣計(jì)算)設(shè)備。
一體化路側(cè)智能設(shè)施由上述四類設(shè)備綜合構(gòu)成,除了第①類明確由運(yùn)營商投資建設(shè)外,其它②、③、④類涉及的投資規(guī)模巨大,投資建設(shè)主體碎片化。截至2018年,中國高速公路里程14.26萬公里,國道里程36.30萬公里,省道里程37.22萬公里,農(nóng)村公路里程403.97萬公里,城市道路超過40萬公里,50多萬個(gè)城市路口。以每公里智能化改造費(fèi)用100萬保守測算,僅高速公路智能化改造投入即高達(dá)1400多億元。如果需要覆蓋全國高速公路和城市道路,基礎(chǔ)建設(shè)投資預(yù)計(jì)在3000億以上。
C-V2X RSU是部署在路側(cè)的通信網(wǎng)關(guān)。RSU基本功能包括業(yè)務(wù)功能、管理功能和安全功能。業(yè)務(wù)功能主要包括數(shù)據(jù)收發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、定位、時(shí)鐘同步等。
RSU具有不同的產(chǎn)品形態(tài)?;A(chǔ)版本支持LTE-V2X PC5通信能力,匯集路側(cè)智能設(shè)施和道路交通參與者的信息,上傳至云平臺,并將V2X消息廣播給道路交通參與者。RSU還有LTE Uu + LTE-V2X PC5雙模版本。
5G時(shí)代到來后,RSU產(chǎn)品形態(tài)將更加多樣化,比如5G Uu + LTE-V2X PC5版本,或者LTE-V2X PC5 + 5G NR-V2X PC5版本,或者5G Uu + LTE-V2X PC5 + 5G NR-V2X PC5版本。
除此之外,交通部主推的ETC路側(cè)設(shè)備,公安部主推的汽車電子標(biāo)識路側(cè)設(shè)備,甚至是交通信號燈都存在和V2X合一的產(chǎn)品形態(tài)。
RSU產(chǎn)品形態(tài)除了豐富通信能力外,還有一種可能,向智能化RSU演進(jìn),即RSU上集成智能化邊緣計(jì)算能力。
從部署的節(jié)奏看,預(yù)測未來2-3年將以LTE-V2X PC5 RSU + 5G Uu蜂窩基站這樣的網(wǎng)絡(luò)部署為主。即點(diǎn)對點(diǎn)(V2I)通過LTE-V2X專網(wǎng)支撐,蜂窩(V2N)通過5G網(wǎng)絡(luò)或者已有的4G網(wǎng)絡(luò)支撐。
路側(cè)智能設(shè)施包括智能化交通控制設(shè)施(交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄等)和攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、各類環(huán)境感知設(shè)備。
采用單一傳感器存在諸多挑戰(zhàn),比如攝像頭沒有深度信息、受外界條件影響大;毫米波雷達(dá)沒有高度信息、行人探測效果弱(多適用于高速公路);激光雷達(dá)距離有限(16線約100米,32線約200米)、角分辨率不足(識別小動物能力遠(yuǎn)弱于視覺方式)、環(huán)境敏感度高(受大雪、大雨、灰塵影響)等。
因此路側(cè)可以考慮采取多傳感器融合方式,比如大于200米采用毫米波雷達(dá),200米以內(nèi)采用激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá),80米以內(nèi)采用攝像頭+激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)。
毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)實(shí)時(shí)采集環(huán)境信息,分析路面所有大機(jī)動車、小機(jī)動車、非機(jī)動車、行人等的位置、速度、角度和距離,判斷障礙物的危險(xiǎn)系數(shù),有效提前預(yù)警;雷達(dá)和攝像頭安裝的越近越好,有利于激光雷達(dá)三維坐標(biāo)標(biāo)定到圖像上,這樣攝像頭可以為雷達(dá)檢測到的障礙物提供融合識別數(shù)據(jù),并能提供障礙物真實(shí)的圖像信息。
MEC或者部署在路側(cè),或者由運(yùn)營商部署在其邊緣DC和綜合接入局房
靈活的網(wǎng)
5G網(wǎng)絡(luò)兩大核心技術(shù)移動邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing)和網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slicing)將與車聯(lián)網(wǎng)深度融合,為C-V2X提供靈活性高、魯棒性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力。
5G車聯(lián)網(wǎng)的MEC需要具備多設(shè)備連接能力,接入RSU、OBU、智能化交通控制設(shè)施(交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄等)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、各類環(huán)境感知設(shè)備的信息,同時(shí)向上連接云平臺;MEC需要具備多傳感器融合處理能力,比如攝像頭+激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)融合分析算法;MEC還需要具備ITS相關(guān)協(xié)議處理能力,比如針對交叉路口防碰撞預(yù)警業(yè)務(wù),在車輛經(jīng)過交叉路口時(shí),MEC通過對車輛位置、速度及軌跡分析研判,分析出可能存在的碰撞風(fēng)險(xiǎn),通過RSU傳輸?shù)杰囕vOBU,起到預(yù)警目的。
網(wǎng)絡(luò)切片是SDN/NFV技術(shù)應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù),一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片將構(gòu)成一個(gè)端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò),涵蓋所有網(wǎng)段,包括無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用,按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
5G網(wǎng)絡(luò)可以為車聯(lián)網(wǎng)提供eMBB、mMTC、uRLLC不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片。eMBB切片可以承載車載VR實(shí)時(shí)通訊、全景合成等業(yè)務(wù);mMTC切片可以承載汽車分時(shí)租賃等業(yè)務(wù);uRLLC切片可以承載AR導(dǎo)航等業(yè)務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)切片在5G SA網(wǎng)絡(luò)中由運(yùn)營商投資建設(shè)。未來需要界定各類車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)到底是在LTE-V2X PC5 + 5G NR-V2X PC5專網(wǎng)部署,還是在5G網(wǎng)絡(luò)切片上承載。
強(qiáng)大的云
強(qiáng)大的云將構(gòu)建一體化開放數(shù)據(jù)公共服務(wù)平臺和云控平臺,可為車載終端、一體化路側(cè)智能設(shè)施、第三方車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺提供高并發(fā)接入、實(shí)時(shí)計(jì)算、應(yīng)用托管、數(shù)據(jù)開放、決策控制等能力。
海量微觀數(shù)據(jù)和宏觀數(shù)據(jù),比如微觀的個(gè)人駕駛行為數(shù)據(jù),宏觀的交通數(shù)據(jù)等,將接入到云平臺。車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、脫敏、建模、分析以及可視化后,一方面可用于提供一體化開放數(shù)據(jù)公共服務(wù),衍生出大量面向主機(jī)廠、Tier 1、運(yùn)營商、行業(yè)客戶、政府管理者、普通消費(fèi)者的增值服務(wù);另外一方面可用于提供云控服務(wù),實(shí)現(xiàn)智能決策和實(shí)時(shí)調(diào)控。
“人-車-路-網(wǎng)-云”五維協(xié)同發(fā)展,將賦能5G車聯(lián)網(wǎng)探索個(gè)人服務(wù)、行業(yè)服務(wù)和公共管理服務(wù)。
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