融合新业态下的车联网技术、应用与规范创新

杨　景　中国国家特聘专家，原中国移动研究院首席科学家

专家视点

融合新业态下的车联网技术、应用与规范创新

杨景中国国家特聘专家，原中国移动研究院首席科学家

随着近年来中国经济建设规模的持续和高速增长，大规模公路交通运输系统的道路、车辆、驾驶人互联的信息网络，即新一代车联网，其意义已经远远超越了传统上提供交通出行信息服务、通信服务和运输服务的Telematics车联网范畴。本文对融合新业态下的车联网技术、应用与规范创新进行了分析和研究。

融合新业态；车联网；技术；应用

1　引言

随着近年来中国经济建设规模的持续和高速增长，2015年中国的公路里程已经达到了450万公里，汽车保有量达到了1.6亿，机动车驾驶人超过了3亿，公路运输总量已超过350亿吨。将如此大规模公路交通运输系统的道路、车辆、驾驶人互联的信息网络，即新一代车联网，其意义已经远远超越了传统上提供交通出行信息服务、通信服务和运输服务的Telematics车联网范畴。开发智能网联汽车和新型联网交通工具、通过车车联网、车路联网建立协作智能交通系统改善交通运输的安全和效能、实现汽车智能化制造和全生命周期服务，基于新一代车联网建立交通运输利益相关方的新型商业关系、推动建立新的生产方式和新的产业形态，已经成为中国信息通信业、汽车业、交通运输业等相关行业在“十三五”期间推动“信息化深度融合工业化”的重要举措。

国际上的车联网（Telematics）技术已经发展了十多年，各种行业车联网如汽车制造厂商主导的前装车联网、商业运输车联网、政府监管车联网和保险车联网都已经在市场上存在了多年。但是，尽管当时各方一直通过开发新技术、推出新功能和建立新的商业模式来增强服务、降低成本和改善性能，但是无论在中国还是全球，无论是发达国家还是发展中国家，车联网当前的普及率一直在20%以下；车联网服务企业事实上普遍长期亏损；车联网理想中的价值至今得不到体现。

另一方面，发达国家交通管理部门大力提倡，得到了汽车制造厂商和信息服务业大力支持，以改善交通安全和效能等公共事务为目标的新一代车联网、协同智能交通和智能网联汽车，也遇到了许多新的障碍和发展瓶颈。这些障碍首先表现在汽车、交通和信息服务行业间存在的跨行业壁垒；其次是制造业、交通服务业和信息通信业之间的行业工程规范壁垒；第三表现在信息通信业不同领域之间的跨领域技术壁垒，还表现在跨越各种行业开发融合应用建立新业态的多边应用壁垒。人们已经认识到，这些壁垒仅仅通过调整管理体系、培养跨领域人才或是信息共享等传统的手段是无法解决的。

通过研究发现，即使是那些已经通过车联网在产品的形态和服务的形态表现出了多个行业的融合，在应用上大多是顺从于特定行业受益体的，如出行者、汽车厂商、运输公司、保险公司或是政府的监管机构；在技术上仅仅是围绕基础信息服务和通信技术的；在行业规范上是分属于汽车制造业汽车电子设备产品集成体系、电信运营商的通信服务体系和网络信息服务商的内容信息服务体系的。这是他们出现和存在的基础，也决定了这种行业车联网应用的局限。如果要突破这种局限，必须对于汽车、交通、通信和信息产业的“融合”进行深入的分析和研究。

为了寻找可行的车联网跨行业跨领域融合解决方案，需要从当前信息化深度融合工业化发展新业态的角度从审视交通、汽车行业面对的问题，通过回顾传统电信业与信息服务业融合的历史，以及在移动互联网的发展上取得成功的发展进程，从车联网出发再次思考智能汽车和智能交通的发展方向和路径。

深入分析可以看到，通过车联网解决汽车、交通和信息通信行业的深度融合，不仅是联网通信信息共享的问题，也不仅是技术应用产品集成的问题。需要站在更高的高度建立新的目标和路径，从应用融合、技术融合到规范融合入手，以创新为推手，以生产方式的结构变革为手段，重新建立新一代车联网的技术体系、应用体系、工程规范和商业经济模式，是车联网真正成为新一轮推动汽车和交通产业发展的动力。

2　传统的汽车和交通行业面临生产方式的发展困境

为了针对汽车和交通行业发展中遇到的问题提出融合的车联网解决方案，必须认真审视汽车和交通行业面对的问题。

交通涉及到人们的日常生活，交通业面临的问题是有目共睹的。

传统交通行业面临难解的困局，首先是交通安全、其它还有交通拥堵、大气污染和资源配置不合理。

交通安全在全世界都是触目惊心的话题。中国每年发生21万起交通事故，导致6万人死亡。交通事故已经成为伤害致死的第一死因。在美国，交通事故导致每年33000人死亡，390万人受伤，2400万辆车受损，直接经济损失2770亿美元。特别严重的问题是，尽管采取了越来越多的技术和管理措施，交通事故死亡人数都已连续多年没有明显下降。

在美国，交通拥堵每年浪费了人们总计55亿小时，城区拥堵造成的损失达到1210亿美元。由于堵车，燃料消耗增加了29亿加仑，价值120亿美元。由此增加了2540万吨的二氧化碳排放量。还需要注意到，作为私家车使用的汽车，从制造消耗的材料到使用占用的土地和空间，都是极其低效的。世界经合组织的研究报告称，95%的交通出行需求都是可以通过共享实现的。这个问题在汽车保有量迅速增加的中国特别突出。

传统汽车行业是一个稳定发展的规范的制造性行业。但是如果我们从发展的角度来分析，汽车行业存在如下几个潜在的问题：

（1）传统汽车业采用产品导向而非用户导向的治理结构，消费者被处在产业链的末端。这样的治理结构难以满足用户个性化、地域化需求，也无法满足汽车市场和交通市场不断变化和发展的需求。

（2）传统汽车从设计到投放市场平均周期需3年，难以快速应对市场的需求，也难以适应技术的日新月异。并且，汽车一旦下线，其功能基本上不再改变的。事实上机械系统和电子系统的更新周期差异极大，但是汽车中所有部件的更新周期被归一到汽车整车的更新周期中，并被冻结在汽车整车产品的完成点上。

（3）约束传统汽车设计的一些条件是互斥的，例如性能、成本和安全。尽管电子辅助驾驶技术的采用已经体现了通过信息技术实现主动安全的潜力，但是由于这些主动安全功能不能避免其他车辆的碰撞，造成汽车制造成本的升高。

（4）尽管汽车中已经包含诸多智能控制的部件，可以根据工况自动进行配置和调节。但是由于汽车在使用过程中遇到的场景数量和复杂度远远高于汽车产品设计的考虑，汽车性能、效能和排放的优化水平难以提高。

另一个值得注意的是传统汽车业、交通业和信息通信业的工程规范、经济理论甚至方法论之间存在巨大差异。这些行业的工程规范和经济理论指导了这些行业过去的发展，但是也对跨产业融合和跨领域应用造成了障碍。

●交通工程层面的差异

交通安全体系、汽车安全体系、物理信息空间安全体系之间不兼容；交通信息服务、汽车交通安全控制、基于网络智能的交通控制设计不同的原理和机制；交通安全保障、汽车安全保障、基于机器学习的安全保障在技术和工程上的不同；汽车智能化和自动驾驶、道路智能化和自动控制、自动驾驶共享社区交通之间从产品设计、生产和运营的差异。

●汽车工程层面的差异

汽车机械部件的设计和生命周期与电子产品特别是软件的设计和生命周期管理之间的不兼容；封闭的汽车电子/车内网络和开放的消费电子/互联网/物联网应用之间从方法论到原理的不同；系统工程、基于模型的系统工程方法和电子和软件系统的快速迭代之间的工程理论差异；基于功能系统设计和开发和安全和能效目标下基于场景和应用的设计和开发的方法论、规范、工具和经济结构的显著不同。

●人机交互工程层面

奴隶式机械操作与感知操作人和利益攸关者的状态、行为和愿望进行操作和反馈之间的不同；单纯的功能性交互和与操作人进行安全交互，心理交互和驾驶行为辅助的智能交互的差异；把汽车作为交通工具与把汽车看成机器人，与乘车人与交通环境中其他人和机器交互的不同设计和制造规范。

●市场和产业治理结构层面

单一价值化的商业模式与价值多元化和可持续发展的商业模式之间本质的差异；以产品为导向的企业组织和供应链和以应用为导向的产业治理结构的不同；以企业和产品的竞争为基础的市场与兼具竞争和互补的可持续发展产业形态之间的差别；以企业为基础的知识产权体系和基于数据和基础设施能力共享的创新机制之间的差异；基于政府行业标准和法规的监管机制和政府、公众和产业参与产业推动体系之间的不同。

3　互联网推动电信业和信息服务业走向深度融合

互联网推动电信业与信息服务业深度融合的历史，可以为当今通过新一代车联网实现信息化和工业化深度融合提供许多经验。电信业，二十世纪九十年代以前一直是一个提供电话通信和电报通信（后来加上数据通信）服务的独立行业。它的基础是话音和数据传输与交换的理论、技术、产品和服务。作为一个行业，形成了自己的行业规范（Paradigm），这包括从通信的理论和原理、行业的产品、工程和运营体系和标准，发展的目标和路径，直到完整的电信经济学体系和电信法律体系。十分不幸的是，在二十世纪八九十年代国际电信业刚刚建立从电话交换网络向宽带综合数据服务网（B-ISDN）过渡的技术目标和路线时，这套传统上完备的行业体系遇到了新的互联网技术（准确地说是TCP/IP协议技术）的冲击。互联网技术的巨大优势使电信人意识到通信技术与互联网技术的融合是必然的趋势。不过事后来看，无论是认识还是行动，人们应对这种融合所作出的转变是相当被动的。最初，电信业试图通过固定电话网和ISDN网络提供TCP/IP接入服务保持通信网络和互联网服务的相互独立；不过这种模式在新的接入网技术和骨干光纤网技术的进步和大规模部署的冲击下很快就失败了；电信业继而试图通过坚守电话、短信和互联网接入业务保持电信业的独立性；很快，这种独立性在智能手机、App应用和微信等信息服务的冲击下生存空间越来越小。电信业最终认识到，通信和信息服务的融合不仅仅需要技术融合，更需要行业规范的融合和应用的融合。从行业规范角度看，互联网给电信业带来的最重要的资产是协同发展的生态环境和可持续增长的发展模式，2010年以后，这种发展模式在电信业推动流量经营和推动移动互联网的发展取得的令人瞩目的成果。电信业已经看到，实现这种多层次的深度融合一方面是对传统行业规范、技术体系和应用模式的冲击，更伴随着巨大的创新空间。正是这些领域的创新，使得传统电信业走向了创新发展的道路。

4　车联网推动对汽车与交通行业的产品、服务关系的重新思考

人们普遍认识到，汽车从不联网到联网，不是简单的增强，而是引起了汽车本质的变化。汽车联网为我们带来的是建立一系列新关系的可能性，这些新关系带来了汽车和交通的新语义。基于这些新的关系和由这些新关系形成的新语义，汽车、交通和信息服务业等不同行业之间就可能找到推动技术创新实现行业融合的解决方案。

（1）汽车与交通的关系问题：在车联网的环境下，汽车是一个独立的产品还是道路交通网络上的一个移动的联网终端？

（2）汽车与汽车和道路的关系问题：道路上的一辆汽车是一个独立运动的自主自动化设备还是一个与道路上其它汽车、道路设施甚至道路交通参与者形成的交通流中的一个受控的智能化元素？

（3）感知、控制和执行的关系问题：汽车的运动控制是建立在单车封闭的传感、控制算法和执行的体系下还是一个建立在道路、交通模型和车辆控制模型下、支持开放和动态的传感数据聚合的深度学习、决策和控制的计算体系下？

（4）汽车产品和汽车服务的关系问题：汽车制造企业是设计和制造批量化的产品然后投入市场，还是能够在汽车产品制造完成后持续地提供终身的服务？

（5）汽车产品生态环境的关系问题：汽车产品市场能否转变为汽车生态环境，其中的电子产品部分和汽车的机械产品部分能否形成不同的产品体系，硬件产品部分和软件产品部分能够实现分离？

可以看到，对于第一个问题，汽车业已经给出了十分清楚的解答：汽车是道路交通网络上的一个移动的联网终端。这就是实现了车内网、车际网和移动通信网融合，V2X通信与ADAS驾驶服务系统融合，以安全为目标，向无人驾驶逐步演进的智能网联汽车。我们注意到，仅仅接受汽车是联网的智能终端，是不需要改变汽车业的行业规范的。但是把汽车作为交通系统的一个移动终端，通过网络建立新的汽车与交通的关系，就涉及到汽车业行业规范、信息通信行业规范和交通业的行业规范的融合。这种多行业规范的融合，需要建立新的多学科的理论体系、生态环境主题、市场目标、产品目标、生产方式、设计方法论、发展路线、经济学体系和政府监管机构管理。原来的行业规范，无论是汽车业的、信息服务业的还是交通运输业的，都要根据新的目标进行优化。更重要的是，对建立在多学科理论和多行业规范融合的目标下的新规范，还必须面对由于多个行业融合和优化带来的新问题，典型如系统体系虚拟化和软件定义系统，与系统工程相关的可靠性、安全性和运营保障和优化等。

对于后4个关系问题，由于涉及到汽车行业和交通行业本身深层次的改变，在汽车、交通行业还没有引起足够的重视。这一点和十多年前电信业的B-ISDN路线面对TCP/IP技术冲击时情况是十分类似的。不过，随着信息通信业与汽车业、交通业的协同逐步深入，众多互联网企业介入智能网联汽车的开发，这些问题将会逐渐得到重视并得以解决。

5　车联网从应用、技术和规范层面推动汽车、交通和信息通信业信息化深度融合工业化

笔者认为，在新一代车联网的语境下，汽车、交通、信息通信业等行业的融合将是深度的融合，这种深度融合表现在3个层面：应用（Applications）层面、技术层面（Technologies）和行业规范（Paradigm）层面的融合。只有实现了3个层面的融合，并在这种融合中实现创新发展，车联网才能够突破各种应用瓶颈、技术瓶颈和行业瓶颈，表现出对传统行业发展转型的巨大价值，更表现出车联网对于信息通信产业的创新发展机遇。

车联网在不同领域不同行业的应用和创新已经有了许多成功的实践。在车联网的语境中，作为交通运输工具的汽车产品、道路和交通基础设施、交通运输管理是交通运输系统的基本组成；一旦实现对汽车、道路和交通基础设施以及交通运输管理的普遍联网，面向不同行业、不同主题和不同受益者的与交通相关的应用会爆发性地增长。我们已经看到车联网在为出行者提供便利出行的信息服务，支持汽车制造厂商和维护保养企业对车辆的在线诊断、故障预测、配置优化一直提供汽车产品的全生命周期服务，支持财产保险公司为车辆提供灵活定价的保单，推动汽车机械部分和电子部分分离，硬件部分和软件部分分离的汽车功能虚拟化、在线控制和软件定义汽车，甚至在推动汽车零部件创新上的大量案例。除了这些具有行业目标的应用，也可以看到许多新的融合性应用的出现。这些应用大多是建立在公共主题之上，如交通安全、交通能效、绿色出行、市场有效竞争、生活舒适性和可持续发展。这些公共事务主题的融合性应用的生态是多方的，受益也是多方的。建立这种多对多的“多边契约关系”的融合性应用一方面带来了巨大的经济价值和社会价值，同时也有效推动了信息技术创新、商业模式创新和业态创新的持续发展，更能够通过市场的力量推动了传统行业的转型。

在车联网自动驾驶和工业互联网的研究中，技术层面不同行业不同领域的不同信息技术的融合受到了普遍的重视。目前，人们已经认识到，面对汽车联网和交通自动化问题，面对工业企业生产联网自动化的智能制造问题，过去处于分离状态的面向制造业（如汽车制造业）管理的ERP、CRM等的商业IT（Information Technology）信息技术，制造业的自动化工艺装备、交通运输和车辆控制中与机械装置密切结合的OT（Operation Technology）运营和过程控制技术，用于建立制造装备、移动装置（如汽车）、道路设施通信联网的CT（Communication Technology）通信技术，以及用于数据采集、分析、处理、建模、决策、控制和优化的DT（Data Technology）数据技术将在互联网/物联网的基础上融合成为一种创新的工业信息技术。一方面，这种融合的创新工业信息技术对于过去的信息管理技术、过程控制技术、通信技术和数据处理技术是一场革命；另一方面，这种技术的深度技术融合带来的复杂性问题有提升了我们对新的技术，例如网络虚拟化环境下的系统工程、主动性安全保障、人工智能和深度学习技术的需求；与此同时，这些信息技术的进步将更加有力地推动车联网相关行业的技术创新和进步。

通过新一代车联网实现汽车业和信息服务业的融合，是信息化深度融合工业化的典型应用。人们已经对此形成了共识。但是，当讨论到这种深度融合的具体内容是，很多人想到的首先是技术的融合。通过前面的分析可以发现，汽车业的行业规范和信息服务业的行业规范是不具备相互兼容性的。因此，汽车业行业规范和信息服务业行业规范的融合必须是建立在创新的基础上的，是一项迫在眉睫的任务。

6　建立基于车联网语境的行业新规范

在新一代车联网的生态环境中，汽车业、电信业、信息业、公路业、交通运输业和政府监管机构是最基本的成员，其中每一个行业都有自己传统的行业规范、技术体系和应用模式。人们经常说推动新一代车联网发展要实现行业之间的协同，新一代智能交通强调的也是协同。不过，如果不能实现这些行业规范、技术体系和应用模式的深度融合与创新，所谓协同是无法成为现实的。

与电信业类似，汽车业也是一个有百年历史的工业体系。但是同其他行业相比，作为现代工业标志的汽车制造业，其技术体系、行业规范和产品应用模式与信息服务业距离最远。因此，汽车业进入车联网生态环境难度当属最大。这也是近几年国际汽车业关于转变规范（Paradigm Changes）的呼声很高的原因。

为了推动汽车业与信息服务业在车联网行业规范层面的融合和创新，必须从几个不同的方面进行分析，包括行业主题、市场目标、产品目标、行业生产方式、行业的设计方法论、行业发展路线、行业经济学体系和政府监管机构对行业的管理等几个方面。

汽车业的行业主题是制造汽车，行业中所有企业的市场目标是制造用户满意度更高、性能更好、安全可靠且成本最低的汽车产品。汽车产品的产品目标是制造发动机提供动力的、在道路上行驶、用于交通运输的、标准化的、能够行驶数十万公里、使用十年以上的机械装置或运输工具。汽车产品的复杂性导致汽车行业的生产方式是典型的离散工业组织模式，由多级的树状供应链关系组成，汽车产品的设计原则是以成熟技术为基础的集成为基础的，每个汽车产品投放前都要经过大量的模拟和实际工况的调校、检验和优化。按照汽车行业的自身规划，汽车产品的发展路线是沿着时尚设计、增强性能、提高能效、提升安全、敏捷制造等目标持续推进的。在上述框架下，汽车制造形成了完整的工程化体系和生产方式，福特生产方式和丰田生产方式已经成为其他制造业的典型案例。汽车工业也形成了自己的汽车技术经济学体系，包括汽车技术经济的基本原理、汽车工业的经济规模、汽车市场需求预测和市场定位、汽车技术经济的非线性分析、汽车工业市场模型和汽车行业经济效益等内容。同时，工信部对汽车产品的质量和安全的监管，对汽车产业发展的推动政策也都已经形成了一整套的政策法规。在车联网的范畴中，我们看到汽车业提出的智能网联汽车的开发、网络与驾驶辅助系统ADAS的融合、以及无人驾驶技术的开发，都是明确建立在上述的汽车行业规范之上的。

长期处在信息服务业中的人都会感觉到，以移动互联网为代表的信息服务业的“互联网思维”与传统汽车业的行业规范几乎是格格不入的。移动互联网的生态圈以用户体验为中心，以提供产品全生命周期服务为目标，主张创新驱动、快速迭代式开发的工程化体系、供应链扁平化和可持续发展。不过，由于永远处在发展的过程中，信息服务业的行业规范对于服务产品质量、信息安全、服务保障和政府监管等环节一直面临巨大的挑战。其结果是，一方面信息服务业认为汽车产品（包括机械产品和电子产品）的开发集成周期需要三年是不可理喻的；另一方面信息服务业的思维模式对汽车业而言则是根本不能接受的。显然，汽车业的行业规范推动了过去几十年汽车市场的健康发展，但是它也严重制约了新一代车联网带来的信息化与工业化的深度融合；而信息服务业的行业规范特别是今年来发展的互联网思维及大地推动了移动互联网的发展，但是用这种规范发展新一代车联网语境下的汽车业是根本无法满足要求的。因此，实现汽车业与信息服务业的行业规范融合，推动新一代车联网行业规范创新，应该成为我们建立新一代车联网的协同生态环境，推动新一代车联网的发展的重要议题。

Study on vehicle networking technology， applications and specification innovation under the new trend of integration

YANGJing

With the sustained and rapid growth of China’s economic construction in recent years， the next-generation vehicle networks， that are information networks interconnecting among roads， vehicles and drivers in a large-scale highway transportation system， has gone far beyond transportation information services， communication services and transport that traditional telematics has provided. This paper will analysis and research on the vehicle networking technologies， applications and specification innovation under the new trend of deep integration.

vehicle network； integration； telematics； technology； application

2016-04-20）