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“车路协同”智能交通 从科幻走向现实

  十年前,在美国电影《机械公敌》中,威尔·史密斯驾驶的全自动汽车不仅可以准确甄别周遭交通,还能识别驾驶人的状态。影片有夸张之嫌,但"智能交通"概念早已成为各国交通领域的研究主流,或将于近年在美国、日本和欧洲等主要国家建成初步网络。


  中国在该领域也有很大进展,在2014年10月青岛举办的智能交通系统国际会议(IEEEITSConference)上,六辆中国的智能车展示了研究成果。


  这六辆车能做什么?你坐在驾驶座上,车窗下方中央有一个屏幕,显示着一个圆周坐标,周围的汽车以圆点的形式分布其间。当与前车间距小于安全距离时,屏幕上前车的标志就会由绿色变为红色,同时会发出警报。随着距离越来越小,系统判断可能出现事故,你的车就会自动刹车。当然,后面的车辆会提前获知前车刹车,也随之停止。


  超车、换道的时候,屏幕上的周围汽车会变成红色,并显示距离。接近红绿灯路口的时候,屏幕会显示离路口有多远,距红绿灯切换还有多久,并提示以何速度通过路口合适。


  当车辆因故障停在路边,会自动通信过往车辆,避免相撞。紧急行驶车辆如救护车、消防车经过,系统会提醒你避让。逢着雨雪天气,路边设备就会把路面的湿滑信息、适宜车速发给车辆,引导其安全驾驶。


  清华大学的研究团队将其项目称为"车路协同",顾名思义,是将所有车辆、道路设施甚至行人纳入一张网络,通过信息共享,合理利用道路空间资源,提升行车的安全性和提高道路通行能力。


  "车路协同"智能交通过关


  欧洲、美国、日本等发达国家和地区目前走在前列,已完成大规模测试,而中国目前仅完成了十辆车规模的小型场景测试,还在申请大规模测试过程中。前路尚远。


  在中国,"车路协同关键技术研究"是列入科技部"十二五""863"计划的项目之一,由清华大学等十家单位共同承担,2011年9月启动,2014年2月通过科技部验收。


  该项目的突破,在于解决了统一平台上车与车、车与路之间的通讯问题。利用DSRC(专用短程通信)、WiFi(无线通信)、CDMA2000(移动通信),搭建起了多模式、自动切换的信息交互平台。


  这让人、车、路之间可以互相通信,交互各自位置和状态数据。在一切皆可"大数据"的时代,解决道路拥堵、安全的方案自然孕于其中。


  项目首席专家、清华大学自动化系教授姚丹亚向记者分析,拥堵本质上是交通需求和供给的矛盾,人们要出行,但没有足够道路满足出行需求。"怎么解决呢,首先是平衡资源,这条路堵了,告诉你走另一条路,另外还可以利用各种技术提高现有道路的通行效率。"


  在中国,信息告知方案已有地图解决,但提高交通效率则依赖交通数据的深度挖掘。姚丹亚告诉记者:"现有不足,还是因为信息量不够多、不够细,比如现在信号灯可以根据不同方向来车调整绿灯时间,但它依据的是来车的统计值,目前系统只根据这一周期来了多少车、排队多长来控制,不能精确得到每一辆车的位置。将来要变成主动交通控制,系统知道每一辆车的位置,还可以告诉你怎么驾驶更安全便捷。"


  日本已经推行的VICS(VehicleInformationandCommunicationSystem)项目在某种程度上能让公众更直观地感受到"车路协同"大规模推广后的场景。


  VICS是日本在智能交通领域的一套应用产品。日本的道路交通中心接收到各地警察、交通管理者、部门等传来的信息,将信息分析和处理后,通过GPS导航设备、无线数据传输设备、FM广播系统,将实时路况信息和交通诱导信息即时传达给交通出行者,从而使得交通更为高效便捷。


  这套系统的使用者只需购买带有VICS系统的车载导航器,之后便可免费享受VICS系统提供信息服务。经过差不多20年的发展,日本的VICS已经基本实现普及。


  车载系统普及后,日本的丰田市在同一道路条件下,对VICS系统进行了八次试验。试验结果表明,车辆行驶时间最大缩短21.86%;车辆行驶时间平均减少了9.52%;平均速度由23.1公里/小时增到24.2公里/小时,增加约5%。另有资料表明,VICS系统的使用,使得日本每年能够减少超过200万吨的二氧化碳排放。


  美国、欧洲也在开展该领域的研究。美国将智能"车路协同"技术研发重点放在关键技术和基础方法上,尤其对实施周期长但回报巨大的应用进行前瞻性的理论研究;欧洲的松散结构使得其研究主要依托企业,研究重点是制定标准。


  姚丹亚说:"应用推广做得最好的是日本,因为在此之前日本通过一个交通信息服务系统在大部分车上安装了带通信的车载装置,而政府通过建路侧设备,就能将‘车路协同’的信息发到车载装置上。"


  "欧洲国家多,标准问题是最重要的。而美国推广时,一直纠缠在先有蛋还是先有鸡的问题上。也就是说,车厂认为在没有路侧装置时,我的车装了车载装置很难发挥作用,而政府认为没有车载装置,路侧设备的建设没有意义,所以美国拟通过立法来解决应用问题。"


  中国项目的学术带头人、清华大学自动化系教授张毅认为,相对而言,中国的"车路协同"系统则更加智能化。VICS需要道路交通中心搜集和处理交通信息再发布,而中国的"车路协同"则是通过实现车与车、车与路之间的"对话",实现交通的安全、高效和环保。


  例如,"车路协同"关键技术的15个典型应用场景中有一个叫作"基于车速引导的交通协调控制",即不同方向车辆到达路口前通过车速引导形成车队分时到达交叉口,信号控制系统对信号配时进行优化,使不同方向车队都能不停车通过路口,增加通行效率,避免拥堵同时也减少了停车带来的尾气排放。


  张毅称,如今中国已推出第一个体系研究成果,但在产业化道路上与发达国家差距较大。


  标准规模掣肘


  "我原先设想的是能够有1亿到2亿元(人民币),结果立项批下来只有1600万元。"张毅向记者回忆。"所以我们就只能缩小了项目的任务内容,第一是必须保证基本概念要得到验证。第二要解决关键技术。第三是要做出一些应用场景,让政府、企业、应用者看到这个项目的前途在什么地方。"


  目前已经有15个典型场景(如本文开头提到的超车、变道、自动刹车等)得到验证。与美、日、欧相比,"中国的技术并不落后,有些研究比他们做得深入。"姚丹亚告诉记者,"但有两点不如他们,第一,到现在为止,我们的通信标准还在制定中,没有中国的‘车路协同’专用通信设备。第二,我们示范应用的规模不够大。"


  国外通用"车路协同"采用802.11p协议(一种车载电子无线通信协议)。中国希望独立制定自己的协议,国家层面的通信标准仍在制订中。


  另一个难题是开展大规模示范测试。"现在规模小到什么程度呢?我们有十家单位,包括七所大学,两所研究院,一所汽车企业。现在的规模就是在10辆汽车、两个路段、一个路口进行实际道路测试和演示,要真正进行实用性测试,这么小的规模是不够的。美国底特律有个CAMP(CrashAvoidanceMetricsPartnership)项目,是在3000辆汽车上做测试实验。"张毅告诉记者。


  张毅估计项目的大规模测试至少需要数千辆到1万辆汽车。"车太少了,体现不出效果,而且车辆足够多才可以体现系统的复杂性,才能验证系统能否很好地工作。所以我们想要建成一个大范围的测试系统,如果政府、企业愿意投入,我们选择一个小城市,给1万辆车装上车载装置,那么我们就可以进行较为理想的测试,为推广做好准备。"


  除此之外,产业化前景还受到汽车企业的掣肘。"美国的CAMP项目有世界知名的八大汽车厂商参与,他们的技术储备已经完成,什么时候国家立法通过,立刻就产业化。"


  美国交通部已启动立法程序,预计2017年完成立法,要求新车必须安装车-车通信的车载安全装置。美国交通部负责人称,车-车通信安全装置是继安全带、安全气囊后的新一代安全技术。


  姚丹亚告诉记者,"国内车企,特别是自主品牌的车企,仍处于观望态度,不想前期投入太多。如果没有车企大力支持,市场推广方面会面临一定的问题。"


  张毅估计,如果资金、场地问题能解决,政府和车企提供足够支持,大规模测试体系能在两年内建成。


  路侧设备难题


  智能汽车之外,智能交通的另一重要组成部分是路侧设备。从程序上看,路侧设备似乎只能等到国家立法强制安装和项目大规模测试完成后,才能真正实现。


  姚丹亚觉得,或许还可以快点。


  他认为,项目团队当前可以将一部分研究成果直接推向市场。如,在特殊的路段和路口先建设路侧设备,发布安全和诱导信息,提升安装了车载装置车辆的安全性,这类应用在车辆的后装市场上也很大。"一旦后装市场壮大了,就会有相应的汽车企业想做前装了。"


  "这种推广方式一定要依托于关键路侧设备。"姚丹亚说。未来的理想情况是每辆车都装有车载设备,但根据汽车的更新换代速率,这至少需要20年。在当下"裸车时代",需要前期的路侧设备将路况、来车等信息收集、反馈给车辆。


  "如果政府主导建设路侧设备,一旦有一定规模的路侧系统建设完成后,推动系统使用的就是市场了,不需要政府主导。这项技术的应用和推广涉及到交通和汽车两大产业链,只要企业看到获利前景,就会主动去推广。乐观的话,两三年,长远的话,五年。如果五年内我们还不能大规模推广,会大大落后于发达国家。因为美国只要立法通过,发展起来会很快。但我觉得五年中国肯定能做起来。"姚丹亚分析。


  建在路口、弯道、收费站、事故多发带的路侧设备,目前已经成为课题组将"车路协同"系统投入实用的重要棋子。那么上哪儿去找"实验田"?姚丹亚告诉记者,一是小区,二是"两客一危"。


  第一个小区试验因地制宜选在了清华大学校园。2014年年底,清华大学将启用30辆电动校园公交车,课题组计划将车载设备装到这30辆车上,并在校园内选了八个点安装路侧设备。


  如此一来,便建起了车、路的网络,那么"人"呢——课题组已开发了一款手持设备的应用(APP),供学生下载使用。"这样校园就会是很典型的一个应用场景,学生除了可以查询到公交车几点到站,还能感知路口的危险,当然校园公交车驾驶员通过车载装置能收到碰撞预警提示。"


  "两客一危"的灵感来自交通部总工程师周海涛,他建议"车路协同"系统在"两客一危"工程中进行试点。"两客"分别指从事旅游等包车、三类以上班线客车,"一危"指运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆。按照相关办法,"两客一危"车辆必须强制安装卫星定位装置,纳入企业和政府的监控平台。


  但监控并不能阻止交通事故发生。姚丹亚告诉记者,今年发生在湖南邵阳境内的"7·19"交通事故,尽管监控系统时时记录着大客车的位置,但这种"事后监管"往往难以直接避免车祸的发生。而"车路协同"能提供主动避撞,司机可以提前获知500米内的车辆信息,危险发生前驾驶员可以收到系统预警提示。


  如果"两客一危"工程引入"车路协同"系统,政府将会在隧道、高速公路出入口、休息区等处安装路侧设备。"一旦路侧设备装得多了,一般的私家车也会自愿安装车载设备,就像GPS导航一样,装上就会提供服务。"姚丹亚告诉记者,"如果‘两客一危’的示范能推广,整个国家的系统很快会推广起来。"


  姚丹亚希望整个系统如改变世界的互联网一样,按完全开放的模式推广。"我们希望国家、企业都按标准提供数据,任何感兴趣者都可以开发自己的应用,‘车路协同’技术的蛋糕很大,要很多人一起做,才可能推广。"

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