“車路協同”智能交通 從科幻走向現實

　　十年前，在美國電影《機械公敵》中，威爾·史密斯駕駛的全自動汽車不僅可以準確甄別周遭交通，還能識別駕駛人的狀態。影片有夸張之嫌，但"智能交通"概念早已成為各國交通領域的研究主流，或將于近年在美國、日本和歐洲等主要國家建成初步網絡。

　　中國在該領域也有很大進展，在2014年10月青島舉辦的智能交通系統國際會議（IEEEITSConference）上，六輛中國的智能車展示了研究成果。

　　這六輛車能做什么？你坐在駕駛座上，車窗下方中央有一個屏幕，顯示著一個圓周坐標，周圍的汽車以圓點的形式分布其間。當與前車間距小于安全距離時，屏幕上前車的標志就會由綠色變為紅色，同時會發出警報。隨著距離越來越小，系統判斷可能出現事故，你的車就會自動剎車。當然，后面的車輛會提前獲知前車剎車，也隨之停止。

　　超車、換道的時候，屏幕上的周圍汽車會變成紅色，并顯示距離。接近紅綠燈路口的時候，屏幕會顯示離路口有多遠，距紅綠燈切換還有多久，并提示以何速度通過路口合適。

　　當車輛因故障停在路邊，會自動通信過往車輛，避免相撞。緊急行駛車輛如救護車、消防車經過，系統會提醒你避讓。逢著雨雪天氣，路邊設備就會把路面的濕滑信息、適宜車速發給車輛，引導其安全駕駛。

　　清華大學的研究團隊將其項目稱為"車路協同"，顧名思義，是將所有車輛、道路設施甚至行人納入一張網絡，通過信息共享，合理利用道路空間資源，提升行車的安全性和提高道路通行能力。

　　"車路協同"智能交通過關

　　歐洲、美國、日本等發達國家和地區目前走在前列，已完成大規模測試，而中國目前僅完成了十輛車規模的小型場景測試，還在申請大規模測試過程中。前路尚遠。

　　在中國，"車路協同關鍵技術研究"是列入科技部"十二五""863"計劃的項目之一，由清華大學等十家單位共同承擔，2011年9月啟動，2014年2月通過科技部驗收。

　　該項目的突破，在于解決了統一平臺上車與車、車與路之間的通訊問題。利用DSRC（專用短程通信）、WiFi（無線通信）、CDMA2000（移動通信），搭建起了多模式、自動切換的信息交互平臺。

　　這讓人、車、路之間可以互相通信，交互各自位置和狀態數據。在一切皆可"大數據"的時代，解決道路擁堵、安全的方案自然孕于其中。

　　項目首席專家、清華大學自動化系教授姚丹亞向記者分析，擁堵本質上是交通需求和供給的矛盾，人們要出行，但沒有足夠道路滿足出行需求。"怎么解決呢，首先是平衡資源，這條路堵了，告訴你走另一條路，另外還可以利用各種技術提高現有道路的通行效率。"

　　在中國，信息告知方案已有地圖解決，但提高交通效率則依賴交通數據的深度挖掘。姚丹亞告訴記者："現有不足，還是因為信息量不夠多、不夠細，比如現在信號燈可以根據不同方向來車調整綠燈時間，但它依據的是來車的統計值，目前系統只根據這一周期來了多少車、排隊多長來控制，不能精確得到每一輛車的位置。將來要變成主動交通控制，系統知道每一輛車的位置，還可以告訴你怎么駕駛更安全便捷。"

　　日本已經推行的VICS（VehicleInformationandCommunicationSystem）項目在某種程度上能讓公眾更直觀地感受到"車路協同"大規模推廣后的場景。

　　VICS是日本在智能交通領域的一套應用產品。日本的道路交通中心接收到各地警察、交通管理者、部門等傳來的信息，將信息分析和處理后，通過GPS導航設備、無線數據傳輸設備、FM廣播系統，將實時路況信息和交通誘導信息即時傳達給交通出行者，從而使得交通更為高效便捷。

　　這套系統的使用者只需購買帶有VICS系統的車載導航器，之后便可免費享受VICS系統提供信息服務。經過差不多20年的發展，日本的VICS已經基本實現普及。

　　車載系統普及后，日本的豐田市在同一道路條件下，對VICS系統進行了八次試驗。試驗結果表明，車輛行駛時間最大縮短21.86%；車輛行駛時間平均減少了9.52%；平均速度由23.1公里/小時增到24.2公里/小時，增加約5%。另有資料表明，VICS系統的使用，使得日本每年能夠減少超過200萬噸的二氧化碳排放。

　　美國、歐洲也在開展該領域的研究。美國將智能"車路協同"技術研發重點放在關鍵技術和基礎方法上，尤其對實施周期長但回報巨大的應用進行前瞻性的理論研究；歐洲的松散結構使得其研究主要依托企業，研究重點是制定標準。

　　姚丹亞說："應用推廣做得最好的是日本，因為在此之前日本通過一個交通信息服務系統在大部分車上安裝了帶通信的車載裝置，而政府通過建路側設備，就能將‘車路協同’的信息發到車載裝置上。"

　　"歐洲國家多，標準問題是最重要的。而美國推廣時，一直糾纏在先有蛋還是先有雞的問題上。也就是說，車廠認為在沒有路側裝置時，我的車裝了車載裝置很難發揮作用，而政府認為沒有車載裝置，路側設備的建設沒有意義，所以美國擬通過立法來解決應用問題。"

　　中國項目的學術帶頭人、清華大學自動化系教授張毅認為，相對而言，中國的"車路協同"系統則更加智能化。VICS需要道路交通中心搜集和處理交通信息再發布，而中國的"車路協同"則是通過實現車與車、車與路之間的"對話"，實現交通的安全、高效和環保。

　　例如，"車路協同"關鍵技術的15個典型應用場景中有一個叫作"基于車速引導的交通協調控制"，即不同方向車輛到達路口前通過車速引導形成車隊分時到達交叉口，信號控制系統對信號配時進行優化，使不同方向車隊都能不停車通過路口，增加通行效率，避免擁堵同時也減少了停車帶來的尾氣排放。

　　張毅稱，如今中國已推出第一個體系研究成果，但在產業化道路上與發達國家差距較大。

　　標準規模掣肘

　　"我原先設想的是能夠有1億到2億元（人民幣），結果立項批下來只有1600萬元。"張毅向記者回憶。"所以我們就只能縮小了項目的任務內容，第一是必須保證基本概念要得到驗證。第二要解決關鍵技術。第三是要做出一些應用場景，讓政府、企業、應用者看到這個項目的前途在什么地方。"

　　目前已經有15個典型場景（如本文開頭提到的超車、變道、自動剎車等）得到驗證。與美、日、歐相比，"中國的技術并不落后，有些研究比他們做得深入。"姚丹亞告訴記者，"但有兩點不如他們，第一，到現在為止，我們的通信標準還在制定中，沒有中國的‘車路協同’專用通信設備。第二，我們示范應用的規模不夠大。"

　　國外通用"車路協同"采用802.11p協議（一種車載電子無線通信協議）。中國希望獨立制定自己的協議，國家層面的通信標準仍在制訂中。

　　另一個難題是開展大規模示范測試。"現在規模小到什么程度呢？我們有十家單位，包括七所大學，兩所研究院，一所汽車企業。現在的規模就是在10輛汽車、兩個路段、一個路口進行實際道路測試和演示，要真正進行實用性測試，這么小的規模是不夠的。美國底特律有個CAMP（CrashAvoidanceMetricsPartnership）項目，是在3000輛汽車上做測試實驗。"張毅告訴記者。

　　張毅估計項目的大規模測試至少需要數千輛到1萬輛汽車。"車太少了，體現不出效果，而且車輛足夠多才可以體現系統的復雜性，才能驗證系統能否很好地工作。所以我們想要建成一個大范圍的測試系統，如果政府、企業愿意投入，我們選擇一個小城市，給1萬輛車裝上車載裝置，那么我們就可以進行較為理想的測試，為推廣做好準備。"

　　除此之外，產業化前景還受到汽車企業的掣肘。"美國的CAMP項目有世界知名的八大汽車廠商參與，他們的技術儲備已經完成，什么時候國家立法通過，立刻就產業化。"

　　美國交通部已啟動立法程序，預計2017年完成立法，要求新車必須安裝車-車通信的車載安全裝置。美國交通部負責人稱，車-車通信安全裝置是繼安全帶、安全氣囊后的新一代安全技術。

　　姚丹亞告訴記者，"國內車企，特別是自主品牌的車企，仍處于觀望態度，不想前期投入太多。如果沒有車企大力支持，市場推廣方面會面臨一定的問題。"

　　張毅估計，如果資金、場地問題能解決，政府和車企提供足夠支持，大規模測試體系能在兩年內建成。

　　路側設備難題

　　智能汽車之外，智能交通的另一重要組成部分是路側設備。從程序上看，路側設備似乎只能等到國家立法強制安裝和項目大規模測試完成后，才能真正實現。

　　姚丹亞覺得，或許還可以快點。

　　他認為，項目團隊當前可以將一部分研究成果直接推向市場。如，在特殊的路段和路口先建設路側設備，發布安全和誘導信息，提升安裝了車載裝置車輛的安全性，這類應用在車輛的后裝市場上也很大。"一旦后裝市場壯大了，就會有相應的汽車企業想做前裝了。"

　　"這種推廣方式一定要依托于關鍵路側設備。"姚丹亞說。未來的理想情況是每輛車都裝有車載設備，但根據汽車的更新換代速率，這至少需要20年。在當下"裸車時代"，需要前期的路側設備將路況、來車等信息收集、反饋給車輛。

　　"如果政府主導建設路側設備，一旦有一定規模的路側系統建設完成后，推動系統使用的就是市場了，不需要政府主導。這項技術的應用和推廣涉及到交通和汽車兩大產業鏈，只要企業看到獲利前景，就會主動去推廣。樂觀的話，兩三年，長遠的話，五年。如果五年內我們還不能大規模推廣，會大大落后于發達國家。因為美國只要立法通過，發展起來會很快。但我覺得五年中國肯定能做起來。"姚丹亞分析。

　　建在路口、彎道、收費站、事故多發帶的路側設備，目前已經成為課題組將"車路協同"系統投入實用的重要棋子。那么上哪兒去找"實驗田"？姚丹亞告訴記者，一是小區，二是"兩客一危"。

　　第一個小區試驗因地制宜選在了清華大學校園。2014年年底，清華大學將啟用30輛電動校園公交車，課題組計劃將車載設備裝到這30輛車上，并在校園內選了八個點安裝路側設備。

　　如此一來，便建起了車、路的網絡，那么"人"呢——課題組已開發了一款手持設備的應用（APP），供學生下載使用。"這樣校園就會是很典型的一個應用場景，學生除了可以查詢到公交車幾點到站，還能感知路口的危險，當然校園公交車駕駛員通過車載裝置能收到碰撞預警提示。"

　　"兩客一危"的靈感來自交通部總工程師周海濤，他建議"車路協同"系統在"兩客一危"工程中進行試點。"兩客"分別指從事旅游等包車、三類以上班線客車，"一危"指運輸危險化學品、煙花爆竹、民用爆炸物品的道路專用車輛。按照相關辦法，"兩客一危"車輛必須強制安裝衛星定位裝置，納入企業和政府的監控平臺。

　　但監控并不能阻止交通事故發生。姚丹亞告訴記者，今年發生在湖南邵陽境內的"7·19"交通事故，盡管監控系統時時記錄著大客車的位置，但這種"事后監管"往往難以直接避免車禍的發生。而"車路協同"能提供主動避撞，司機可以提前獲知500米內的車輛信息，危險發生前駕駛員可以收到系統預警提示。

　　如果"兩客一危"工程引入"車路協同"系統，政府將會在隧道、高速公路出入口、休息區等處安裝路側設備。"一旦路側設備裝得多了，一般的私家車也會自愿安裝車載設備，就像GPS導航一樣，裝上就會提供服務。"姚丹亞告訴記者，"如果‘兩客一危’的示范能推廣，整個國家的系統很快會推廣起來。"

　　姚丹亞希望整個系統如改變世界的互聯網一樣，按完全開放的模式推廣。"我們希望國家、企業都按標準提供數據，任何感興趣者都可以開發自己的應用，‘車路協同’技術的蛋糕很大，要很多人一起做，才可能推廣。"

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