车联网赋能智慧城市新型基础设施融合创新思考_康陈.pdf

车联网赋能智慧城市新型基础设施融合创新思考康陈1，2葛雨明1，2龙翔宇1，2王晶1(1.中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191;2.车联网技术创新与测试评价工业和信息化部重点实验室，北京 100191)摘要:围绕我国车联网赋能智慧城市新型基础设施的融合创新进行了探索。首先分析了车联网与智慧城市融合的体系架构;随后对车联网与智慧城市产业技术在通信、感知、平台等维度的最新进展进行了探索，提炼了智慧城市场景下车联网的场景和运营模式，解读了车联网整体系统的功能价值;最后从商业视角分析了车联网的价值链条，并对未来技术与产业的发展趋势进行了展望。关键词:车联网;智慧城市;应用场景;价值模式中图分类号:文献标志码:A引用格式:康陈，葛雨明，龙翔宇，等.面向千兆宽带网络业务应用的高质量用户体验研究 J 信息通信技术与政策，2022，48(12):18-24.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.12.0030引言当前，全球数字经济快速发展，新一代信息通信技术与各行各业融合渗透。一方面，通过智慧城市建设，运用信息通信技术，有效整合各类城市管理系统，实现城市各系统间信息资源共享和业务协同，推动城市管理和服务智慧化，提升城市运行管理和公共服务水平，实现可持续发展成为城市建设管理者的共识1;另一方面，车联网、物联网等新型产业生态不断壮大，有力推动了汽车、交通等传统产业的数字化、网络化、智能化发展，也逐步演进形成智慧出行、交通数字化治理等数字经济发展的新产业集聚2-4。车联网作为连接智能网联汽车和智慧城市的新型基础技术系统与产业领域，正不断发展成熟，加速信息技术、汽车工业与城市治理、交通运输服务等多方之间的融合创新，赋能智慧城市新型基础设施建设。1车联网与智慧城市融合体系架构车联网产业经过多年的发展，目前已经形成了“车辆智能化升级”和“车联网新型基础设施建设”两条发展主线。在车辆智能化升级发展路线中，车辆新能源化、智能网联化促进汽车价值链变革，汽车生态建设朝着平面式汇聚型价值架构转化。车企不再作为整个生态的单一核心，而是通过传统制造端和外部服务端生态的合作，共同构建以用户需求为核心的新型生态体系。同时，电子信息、交通服务、信息通信等企业融入汽车产业链，传统汽车产业链开始扩展、整合，产业边界逐渐模糊。在车联网新型基础设施建设发展路线中，我国明确“聪明的车”和“智慧的路”协同发展的技术路线，智能网联汽车产业生态延伸到路侧和云平台新基建产业。各地纷纷建立示范区、先导区，开展车联网新型基础设施建设，进行车路协同应用示范，推动高等级自动驾驶和车载信息娱乐服务等应用成熟，并逐步赋能出行服务和交通管理的智能化升级，进一步扩大车联网产业范围5。在此背景下，车联网成为赋能智慧城市新型基础设施建设的重要一环。一方面，依托车联网，以智能网81联汽车为下一代移动终端，可助力智慧城市打通数据壁垒。在智慧交通网中，汽车成为连接人与交通以及其他城市设施的新型智能终端。通过智能汽车广泛收集城市道路、交通、建筑的实时动态信息数据，促使智慧城市数据更丰富、更智慧。同时，车联网牵引部署智能基础设施建设，优先建设公交专用、出租专用、环卫、物流专用等使用频次最高、应用需求最迫切的城市交通重点场景，提高智慧城市基础设施利用率。另一方面，智慧城市也为车联网应用提供智能基础设施和应用场景。车联网需要城市道路提供动静态感知信息，形成准确可靠的超视距感知体系，提升智能网联汽车感知精度，从而实现高等级自动驾驶。通过在城市道路路口和两侧布设毫米波雷达、智能摄像头、激光雷达等智能感知设备，对城市交通的静态和动态信息进行精确探测、感知和采集，细化车端和路端感知能力分工，补足单车智能感知盲点，提高智能网联汽车行驶效率和安全性。同时，智慧城市也为车联网提供了可落地、可试验、可展示的平台，通过在条件相对成熟的区域开展封闭测试、示范应用和商业化运营，逐步探索出车联网规模化落地的路径6。图 1车联网与智慧城市融合体系架构在智慧城市视角下，车联网对多个城市业务类型进行增强，打造融合的新兴业务类型，赋能智慧城市系统，如图 1 所示。例如，在城市交通信号智能控制系统的基础上，增强了数据开放的管理交互平台与车联网(C-V2X)直连通信，在数字化的交通标志标线、车辆超速预警、典型违法预警系统等基础上增强了多维信息融合与信息实时播发等功能。对于车联网而言，各类业务应用需要智慧城市感知、传输设备与基础数据平台的支撑，需要在感知、传输设备和基础数据平台方面增加额外的实体和功能，包括新增 C-V2X 路侧通信单元、智能路侧工控机系统、部署车路协同信息的采集与发布功能等，实现车联网对智慧城市的融合赋能。2车联网与智慧城市的产业融合发展2.1网联通信领域进展车联网将无线通信网络和有线回传网络进行有机结合，完成人、车、路、云之间的多元信息传递，赋能智慧城市中交通系统各要素互联互通。其中，无线通信网络包含了服务于车与车、车与路的车联网直连通信网络(LTE-V2X)，以及服务于车与云、人与云，以及部分路与云的 5G 蜂窝通信网络。车联网无线通信的发展有效助力互联互通，将汽车这一影响城市交通运转效率的要素与智能交通路侧设施互联，提升交通信息发布与协同引导的效率，同时使得将汽车所产生的大91量运转数据和传感数据高速传输至城市智慧交通平台成为可能。此外，有线通信网络主要指路侧系统内部以及部分路与云的回传网络，可实现路侧系统与多级平台之间的信息交互，此部分可以有效复用智慧城市中智慧安防等系统部署的回传网络，提升智慧城市基础设施的应用效率。具体而言，针对直连通信，LTE-V2X 已形成较为完善的技术标准体系和产业链，而 N-V2X 技术标准有待验证，未分配频谱资源，相关产品尚未成熟。在技术与标准方面，国内 LTE-V2X 技术主要聚焦于进一步深化和优化 LTE-V2X 应用，3GPP N-V2X 标准仍在不断演进过程中。国际标准组织 3GPP 完成了 17 版本的 N-V2X 标准，进一步优化功率控制、资源调度等相关技术7。产业发展方面，我国 LTE-V2X 产业蓬勃发展，国际影响力不断加大。国内看，我国已建成基于 LTE-V2X 技术的完备产业链，芯片、模组、OBU、SU 等都已成熟且经过“三跨”“四跨”“新四跨”以及大规模测试，具备了商用部署的基础条件。国际上，国外传统一级汽车供应商(Tier 1)，如大陆、博世、哈曼、德尔福、LG 等纷纷加大 LTE-V2X 车载终端的研发投入，LTE-V2X 受重视程度不断加深。在相关地区，路侧基于 LTE-V2X 技术的直连通信终端成为智慧城市新型基础设施的重要组成部分，有效丰富了路侧智慧交通的服务形态。针对蜂窝通信，随着 5G 关键性能指标的显著提升以及覆盖面的不断扩大，5G 网络从支持车载 A/V 等多元化信息娱乐服务，逐步向支撑车路协同应用、远程遥控驾驶等方向演进。技术研究方面，国际5G 汽车联盟和欧洲 5GCroCo 项目，均开展了远程遥控驾驶相关应用场景研究，并对通信系统能力提出相应需求;国内 IMT-2020(5G)推进组 C-V2X 工作组探索基于 5G 网络的车联网应用相关技术架构和性能指标。产业发展方面，手机 APP、小程序、智能后视镜等具备 5G 通信能力的后装设备及应用不断涌现，正积极进行城市和高速公路环境下的车联网服务探索。总的来说，LTE-V2X 与 5G 融合，成为应用车联网提高用户触达率和业务服务范围的新趋势，采用不同通信方式提供不同的应用服务，进一步丰富智慧城市面向交通领域的触达手段8。路侧回传网络从以有线网络为主的承载架构，不断向有线/无线网络并存的回传架构演进。目前车联网路侧系统具有接入设备种类多、数据异构性强、融合传输量大的回传需求，光纤网络的链路稳定性高、传输速率大、抗干扰能力强，是作为数据回传的关键支撑网络。但高速公路的大型桥隧、高架枢纽等特定场景，铺设光纤网络的施工难度大、部署成本高昂。因此，在满足业务场景需求的前提下，部分城市在光纤回传的基础上探索叠加 5G 网络回传方案。在相关地区，采用回传网络与智慧城市总体骨干网络复用的方式建设，提升了相关基础设施的利用效率。2.2路侧智能感知领域进展以感知、计算、通信为核心的路侧融合感知系统，向硬件功能集成化、建设部署敏捷化的方向演进。一方面，路侧传感器不断向感知+计算功能一体化的形态升级。已具备摄像头、毫米波雷达、激光雷达等产品的企业，推出了具备结构化感知能力的传感器，如智能球机融合了传统摄像机与边缘侧感知识别算法、雷视融合系统实现了毫米波雷达与摄像头的集成与融合，这些传感器均已在道路感知、环境监控等领域推广部署。另一方面，路侧融合感知系统向软硬件解耦发展的趋势初现，路侧供应商、算法提供商、整体解决方案商等陆续自发地开展了相关探索工作，打造开放的、软硬件解耦的产品体系9。当前路侧融合感知产业链处于快速发展阶段，但现有技术与产品成熟度有待提升。受到硬件性能瓶颈、标定调试、融合算法设计等多方面因素的影响，当前主流产品在真实工况下的系统性能、稳定性以及与场景需求的匹配度等方面仍有提升空间。同时，路侧融合感知系统上游供应链仍面临较高技术壁垒，存在融合感知算法的泛化能力不足等问题。在部分城市，路侧智能感知设施与安防、交通感知设备探索复用的实践路径，目前尚存在具体技术指标不一致、安装点位诉求不相同等技术问题，需要进一步实践打磨。2.3车联网服务平台领域进展车联网多层级平台体系架构基本形成共识，核心业务逐步明晰。车联网多层级平台在部署层级上可分为“边缘”“区域”“中心”三个维度。其中，边缘平台构筑在边缘机房，提供小区级微观交通服务。区域移动边缘计算(MEC)平台部署在边缘 MEC 平台之上，可与一个或多个边缘 MEC 平台联动，提供大区级宏观交02通服务，实现更上层、更全局的用户管理、数据汇聚和业务调度。中心平台构筑在区域 MEC 平台之上，作为业务应用顶层，提供广域级宏观交通服务。在服务属性上可按照“业务面”与“管理面”进行分解。其中，在业务面上，各层级平台联合承载车联网综合数据底座、车路协同事件与消息服务等业务类功能，支撑车路协同辅助/自动驾驶应用、公共交通出行、交通管理管制等服务。在管理面上，各层级平台协同负责路侧基础设施运维管理、车联网用户管理、平台安全管理等管理类功能，为产业可持续化运营提供基础支撑。平台的业务面与管理面联动配合，支撑实现车路协同场景。车联网服务平台与智慧城市总体平台融合发展中呈现两方面特点。一是互联网企业、智能交通集成商等依托其在城市大脑、传统智能交通平台等方面的积累，快速开发出车联网与智慧城市、智慧交通融合的平台产品并不断迭代。此类平台的成熟度、可用性、展示度较强，通常可部署在区域平台或中心平台，提升城市交通的调度管理能力及整体通行效率。二是面向智能网联行驶安全、大数据流量等业务的边缘平台仍处于验证阶段。电信运营商积极联合汽车与交通行业企业在各地方积极对“车路边云”协同的网络架构、端到端时延、应用场景可靠性等关键技术指标进行研究与验证，推动实现边缘侧车联网业务与高实时智慧城市业务的融合。3基于智慧城市的车联网应用场景与运营模式3.1应用场景发展现状基于智慧城市与车联网的融合体系，车联网应用不断创新发展。一是信息服务类应用基本普及，且在网联技术赋能下实现创新发展。定位导航、车载娱乐等应用已较为成熟。同时随着 LTE-V2X 技术推广，交通信号灯信息下发等应用逐步验证。此外，基于 5G的车载软件 OTA 升级等应用也不断涌现。二是智能驾驶类应用加速渗透，并与网联系统逐步耦合。我国先进驾驶辅助系统(ADAS)新车前装率日益提升，2021 年18 月国内新车累计渗透率接近10&。同时，我国自动驾驶测试里程数也不断攀升，以北京市为例，自动驾驶车辆道路测试安全行驶总里程突破 300 万公里(截至 2021 年 5 月)。部分企业开展了融合 LTE-V2X 的智能驾驶应用验证。例如，奥迪在无锡先导区推动协作型自适应巡航控制、基于信号灯信息的车速控制等融合应用的验