车路协同发展阶段及路径

1、    车路协同发展阶段及路径    贺安欣高立志朱芬夏宁馨摘 要：车路协同是当前研究的热点问题之一，从车、路、云平台三个角度分析了车路协同，提出了着重发展以道路为核心的车路协同。提出了车路协同的4个发展阶段：无协同、初级协同、中级协同、高级协同，其中中级协同又包括以车为主和以路为主的两个典型状态。提出了从当前位置的初级-中级车路协同到将来的高级车路协同的5条发展路径。鉴于当前的技术发展、行业特征以及相关政策、法律法规支持等，选择主要发展道路设施，车辆的自动化等级的提高能加快其进入高级协同阶段的发展路径，更符合现状以及长期发展目标。关键词：车路协同 发展

2、阶段 发展路径vehicle-road cooperative development stages and pathhe anxin lu jun xia ningxinabstract：vehicle-road collaboration is one of the current hot research issues. vehicle-road collaboration is analyzed from the perspectives of vehicle， road， and cloud platform， and the road-centric，and the vehicle

3、-road collaboration are proposed. four development stages of vehicle-road coordination are proposed： no coordination， primary coordination， intermediate coordination， and advanced coordination. intermediate coordination includes two typical states of vehicle-oriented and road-oriented. five developm

4、ent paths are proposed from the primary-intermediate vehicle-road coordination at the current location to the advanced vehicle-road coordination in the future. in view of the current technological development， industry characteristics and related policies， legal and regulatory support， etc.， are dis

5、cussed to help develop road facilities mainly. the improvement of the automation level of vehicles can accelerate their development path into the advanced coordination stage， which is more in line with the status quo and long-term development goals.key words：vehicle-road coordination， development st

6、age， development path1 緒论1.1 车路协同概念及内涵车路协同（cooperative vehicle infrastructure system， cvis）是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，全方位实现车-车、车-路动态实时数据交互及车辆主动安全控制和道路协同管理，提升交通安全，提高通行效率1，2。车路协同一词是国内对cooperative its和connected vehicle不完整的翻译，这个概念最开始由欧洲提出，在2009年欧洲与美国签订的政府备忘录中，被正式命名为车路协同3。车路协同是智能交通系统（intell

7、igent transportation system， its）的最新发展方向，是交通智能化的核心，是辅助智能网联汽车完成高度自动化行驶的重要手段。车路协同主要由智能路侧系统、智能车载系统和云平台三个部分组成。其中，车载系统负责采集自身车辆状态信息和感知周围行车环境;智能路侧系统负责采集交通流信息（车流量、平均车速等）和道路异常信息、道路路面状况、道路几何状况等;云平台主要是负责整个系统的通讯和实现路侧设备与车载设备之间的信息交互。从智能汽车发展角度看，车路协同是智能汽车发展在产业化辅助阶段的重要组成，在智能汽车未达到完全的无人驾驶阶段前，通过车路协同，达到行驶安全、舒适的功能。以道路为核心

8、出发，车路协同更侧重公路基础设施数字化、智能化、自动化，交通系统能够实时感知道路、车辆与行人的各种状况，通过路网的采集、过滤、分析、处理能力，使人、车、路能够高度协同。在云平台立场上，车路协同的本质是信息交互。所有的交通要素的状态信息都实施了数字化采集，同时通过先进的通信技术进行快速交换。交通参与者可以根据交互的信息进行协同，交通管控中心则对收集到的海量信息进行大数据分析提取，从而进行全局交通管控。车与路都是非常传统的产业，一直以来的重心都在其功能性上，导致车与路分离的状态，车路协同能够改变现状。提高交通效率、保证交通安全，是车路协同背后隐藏的巨大价值，也逐渐成为智慧交通规划中的共识。对车路协

9、同的理解随行业、位置等各有侧重，毋庸置疑的是车路协同的具体措施应当落实在汽车与道路的管理与控制上，而不单单是将现实交通数字化。车路协同发展的标志之一是道路运载工具的高度智能化，从1936年出现自动驾驶，传感技术、通信技术、控制技术等先进技术便纷纷被应用在这个领域，到现在智能网联汽车已经能够实现有条件的自动驾驶，而鉴于自动驾驶传感器价格高、技术要求高、可靠性和稳定性差，何时能够实现完全的无人驾驶尚不清晰。智能公路使智能网联汽车提高行驶环境感知和适应能力，是提升车辆自动化水平的可靠保障。然而，现今的道路设施大都无法支持智能网联汽车的快速发展，存在较大的提升空间。因此，要想实现车路协同的最终目标，当

10、务之急是大力发展以道路为核心的车路协同。1.2 国内外研究现状健全的道路运输系统是社会经济文化发展的必要，在公路里程、城市机动车保有量不断增长的同时，道路交通通行效率低下、安全水平下降、数据共享、污染能耗等问题日渐突出，如何高效地应对此类问题成为各国政府的关注点之一，车路协同在此孕育而生，并受到国家、政府、社会的高度关注。各国先后推出了与车路协同相关的研究计划，如美国的intellidrive、欧盟的coopers、日本的smartway、我国863计划中的i-vics等。车路协同在通行效率、交通安全、和节能环保中发挥重要作用，总的来说，其功能可被概括为驾驶安全、交通效率、信息服务、管理综合四

11、大类。与车路协同有关的技术研究是关注的重点，如高精度定位与导航技术、激光测距技术、数据融合技术、机器学习、边缘计算、控制技术、无线充电技术等。通过技术的集成，实现车路协同单个功能的研究较多，如在信号交叉口4、无信号交叉口5、路段掉头6、实时交通状态7、车辆跟驰8等。车路协同的场景测试工作在各示范区火热推进。在车路协同的技术和功能研究上，取得了一系列的成果，且部分成果已经被广泛应用在现实交通管制中，如智能网联测试示范区与智慧高速公路的建设。与自动驾驶技术与自动驾驶基础设施的发展相同，车路协同从提出到实现，是一个相当漫长的过程。当前，全球在自动驾驶技术与自动驾驶基础设施的发展阶段定义上，有较统一的

12、标准可依，而车路协同的发展阶段却没有权威机构定义。但是，一个清晰明确的车路协同发展阶段划分以及其可能的发展路径描述，对车路协同相关研究工作的进行及其落地的实施步骤有积极推进作用。因此，有必要深入分析車路协同的发展阶段及发展路径。2 车路协同发展阶段车路协同与道路设施、自动驾驶技术的发展有密切联系。车路协同的历史演变，从车与路之间是否主动进行信息交互角度出发，可大致分为四个阶段：无协同、初级协同、中级协同、高级协同，如图1所示。各阶段在车载设备、路侧设施、交通信息采集、车路信息交互、驾驶指令和操作的比较如表1所示。（注：自动驾驶技术等级来自美国汽车工程师学会sae，道路分级标准来自欧盟的自动驾驶

13、基础设施分级）无协同阶段：车与路之间完全没有主动信息交互，完全凭借驾驶人员主动获取路侧的信息，实施相对应的驾驶行为，达到安全驾驶、减少通行时间、降低能耗的目的。交通信号灯、交通标志标线是该阶段的主要路侧设施设备，这些设施设备的使用，极大的降低了事故的发生。从交通信号灯、交通标志标线对交通系统起到的积极作用，在一定程度上，明确了发展车路协同系统的需要以及推行车路协同系统的必要。初级协同阶段：车与路之间存在主动信息交互过程，通过在车端与路侧安装特定功能的设备，可实现单个车路协同功能，如etc自动收费、公交优先信号控制等。车载设备、智能信号控制器、毫米波雷达、激光雷达、视频摄像头、通信设备、高精度地

14、图、云平台等在此阶段发挥着重要作用。初级协同阶段实现的车路协同功能在提高道路通行效率、避免道路拥堵、节能环保方面都有立竿见影的效果，但驾驶员仍然是不可或缺的。虽然在初级协同阶段，能够解决当前面临的一些问题，但对更高级的车路协同系统的追求仍然是努力的方向。中级协同阶段：车与路之间主动进行信息交互，在车辆、路侧通过安装各种需要的设备，功能涉及驾驶安全、交通效率、信息服务、管理综合中部分功能。此阶段有以车为主和以路为主两个典型状态，主要区别是车载设备与路侧设施的完备程度，交通信息采集的主体。以车为主的中级协同阶段，车载设备获取交通信息的能力远大于道路，道路的主要功能依然停留在物理支持程度，信息化、智

15、能化、自动化有待增强。以路为主的中级协同阶段，交通信息收集、数据处理、控制指令、控制操作大多由道路来完成，处理后的交通信息通过路侧设备发送指令至车辆，车辆通过接收指令，来完成相应操作。在特殊情况下，需要驾驶员的干预。高级协同阶段：车与路之间主动进行完全的信息交互，在车辆、路侧通过安装各种需要的设备，达到车路协同系统的最终目的。更加先进的车载设备、智能信号控制器、毫米波雷达、激光雷达、视频摄像头、通信设备、高精度地图、云平台、边缘计算等都将在此阶段应用以充分服务于车路协同系统。在此阶段，车与路的“默契”程度达到最高，车辆不再必须依靠驾驶人的感知与行动来获取信息和采取相应措施，能够更及时的感知交通

16、流状态并且预知潜在危险，能够高度自动化的行驶，并基于感知信息优化本车的运行状态从而提高运行效率，保障运行安全。车路协同系统是解决当前道路交通矛盾、提高通行效率、减少污染的有效途径。在车路协同系统的发展中，阶段性的实现系统功能，通过多种信息的融合统一实现高级的车路协同系统功能是当前的发展支撑战略。3 车路协同的发展路径对当前车路协同的位置的充分了解，是分析车路协同未来发展的前提。截至2020年6月，l2级智联网联车辆已经实现量产，全球范围内还没有针对l3级自动驾驶汽车的法律框架，l3级量产车的落地还需要一段时间，但各车企对l3级车辆的研发、测试从未停止。中国道路系统路网庞大且复杂，管理相对落后，

17、其发展较车辆相对缓慢。在大部分道路，还处于e阶段，一些城市主干道、高速公路处于d阶段，也有少量路段达到c等级。无感通行、盲区监测、绿波通行等是当前车路协同的主要体现形式。按照车辆量产情况以及主干道实际支持情况，当前的自动驾驶和道路分别位于l2和c阶段，车路协同l2/c对应的部分协同阶段，如图1所示。3.1 发展路径从当前位置的初级-中级车路协同，要想达到将来的高级车路协同，具体来说，有5条路径，如图1所示，各路径的车路协同在发展过程中的技术特征及外在呈现有所差异。路径1是着眼于自动驾驶技术，不断的提高车辆的自动化水平，车辆自动化水平达到l4等级，再转向交通基础设施系统发展。激光雷达、毫米波雷达

18、、高清摄像头、车载终端等车载设备发展迅速，车辆快速获取低时延信息、处理信息以及作出决策、实施控制的能力逐渐增强，逐步实现在设计工况下自动驾驶。前期，路侧主要功能是进行驾驶辅助，在中后期，路侧设备的完善，进入全面的车路协同。路径2是将车辆与道路的发展同等重视，二者发展步调基本一致。车辆自动化的提升，促使道路往信息化、智能化、自动化方向发展;同样，交通基础设施系统的进步，亦推动车辆自动化的前进。二者为达到全面协同的目标，在功能上取长补短，相辅相成。路径3是先以道路基础设施为发展对象，重点发展道路的信息化、智能化、自动化，道路设施达到a级后，再转向a以达到车路协同的目的。车辆行驶在复杂的道路路网，依

19、靠发达的信息网，高度智能化、自动化的路侧设备将实现对车辆的控制。路徑4是以车辆自动化发展为主线，在技术或实际需要时，辅以道路等级的提升，实现高级的车路协同;路径5是主要发展道路设施，车辆的自动化等级的提高能加快其进入高级协同阶段。路径4和5，在一定程度上可看作是路径2的衍生路径。3.2 发展建议从政策、技术、产业化等角度分析，自动驾驶汽车发展总体超前道路设施。道路系统与社会经济发展、文化交流的重要纽带，其发展与国家、政府、社会、企业、个人的发展息息相关，也因此，道路设施的信息化建设和改造与单车相比，关注方更多、复杂度更高、周期更长、难度更大，这也是道路设施落后于车辆的直接原因。路线1是整车企业

20、的期望，利用新一代的感知及通信技术，不断提高车辆自身的自动化水平，但受到软硬件设施设备、技术水平、法律法规等的制约，即使车辆在测试阶段已经达到高水平的自动化，距离实际的量产落地仍然有不容忽视的阻力。路径3是道路规划、管理等部门的意向路径，大力发展道路设施设备，减少车辆自身的设备装备，能够快速收集静态、动态信息，在单点、路段、区域层面进行交通规划，提供更加全面可靠的车辆通行信息，且能够服务于不同等级的车辆。道路系统的庞大复杂是制约其信息化、智能化、自动化的重要原因之一，技术的可靠性、成熟性也限制了其应用范围。路径2是相对较理想的路线，但现实做到二者的协调发展并不容易，车路协同更容易出现路径4或5

21、的发展轨迹。即车辆和道路的发展存在先后的现象，但总体上，二者的协同程度在不断提升。鉴于当前的技术发展、行业特征以及政策支持等，车辆的自动化发展领先于道路，提升道路的服务水平迫在眉睫，路径5更符合现状和长期发展目标。因此，当前的任务是提升道路的信息化水平、智能化程度和自动化能力，以便能够更准确的辅助车辆的自动化行驶，达到车路协同的目的。4 总结与展望通行效率、交通安全、和节能环保是道路交通问题面临的三大挑战。根据交通运输发展战略需求，以改善道路交通安全与提高交通效率为重点，兼顾节能、环保，车路协同由此而产生，并随着技术的不断进步，车路协同建设日趋完善。1）从车、路、通信三个角度分析了车路协同，提出了着重发展以道路为核心的车路协同。2）提出了车路协同的4个发展阶段：无协同、初级协同、中级协同、高级协同，其中中级协同又包括以车为主和以路为主的两个典型状态。3）提出了从当前位置的初级-中级车路协同到将来的高级车路协同的5条发展路径。4）鉴于当前的技术发展、行业特征以及政策支持等，选择主要发展道路设施，车辆的自动化等级的提高能加快其进入高级协同阶段的发展路径，更符合现状和长期发展目标。本文主要论述了关于车路协同的发展阶段及路径，车路协同发展具体的技术呈现未展开讨论。结合发