支撐交通治理升級的智能汽車科技創新發展戰略

劉宗巍，朱光鈺，郝 瀚，趙福全

（1.汽車安全與節能國家重點實驗室，北京 100084；2.清華大學汽車產業與技術戰略研究院，北京 100084）

人類文明不斷發展的進程就是資源的聚集度持續提高、生產力持續提升的過程，城市也由此應運而生。然而城市在不斷集聚資源的同時，也帶來了安全、擁堵、能源、環境等一系列問題，反而制約了生產力的進一步提升。對于跑步進入工業社會的中國來說，此前對城市發展和交通布局缺乏系統性和前瞻性的規劃，沒有充分考慮如何持續提升城市運行效率，人口往往在城市中央區域過度集聚，導致城市交通擁堵問題更加嚴重；同時，中國的城鎮化率到2030 年將達到80%［1］，意味著未來中國人口還將進一步在城市聚集。為此，突破城市資源集聚瓶頸、實現城市可持續發展迫在眉睫，關鍵在于實現交通治理的智能化升級，使所有交通參與要素全面聯通、多種交通工具各司其職，從而確保城市信息流、人流、物流和能源流高效暢通流動［2］。交通治理和城市發展是全球性的重大挑戰，中國一旦實現城市和交通治理問題的突破，有望形成引領全球的創新發展范式。對于實現交通治理智能化來說，智能汽車至關重要。當前以物聯網、大數據、云計算、人工智能等技術為代表的新一輪科技革命正在驅動汽車產業步入前所未有的深刻變革期［3］。融合諸多高新技術于一體的智能汽車可以提供更加安全、便捷、環保的出行解決方案已成為未來汽車產業發展的必然趨勢［4］，是解決城市交通治理問題的關鍵突破口。而中國復雜的城市形態、龐大的出行需求以及解決汽車社會問題的迫切性將推動新一代智能汽車的普及應用［5］。未來以智能汽車為樞紐和載體的智慧出行體系，將有效支撐智慧城市，顯著提升城市的承載力和便捷性，解決城市人口聚集帶來的負面問題，進一步釋放城市的生產力，最終實現城市的可持續發展。

1 交通治理智能化的內涵與智能汽車的地位

1.1 交通治理智能化的內涵

在未來智能交通體系中，智能汽車將與智能基礎設施和其他各類交通工具相互連接、充分打通、有效協同，在統一的智能平臺調配下為用戶提供一體化的智能出行服務，更好地滿足人與物的移動需求，同時也讓城市交通體系更高效、更安全、更節能。顯然，如果僅僅考慮智能汽車，而不是站在交通、能源、城市等角度進行更高維度的統籌規劃與優化，將難以產生更廣泛的社會效益［6］。在此背景下，本研究將交通治理智能化的內涵定義為：所有交通參與要素全面網聯化、智能化，多種交通工具各司其職、互聯協同、充分智能，最終實現用戶按需出行、資源高效流通。

1.2 智能汽車在交通治理智能化中的核心地位

智能汽車是智能交通體系中自由度最大、難度最大、效能最佳的核心樞紐，作為連接各種要素實現協同智能的關鍵，在交通治理智能化中占據核心地位，具有不可或缺的重要作用。

（1）不可替代性。只有智能汽車能夠實現城市之間點對點的交通，解決城市“最后一公里”的出行和運輸問題；同時在發生疫情等公共安全事件時，自動駕駛的智能汽車可實現非接觸式、靈活的人流和物流［7］。

（2）連接性。打通飛機、高鐵、地鐵等各種交通工具的出行方式，實現各交通工具之間無縫連接。

（3）終端性。智能汽車作為可靈活移動的智能網聯終端，與海量、離散用戶直接接觸，可實時獲得大量有價值的用戶數據，從而滿足用戶的個性化出行需求，同時這些數據可以促進整個智能交通體系的效率提升。

（4）協同性。基于車路協同的智能汽車技術發展路徑已逐漸成為全球產業共識［8］，車端與路端相向而行、相互依托，方能提供智能交通的最優解決方案，從而真正實現交通治理智能化。

2 智能汽車科技創新發展的戰略價值

發展智能汽車需要實現智能汽車科技的突破性創新，而智能汽車科技是“汽車+智能+網聯+出行+服務”等多領域的綜合科技群，這些領域彼此關聯、相互影響，因此其創新發展將產生重大戰略價值。

2.1 科技實力升級

汽車是科技創新、技術應用的最佳載體，智能汽車涉及的技術領域極廣，是通信、人工智能、芯片、地理信息數字化、系統軟件、信息安全等技術的集成應用平臺。以智能汽車為載體推動相關技術在智能汽車的產業化應用，將引領全新科技集群取得創新突破，驅動我國科技實力的整體升級。

2.2 制造業升級

汽車產業具有規模大、帶動效應強、涉及領域多、影響范圍廣、產品數量多、質量要求高、需求多元化以及資源、技術、資金、人才密集等特點，是制造業的集大成者，汽車產業的轉型升級對整個制造業具有引領和拉動作用［4］。

2.3 經濟增長動能升級

汽車產業原本就是國民經濟的支柱產業，是實現經濟穩增長的重要支點，當前發展智能汽車已成為汽車產業新一輪國際競爭的重中之重［9］。未來智能汽車產業生態鏈將向廣度和深度空前擴展，與交通系統、能源體系、城市布局和社會生活緊密結合，從而為經濟增長創造強勁的新動能；同時，智能汽車科技創新將拉動新型基礎設施建設，發揮以用促建的重要作用。

2.4 現代治理能力升級

智能汽車是未來交通及城市治理升級的關鍵環節，依托智能汽車，打通城市的信息流、人流、物流、能源流，構建智能交通體系，將全面提升現代社會綜合治理能力，實現未來城市的可持續發展。此外，以智能汽車為突破口，探索建立面向個人消費品的民用工業體系和滿足新一輪科技革命創新需求的新型舉國體制具有深遠的意義。

3 智能汽車科技群的總體戰略和技術框架

如前所述，智能汽車的發展不是孤立的。事實上，未來智能汽車科技群將全面涵蓋智能汽車（SV）、智能交通（ST）、智慧城市（SC）、智慧能源（SE）（以下簡稱“4S”）的協同創新［10］，并涉及數據、通信和信息安全等3 層架構。其中，實現數據采集、處理、應用涉及算法、系統等軟件技術，芯片、計算平臺等電子硬件技術，車端、路端傳感器技術，地理信息數字化技術、整車架構技術以及云控平臺技術等。具體如圖1 所示。

圖1 智能汽車科技群的總體戰略及技術

聚焦車端，從車路協同視角對智能汽車的技術框架進行系統梳理。一方面，城市交通云平臺將成為“城市大腦”，另一方面，智能汽車將成為智能交通體系中的移動感知、計算、決策和執行的終端，最終以路側感知彌補車端感知不足，以云端計算分擔車端計算壓力，以5G-V2X 保證車、路、云之間的實時通信，實現“車-路-云”的協同感知、規劃、決策和控制。就車端而言，其軟件架構包括操作系統內核、基礎軟件平臺（作為管道、橋梁實現云平臺與車端的互聯互通）以及應用層（實現與云端應用生態打通）；其硬件架構以中央計算平臺為核心，可借助云端的計算和存儲能力實現車端智能傳感器和路側智能基礎設施的協同感知，同時對智能汽車的執行系統實施有效控制。具體如圖2 所示。

圖2 智能汽車科技群車端技術框架

4 智能汽車科技群的相關領域及評價

基于智能汽車科技群的基本內容，可將相關技術分解為人工智能領域、通信領域、地理信息數字化領域和計算機科學領域，如圖3 所示，4 個基礎科技領域相互交織、相互關聯，形成了一個有機整體。顯然，智能汽車科技群創新依賴于4 個基礎科技領域的共同突破和融合發展。

圖3 智能汽車科技群的相關領域

中國在5G 通信技術、應用軟件開發能力、導航與定位領域具有部分優勢，但在高性能芯片、車用人工智能（AI）算法以及信息安全等核心技術領域存在明顯的瓶頸和短板。當前，關鍵技術缺失已成為制約中國智能汽車持續發展進步和交通治理智能化升級的重要因素［11］，只有通過5G-V2X、云控技術等原創性創新才能實現中國智能汽車科技群的突破。雖然原創性創新存在較大的不確定因素［12］，但這是中國擺脫國外技術限制、實現交通治理智能化的必經之路。對智能汽車科技群相關領域技術的國際發展現狀、未來發展方向以及中國的優勢與瓶頸進行系統分析，所得主要結論如表1 所示。

表1 中國智能汽車科技相關領域主要發展情況

5 智能汽車科技創新發展戰略與技術路線圖

5.1 智能汽車科技創新的協同發展體系

為實現控制集中化和軟硬件解耦化，新一代智能汽車必須打造可充分擴展、可靈活配置的模塊化整車級控制架構［13］；同時，智能汽車將與智能交通、智慧城市和智慧能源深度融合，形成4S 融合的科技創新協同發展體系，如圖4 所示。其核心是基于協同感知進行協同決策和協同控制，具體要點如下：

圖4 基于 4S 融合的智能汽車科技創新協同發展體系

（1）基于5G-V 2X、高精度地圖/定位的多源協同感知，融合高分辨率攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲雷達等車端與路 端高性能傳感器的感知數據。基于北斗導航衛星與路側定位基站的車輛高精度位置信息以及云端高精度地圖、天氣等服務信息，實現多源協同感知，通過5G-V2X 實現“車-路-云”之間多源感知信息的高速率、低時延、高可靠性的傳輸與交互，提升智能汽車的感知精度、廣度和實時性。

（2）基于人工智能、大數據和云平臺的協同決策。面對多源協同感知帶來的龐大數據處理需求，在硬件方面，智能汽車需不斷提升車載計算芯片的算力，并融合路側邊緣云計算平臺和城市中央云計算平臺的算力，實現車、路、云端硬件計算資源共享；在軟件方面，借助交通場景數據庫和駕駛行為大數據，不斷優化AI 算法，提升自動駕駛與車路協同關鍵算法的計算效率與準確性，實現不同算法之間的相互融合。同時，還需打造開放的操作系統，以打通車、路、云端算法與硬件設備。

（3）車路云協同控制。面對不斷增加的軟件代碼數量以及不斷更新的電子元器件，智能汽車需打造整車級控制架構，具備靈活擴展配置的能力和模塊化的結構，實現控制集中化和計算資源共享，有效支撐車輛功能、硬軟件升級迭代；同時，邊緣交通云控中心將根據路況實時調整車輛行程路線、信號燈配時、道路限速、車道功能等，從而實現 車路協同控制。另外，車輛行駛狀態信息、路況信息將上傳至城市云控平臺，可以實現自動識別違法行為、監控營運車輛等。基于出行需求數據對智能共享汽車進行自動調度的同時，基于智慧能源平臺為智能汽車合理分配充電基礎設施，并提供智能的電量交易服務。

5.2 智能汽車科技創新的協同發展技術路線圖

基于中國實現交通治理智能化的需求，按照 4S融合的智能汽車科技創新發展體系，針對智能汽車科技涉及的四大領域，并結合我國不同等級智能汽車市場滲透率的預測［14］，確定面向交通治理智能化升級的中國智能汽車科技創新協同發展技術路線圖以及智能汽車科技四大領域的細分技術路線圖（見圖5～圖9）。

圖5 中國智能汽車科技創新協同發展的技術路線

圖6 人工智能領域智能汽車科技創新的技術路線

圖7 通信領域智能汽車科技創新的技術路線

圖8 地理信息數字化領域智能汽車科技創新的技術路線

圖9 計算機科學領域智能汽車科技創新的技術路線

6 中國特色智能汽車科技創新的商業模式與發展策略

6.1 智能汽車產業的理想生態

由于智能汽 車科技群涉及要素廣、關鍵領域多、相互影響強、發展變數大［15］，沒有任何一類企業能夠擁有智能汽車產業所需的所有核心技術，因此未來智能汽車產業一定呈現生態化發展態勢，各類主體需要共同參與生態建設，融合創新、協同發展。在此情況下，準確識別關鍵技術領域及其相互關系至關重要，而理清智能汽車產業生態圖景并確定各類不同企業在其中的角色和分工，將是有效推動智能汽車科技創新發展、實現交通治理智能化的關鍵。基于未來智能汽車與智能交通、智慧城市、智慧能源協同發展的前景，系統梳理智能汽車產業不同類型企業的主要任務和相互關系，得到理想的智能汽車產業生態圖景（見圖10）。未來，智能汽車產業將從傳統由整車企業主導的線型產業鏈轉變為智能汽車提供商、軟硬件提供商及平臺運營商等多方共同主導的網狀生態系統，各主體之間互為支撐、緊密關聯，任何環節的缺失或不足都會影響整個生態系統的有效運行。

圖10 理想的智能汽車產業生態

6.2 智能汽車產業生態中的分工協作關系

參與智能汽車產業生態建設的主要 有整車企業、零部件供應商、IT 企業和通信企業等4 類企業。其中，整車企業和零部件供應商是智能汽車產品載體的提供者；而IT 企業和通信企業在軟件開發、數據處理、互聯通信等技術領域具有一定優勢，兩者均在智能汽車科技群中處于關鍵位置。這4 類企業各司其職、分工協作，是驅動智能汽車產業生態進化的核心力量（見圖11），但在核心能力的培育方向上各有不同。整車企業應致力于形成可擴展、多方參與的開放設計體系，為新技術落地應用提供硬件平臺，同時做好產品、服務的軟硬件集成，形成價值載體。零部件供應商特別是有實力的一級供應商，應重點提升對本領域關鍵技術的掌控能力。IT 和通信企業應利用信息的采集與處理能力優勢，相互組合，進行產品與功能升級，在新興產業中充分發揮創新引領和共性支撐作用，加速轉變業務方向匹配智能汽車新需求。以此為基礎，不同類型企業的不同特色能力相互組合，就可以勝任智能汽車產業生態中的諸多不同角色，從而適應產業生態不斷擴展且邊界漸趨模糊的發展態勢。在這個過程中，政府應以交通治理智能化乃至整個城市綜合治理能力升級為目標，積極推動資源整合。

圖11 各類企業在智能汽車產業生態中的分工協作關系

6.3 智能汽車產業的特色商業模式

智能汽車具備自動化的物理 移動能力以及智能化的信息采集和交互能力，將催生多種全新商業模式，而智能汽車產業將在這些特色商業模式中獲得發展，因此，智能汽車特色商業模式是各類企業實踐有效分工協作的突破口，這也是相關企業參與智能汽車生態建設必須關注和思考的方向。未來可能出現以下3 種智能汽車商業模式：

（1）城市交通運營平臺。由地方政府提供良好的政策環境，同時加快智能化道路、云計算平臺等城市新型基礎設施建設；各類企業共同參與，加強技術合作和數據共享，使智能道路與智能汽車協同演進，實現車輛利用率優化、信號燈配時優化、道路交叉口預警等功能，驅動城市交通治理的智能化升級。

（2）一體化出行服務平臺。以開放共享的道路、交通數據與商業服務數據相融合，并將各類交通工具平臺打通，實現飛機、軌道交通、路面公交和智能汽車等各種交通方式的全面接入和優勢互補。通過對各交通工具子系統運行的實時數據，道路、停車場等基礎設施的動態數據，以及在出行期間的用戶數據進行分析，根據乘客的出行目標和偏好提供多樣化、定制化、全過程、高質量的出行服務，以此將多模式交通系統進行有效整合，實現最優的路徑配置與換乘銜接，提高出行效率和體驗，為用戶乃至社會節約出行成本。

（3）大數據和云平臺運營體系。未來的數據量將呈現爆發式增長，包括城市交通平臺的道路交通數據、智慧能源平臺的能源數據、智能汽車提供商的車輛數據等。為了更有效地將這些數據資產轉化為實際收益，智能汽車生態的各類參與者應共同參與大數據和云平臺運營。通過對道路交通數據、車輛數據、用戶數據、能源數據等進行實時采集和處理，并構建有效的數據監管機制和安全的數據交易機制，確保最大化實現多元數據價值，進而圍繞數據價值鏈建立和完善各類企業共贏互利的合作關系。

7 結論

新一代智能汽車作為可靈活移動的智能網聯終端，可充分打通城市的人流、物流、能源流和信息流，將成為實現交通治理智能化升級的重要突破口。本研究通過構建智能汽車科技相關領域的基本框架，綜述了智能網聯汽車技術的發展現狀和趨勢，評估識別出中國在智能汽車相關領域的優勢和短板：雖然中國在車聯網通信技術、高精度定位等方面發展出自己的特點和優勢，但高性能芯片、信息安全等關鍵技術缺失已成為制約中國智能汽車持續發展進步和交通治理智能化升級的重要因素。

在由智能汽車提供商、軟硬件提供商及平臺運營商等多方共同主導的智能汽車網狀生態系統中，將催生城市交通運營平臺、一體化出行服務平臺、大數據和云平臺運營體系等多種全新的商業模式。這也需要不同類型企業的不同特色能力相互組合，從而適應產業生態不斷擴展且邊界漸趨模糊的發展態勢。下面分別從國家和企業層面給出智能汽車科技創新發展戰略建議：

（1）國家層面，以交通治理智能化乃至整個城市綜合治理能力升級為目標，建設智能汽車科技創新發展體系，搭建產業平臺，進行產業協同攻關和技術融合創新，積極探索并建設面向個體消費品的民用工業體系和新型舉國體制。

（2）企業層面，智能汽車產業中的相關企業都應形成自己的特色能力和不可替代性，并逐步擴大自己的邊界，參與生態的競爭；同時，各類企業應認準產業進化方向、彼此相向而行，并在實踐中優化、細化自身的行動策略。占據智能汽車產業生態關鍵環節的優勢企業中，汽車企業應在軟硬件集成的基礎上向服務型企業轉型，信息通信技術企業則應融合數據分析和軟件開發能力，最終二者強強聯合，提供汽車產品的全生命周期服務，共同打造具有中國特色的智能汽車品牌。