清華大學(xué)姚丹亞：車路協(xié)同（V2X）-智能駕駛和智慧交通 | CCF-GAIR 2020

編者按：2020 年 8 月 7 日，全球人工智能和機器人峰會（CCF-GAIR 2020）正式開幕。CCF-GAIR 2020 峰會由中國計算機學(xué)會（CCF）主辦，香港中文大學(xué)（深圳）、雷鋒網(wǎng)聯(lián)合承辦，鵬城實驗室、深圳市人工智能與機器人研究院協(xié)辦。從 2016 年的學(xué)產(chǎn)結(jié)合，2017 年的產(chǎn)業(yè)落地，2018 年的垂直細(xì)分，2019 年的人工智能 40 周年，峰會一直致力于打造國內(nèi)人工智能和機器人領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高、跨界最廣的學(xué)術(shù)、工業(yè)和投資平臺。 

在大會第二天的智能駕駛專場中，清華大學(xué)自動化系系統(tǒng)工程研究所教授、博士生導(dǎo)師、星云互聯(lián)首席科學(xué)家姚丹亞進(jìn)行了演講，分享的主題為《車路協(xié)同（V2X）-智能駕駛和智慧交通》。

姚丹亞教授在演講中介紹說：

從某種程度上，車路協(xié)同可以采用近場通訊技術(shù)來解決較長距離的感知，并可提供交通參與者之間的協(xié)作，這種近場通訊方式會將 300-500 米之內(nèi)的交通參與者聯(lián)系起來。車路協(xié)同的核心不是利用現(xiàn)有的移動通訊來解決交通參與者與控制或信息中心之間的信息交互問題。

在他看來，車路協(xié)同這項新技術(shù)的起源于「三個驅(qū)動」，即中國交通的問題驅(qū)動、智能駕駛需求驅(qū)動、綜合交通的需求驅(qū)動。

具體而言，駕駛安全一直是交通問題中關(guān)注度最高的議題，然而交通中存在不少僅依賴汽車層面的保險杠、安全帶、安全氣囊等措施無法避免或緩解交通事故。檢測范圍不夠、環(huán)境感知欠缺，共享能力不足，這些都是某些交通事故的起因。

姚丹亞補充道：

很多事故都是由于感知能力不夠造成的，另外，車輛實時狀態(tài)的信息共享也很重要，如果一輛車能夠提前收到前方發(fā)生事故的信息，就能很大程度上減小連環(huán)追尾事故的發(fā)生。感知能力不夠也是單車智能的局限性所在。

除了駕駛安全，交通的另一大痛點是擁堵。城市道路中的信號燈交叉口、高速公路的出入口、高接高匝道處等極易發(fā)生擁堵。如果利用算法來對這些場景的流量進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化，能夠大大緩解擁堵的現(xiàn)象。

基于上述現(xiàn)狀，車路協(xié)同的兩大作用凸顯：

• 第一，可以實現(xiàn)汽車安全性能的升級，從被動安全（安全帶、氣囊）到主動安全（ADAS），然后再到協(xié)同安全（C-DAS）。其中，協(xié)同包括兩個方面的意義，一是檢測和感知上的協(xié)同，可以大幅度提升車輛的感知能力；另一方面是執(zhí)行層面的協(xié)同，解決一些單車智能無法解決的問題；這些技術(shù)也可以用到無人駕駛，從而實現(xiàn)駕駛安全技術(shù)革命性改變。

• 第二，可以成為下一代智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)。現(xiàn)有的交通管理理論是建立在集聚數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在車路協(xié)同的交通環(huán)境下，可以掌握每一輛車輛的實時狀態(tài)，同時可以對每一輛車進(jìn)行管理、誘導(dǎo)和控制，可以將交通管理從被動交通管理上升到主動交通控制。比如車速引導(dǎo)可以讓車輛平順通過交叉口，從而實現(xiàn)交通控制技術(shù)革命性改變。

那么，車路協(xié)同需要哪些核心技術(shù)支撐？

• 定位。要通過車路協(xié)同掌握每一輛的狀態(tài)，高精度定位技術(shù)是必不可少的；目前還沒有滿足車路協(xié)同需要的高精度、高可靠、強環(huán)境適應(yīng)性的低成本、商業(yè)化的定位技術(shù)。

• 檢測。在車路協(xié)同車載設(shè)備的安裝沒有足夠的普及率時，需要通過路邊的檢測系統(tǒng)來獲取每一輛車的實時狀態(tài)，現(xiàn)有單獨使用的攝像頭、雷達(dá)、微波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器還無法滿足車路協(xié)同的需求。

• 通信。由于涉及到安全問題，車路協(xié)同需要低延時、高可靠的直聯(lián)通信技術(shù)，包括 DSRC、LTE-V（PC5）、5G-PC5（NR）在內(nèi)的低延時、高可靠的通信技術(shù)是車路協(xié)同的有力支撐，適用于復(fù)雜的安全應(yīng)用場景。

至于車路協(xié)同的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，姚丹亞認(rèn)為可以分為三個階段：

• 第一個階段即前期的測試驗證，重心就是進(jìn)行車輛測試、在一些實驗點開展應(yīng)用。事實上，這方面國家項目已經(jīng)支持了許多工作，比如，2011-2014 年，科技部863主題項目“智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究” 在河北廊坊進(jìn)行建立了包含一個十字路口2條道路和10輛智能車的測試驗證，測試驗證內(nèi)容涵蓋車輛安全和交通管理；2016年開始，工信部在上海、北京、重慶等五個城市建立了智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試區(qū)。

• 第二個階段即中期的規(guī)模性驗證，在一定范圍開展規(guī)模化的示范應(yīng)用和評估，比如江蘇（無錫）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)、國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車（長沙）測試區(qū)、德清智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試場等。這一階段要確保有適宜的道路環(huán)境和足夠的車輛資源來進(jìn)行測試和應(yīng)用，然后逐漸形成國家標(biāo)準(zhǔn)——目前，國內(nèi)車路協(xié)同的發(fā)展正處于這一階段。

• 第三個階段即成熟期，經(jīng)過驗證的車輛協(xié)同技術(shù)開展大規(guī)模推廣，大幅度改變和提升現(xiàn)有的車輛安全和交通擁堵狀態(tài)，支持無人駕駛的真正上路運行。

據(jù)姚丹亞介紹，目前，車路協(xié)同已經(jīng)獲得了國家在政策層面的大力支持，國務(wù)院、工信部、交通部和住建部都已經(jīng)出臺了相關(guān)政策來推動車路協(xié)同的進(jìn)一步發(fā)展。姚丹亞說在接受雷鋒網(wǎng)新智駕采訪時說道：

車路協(xié)同在起步階段離不開政府的支持。

在姚丹亞看來，交通的發(fā)展不應(yīng)該脫離其本性，即安全高效地把人和貨物運到目的地。因此，車路協(xié)同的前期需要政府投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不應(yīng)該涉及商業(yè)模式或是盈利問題，它和交通信號燈等交通管理設(shè)施一樣，旨在維護(hù)交通的正常運行，本質(zhì)上是新基建模式下的一種基礎(chǔ)設(shè)施。

不過，車路協(xié)同的推廣應(yīng)用不是單憑一個企業(yè)就能做到的事，需要各方協(xié)同起來，需要政府牽引才能真正實現(xiàn)。

按照傳統(tǒng)的思維方式，人們更愿意采取擴建車道的方式來解決擁堵問題，而不是新興的車路協(xié)同技術(shù)，加之目前市面上搭載車路協(xié)同車載設(shè)備的車輛并不多，這使得車路協(xié)同的鋪開遇到了一定阻力。

星云互聯(lián)是國內(nèi)車路協(xié)同領(lǐng)域的重要玩家，而姚丹亞擔(dān)任其首席科學(xué)家。針對車路協(xié)同發(fā)展的阻力，姚丹亞也向雷鋒網(wǎng)新智駕介紹了星云互聯(lián)的策略——先路端后車端、先商用車后乘用車、先后裝再前裝。

• 「先路端后車端」的重心在于路端。

具體而言就是，首先選擇事故/擁堵多發(fā)的重點路段進(jìn)行改造；通過路側(cè)設(shè)備與搭載車路協(xié)同車端設(shè)備的車輛進(jìn)行信息交互，同時通過路側(cè)的可變信息牌與普通的車輛進(jìn)行信息交互，達(dá)到減少事故、提升交通效率的初步效果。在路端初見成效之后，車路協(xié)同設(shè)備的大規(guī)模上車就會變得容易起來。

• 「先商用車后乘用車」和「先后裝再前裝」的重心都在于車端。

垂直行業(yè)的商用車（大客車、卡車等）對安全有更嚴(yán)格的要求，且政府有較強的控制力。因此，商用車對車路協(xié)同的需求更急切；現(xiàn)有存量車數(shù)量大，做后裝只要合作敲定就可以快速出量，相反，做前裝從商務(wù)接觸定點到交付 SOP，再到大批量生產(chǎn)，需要一個十分漫長的周期。

經(jīng)過五年在車路協(xié)同領(lǐng)域的探索和耕耘，目前，星云互聯(lián)在車、路、云三大方面都實現(xiàn)了產(chǎn)品布局，并已在上海、長沙、北京等 20 余個城市的智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)實現(xiàn)車路協(xié)同路側(cè)系統(tǒng)規(guī)模化部署，提供 V2X 場景庫及應(yīng)用、大規(guī)模 V2X 通信環(huán)境服務(wù)、協(xié)作式駕駛輔助、協(xié)作式自動駕駛路側(cè)支撐服務(wù)等一系列涵蓋車路協(xié)同試驗到試商用全過程的服務(wù)功能。

此外，星云互聯(lián)還產(chǎn)品形態(tài)上靈活創(chuàng)新，針對傳統(tǒng) Tier1 廠商推出 V2X Stack 軟件協(xié)議棧，該全面兼容中國 C-V2X 技術(shù)規(guī)范體系，為汽車整車制造商和汽車零部件供應(yīng)商提供高度模塊化的可集成解決方案。通過部署和實施該協(xié)議棧產(chǎn)品，用戶可以快速導(dǎo)入 V2X 業(yè)務(wù)環(huán)境，在獲得時間優(yōu)勢的前提下，提供整車產(chǎn)品的市場競爭力。今年 4 月，星云互聯(lián)首個 V2X 協(xié)議棧前裝量產(chǎn)項目啟動。

基于一系列的產(chǎn)品落地，星云互聯(lián)已經(jīng)形成了車輛協(xié)同安全輔助駕駛（C-DAS）和車路協(xié)同交通主動控制整體解決方案。

在姚丹亞看來，C-DAS 是 ADAS 的「升級版」。據(jù)他介紹，ADAS 依靠車輛自身來避免安全問題，C-DAS 則是在 ADAS 的基礎(chǔ)上增加了車車/車路協(xié)同的功能，解決 ADAS 系統(tǒng)無法通過自身傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)距離或盲區(qū)感知的局限性。

不過，姚丹亞也坦言：

路側(cè)協(xié)同的一個重要的原因就是車端不普及，需要路側(cè)設(shè)備來為未搭載車端設(shè)備的車輛提供信息。如果車與車之間能夠直接交換信息，路側(cè)設(shè)備的作用會在一定程度上降低。

當(dāng)然，除了上文所提到的對現(xiàn)有的重點問題路段進(jìn)行改造，智慧城市道路/高速公路的建設(shè)也在緊鑼密鼓的進(jìn)行中。

目前，總投資金額 707 億元的杭紹甬智慧高速公路土建工作已經(jīng)開始，機電和招標(biāo)等工作也將在近期進(jìn)行，預(yù)計將在 2022 年杭州亞運會舉辦之前通車。

這是中國第一條真正意義上「為智慧而生」的高速公路，也將成為未來國內(nèi)智慧交通的重要組成部分。

對于此類智慧高速公路建設(shè)的意義，姚丹亞的評價是——標(biāo)桿作用。姚丹亞對雷鋒網(wǎng)新智駕說道：

一個新技術(shù)的發(fā)展擁有四個驅(qū)動，即技術(shù)驅(qū)動、需求驅(qū)動、問題驅(qū)動和政策驅(qū)動。目前，智慧高速公路的建設(shè)主要是受到了技術(shù)和政策的驅(qū)動，但無論是技術(shù)的發(fā)展，還是政策的支持，本質(zhì)上都是由交通領(lǐng)域的各種問題而驅(qū)動的。如今，我們有了更好的技術(shù)和政策去解決問題。

在姚丹亞看來，在國家的大力支持下，三年內(nèi)有關(guān)于智慧高速公路的國家標(biāo)準(zhǔn)將出臺，規(guī)模化的測試和評估也同時進(jìn)行，未來 3-5 年，智慧高速公路將會在國內(nèi)全面鋪開。

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