車聯網建設推廣路線與場景應用模式研究

康陳，葛雨明，侯世偉，王晶

（1.中國信息通信研究院，北京 100191；2.車聯網技術創新與測試評價工業和信息化部重點實驗室（中國信息通信研究院），北京 100191）

0 引言

車聯網是先進制造業和現代服務業深度融合的新業態，世界相關主要國家和地區均重點布局車聯網產業發展。當前，我國車聯網正處于基礎設施建設與應用推廣齊頭并進的重要窗口期，應用服務體系逐漸成為帶動產業技術體系、產品功能、服務模式發展的重要牽引。城市道路是開展車聯網規模化應用的重要環境，產業各方逐步推動城市環境下車聯網與汽車、交通等行業的深度融合應用，驗證各種實際場景下車聯網功能的可用性、易用性，證明車聯網整體系統的實用價值。更進一步地，各方從商業視角出發，逐步探規模化商用路徑，尤其是在平臺、數據、公共服務等維度重點挖掘，努力推動車聯網逐步走向商業閉環。

1 國內外車聯網發展路線與實際進展

世界各方都已經將車聯網V2X 無線通信技術發展看作是技術創新、產業培育和交通運輸服務變革的重要方向。目前國際上主流的V2X 無線通信技術有IEEE802.11p 和C-V2X（Cellular-V2X）兩條技術路線。IEEE 802.11p 技術方面，恩智浦、Autotalk 等芯片公司已開發802.11p 商用芯片，Cohda Wireless、Savari 等已可以提供車載終端和路側單元。C-V2X 技術包含當前的LTE-V2X 技術以及向后演進的5G-V2X 技術，目前大唐、華為、高通可對外提供芯片組。與此同時，華為、大唐、星云互聯等公司基于商用模組和芯片已經可以提供車載終端和路側單元設備。

1.1 中國堅定發展C-V2X產業，車聯網新基建快速發展

當前，我國大力發展C-V2X 車聯網產業，車聯網新型基礎設施快速落地并初見成效。從2019 年至今，工信部先后批復江蘇（無錫）、天津（西青）、湖南（長沙）、重慶（兩江新區）四個國家級車聯網先導區，積極推進車聯網基礎設施建設、互聯互通驗證、規模化試點示范等，形成了廣泛布局、重點突破、具有地方特色的發展格局。同時，推動京滬高速公路車聯網升級，打造國內首條車路協同的車聯網先導性應用示范高速公路，賦能干線物流。2021 年5 月，住建部和工信部確定北京、上海、廣州、武漢、長沙、無錫6 個城市為智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展第一批試點城市，不斷提升智慧城市基礎設施智能化水平、實現不同等級智能網聯汽車在特定場景下的示范應用。車聯網基礎設施部署有序推進，已有3 500 多公里的道路實現智能化升級，20 余個城市和多條高速公路完成了3 000 余臺C-V2X 路側單元部署。

1.2 美國車聯網發展進程曲折，當前以服務自動駕駛為目標

美國政府從20 世紀90 年代開始即開始推動智能交通系統部署，布局車聯網領域。美國交通部自1995 年開始發布《智能交通系統(ITS) 戰略規劃》，其在2020 年最新發布的《ITS 戰略規劃2020-2025》中，明確了“加速應用ITS，轉變社會運行方式”的愿景，提出關注5G等創新技術的快速發展和應用。前期，美國主要采用基于IEEE 802.11p（DSRC）標準的車聯網技術。據相關數據統計，全美國共有約35 萬個交叉口，已經約部署了5 300 余套基于DSRC 技術的路側單元，分布在全美26個州，共推廣約1.8 萬套車載終端。例如懷俄明州交通局牽頭，專注州際高速公路車聯網應用，沿I-80 高速公路部署大約75 套路側單元、400 套車載終端。主要部署商用車、重型卡車不少于150 輛，重點服務貨物途經I-80東西走廊時的高效和安全運輸。但由于DSRC 在性能上存在局限性——難以支持高速移動場景，移動速度一旦提高，DSRC 信號就開始驟降、可靠性差、時延抖動較大，同時由于DSRC 技術的組網需要新建大量路側單元，硬件新建成本較大。所以很長一段時間，DSRC 一直處于測試階段，未能實現規模化推廣。2020 年11 月，美國聯邦通信委員會（FCC）正式投票決定將之前預留給DSRC的5.9 GHz 頻段（5.850—5.925 GHz）劃撥給Wi-Fi 和C-V2X 使用。2021 年3 月，美國聯邦公路局發布了《自動駕駛對公路基礎設施的影響》報告，詳細分析了自動駕駛對公路物理基礎設施、交通控制設備、運輸管理和運營系統、多式聯運基礎設施的影響。目前，美國已在加利福尼亞州圣迭戈和密西根州底特律進行C-V2X 試驗。

1.3 日本車聯網布局起步較早，主要面向智慧交通服務

日本是較早開展道路交通智能化管理的國家，早在上世紀90 年代便由日本警察廳、總務省、經濟產業省和國土交通省等聯合制定了《日本智能交通系統（ITS）框架體系》，通過頂層設計將公路建設與信息通信系統、交通信號等協同考慮，實現輔助駕駛、導航、自動收費、車輛管理和行人輔助等多種功能服務。經過不斷發展，日本ITS 系統成為世界首個通過車聯網技術實現的高容量雙向通信的車路協同系統。日本智能交通系統建設注重中央層面的系統統籌，在日本道路交通情報中心（公益財團法人）成立了道路交通情報通信系統（VICS,Vehicle Information and Communication System）中心。警察部門及國土交通廳將交通路況信息提供給VICS 中心，導航儀企業和車商向VICS 中心繳納交通信息授權使用費，而車載終端用戶則通過購買終端，享受導航、輔助安全駕駛、實時路況信息播報、不停車收費、路費優惠等功能服務，從而形成了相對閉環的應用推廣模式。由于其免費提供服務，使得終端滲透率達到90%。日本車聯網應用推廣模式如圖1 所示。

圖1 日本車聯網應用推廣模式

2 我國車聯網應用推廣進展

我國城市路網復雜、交通對象多元、出行需求龐大，交通效率提升、交通安全保障、新型交通服務是車聯網在城市場景應用中的主要價值目標，而針對交通運行數據的挖掘運用亦成為當下熱門方向之一。當前，我國車聯網信息服務類應用基本普及，且在網聯技術賦能下實現創新發展。隨著車聯網直連通信技術和蜂窩通信技術的不斷發展，定位導航、車載娛樂等應用已較為成熟，紅綠燈狀態提醒、綠波通行等應用逐步驗證，車載軟件OTA 升級、AR 導航等應用不斷涌現。智能駕駛類應用加速滲透，且與網聯系統逐步耦合。我國先進駕駛輔助系統（ADAS）新車前裝率日益提升，2021 年1-8 月份國內新車累計滲透率接近10%。同時，我國自動駕駛測試里程數也不斷攀升，以北京市為例，自動駕駛車輛道路測試安全行駛總里程突破300 萬公里（截至2021 年5 月）。

部分企業開展了融合LTE-V2X 的智能駕駛應用驗證。例如，奧迪在無錫先導區推動協作型自適應巡航控制、基于信號燈信息的車速控制等融合應用的驗證與推廣；輕舟智航在蘇州推動網聯式自動駕駛公交示范運行。智慧交通類應用不斷深化，并且逐步衍生出新型場景。面向管理部門的交通治理、面向行業企業的運輸效率優化等應用不斷深化，且在新型技術支撐下催生出新型場景。例如，長沙先導區開展的基于LTE-V2X 的公交車輛優先通行應用，有效縮短了高峰期公交運行周期；襄陽開展的基于路側感知數據的信號燈配時策略優化應用，提升了路口通行效率。

2.1 功能視圖

面向交通主管部門，車聯網系統通過信號燈配時優化、綠波通行等場景應用，有效提高城市交通效率；通過超速預警、闖紅燈預警、盲區預警等場景應用，提升交通安全；通過事故識別、異常行為上報、特殊車輛優先通行等場景應用，提升交通管理精度。面向交通規劃部門，車聯網系統匯聚的道路運行數據、車輛軌跡數據等數據資源，能為城市交通規劃決策提供大數據支撐，進而科學地開展道路改擴建、車道管理、新建道路規劃。

面向城市公交運輸企業，車聯網系統通過信號燈配時策略建議，實現公交優先，提升公交車的運行效率；通過共享感知、盲區預警等提升公交車運行安全性；通過平臺優化，精準調度公交車輛，動態優化調整發車頻率甚至運行路線，實現交通運輸資源的靈活配置，打造精準公交、定制公交。

面向個人用戶，車聯網系統通過信號燈信息下發、路徑建議等場景應用，支撐綠波通行、自適應巡航控制等功能；通過感知信息共享、盲區預警等場景應用，支撐碰撞警告、自動緊急制動等功能；通過高精度定位、高精地圖下發等場景應用，支撐自動駕駛等功能；通過近場支付等場景應用，支撐停車無感支付等功能。城市道路場景下的車聯網應用功能視圖如圖2 所示。

圖2 城市道路場景下的車聯網應用功能視圖

2.2 價值鏈條

如圖3 所示，城市場景下的車聯網價值鏈條主要包括供應商、運營和用戶三個環節。其中，在供應商環節，相關企業通過提供路側通信與感知設備、智能網聯云平臺、高精度定位服務、高清地圖服務等車聯網相關設備和服務，獲取商業回報。在運營環節，城市車聯網運營主體，為各類用戶提供多形態服務，獲取服務回報；同時運營主體為政府部門提供數據服務，并從政府部門獲得交通信息。在用戶環節，汽車企業通過車聯網功能獲取汽車產品溢價；運輸服務企業通過提升運輸效率，提升服務水平；個人用戶通過獲得車聯網信息服務，提升車輛駕駛感受，并承擔車輛產品與服務價格提升的代價。

圖3 城市道路場景下的車聯網應用價值鏈條

2.3 典型案例

各先導區、示范區在面向行業企業、政府部門、個人用戶等多種需求的應用驗證與推廣方面均取得了顯著進展。長沙先導區打造了基于LTE-V2X 的智慧公交場景應用，在智慧公交315 號、3 號、9 號線上實現了商用運營，日均服務乘客約3 萬人，實現了公交信號優先、交通燈穿透等多項功能。在優先通行功能中，公交車主動向路側設備發送包含車輛位置、速度、乘客數、準點狀態等數據，路側計算設備據此生成公交信號優先策略，通過紅燈縮短、綠燈延長等方式實現公交優先通行；在交通燈透傳功能中，公交可將與路側設備通信得到的交通燈信息通過車尾標識牌顯示出來，以避免對后車的遮擋。經統計，315 號線平均行程時間優化12.6%，平均行程車速提升14%。無錫先導區大力推廣智慧出行服務應用，在600 余個點位上建設了車聯網路側基礎設施，打造車聯網大數據應用服務平臺，實現車聯網用戶位置、交通信號燈狀態、交通事件等信息在平臺匯聚，并開發了面向個人用戶的“智行無錫”App。既可通過終端App 為用戶提供車內標牌、綠波車速引導等服務，同時也與圖商等第三方合作為用戶提供智慧出行服務。

2.4 發展短板

一是在基礎設施建設方面，跨部門協作與數據共享存在一定困難。道路智能化建設涉及管理部門多，需要與施工建設、市政管理、交通管理、網絡改造等多部門溝通，成熟的溝通協調機制尚未建立，間接提高了建設周期和成本。此外，跨行業的數據和業務系統對接面臨一定困難，全面數據開放與共享未能實現，行業壁壘仍然一定程度存在。總體上，我國城市道路、高速公路屬地化管理的狀況，可能導致路側信息化的服務能力碎片化，無法保證一致性的用戶體驗。二是在車載終端滲透方面，終端滲透率低是車聯網產業發展必須克服的痛點問題，由于必須在車輛上安裝專用的LTE-V2X 車載終端，眾多存量車主后裝動力不足，這可能導致有著豐富的信息化和智慧化能力的車聯網示范工程不能真正為用戶所使用。總體上，車聯網價值的驗證需要一定過程，可能導致車載終端滲透短時間內難以快速提升，無法保證應用規模化推廣。

3 結束語

總體而言，從上述主要國家的車聯網發展路線和我國車聯網應用推廣進展情況可以看出，一是由于車聯網基礎設施屬性強，投資規模較大，因此需要有明確的技術路線選擇，提升基礎設施投資效率，左右搖擺可能導致前期投資無法形成效益；二是由于車聯網需要車載終端滲透率提升配合應用，形成車端推廣與路側建設相互促進的良性循環，因此需要有明確的應用場景和車載終端推廣模式，形成商業上的閉環；三是車聯網跨地域應用屬性強，跨行業信息來源需求明確，因此需要在開展系統的頂層設計，明確跨交通部門、公安部門、汽車行業的信息協同機制，如建立統一的信息匯聚與發布服務平臺及其運營機構，也將更有利于開展規模化的車聯網服務。