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從典型應用場景看智能網聯汽車發展

2019-08-22  來源:人民郵電報  作者:唐懷坤

5G商用,正在開啟萬物互聯新時代,推動物聯網、人工智能等新一代信息通信技術加速與傳統行業融合,催生更多應用。在5G的諸多應用場景中,智能網聯汽車受到高度關注,被認為在技術、應用以及市場需求等方面具備較為成熟的發展條件。而事實上,基于5G-V2X的智能網聯汽車也確實將在交通安全、提升交通效率以及生活服務等諸多領域落地。

5G-V2X是大勢所趨

智能網聯汽車行業是我國的重要戰略產業,也是5G在交通行業的重要應用領域,智能網聯汽車可以實現物聯網的相關功能。

物聯網能夠實現人與物相連、物與物相連。從目前來看,以傳感器應用為代表的窄帶物聯網技術已基本成熟,智能遠程抄表、消防報警、智能照明、智能停車、智慧水利、環保監測、共享單車等應用已逐漸走進人們的生產生活。共享單車將從“2G網絡藍牙 GPS”逐步過渡到NB-IoT窄帶物聯網 北斗定位,再逐步向5G承載北斗定位過渡。但是,目前在汽車交通領域依然沒有普及物聯網,行業期待通過C-V2X實現這一愿景。

C-V2X技術包括LTE-V2X和5G-V2X,C為“Cellular”,即蜂窩之意。C-V2X信息模式包括車與車之間(Vehicle to Vehicle,V2V)、車與路之間(Vehicle to Infrastructure,V2I)、車與人之間(Vehicle to Pedestrian, V2P)、車與網絡之間(Vehicle to Network, V2N)的交互,實現以安全為目標的人與車、車與車、車與公路智能設施的通信。

在2018年6月召開的IMT-2020(5G)峰會上,IMT-2020(5G)推進組C-V2X工作組發布了《C-V2X白皮書》。2018年11月工業和信息化部下發了《車聯網(智能網聯汽車)直連通信使用5905-5925MHz頻段管理規定(暫行)》,支持LTE-V2X技術在智能網聯汽車的應用和發展,該規定與國際主流頻段保持一致,并為未來發展預留了擴展空間。

雖然5G-V2X的標準目前尚未明確,但是卻代表著未來的發展趨勢,相對于美國的DSRC(Dedicated Short Range Communications,專用短程通信技術),LTE-V2X具備向5G-V2X過渡的優勢。而DSRC技術則沒有考慮后續升級,僅僅是一種固化的技術,并且在高速公路場景下整體性能相對于5G-V2X而言較弱。從具體的數據上看,在高速公路場景下,當汽車以140km/h行駛時(在國內目前為超速情況),采用C-V2X技術的汽車駕駛員有9.2秒的時間決定是否剎車,而使用DSRC(基于802.11p)的車輛只有3.3秒時間。相比之下,前者的感應距離為450米,而后者不到前者的一半。從這個角度上看,5G-V2X具備明顯的技術優勢,未來發展空間巨大。

保障交通安全

毫無疑問,安全是交通的根本,發展智能網聯汽車是政策使然,也是市場需求使然。目前,在保障交通安全上,智能網聯汽車能夠發揮諸多用途,如緊急呼叫、碰撞預警、人行道狀態提醒等(見表1)。

緊急呼叫功能:在山區公路以及人煙稀少的地方,一旦發生交通事故,車輛的駕駛員很可能因昏迷而無法求救,如果車輛的緊急呼叫系統能自動將求救信息發送到救援呼叫中心,無疑將發揮巨大作用。在這一背景下,自動緊急呼叫系統(e-call)率先在歐洲興起,但是尚未全面普及。從2018年3月31日起,歐洲所有新車必須強制配備e-Call系統。目前,e-call系統并不依賴于5G技術,但是未來則可以由5G網絡來承載。

會車遠近光燈自動切換功能:在夜間行駛狀態下,通過V2V技術,會車的對向車輛可以保持通信,并在一定距離內配合光照感應,相互自動關閉遠光燈,以提高會車安全。

交叉路口碰撞預警:相關統計顯示,我國30%~40%的交通事故發生在城市交叉路口,這主要是因為交叉路口的路況極其復雜,同時也容易出現違規行為。在類似場景下,基于智能網聯汽車,車輛可以通過V2V(車與車互聯)技術預判對方的車速和行駛方向,并及時發出碰撞預警。

人行道狀態提醒:在夜間行駛尤其是能見度較差的情況下,車輛極易發生交通事故。為了改善這一狀況,智能網聯汽車借助安裝在人行道上的智能馬路道釘,采集馬路上行人的狀態,并將信息傳遞給RSU(Road Side Unit,路側單元)單元,RSU再將信息傳遞給車載5G-V2X模塊,提升交通安全。同時,針對行人不經過斑馬線橫穿馬路的情況,系統可以通過5G-V2P實現自動感應,提前提醒司機剎車。

慢速車輛預警:當前,慢速行駛的車輛很多是城市公共服務車輛,智能網聯汽車通過5G-V2V技術,能夠對慢速行駛車輛后方的車輛進行提醒,避免后車因對前車車速判斷錯誤而發生追尾。

靜止車輛預警:高速公路環境下,車輛行駛速度快,剎車距離要預留100米~150米,此時如果前方車輛忽然拋錨或者因碰撞而靜止在公路中間,則可能發生二次事故。相關統計顯示,每年冬季的雨雪天氣,都會因為上述情況而發生大面積追尾。針對這一情況,智能網聯汽車能夠將事故車輛的信息同步告知RSU,再通過5G-V2V告知周邊1km范圍內的其他車輛,降低二次事故發生的概率。

智能網聯汽車在交通安全領域的應用,最終的目的是提高車與車、車與行人、車與環境的交互,通過這種信息交互最終提高駕駛安全水平。未來,隨著智能網聯汽車的發展,類似上述安全需求的場景還將進一步增多,而這些技術和應用的創新也將為無人駕駛的落地奠定安全基石。

  表1:交通安全的應用場景示例表

提高交通效率

  表2:提高交通效率的應用場景示例

相關統計顯示,預計到2020年,中國汽車的保有量將達到6.3億輛,有望成為全球第一。然而,城市道路的擴容往往趕不上車輛的增長,因此對于我國而言,必須依靠優化道路設置、提升車輛協同等手段來提高交通效率,改善城市的擁堵狀況。2018年,曾有機構預計,北京市民每年因交通擁堵而浪費的成本約為8000元/人,提高交通效率已是當務之急。

在這一背景下,基于5G-V2X的智能網聯汽車的興起,有望為提高交通效率帶來解決之道,催生一些新的應用(見表2)。

不停車收費功能:因為歷史原因,DSRC標準制定較早,目前大部分收費站的ETC(Electronic Toll Collection ,不停車收費系統)采用的都是DSRC標準。相對于5G-V2X,基于DSRC標準的ETC存在安全風險,出現過盜刷等情況。因此,5G-V2X的普及,有望對基于DSRC的ETC功能實現替代。

不等紅燈的通過提醒功能:城市交叉路口通過率是衡量交通管理能力的重要指標,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動脈。在智能網聯汽車的應用場景下,通過對車輛潮汐以及紅綠燈等待時長的計算,配合RSU單元,能夠實現車輛不等紅綠燈的綠波行駛,這樣不僅可以大幅節省司機的時間,而且達到節省社會車輛能耗的目的。

限高、限寬提醒:在過路、過橋以及通過鐵路道口或隧道時,智能網聯汽車能夠將路況的相關參數和當前車輛的參數進行比對,對司機進行提醒,降低事故發生概率。

城市公交車道管理:在很多城市,公交車道占用了城市主干道四分之一的通行能力,如何合理利用公交車道資源成為城市管理的重要課題。尤其是在傳統的技術下,司機僅僅通過自身的觀察,往往不能實時準確地掌握公交車道的通行情況。因此,在智能網聯汽車技術的支撐下,路口RSU單元借助V2I(汽車與基礎設施),能夠準確告知司機當前公交車道是否可用。

服務生產生活

智能網聯汽車5G-V2X終端,通過“車-車”的通信可以提供很多生活服務功能,如服務預訂、社交、電商等。這些功能與傳統移動互聯網有較大的差別,它可以與車輛本身的感知技術以及車輛本身的參數結合,催生更多新的應用(見表3)。

自動駕駛編隊功能:通過5G-V2V技術,物流駕駛編隊可以借助定速巡航實現自動駕駛,與此同時,自駕游車隊、城市婚禮車隊等都可以通過5G-V2V實現編隊功能。有觀點認為,這有望成為未來編隊型無人駕駛的雛形。

影像自動云存儲:智能網聯汽車可以將停車期間車輛的異動情況,自動拍照后發送到車主的手機上,對惡意損壞或偷盜進行報警。同時,通過“抓拍視頻”和“拍照”功能,司機還可以從車聯網設備上獲得交警發布的實時交通信息。此外,在交通擁堵的時候,司機還能看到前方路口的紅綠燈狀態和實時影像。

生活服務:相比今天的傳統汽車,智能網聯汽車能夠提供保險、保養到期以及剩余油量(電量)、與服務區距離等自動提醒功能,同時還可能實現車輛后備廂收發快遞等應用,甚至最終演進到無人駕駛的階段。

4G改變生活,5G改變社會。5G時代,我們的生產方式、生活方式都將隨之改變,而5G-V2X應用于智能網聯汽車僅僅是5G應用的冰山一角,未來,在包括政府、車企、消費者、互聯網企業等在內的各方推動下,智能網聯汽車有望迎來爆發式發展。

  表3:生產生活服務等應用場景示例

關鍵詞:智能網 NB-IoT 汽車駕駛

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