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从典型应用场景看智能网联汽车发展

2019-08-22  来源:人民邮电报  作者:唐怀坤

5G商用,正在开启万物互联新时代,推动物联网、人工智能等新一代信息通信技术加速与传统行业融合,催生更多应用。在5G的诸多应用场景中,智能网联汽车受到高度关注,被认为在技术、应用以及市场需求等方面具备较为成熟的发展条件。而?#29575;?#19978;,基于5G-V2X的智能网联汽车也确?#21040;?#22312;交通安全、提升交通效率以及生活服务等诸多领域落地。

5G-V2X是大势所趋

智能网联汽车行业是我国的重要战略产业,也是5G在交通行业的重要应用领域,智能网联汽车可以实现物联网的相关功能。

物联网能够实现人与物相连、物与物相连。从目前来看,以传感器应用为代表的窄带物联网技术已基本成熟,智能远程抄表、消防报警、智能照明、智能停车、智慧水利、环保监测、共享单车等应用已逐渐走进人们的生产生活。共享单车将从“2G网络蓝牙 GPS”逐步过渡到NB-IoT窄带物联网 北斗定位,再逐?#36739;?G承载北斗定位过渡。但是,目前在汽车交通领域依然没有普及物联网,行业期待通过C-V2X实现这一愿景。

C-V2X技术包括LTE-V2X和5G-V2X,C为“Cellular?#20445;?#21363;蜂窝之意。C-V2X信息模式包括车与车之间(Vehicle to Vehicle,V2V)、车与路之间(Vehicle to Infrastructure,V2I)、车与人之间(Vehicle to Pedestrian, V2P)、车与网络之间(Vehicle to Network, V2N)的交互,实现以安全为目标的人与车、车与车、车与公路智能设施的通信。

在2018年6月召开的IMT-2020(5G)峰会上,IMT-2020(5G)推进组C-V2X工作组发布了《C-V2X白皮书》。2018年11月工业和信息化部下发了《车联网(智能网联汽车)直连通信使用5905-5925MHz频段管理规定(暂行)》,支持LTE-V2X技术在智能网联汽车的应用和发展,该规定与国际主流频段保持一致,并为未来发展预留了扩展空间。

虽然5G-V2X的标准目前尚未明确,但是却代表着未来的发展趋势,相对于美国的DSRC(Dedicated Short Range Communications,专用短程通信技术),LTE-V2X具备向5G-V2X过渡的优势。而DSRC技术则没有考虑后续升级,仅仅是一种固化的技术,并且在高速公路场景下整体性能相对于5G-V2X而言较弱。从具体的数据上看,在高速公路场景下,当汽车以140km/h行驶时(在国内目前为超速情况),采用C-V2X技术的汽车驾驶员有9.2秒的时间决定是否刹车,而使用DSRC(基于802.11p)的车辆只有3.3秒时间。相比之下,前者的感应距离为450米,而后者不到前者的一半。从这个角度上看,5G-V2X具备明显的技术优势,未来发展空间巨大。

保障交通安全

毫无疑问,安全是交通的根本,发展智能网联汽车是政策使然,也是市场需求使然。目前,在保障交通安全上,智能网联汽车能够发挥诸多用途,如紧急呼叫、碰撞预警、人行道状态提醒等(见表1)。

紧急呼叫功能:在?#35282;?#20844;路以及人烟稀少的地方,一旦发生交通事故,车辆的驾驶员很可能因昏迷而无法求救,如果车辆的紧急呼叫系统能自动将求救信息发送到救援呼叫中?#27169;?#26080;疑将发挥巨大作用。在这一背景下,自动紧急呼叫系统(e-call)率先在欧洲兴起,但是尚未全面普及。从2018年3月31日起,欧洲所有新车必须强制配备e-Call系?#22330;?#30446;前,e-call系统并不依赖于5G技术,但是未来则可以由5G网络来承载。

会车远近光灯自动切换功能:在夜间行驶状态下,通过V2V技术,会车的对向车辆可以保持通信,并在一定距离内配合光照感应,相互自动关闭远光灯,以提高会车安全。

交叉路口碰撞预警?#21512;?#20851;统计显示,我国30%~40%的交通事故发生在城市交叉路口,这主要是因为交叉路口的路况极其复杂,同时也容易出现违规行为。在类似场景下,基于智能网联汽车,车辆可以通过V2V(车与车互联)技术预判对方的车速和行驶方向,并及时发出碰撞预警。

人行道状态提醒:在夜间行驶尤其是能见度较差的情况下,车辆极易发生交通事故。为了改善这一状况,智能网联汽车借助安装在人行道上的智能马路道钉,采集马路上行人的状态,并将信息传递给RSU(Road Side Unit,路侧单元)单元,RSU再将信息传递给车载5G-V2X模块,提升交通安全。同时,针对行人不经过斑马线横穿马路的情况,系统可以通过5G-V2P实现自动感应,提前提醒司机刹车。

慢速车辆预警:当前,慢速行驶的车辆很多是城市公共服务车辆,智能网联汽车通过5G-V2V技术,能够?#26376;?#36895;行驶车辆后方的车辆进行提醒,避免后车因对前车车速判断错误而发生追尾。

静止车辆预警:高速公路环境下,车辆行驶速度快,刹车距离要预留100米~150米,此时如果前方车辆忽然抛锚或者因碰撞而静止在公路中间,则可能发生二次事故。相关统计显示,每年冬季的雨雪天气,都会因为上述情况而发生大面积追尾。针对这一情况,智能网联汽车能够将事故车辆的信息同步告知RSU,再通过5G-V2V告知周边1km?#27573;?#20869;的其他车辆,降低二次事故发生的概率。

智能网联汽车在交通安全领域的应用,最终的目的是提高车与车、车与行人、车与环?#36710;?#20132;互,通过这?#20013;?#24687;交互最终提高驾驶安全水平。未来,随着智能网联汽车的发展,类似上述安全需求的场景还将进一步增多,而这些技术和应用的创新也将为无人驾驶的落地奠定安全基石。

  表1:交通安全的应用场景示例表

提高交通效率

  表2:提高交通效率的应用场景示例

相关统计显示,预计到2020年,中国汽车的保有量将达到6.3亿辆,?#22411;?#25104;为全球第一。然而,城市道路的扩容往往赶不上车辆的增长,因此对于我国而言,必须依靠优化道路设置、提升车辆协同等手段来提高交通效率,改善城市的拥堵状况。2018年,曾有机构预计,?#26412;?#24066;民每年因交通拥堵而浪费的成本约为8000元/人,提高交通效率已是当务之急。

在这一背景下,基于5G-V2X的智能网联汽车的兴起,?#22411;?#20026;提高交通效率带来解决之道,催生一些新的应用(见表2)。

不停车收费功能:因为历史原因,DSRC标准制定较早,目前大部分收费站的ETC(Electronic Toll Collection ,不停车收费系统)采用的都是DSRC标准。相对于5G-V2X,基于DSRC标准的ETC存在安全风险,出现过?#20102;?#31561;情况。因此,5G-V2X的普及,?#22411;?#23545;基于DSRC的ETC功能实现替代。

不等红灯的通过提醒功能:城市交叉路口通过率是衡量交通管理能力的重要指标,大部分城市道路往往采用“主干道支路”的形式,主干道是城市的交通动脉。在智能网联汽车的应用场景下,通过对车辆潮汐以及红绿灯等待时长的计算,配合RSU单元,能够实现车辆不等红绿灯的绿波行驶,这样不仅可?#28304;?#24133;节省司机的时间,而且达到节省社会车辆能耗的目的。

限高、限宽提醒:在过路、过桥以及通过铁路道口或隧道时,智能网联汽车能够将路况的相关参数和当前车辆的参数进行比对,对司机进行提醒,降低事故发生概率。

城市公交车道管理:在很多城市,公交车道占用了城市主干道四分之一的通行能力,如何合理利用公交车道资源成为城市管理的重要课题。尤其是在传?#36710;?#25216;术下,司机仅仅通过自身的观察,往往不能实时准确地掌?#23637;?#20132;车道的通行情况。因此,在智能网联汽车技术的支撑下,路口RSU单元借助V2I(汽车与基础设施),能够准确告知司机当前公交车道是否可用。

服务生产生活

智能网联汽车5G-V2X终端,通过“车-车”的通信可以提供很多生活服务功能,如服务预订、社交、电商等。这些功能与传统移动互联网有较大的差别,它可以与车辆本身的感知技术以及车辆本身的参数结合,催生更多新的应用(见表3)。

自动驾驶编队功能:通过5G-V2V技术,物流驾驶编队可以借助定速巡航实现自动驾驶,与?#36865;?#26102;,自驾游车队、城市婚礼车队等都可以通过5G-V2V实现编队功能。有观点认为,这?#22411;?#25104;为未来编队型无人驾驶的雏形。

影像自动云存储:智能网联汽车可以将停车期间车辆的异动情况,自动拍照后发送到车主的?#21482;?#19978;,?#36828;?#24847;损坏或偷盗进行报警。同时,通过?#30333;?#25293;视频”和“拍照”功能,司机还可以从车联网设备上获得交警发布的实时交通信息。?#36865;猓?#22312;交通拥堵的时候,司机还能看到前方路口的红绿灯状态和实时影像。

生活服务?#21512;?#27604;今天的传统汽车,智能网联汽车能够提供保险、保养到期以及剩余油量(电量)、与服务区距离等自动提醒功能,同时还可能实现车辆后备厢收发快递等应用,甚至最终演进到无人驾驶的阶段。

4G改变生活,5G改变社会。5G时代,我们的生产方式、生活方式都将随之改变,而5G-V2X应用于智能网联汽车仅仅是5G应用的冰山一角,未来,在包括政府、车企、消费者、互联网企业等在内的各方推动下,智能网联汽车?#22411;?#36814;来爆发式发展。

  表3:生产生活服务等应用场景示例

关键?#21097;?#26234;能网 NB-IoT 汽车驾驶

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