“车联网+”创新专题 | 全局、区域、微观多维创新构建新型智慧交通

摘要：对车联网产业和智能交通产业、汽车电子标识产业、ETC产业融合创新应用进行了探索，提出了车联网和智能交通在微观层面、区域层面和全局层面的融合创新应用，以及车联网和汽车电子标识、ETC的融合创新应用。

全文6000字，预计阅读15分钟

作者：吴冬升、金伟、李凤娜、王成松

01

  引言

车联网是运用大数据、云计算、人工智能等信息通信技术,通过车内网、车际网和车载移动互联网，进行车-车、车-路、车-人、车-平台等的全方位连接和数据交互，实现动态信息服务、车辆智能化控制和智能交通管理的一体化网络^[1-2]。车联网主要是利用先进的传感技术以及互联网技术等对道路状况进行提前预知和感受，保证车辆的行程安全和人们的出行安全，提高出行效率^[3]。

车联网成为新型基础设施建设内容之一，获得前所未有的发展机遇。车联网产业发展将促进中国自动驾驶产业快速发展。与此同时，车联网产业还将和智能交通产业、汽车电子标识产业、ETC产业深度融合，探索出众多的创新应用模式。

02

  车联网与智能交通融合创新

从近几年智能交通系统（ITS）的发展趋势看，大数据、车联网、互联网、集成技术等的应用促进了智能交通的快速发展，同时这几种技术也在实践中相互融合和共同发展。其中，车联网 V2X技术是实现未来智能交通系统的关键技术^[4]。ITS通过V2X将车辆、行人、道路等基础设施及互联网紧密连接，在安全性、运输效率、服务创新、车载信息娱乐等方面获得极大提升，并最终实现自动驾驶。预计到2022年，将有超过1.25 亿辆汽车支持车联网技术^[5]。车联网V2X业务整体架构如图1所示，将与ITS在微观层面、区域层面和全局层面进行融合创新。

图1   车联网V2X业务整体架构

在ITS微观层面，车联网能够将车辆行驶的环境信息、附近的交通运行情况、周边的交通事件等信息及时传送给车辆，从而使得车辆能够做到及时感知、快速合理决策，极大地提高车辆行驶的安全性，并提升出行效率；同时，由于多源感知和通信手段的存在，交警等管理部门可以对微观交通态势进行全面掌握，有利于进行交通指挥及应急事件的处置。

在ITS区域层面，由于可以及时获取大量联网数据，并通过 V2X平台等平台化支撑，车辆本身及交通管理部门都可以获得及时的区域交通态势信息；再与传统的集成化ITS控制手段结合，可以更加有效地进行区域交通调度，并适时提供交通信号自适应调节、绿波通行、特殊车辆优先通行等服务，从而有效提升区域交通效率。

在ITS全局（城市或者大区）层面，随着道路智慧化改造逐渐完善、车载终端渗透率不断提升、分级云控平台逐渐部署，车辆等交通参与者、道路感知、环境信息、交通事件等各种信息将汇聚于云控平台，由云控平台进行协同感知、集中分析决策、反馈控制等，从而实现全局的决策和控制，全面提升交通安全性和交通通行效率，并为未来L4/L5的自动驾驶提供支撑。

2.1   微观层面

随着国内消费者对汽车安全性、操作便利性、娱乐等方面提出越来越高的要求，引发车载智能终端市场需求加大。基于移动通信技术，内置移动通信模块的车载终端出货量快速增长，大量车辆安装车载OBU。智能车载OBU设备内置GNSS模块，支持外置式高精度定位信息输入，可精准定位特定范围内车辆位置。智能车载OBU通过接入车辆CAN总线获取车辆状态信息，后装产品通过OBD接口读取车辆信息。同时，随着车联网纳入新型基础设施建设范畴，国内道路智慧化改造进程正在不断加速，一些新建的道路，如杭绍甬高速，已经按照智慧公路的标准进行建设，路侧感知设备及感知手段不断丰富。

目前的智能网联示范区项目中，摄像头、激光雷达、毫米波雷达等各类感知设备大量部署，典型的城市道路场景约200 m~300 m部署一套，高速场景中还会增加气象、团雾、积水等传感设备；同时，结合传统智能交通中集成的电警、卡口、交通流量、交通时间、汽车电子标识读写器等设备，智慧的道路所能感知的信息极大丰富。对于获取的多源信息,需要在路侧进行汇聚，有些需及时进行处理。例如，典型的车路协同应用场景“弱势参与者碰撞预警”，对处理时延有较高的要求。因此，必须部署路侧MEC（移动边缘计算）作为端侧的计算处理单元。

多源感知结合端侧边缘计算处理，使得道路真正实现“智慧化”（图2是一个典型的智慧道路部署示意图），从而可以将环境信息（各类交通标识标牌、信号灯、停车场车位信息等）、微观交通运行情况、附近的交通事件（交通事故、故障车辆、道路施工、路面抛洒物、临时占道等）及时通过V2X网络下发给附近的车辆。

图 2   智慧道路部署示意图

智能车载OBU可通过V2X技术与路侧设备进行通信，也可通过4G或5G网络接入互联网或V2X平台/控制中心。在路侧设备和控制中心的支持下，可实现车辆周边道路环境信息、交通运行状态、交通事件等的及时感知，从而优化驾驶决策行为，提升交通安全和交通效率。

智能车载OBU能实时上传位置数据、车辆数据等，为交通微观数据采集提供更加可靠的数据来源，并为智能交通领域的交通路况、交通流预测提供更加可靠的数据源。

2.2    区域层面

区域内的路侧感知设备所获取的各类感知信息以及车载OBU实时上传的车辆状态及运行等信息，将汇聚在V2X平台或区域级云控平台。大部分信息在路侧MEC会进行处理并结构化，然后上传至平台；有些车辆采集的高精地图信息或一些业务需要的视频数据，这些数据进入平台层中对应各个平台，如高精地图平台、AR平台、数据中台、AI中台等。区域级的数据往往需要边缘云进行处理，从而对相应的感知数据等进行边缘处理，以保证业务处理的及时性。

在区域级，由于有更为全面的车辆及路侧感知信息，从而可以对区域交通运行态势有更加精确、更加实时的分析。结合交通态势分析判断，将传统智能交通系统中所集成的各类交通控制系统与车联网进行结合和打通，可以显著提升区域的交通通行效率。例如，车联网与交通信号控制系统打通,能够实现红绿灯信息推送、车速建议、交通信号的自适应调整、车流的诱导、特种车辆优先通行等功能；通过与交警的交通监测云行系统AR实景可视化系统对接，实现AR画面下的交通特勤线路等功能。

具体来看，如图3所示的车联网与AR结合的交通特勤线路功能，是当特勤路线启动时，系统将根据预先制定好的信号机方案、诱导屏显示内容、低点切换时间执行预案；并通过对安装车载OBU的特勤车辆在二维地图和实景地图上进行定位显示，车载 OBU实时上传特勤车辆的位置及坐标，到达路口后路侧RSU可实时读取车载OBU信息，实时切换高点视频画面，实现安装车载 OBU特勤车辆全程动态追踪。

图3   车联网与AR结合的交通特勤线路功能

2.3   全局层面

全局层面的车联网与智能交通结合主要通过云控平台来实现。智能网联云控平台由中心/区域云体系、边缘云体系、车路协同体系3个层次构成，通过互联互通模块、感知融合模块、决策控制模块、数据分析模块、监控管理模块、服务发布模块、运营管理模块为车路协同及其他服务输出基础能力^[6]。

云控平台通过提供能力和服务，也将成为智慧交通的综合管理支撑平台之一，解决智能网联汽车存在的信息孤岛；难以互联协同、有效管控的问题，通过定义互相可靠的信息交互规则，实现车-车、车-基础设施、车-平台的数据互联互通。云控平台主要包含5个方面的内容。

（1）构建一套完整车联网技术框架，实现中心平台、边缘计算、智能路侧感知与车路协同3层架构。
（2）打造覆盖“人-车-路-网-云”的车路协同平台，实现数据有效融合、信息决策等高效传递。
（3）通过三维高精度地图展示，实现车-道级仿真演示，为车联网平台用户提供直观、多角度、可视化展示。
（4）依托大数据采集汇集和计算能力，构建各类交通事件监测和发布模型。
（5）打造车联网V2X平台场景应用池，布置并丰富V2I、V2V、V2P、V2N等车路协同场景应用。

云控平台将实时感知动态信息、决策控制信息、数据分析信息等各种信息，以及计算与决策支持、仿真、动态地图等各种服务能力，提供给ITS平台及系统。同时，ITS的交通信号控制、交通事件等信息也会提供给云控平台。两者的结合应用，将能实现全局的交通运行监控、交通运行优化、交通管理等，从而真正实现智慧交通和智慧出行。

03

  车联网与汽车电子标识融合创新   

汽车电子标识是公安部交通管理局统一标准、统一推行、统一管理，与汽车车辆号牌并存，并且具有与车辆号牌同等法律效力的汽车身份识别系统，是嵌有超高频无线射频识别芯片并存储汽车身份数据的电子信息识别载体。通过在车辆前挡风玻璃上粘贴汽车电子标识，在城市道路布设读写基站，可以实时准确地采集车辆信息。

国务院《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》^[7]将“ 研究使用汽车电子标识” 列入重要内容。2017年年底，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会关于机动车电子标识6项国家标准正式颁布；2020年，国家11部委联合发布《智能汽车创新发展战略》，颁布智能汽车标识管理办法，强化智能汽车身份认证、实时跟踪和事件溯源。

车联网与汽车电子标识融合，可以把汽车电子标识作为智能网联汽车的身份认证凭证。同时，后台数据方面也可以进行融合，即车联网V2X平台和汽车电子标识系统的数据融合应用，将开发出更多的产业化应用。

将汽车电子标识识读装置与V2X路侧RSU功能合一，这样当携带汽车电子标识车辆进入到汽车电子标识射频识读单元的识读范围内后，射频识读单元进行读分区的操作，得到汽车电子标识的分区内容后，V2X控制单元启动，向覆盖范围内的车载V2X终端发起连接建立请求；V2X控制单元向汽车电子标识控制单元发送请求身份鉴权的消息，消息携带了车载终端的身份识别码；汽车电子标识控制单元对收到的身份鉴权消息与汽车电子标识进行对比，并给出鉴权的结果。该鉴权结果发送至V2X控制单元，如果鉴权失败，则停止与车载V2X终端通信；如鉴权成功，则V2X控制单元与车载终端进行数据交换，完成车辆的数据信息收集^[8]。

基于汽车电子标识及车联网融合系统可对车辆运行情况进行动态感知，对车辆驾驶行为、运行轨迹等进行全面监控，实现交通违法稽查、区域交通限行管控、营运车辆资质核验，提升涉车监管能力，规范道路交通秩序。同时，整合已有智能交通系统功能，可实现业务集成应用，通过接入多种交通事件采集，融合多层次监测，对各种交通异常进行流程化、协同化处置，打造超融合指挥调度体系，提高应急事件处置效率，提升交通可控性。更进一步，可以拓展停车、加油、路桥收费、洗车、维修等涉车消费场景，促进涉车消费服务、汽车消费金融业的发展。

04

  车联网与ETC融合创新   

2019年5月，交通运输部发布《关于大力推动高速公路ETC 发展应用工作的通知》^[9]等政策推进我国电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，ETC）服务体系建设，从基础设施建设出发，推进我国ETC改造进程。根据《2020—2025年中国高速公路智能化行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》^[10]数据测算，2019年和2020年我国ETC市场规模将分别达到90.46 亿元和 65.66 亿元。

ETC 2019年年底达到1.9 亿用户，拥有2.5 万套门架系统，成为全球最大的智能基础设施网络之一。以已有的ETC网络和门架系统为基础，通过与V2X技术结合，能快速实现对于安全和效率至关重要的I2V车路协同应用，从而为未来5G-V2X的应用落地提供场景支撑。

ETC与V2X在路侧进行融合，可以通过V2X通信来承载ETC 信息，即通过在路侧部署V2X RSU，与车载V2X OBU进行数据通信，而车载V2X OBU打通与ETC电子标签的通信协议，实现ETC 路径识别与高速收费数据的读取与扣费。

路侧MEC通过以太网告知RSU进行ETC交易或者进行V2X消息广播。如果RSU收到的是V2X消息广播指示，则通过应用协议栈进行消息广播；如果RSU收到的是ETC交易指示，则由ETC应用通过串口操作PSAM，并同时通过协议栈进行广播式收发，经过多次交互完成ETC交易流程，最终将交易数据上报给路侧 MEC。

如果车载V2X OBU接收RSI消息判断是交易信息，则将消息通过串口传输给ETC电子标签；ETC电子标签处理后再通过V2X OBU广播出去，通过多次交互完成ETC交易。如果车载V2X OBU收到的是V2X广播消息，则通过Wi-Fi传送给平板电脑或车载显示屏等进行显示。

ETC与V2X在云端进行融合，可针对性地实现To B（to-Business）、 To C（to-Customer）和 To G（toGovernment）的业务。To B可以针对车企、互联网企业、车后服务供应商、通信运营商、互联网企业提供车联网大数据以及ETC相关数据等；To G针对性地提供智能网联车辆、道路的综合数据等；To C主要是做出行服务推送、应急突发提醒、实时路径优化等。

05

  结束语  

车联网产业和智能交通产业、汽车电子标识产业、ETC产业深度融合，探索出众多创新应用模式，将强有力地推动车联网产业自身的良性发展，并为自动驾驶产业时代提前到来赋能。当然，目前车联网跨产业融合创新应用探索主要还是集中在产品、方案和应用层面，需要继续探索跨产业融合的创新商业模式以及数据开放模式。

参考文献

[1] 甘秉鸿. 车联网C-V2X技术原理及测试解决方案[J]. 信息通信技术与政策, 2019(6): 84-89.

[2] 王娟娟. 发展车联网,为智慧交通赋能[J] . 中国电信业, 2019(7): 37-41.

[3] 陈进. 浅析中国城市智能交通系统产业化发展趋势[J]. 人民交通, 2020(5):84+86.

[4] GSMA. Connecting Vehicles-today and in the 5G era with C-V2X[R], 2019.

[5] Counterpoint. Global connected car tracker 2018[EB/OL]. (2019-11-20)[2020-01-10]. https://www.counterpointresearch.com/125-million-connected-carsshipments-2022-5g-cars-2020.

[6] 中国汽车工程学会, 国汽智联. 中国智能网联汽车产业发展报告[R], 2019.

[7] 交通运输部. 关于大力推动高速公路ETC发展应用工作的通知[Z], 2019.

[8] 前瞻产业研究院. 2020—2025年中国高速公路智能化行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[R], 2019.

[9] 国务院. “十三五” 现代综合交通运输体系发展规划[Z], 2017.

[10] 北京计算机技术及应用研究所. 一种融合C-V2X的汽车电子标识识读装置:中国. 110619749[P], 2019-12-27.

本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第8期

END

▎作者：吴冬升

东南大学博士，对5G、车联网、物联网、大数据、人工智能、数字化转型、智慧城市有深刻洞察。5G产业技术联盟车联网专委会主任委员，粤港澳大湾区自动驾驶产业联盟副理事长，广州市智能网联汽车示范区运营中心理事，广东省智能网联汽车与智能交通应用专委会副主任委员，广州市互联网协会5G专委会副主任委员，广东省车联网产业联盟专委会委员，广东省物联网协会专委会委员，深圳市人工智能协会专委会委员等。

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