車路協(xié)同系統(tǒng)方案如何才能實現(xiàn)大規(guī)模落地

相信只有真正具有核心技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)貢獻出其解決方案能力，才能真正推動車路協(xié)同方案的規(guī)模化落地。

車路協(xié)同系統(tǒng)三個核心組成部分：智能車載系統(tǒng)（車端）、智能路側(cè)系統(tǒng)（路側(cè)端+云端）和通信平臺。

1950年代末，通用汽車在新澤西州打造了一條埋入大量通信設(shè)備的概念高速公路；1990年代，日本將智能交通系統(tǒng)確立為國家項目；2006年，歐盟開啟車路合作系統(tǒng)（CVIS）項目；2010年，美國提出智能駕駛（IntelliDrive）戰(zhàn)略；2011年，中國科技部在863計劃中設(shè)立智能車路關(guān)鍵技術(shù)研究項目。

半個世紀(jì)以來，當(dāng)汽車產(chǎn)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、通信等領(lǐng)域深度融合后，人們通過實現(xiàn)聰明的車與智能的路之間的實時交互，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上，開展車輛主動控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)人-車-路的有效協(xié)同，最終達成提高交通效率、保證交通安全的目的——這是車路協(xié)同背后隱藏的巨大價值，也成為各國智慧交通規(guī)劃下的共識。

今天，中國已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大的汽車產(chǎn)銷國，路上行駛著各個品牌不同的車型，高速公路里程數(shù)也已位居全球第一。將如此龐大的車流與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，自然可以大幅提升交通效率與交通安全，但這也極大地提高了車端、路側(cè)端與通信端各端口間協(xié)同部署、協(xié)同決策的技術(shù)難度。

那么，究竟有哪些核心技術(shù)門檻在制約著車路協(xié)同方案的大規(guī)模落地？那些已成功落地的車路協(xié)同方案背后又隱含著哪些重要參考價值？

筆者將在下文中一一道來。

今天，只要談到車路協(xié)同，行業(yè)內(nèi)普遍會提及到兩種產(chǎn)品：智能車載單元（OBU）和智能路側(cè)單元（RSU）。智能車載單元和智能路側(cè)單元分別部署在車端和路側(cè)端，比如我們常見的ETC等非接觸式感知設(shè)備，通過微波來接收和反饋通訊數(shù)據(jù)，實現(xiàn)諸如車輛身份識別、電子扣費等基礎(chǔ)功能。但在筆者看來，這并不能很好地概括車路協(xié)同方案下的核心組成。

一般來說，車路協(xié)同主要涉及三個端口：車端、路側(cè)端和云端，其中路側(cè)端和云端因為車路協(xié)同環(huán)境下計算節(jié)點下沉至邊緣層（即路側(cè)）的需求而經(jīng)常被同時提及。

再考慮到三個端口間信息傳輸渠道的重要性，對于車路協(xié)同系統(tǒng)平臺更完善的拆解方式，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)是以下三個核心組成部分：智能車載系統(tǒng)（車端）、智能路側(cè)系統(tǒng)（路側(cè)端+云端）和通信平臺。

其中，智能車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)車載端的海量數(shù)據(jù)實時處理和多傳感器數(shù)據(jù)融合，保證車輛在各種復(fù)雜的情況下穩(wěn)定、安全行駛；智能路側(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)路況信息搜集與邊緣側(cè)計算，完成對路況的數(shù)字化感知和就近云端算力部署；通信平臺負(fù)責(zé)提供車-車、車-路間實時傳輸?shù)男畔⒐艿?，通過低延時、高可靠、快速接入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，保障車端與路側(cè)端的信息實時交互。——三者恰好構(gòu)成智慧交通場景下協(xié)同感知與協(xié)同決策的閉環(huán)。

真實交通場景下，由于參與者數(shù)量眾多、行人和路況隨機性強等特點，導(dǎo)致車輛要在低時延、高可靠的前提下，完成對海量高并發(fā)數(shù)據(jù)的實時計算處理，保證任務(wù)調(diào)度效率，這就意味著車內(nèi)需要一套隨時處理海量數(shù)據(jù)的計算和指揮中心。

如此巨大的工作量，只能由一個專為車載場景設(shè)計的、強大的計算和指揮中心，即車載操作系統(tǒng)（OS）來完成。一款優(yōu)秀的車載OS，必須具備在100毫秒內(nèi)完成從指令接收、任務(wù)運算處理到?jīng)Q策執(zhí)行的整個過程——這是車載場景下的低時延底線。

不僅僅是穩(wěn)定性和低時延，車路協(xié)同對于車載OS適配和兼容性的需求也不容忽視。車路協(xié)同方案中的車-車互聯(lián)不應(yīng)是單一品牌間各車型的連接行為，而是廣義上交通環(huán)境中所有車輛的互聯(lián)。

考慮到每個汽車品牌、每款車型都有著復(fù)雜的軟硬件架構(gòu)與設(shè)備接口協(xié)議，加上汽車改款推新的節(jié)奏非?？?，想要構(gòu)建一套覆蓋所有車輛終端的車載OS，就必須針對市面上所有主流汽車品牌、車型、智能傳感器、ECU和芯片組一一完成適配和兼容，并具有極強的按需擴展能力設(shè)計。

另外，車載OS還有一大考驗來自數(shù)據(jù)融合層面。傳統(tǒng)意義上的汽車數(shù)據(jù)融合來自少量車載傳感器如雷達和倒車影像，但在車路協(xié)同平臺上，一輛車的車載OS不僅需要融合單車傳感器數(shù)據(jù)，還要協(xié)調(diào)鄰近其他車輛的位置信息、攝像頭乃至路側(cè)微波雷達、信號機、檢測器等傳感器實時傳遞過來的數(shù)據(jù)。而不同來源的數(shù)據(jù)特征差異極大。這就要求車載OS在數(shù)據(jù)級、特征級和決策級進行多級信息融合，實現(xiàn)更高層次的綜合決策。

在智能車載系統(tǒng)面臨重重挑戰(zhàn)的同時，智能路側(cè)系統(tǒng)面前也橫亙著種種亟待突破的門檻。

一方面，道路基礎(chǔ)設(shè)施的智能化改造離不開政府支持。從近年來各地政府布局來看，對于智慧交通示范區(qū)的推進節(jié)奏正在加快，只有在政府的規(guī)范指導(dǎo)與支持下，才能實現(xiàn)車路協(xié)同解決方案的最終落地。另一方面，道路的智能化改造勢必會帶來大量亟待運算處理的路況數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的云計算架構(gòu)是將這些數(shù)據(jù)上傳到跨區(qū)域的中心云端，由云端將運算結(jié)果下放到路側(cè)設(shè)備，但是由于中心云端距離較遠而容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲。因此，在路側(cè)就近部署邊緣云計算設(shè)備也成為了一種解決方案。中心云則通過網(wǎng)絡(luò)管理各個邊緣云，實現(xiàn)中心云、邊緣云在資源、安全、應(yīng)用、服務(wù)上的多項協(xié)同。

即使有了智能車載系統(tǒng)和智能路側(cè)系統(tǒng)，還需要在二者之間搭建起一條穩(wěn)定的信息傳輸橋梁，這便是通信平臺擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?/p>

當(dāng)下，通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正在醞釀一場從4G到5G的全面升級。

5G低延時、高帶寬、高穩(wěn)定的特點雖然意味著從車端到路側(cè)端、云端信息高效連接的普及，但同樣因為各區(qū)域通信布局不一的原因，導(dǎo)致汽車在高速行駛過程中經(jīng)常會面臨4G/5G、LTE-V通信網(wǎng)絡(luò)的實時切換。如同用戶要求手機在WiFi和4G網(wǎng)絡(luò)之間可以平滑切換，卻不影響各項APP的功能和體驗，車載操作系統(tǒng)也必須實現(xiàn)在不同通信網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換，這是用戶體驗使然，更是行駛安全的剛需。

近年來，各地政府與車聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)已經(jīng)開始共同建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)。在筆者看來，北京順義北小營鎮(zhèn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)就是一個非常成功的案例。據(jù)報道，該示范區(qū)是國內(nèi)第一個開放式5G商用智慧交通車路協(xié)同項目，一期全部開放路段長7.2公里，涉及18個路口的智能網(wǎng)聯(lián)化改造。在整體解決方案層面上，充分滿足了筆者此前所提及到的對于智能車載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)、通信平臺的極高需求。據(jù)悉，該車路協(xié)同項目解決方案由蘑菇車聯(lián)獨力提供。

為了解決海量高并發(fā)數(shù)據(jù)實時處理的行業(yè)難題，蘑菇車聯(lián)自主研發(fā)的蘑菇OS基于GPU、FPGA的異構(gòu)計算架構(gòu)，突破了以傳統(tǒng)CPU為核心的通用計算模式，在復(fù)雜路況多任務(wù)協(xié)同管理的狀態(tài)下，通過對各項任務(wù)進行優(yōu)先級控制，配合多線程并發(fā)，輔以異構(gòu)異調(diào)進程調(diào)度策略，實現(xiàn)對車內(nèi)硬件資源的高效分配，將任務(wù)響應(yīng)時間控制在毫秒級，確保在最極端的情況下也可以保證車輛穩(wěn)定運行。

此外，從示范區(qū)現(xiàn)場照片還可以注意到一個有意思的現(xiàn)象：路上行駛的公交、小巴士、家用車上都搭載蘑菇智能終端。這應(yīng)該要歸功于蘑菇OS在設(shè)計之初就定位于通用車載OS，并可按需擴展，快速構(gòu)建定制化解決方案。有幾則數(shù)據(jù)可以很好地支持這一點：市面上主流車型目前共有1200多款，蘑菇OS可以適配其中1100多款，而車載傳感器、ECU和主流車載芯片組更是全面兼容，這一切使得蘑菇OS有足夠的底氣，讓車路協(xié)同實現(xiàn)規(guī)?；涞?。

另外，在順義區(qū)北小營鎮(zhèn)政府指導(dǎo)規(guī)劃下，蘑菇車聯(lián)構(gòu)建了一套包含道路基礎(chǔ)信息、智能紅綠燈、交通氣象等多方位交通信息融合的環(huán)境感知系統(tǒng)，并完成了順密路、趙陳路及北小營鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)周邊多條道路的智能化改造。蘑菇車聯(lián)利用自主研發(fā)的蘑菇AI云，部署了一套配備深度學(xué)習(xí)軟硬件環(huán)境的MEC路側(cè)邊緣計算服務(wù)器，中心云則通過網(wǎng)絡(luò)管理各個路口部署的邊緣云。蘑菇AI云通過自身對海量設(shè)備連接和海量數(shù)據(jù)處理的能力，實現(xiàn)了整體云端場景構(gòu)建、分析和智能決策等核心功能，保證了核心運算的效率。

通信平臺方面，基于對當(dāng)前國內(nèi)復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的考量，蘑菇OS已經(jīng)實現(xiàn)了4G/5G和LTE-V雙網(wǎng)絡(luò)的平滑切換，這也意味著，無論是順義智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)高難度的5G網(wǎng)絡(luò)適配環(huán)境、日常的4G環(huán)境，或者是針對于車車互聯(lián)的LTE-V網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，蘑菇OS均能保證車輛在高速行駛過程中與云端、路側(cè)、其他車輛的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接。

時至今日，由于車路協(xié)同涉及的各項技術(shù)具備極高難度，市面上絕大多數(shù)車路協(xié)同案例仍處于理論研究和探索這個階段，但順義智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)的穩(wěn)定運行證明了已經(jīng)有企業(yè)具備實現(xiàn)方案落地的能力。

從這個在智能車載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)、通信平臺等諸多技術(shù)層面都有著許多借鑒意義的智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)案例中，我們可以看到一個具備優(yōu)秀解決方案的技術(shù)提供商，在政府單位的規(guī)范指導(dǎo)下，實現(xiàn)了車路協(xié)同方案的真正落地，為智慧交通的建設(shè)提供了寶貴的理論基礎(chǔ)與實踐經(jīng)驗。

相信只有真正具有核心技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)貢獻出其解決方案能力，加上政府部門的大力支持，才能真正推動車路協(xié)同方案的規(guī)?；涞睾图铀僦腔劢煌ㄐ聲r代的到來。