車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢分析

“新四跨”指的是跨“芯片模組+終端+車企+安全+高精地圖和高精定位”，引入高精地圖和高精定位，并實現(xiàn)從演示到大規(guī)模并發(fā)測試的轉(zhuǎn)變。展望2021年，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化趨勢期待在幾個方面有進一步突破：和L3/L4級自動駕駛深度融合；和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用融合；商用化場景更加豐富。

“新四跨”內(nèi)涵

2019年“四跨”指的是跨“芯片模組+終端+車企+CA平臺”。2020年“新四跨”指的是跨“芯片模組+終端+車企+安全+高精地圖和高精定位”。

2020年10月12—31日，由中國信息通信研究院、國汽（北京）智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究院有限公司、上海淞泓智能汽車科技有限公司共同承辦的2020 C-V2X“新四跨”暨大規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用示范活動于在上海國際汽車城封閉測試場、上海汽車博覽公園及周邊開放測試道路開展。本次活動共有37家國內(nèi)外整車企業(yè)、12家芯片模組企業(yè)、52家終端企業(yè)、21家CA平臺和安全企業(yè)、4家地圖服務(wù)提供商（以下簡稱圖商）及5家定位服務(wù)提供商共同參與。對比2019年27家整車企業(yè)、11家芯片模組企業(yè)、28家終端產(chǎn)品和協(xié)議棧企業(yè)、2家CA平臺企業(yè)、5家安全芯片及其他企業(yè)，參加“新四跨”企業(yè)數(shù)量大幅增加。

引入高精度地圖和高精度定位是實現(xiàn)輔助駕駛和自動駕駛的必要條件，有可能讓傳統(tǒng)汽車在高精度地圖覆蓋的高速公路和城市道路實現(xiàn)脫手脫腳甚至脫腦的智能駕駛。

高精地圖的絕對精度一般都會在亞米級，包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容大概有六類：道路級別、交通設(shè)施、車道級別、關(guān)聯(lián)關(guān)系、交通管制、安全駕駛特征（坡度、曲率和航向）。L1/L2對高精度地圖不是剛性需求。L3及以下用的地圖信息主要包括道路基本屬性和規(guī)制信息。L4和L5級更多關(guān)注全局環(huán)境的拓?fù)潢P(guān)系、詳細(xì)的交通信息以及可通行空間環(huán)境模型等。在L3向L4/L5演進的過程中，規(guī)劃是最關(guān)鍵的能力，而規(guī)劃算法需要與高精度地圖深度綁定。高精度地圖的生產(chǎn)、實時更新、存儲是高精度地圖量產(chǎn)的三個關(guān)鍵問題。

高精度定位包括室外定位和室內(nèi)定位。室外定位技術(shù)涉及傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位、雷達定位、慣性測量單元（IMU）定位、蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)定位等。室內(nèi)定位技術(shù)包括WLAN定位、Zigbee定位、藍(lán)牙定位、超寬帶（UWB）定位、紅外定位、計算機視覺定位、超聲波定位等。用于自動駕駛的高精度定位技術(shù)通過定位方法分為如下三種類型：基于信號的定位技術(shù)，例如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）+RTK、UWB和5G；航位推算，一種基于IMU的技術(shù)，在了解車輛的位置后，計算車輛的當(dāng)前位置和方向；環(huán)境特征匹配，或基于LiDAR和視覺傳感器的定位，即與存儲在數(shù)據(jù)庫中的特征匹配，以了解車輛的位置和環(huán)境。

“新四跨”考慮地理信息合規(guī)性因素，采用車企、圖商、車載終端組隊的形式申請偏轉(zhuǎn)插件，“新四跨”路側(cè)和車端廣播消息（BSM、MAP、RSI、RSM）中涉及的高精度地圖和高精度定位均采用先進行位置坐標(biāo)偏轉(zhuǎn)，然后再進行數(shù)據(jù)傳輸加密的形式，并配合V2V、V2I場景加密方案的實施。在終端方面，要求車載終端采用高精定位，自行配置高精定位模塊。

在位置信息偏轉(zhuǎn)方面，車載終端廠商按照要求申請偏轉(zhuǎn)插件，實現(xiàn)位置信息從WGS84坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系，包含GPS芯片或者北斗芯片獲取的經(jīng)緯度）到GCJ02坐標(biāo)系（火星坐標(biāo)系，由中國國家測繪局制定，要求在中國使用的地圖產(chǎn)品使用的必須是加密后的坐標(biāo)）的轉(zhuǎn)換。路側(cè)消息所涉及的位置信息采用從偏轉(zhuǎn)后的高精度地圖上取點的方式來實現(xiàn)位置信息的偏轉(zhuǎn)。

在位置信息數(shù)據(jù)傳輸加密方面，路側(cè)及車端消息（BSM、MAP、RSI、RSM）中偏轉(zhuǎn)后的位置信息采用國產(chǎn)密碼SM4算法和FPE保留格式加密模式，保障編碼符合ASN.1要求。

車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀

“新四跨”演示選取了聰明的車相關(guān)的前向碰撞預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、路段See Through/故障車輛提醒、緊急車輛避讓、左轉(zhuǎn)輔助；智慧的路相關(guān)的車內(nèi)標(biāo)牌（全路段禁停預(yù)警、前方行人提醒、前方學(xué)校提醒、向右急轉(zhuǎn)彎預(yù)警、禁止鳴笛預(yù)警、前方加油站提醒）、紅綠燈信息推送/綠波通行、弱勢交通參與者提醒；安全機制驗證場景相關(guān)的偽造紅綠燈防御、偽造緊急車輛防御、異常行為檢測。

除了演示外，本次“新四跨”特別進行了非常有意義的大規(guī)模性能和功能測試，讓車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和技術(shù)支持商用更加可信可靠。

在未來真實的交通環(huán)境中，支持智能網(wǎng)聯(lián)的車輛將會和周邊大量（幾十輛甚至幾百輛）同樣支持智能網(wǎng)聯(lián)的車輛，以及路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間進行通信。在前年“三跨”和去年“四跨”演示環(huán)境下，演示車輛周邊的智能網(wǎng)聯(lián)車輛數(shù)目很少，與未來真實環(huán)境相差甚遠(yuǎn)?！靶滤目纭碧貏e增加了大規(guī)模并發(fā)測試環(huán)節(jié)，即驗證相關(guān)產(chǎn)品在大規(guī)模車輛密集通信場景下，性能和功能均能保持正常。

“新四跨”C-V2X大規(guī)模測試系統(tǒng)，包括180臺背景車OBU與一臺RSU設(shè)備，共同構(gòu)成大規(guī)模終端測試環(huán)境。測試系統(tǒng)開啟安全證書機制，搭載硬件安全芯片，支持應(yīng)用層擁塞控制，能夠模擬真實道路環(huán)境下的大規(guī)模車輛密集通信場景。

測試車輛需要通過通信性能測試項目與功能測試項目，涉及車車間、車路間、直行道路、交叉路口等多種場景下的C-V2X通信性能和應(yīng)用場景功能測試。

其中，通信性能測試是由測試系統(tǒng)發(fā)送BSM、RSM、RSI、SPAT、MAP五種消息，對被測車輛進行測試，并支持導(dǎo)出丟包率、時延等關(guān)鍵通信指標(biāo)的測試結(jié)果；應(yīng)用功能測試包括車車間前向碰撞預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、交叉路口碰撞預(yù)警、車路間紅綠燈調(diào)度、弱勢交通參與者預(yù)警等。

以“直線道路通信性能測試—被測單元間”為例，在一條300米長的直線道路沿路兩側(cè)鋪設(shè)OBU來模擬背景車輛，每5米鋪設(shè)一組。被測車輛有兩輛，兩車相向行駛，初始距離為200米，車速均為40km/h。以時間為自變量，繪制兩車在接收消息時的丟包率、時延等參數(shù)隨時間的變化圖。

以“十字路口通信性能測試—被測單元間”為例，沿交叉路口不同方向道路，每5米鋪設(shè)一組OBU來模擬車輛。兩車位于十字路口相鄰兩個方向的道路上，兩車車速為（20/40/60）km/h，初始位置距路口150m，分別沿道路向路口行駛，車A在路口停止，車B則直行通過路口。以兩車相對距離為自變量，繪制被測車輛在接收消息時的丟包率、時延等參數(shù)與距離的關(guān)系如圖1所示。

車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢

和L3/L4級自動駕駛深度融合

目前演示的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大多只是給人看的預(yù)警和告警信息，主要用于輔助駕駛，而不是給車使用的。當(dāng)然已經(jīng)有越來越多的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可以直接在車輛中控、儀表盤上做融合展示和呈現(xiàn)。

未來車聯(lián)網(wǎng)將和車進行更深入的結(jié)合，主要體現(xiàn)在：車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和車輛CAN總線信息融合；車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)作為輔助駕駛和自動駕駛的輸入源之一，與車輛多傳感器融合的輸入源一起，供自動駕駛車輛決策和控制使用。

例如，車輛打緊急雙閃的信息可以通過CAN總線推送給車載終端OBU，和其它車輛之間實現(xiàn)信息交互。紅綠燈信號機信息通過RSU推送給車載終端OBU。目前這些信息僅供駕駛?cè)藛T使用，未來可以作為自動駕駛重要的輸入源之一，和車輛攝像頭識別的紅綠燈信息進行融合決策，供自動駕駛車輛控制使用。

對于單車智能自動駕駛來說，車聯(lián)網(wǎng)可以從多方位賦能：紅綠燈信息推送；超視距信息推送；鬼探頭等典型場景應(yīng)對；提供安全冗余；降低單車智能成本等。

和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用融合

C-V2X標(biāo)準(zhǔn)演進路徑比較清晰，LTE-V2X（R14、R15）可以支持安全出行類業(yè)務(wù)和局部交通效率類業(yè)務(wù)，NR-V2X（R16、R17）可以支持自動駕駛類業(yè)務(wù)。需要厘清的是LTE-V2X會向NR-V2X平滑演進，雙方為互補關(guān)系而并非替代關(guān)系。同時，運營商5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以提供信息娛樂服務(wù)類業(yè)務(wù)和全局交通效率類業(yè)務(wù)。汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會T/CSAE 53-2017應(yīng)用列表如圖2所示。

NR-V2X因為標(biāo)準(zhǔn)、頻譜、芯片等原因，尚需較長的時間周期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地。近2~3年車聯(lián)網(wǎng)將以LTE-V2X+5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)為主。LTE-V2X可以提供的業(yè)務(wù)場景在《合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》DAY-I和DAY-II中已經(jīng)給出，如圖3所示。而基于5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)仍需要進行探索。

傳統(tǒng)的信息娛樂服務(wù)類業(yè)務(wù)主要包括：車載信息娛樂系統(tǒng)業(yè)務(wù)，OTA（Over-the-Air）業(yè)務(wù)，支付類、保險類、融資租賃等金融類業(yè)務(wù)，車隊管理、新能源車管理等行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)。5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)將豐富車聯(lián)網(wǎng)信息娛樂類業(yè)務(wù)，例如車載高清視頻實時監(jiān)控、AR導(dǎo)航、車載VR視頻通話、動態(tài)實時高精地圖、車輛和駕駛實時監(jiān)控等。

另外，基于5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以擁有全面、全量、實時的多源大數(shù)據(jù)，從而助力實現(xiàn)全局交通優(yōu)化。5G網(wǎng)絡(luò)可以為出行車輛提供準(zhǔn)確、實時、高效的出行路徑規(guī)劃和行駛速度、行駛車道引導(dǎo)，并提供路況信息提醒等多元信息服務(wù)。

商用化場景更加豐富

網(wǎng)絡(luò)的“覆蓋率”和車的“滲透率”決定了車聯(lián)網(wǎng)的商用速度，二者相輔相成。具體部署建議如下。

首先，在商用車型（如出租車、公交車、物流重卡、礦卡、港口及機場車輛等）和部分乘用車型部署C-V2X車載終端，實現(xiàn)V2V業(yè)務(wù)場景。商用車將會優(yōu)先采用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，商用車主要關(guān)注解決四個層面的問題，即安全問題、效率問題、成本問題、舒適度問題。

其次，在特定商用場景先行先試，如特定出租車區(qū)域、城市公交車專用道和公交場站、高速公路路段和閘道、特定封閉園區(qū)和社區(qū)、礦山、港口、機場等部署C-V2X和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)V2I業(yè)務(wù)場景。

最后，在高速公路和城市交叉路口等場景部署C-V2X和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率達到一定程度，將帶動車載終端安裝滲透率提升。
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