自动驾驶技术演变:从单车智能到车路协同
2019-07-04 11:01:26
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来源:FT中文网

黄震:由于中国的基础设施以及中国的通讯企业在C-V2X上的积极参与和投入,车路协同方案正在发展成为极具中国特色的自动驾驶的解决方案。

【编者按】几年过去了,自动驾驶的落地依然面临技术、环境以及法律方面的挑战,相关领域投融资随之开始降温。自动驾驶究竟前景如何?备受关注的车路协同方案有什么优势?自动驾驶在中国要以什么样的商业模式落地?FT中文网近期组织“自动驾驶在中国”专题,编辑事宜,联系闫曼 man.yan@ftchinese.com

在自动驾驶寒冬的2019年,单车的智能似乎走到了深水区,而智能的车加上智慧的路,也许将是突破的原点。十几年前在欧美蹒跚起步的“车路协同”解决方案,因为通讯技术的突破和进展,正在逐渐重回人们的视野,并在中国获得了发展的催化剂。

车路协同的诞生

“车路协同”并非新近诞生的黑科技,相反已有10多年的历史,起源于V2X技术。V2X意为Vehicle to Everything,意为车辆与一切可能影响车辆的实体实现信息交互,减少事故发生、减缓交通拥堵、降低环境污染等。V2X的主要内容包括车与车交互的V2V,车辆与道路和其他技术设施交互的V2I,以及车辆与行人进行安全警告的V2P。

早在1997年,美国运输部(USDOT)就启动了智能车辆计划(Intelligent Vehicle Initiative),加快防碰撞系统的部署,并且在此基础上,于2003年12月在马德里召开的第十届ITS世界大会上,宣布在5.9GHz分配75MHz频谱进行DSRC(Dedicated Short-Range Communications,专用短距离通信)测试。DSRC技术在一开始就是基于低移动场景的Wi-Fi技术,难以支持高速移动场景。移动速度一旦提高,DSRC信号就开始骤降,同时存在可靠性差、时延抖动较大的问题。目前DSRC支持车速200km/h,反应时间100ms,数据传输速率达到平均12Mbps,传输范围1km。虽然美国交通部已经确认其为V2V标准,欧盟的协同式智能交通系统和日本的V2X也基于DSRC,但是其一直处于测试状态。

而C-V2X更多由电信行业推动,基于蜂窝技术,专为高速移动应用设计,并且对于汽车的应用进行了专门的优化。2015年初由3GPP需求工作组开展研究,2017年6月3GPP完成了第一版的标准。由于C-V2X结合了蜂窝基础设施以及路侧单元(RSU),可以充分利用现有的蜂窝基站,具有部署的成本优势,而且在终端侧可将LTE、V2X的相关芯片进行集成,融合在T-box,形成统一的连接性解决方案。由于其相比较DSRC的诸多优势,其标准获得了5G汽车联盟(5GAA)的支持,高通、英特尔、三星等也发布了芯片提供计划,并逐步推出芯片组。

车路协同相比单车智能的优势

正是由于C-V2X技术的发展以及与汽车行业的深度结合,自动驾驶的部分难题可以得到部分的解决,而且由于中国的基础设施以及中国的通讯企业在C-V2X上的积极参与和投入,车路协同方案正在发展成为极具中国特色的自动驾驶的解决方案。

(1)车路协同形成单车传感器的性能延伸

笔者在上文中提到,任何应用在车上的传感器都有局部的缺陷,需要做多传感器的融合,而众多传感器在车上的集合,又会增加能耗,同时增加单车的成本。

通过车路协同的方式,可以有效减少传感器在车上的应用,相当于把车上的传感器移到路上的传感器,直接获取感知结果。由于C-V2X包括两种通信接口,短距离直接通行接口PC5以及终端和基站之间的长距离通信接口Uu,所以无论是否有网络覆盖,汽车都可以通过PC5接口和其他车辆、路侧单元进行通行,在有蜂窝网络的情况下使用Uu接口。目前国内测试案例中使用的路侧单元,许多都部署在交通灯附近,这样在位置上处于高处,视野广,可以有效的处理遮挡的问题,而且以静止状态探测移动物体,有很高的准确率。而且路侧单元之间还可以进行通行,局部形成网络,从而使得汽车的感知距离可以达到无穷远。

(2)MEC的运用缓解计算平台的算力压力

也是在上文中提到,基于多传感器获得的数据,车载的“计算平台”将进行决策,并输出决策和控制信号。如果需要增加算力,要么是完全增加芯片的性能,或者也可以通过远程云的协助。但是由于自动驾驶对于数据传输延时性极为敏感,云平台的协助无法成为一个选项。在这样的背景下,多接入边缘计算成为比较实用的网络结构,可以部分缓解计算平台的压力。

多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing,MEC)指的是将云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘,并且通过多种网络接入,进行计算。以国内目前测试场景中的实践为例,MEC服务器大多选择部署在路侧单元上。当传感器信号,例如摄像头拍摄的信号被MEC服务器接受后,就会在MEC服务器中直接进行处理,并根据规则对于自动驾驶情况做出调整。此外,MEC服务器还将对自动驾驶车辆的数据进行实时的数据处理和分析,并将所得结果以极低的延迟传送给区域内的其他联网车辆,以便其他车辆进行决策选择。

(3)5G发展进一步赋能传感器的通讯能力

相比较DSRC,C-V2X的优势很大一部分在于其更为顺畅地向5G的过渡。目前3GPP定义的5G包含两个部门,一部分是新空口技术,另一部分就是LTE技术的演进,帮助其平滑过渡。5G的主要特点包括低延时、大带宽、高可靠性以及多并发数,这些特点将进一步赋能车和路相关基础设施的通讯能力,进一步提升车路协同的效应。

首先,5G多并发数的特点使得海量传感器的连接成为可能,道路的传感器之间可以进行实时的信息交互通讯,车端也可以利用多元异构的传感器从海量的传感信息中获取车辆周围的感知环境和动态信息,并且5G技术也提高了数据传输的速度,也在一定程度上提高了信息传输的安全性。

其次,MEC和5G技术的结合可以进一步降低端到端的通信时延,并且提供结合地理信息的本地服务。MEC将业务部署在边缘节点以降低端到端的通信时延,而且可以在紧急情况下将警告等信息直接发送到车载单元。另外MEC作为本地服务托管环境,可以支持部署本地更具地利和区域特色的服务,可以实现路径优化分析、安全辅助信息推送等,并且可以应用行人防碰撞、车辆防碰撞等场景。

基于车路协同,落地中国的自动驾驶方案

当单车智能逐渐走向瓶颈期间,车路协同方案正在中国慢慢获得越来越多的关注,成为实现自动驾驶的重要技术路线。而且由于5G的发展、中国通讯行业的基础设施情况,加上政府以及企业的参与,这条技术路线正在显现出越来越清晰的演进路线,并且让自动驾驶有可能在中国加速落地。

(1)通讯基础设施的完善与进一步拓展

C-V2X相比DSRC技术,其中一个显著的优势就是可以利用现有的通讯基础设施,由于C-V2X的基础设施是在蜂窝技术上发展起来的,通过对于现有基站的改造,就可以将C-V2X基础设施进行集成。目前,中国的三大电信基础运营商已经拥有了百万级别的基站,其中中国移动还是全球移动基站数量最多的运营商。

在6月6日中国正式发布5G牌照之后,基站的建设也正进入快车道。根据行业专家预测,2019年中国有望建成20万个5G基站(包括小基站)。由于5G使用频率更高,需要更高密度的基站,选址难和成本高都成为许多国家发展5G基建设施的困难。但是中国在过去的城市化过程中积淀下的城市路灯、电线杆等等可以成为重要的“共享资源”,降低初期的网络建设成本。例如,中国铁塔就有储备千万级别的社会杆塔资源,包括路灯杆、监控杆、电力杆等,这些资源都将为5G基站低成本快速部署奠定基础,而且这些基础设施许多都具有路面属性,可以快速应用到车路协同的部署之中。

(2)各级政府以及通讯企业鼎力支持5G与车路协同融合

在博鳌亚洲论坛2019年年会上,工业和信息化部部长苗圩表示,正在与交通运输部合作推进中国公路系统的数字化、智能化改造,利用5G技术发挥车路协同优势。这番表态明确传递了政府高层对于车路协同方案的支持。其实早在去年4月,工信部就与公安部、交通运输部联合发布了《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》,为自动驾驶的上路测试奠定了基础。之后,12月25日,工业和信息化部发布《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》,明确了近期的阶段性目标:2020年后,技术创新、标准体系、基础设施、应用服务和安全保障体系将全面建成,高级别自动驾驶功能的智能网联汽车和5G-V2X逐步实现规模化商业应用。

在中央政府的鼓励支持之下,围绕5G接入自动驾驶,似乎已经成为国内各大城市之间的竞赛。2018年3月,《上海市智能网联汽车道路测试管理办法(试行)》发布,全国首批智能网联汽车开放道路测试号牌发放。2018年12月,天津市开放首批智能网联汽车测试道路。在2019年2月,北京市智能网联汽车示范运行区(首钢园)正式启动,北京的的顺义北小营,正在打造未来“北京的M City”。

此外,已经处于世界领先地位的中国的通讯行业也在积极布局,为5G和自动驾驶的结合布局。目前,大唐电信已发布PC5 Mode 4模式的LTE-V2X测试芯片模组;华为也已发布了支持包括LTE-V2X在内的多模4.5G LTE调制解调芯片Balong 765。通信模组方面,大唐、华为等芯片企业都将提供基于各自芯片的通信模组,而在通信基站方面,华为已推出测试用LTE-V2X基站。中兴将于2018年提供测试用LTE-V2X基站。上海诺基亚贝尔也将提供LTE+MEC的基站产品,支持V2I类应用。

(3)汽车企业的积极参与布局车路协同的自动驾驶

车路协同特别是与自动驾驶的结合,也吸引了许多世界级汽车企业以及国内汽车行业的关注。汽车企业积极参与,并且同通讯行业以及科技行业合作,共同探索车路协同的技术落地方案。

在4月15日上海车展前夕,包含广汽、上汽、东风、长安、一汽在内的13家汽车企业共同宣布支持C-V2X商用路标,并规划于2020年下半年到2021年上半年实现C-V2X技术支持汽车的规模化量产。在5月10日举行的宁波龙湾论坛上,吉利汽车宣布在2020年杭州亚运会的时候,依托5G与V2X车路协同的路线,在亚运会区域内完全实现自动驾驶。

自动驾驶路测牌照更成为了众多汽车企业追逐的“热点”。截止至笔者完稿时,我国已经发布了129张自动驾驶路测牌照,其中包含16个城市。获得自动驾驶路测牌照数量最多的城市是北京,数量为59张,其次是广州,数量为20张。以上牌照主要颁发给了上汽、一汽、东风、长安、广汽、吉利、PSA、宝马、奔驰、奥迪中国、蔚来汽车等中外汽车企业。

在车路协同的热闹之中,汽车行业正在逐渐脱离原本的交通工具和出行手段,传统的ICE(汽车内燃机)正在与ICT(通信技术行业)做深度的结合,并且将这两个行业的产业价值链都进行了延伸和拓展。

从这个角度来说,自动驾驶以车路协同的方式在中国落地和发展,已经脱离了单独的驾驶体验或者是单个行业,这也许将成为中国下一个产业转型的机遇。

当然,基于车路协同的自动驾驶方案依然有许多难题,其中最为明显的就是商业化的落地。

 
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