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

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

車路協(xié)同系統(tǒng)三個(gè)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(tái)。

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(guó)家項(xiàng)目；2006年，歐盟開(kāi)啟車路合作系統(tǒng)（CVIS）項(xiàng)目；2010年，美國(guó)提出智能駕駛（IntelliDrive）戰(zhàn)略；2011年，中國(guó)科技部在863計(jì)劃中設(shè)立智能車路關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目。

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(guò)實(shí)現(xiàn)聰明的車與智能的路之間的實(shí)時(shí)交互，并在全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上，開(kāi)展車輛主動(dòng)控制和道路協(xié)同管理，充分實(shí)現(xiàn)人-車-路的有效協(xié)同，最終達(dá)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(jià)值，也成為各國(guó)智慧交通規(guī)劃下的共識(shí)。

今天，中國(guó)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大的汽車產(chǎn)銷國(guó)，路上行駛著各個(gè)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(lái)，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(mén)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(jià)值？

筆者將在下文中一一道來(lái)。

今天，只要談到車路協(xié)同，行業(yè)內(nèi)普遍會(huì)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(jiàn)的ETC等非接觸式感知設(shè)備，通過(guò)微波來(lái)接收和反饋通訊數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)諸如車輛身份識(shí)別、電子扣費(fèi)等基礎(chǔ)功能。但在筆者看來(lái)，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(lái)說(shuō)，車路協(xié)同主要涉及三個(gè)端口：車端、路側(cè)端和云端，其中路側(cè)端和云端因?yàn)檐嚶穮f(xié)同環(huán)境下計(jì)算節(jié)點(diǎn)下沉至邊緣層（即路側(cè)）的需求而經(jīng)常被同時(shí)提及。

再考慮到三個(gè)端口間信息傳輸渠道的重要性，對(duì)于車路協(xié)同系統(tǒng)平臺(tái)更完善的拆解方式，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)是以下三個(gè)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(tái)。

其中，智能車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)車載端的海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jì)算，完成對(duì)路況的數(shù)字化感知和就近云端算力部署；通信平臺(tái)負(fù)責(zé)提供車-車、車-路間實(shí)時(shí)傳輸?shù)男畔⒐艿溃ㄟ^(guò)低延時(shí)、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(shí)時(shí)交互?！咔『脴?gòu)成智慧交通場(chǎng)景下協(xié)同感知與協(xié)同決策的閉環(huán)。

真實(shí)交通場(chǎng)景下，由于參與者數(shù)量眾多、行人和路況隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致車輛要在低時(shí)延、高可靠的前提下，完成對(duì)海量高并發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)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(shí)處理海量數(shù)據(jù)的計(jì)算和指揮中心。

如此巨大的工作量，只能由一個(gè)專為車載場(chǎng)景設(shè)計(jì)的、強(qiáng)大的計(jì)算和指揮中心，即車載操作系統(tǒng)（OS）來(lái)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(yùn)算處理到?jīng)Q策執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程——這是車載場(chǎng)景下的低時(shí)延底線。

不僅僅是穩(wěn)定性和低時(shí)延，車路協(xié)同對(duì)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(gè)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)奏非常快，想要構(gòu)建一套覆蓋所有車輛終端的車載OS，就必須針對(duì)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(qiáng)的按需擴(kuò)展能力設(shè)計(jì)。

另外，車載OS還有一大考驗(yàn)來(lái)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(lái)自少量車載傳感器如雷達(dá)和倒車影像，但在車路協(xié)同平臺(tái)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(dá)、信號(hào)機(jī)、檢測(cè)器等傳感器實(shí)時(shí)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。而不同來(lái)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(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)進(jìn)行多級(jí)信息融合，實(shí)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(shí)，智能路側(cè)系統(tǒng)面前也橫亙著種種亟待突破的門(mén)檻。

一方面，道路基礎(chǔ)設(shè)施的智能化改造離不開(kāi)政府支持。從近年來(lái)各地政府布局來(lái)看，對(duì)于智慧交通示范區(qū)的推進(jìn)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(shí)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(shì)必會(huì)帶來(lái)大量亟待運(yùn)算處理的路況數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的云計(jì)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(yùn)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(yuǎn)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(jì)算設(shè)備也成為了一種解決方案。中心云則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理各個(gè)邊緣云，實(shí)現(xiàn)中心云、邊緣云在資源、安全、應(yīng)用、服務(wù)上的多項(xiàng)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(tái)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(chǎng)從4G到5G的全面升級(jí)。

5G低延時(shí)、高帶寬、高穩(wěn)定的特點(diǎn)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?yàn)楦鲄^(qū)域通信布局不一的原因，導(dǎo)致汽車在高速行駛過(guò)程中經(jīng)常會(huì)面臨4G/5G、LTE-V通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)切換。如同用戶要求手機(jī)在WiFi和4G網(wǎng)絡(luò)之間可以平滑切換，卻不影響各項(xiàng)APP的功能和體驗(yàn)，車載操作系統(tǒng)也必須實(shí)現(xiàn)在不同通信網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換，這是用戶體驗(yàn)使然，更是行駛安全的剛需。

近年來(lái)，各地政府與車聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始共同建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)。在筆者看來(lái)，北京順義北小營(yíng)鎮(zhèn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)就是一個(gè)非常成功的案例。據(jù)報(bào)道，該示范區(qū)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)開(kāi)放式5G商用智慧交通車路協(xié)同項(xiàng)目，一期全部開(kāi)放路段長(zhǎng)7.2公里，涉及18個(gè)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(duì)于智能車載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)、通信平臺(tái)的極高需求。據(jù)悉，該車路協(xié)同項(xiàng)目解決方案由蘑菇車聯(lián)獨(dú)力提供。

為了解決海量高并發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jì)算架構(gòu)，突破了以傳統(tǒng)CPU為核心的通用計(jì)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(guò)對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)控制，配合多線程并發(fā)，輔以異構(gòu)異調(diào)進(jìn)程調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)硬件資源的高效分配，將任務(wù)響應(yīng)時(shí)間控制在毫秒級(jí)，確保在最極端的情況下也可以保證車輛穩(wěn)定運(yùn)行。

此外，從示范區(qū)現(xiàn)場(chǎng)照片還可以注意到一個(gè)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?dú)w功于蘑菇OS在設(shè)計(jì)之初就定位于通用車載OS，并可按需擴(kuò)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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)規(guī)模化落地。

另外，在順義區(qū)北小營(yíng)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(yíng)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(jì)算服務(wù)器，中心云則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理各個(gè)路口部署的邊緣云。蘑菇AI云通過(guò)自身對(duì)海量設(shè)備連接和海量數(shù)據(jù)處理的能力，實(shí)現(xiàn)了整體云端場(chǎng)景構(gòu)建、分析和智能決策等核心功能，保證了核心運(yùn)算的效率。

通信平臺(tái)方面，基于對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的考量，蘑菇OS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了4G/5G和LTE-V雙網(wǎng)絡(luò)的平滑切換，這也意味著，無(wú)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(duì)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(guò)程中與云端、路側(cè)、其他車輛的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接。

時(shí)至今日，由于車路協(xié)同涉及的各項(xiàng)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(gè)階段，但順義智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)的穩(wěn)定運(yùn)行證明了已經(jīng)有企業(yè)具備實(shí)現(xiàn)方案落地的能力。

從這個(gè)在智能車載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)、通信平臺(tái)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(gè)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(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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