车联网建设推广路线与场景应用模式研究

康陈，葛雨明，侯世伟，王晶

（1.中国信息通信研究院，北京 100191；2.车联网技术创新与测试评价工业和信息化部重点实验室（中国信息通信研究院），北京 100191）

0 引言

车联网是先进制造业和现代服务业深度融合的新业态，世界相关主要国家和地区均重点布局车联网产业发展。当前，我国车联网正处于基础设施建设与应用推广齐头并进的重要窗口期，应用服务体系逐渐成为带动产业技术体系、产品功能、服务模式发展的重要牵引。城市道路是开展车联网规模化应用的重要环境，产业各方逐步推动城市环境下车联网与汽车、交通等行业的深度融合应用，验证各种实际场景下车联网功能的可用性、易用性，证明车联网整体系统的实用价值。更进一步地，各方从商业视角出发，逐步探规模化商用路径，尤其是在平台、数据、公共服务等维度重点挖掘，努力推动车联网逐步走向商业闭环。

1 国内外车联网发展路线与实际进展

世界各方都已经将车联网V2X 无线通信技术发展看作是技术创新、产业培育和交通运输服务变革的重要方向。目前国际上主流的V2X 无线通信技术有IEEE802.11p 和C-V2X（Cellular-V2X）两条技术路线。IEEE 802.11p 技术方面，恩智浦、Autotalk 等芯片公司已开发802.11p 商用芯片，Cohda Wireless、Savari 等已可以提供车载终端和路侧单元。C-V2X 技术包含当前的LTE-V2X 技术以及向后演进的5G-V2X 技术，目前大唐、华为、高通可对外提供芯片组。与此同时，华为、大唐、星云互联等公司基于商用模组和芯片已经可以提供车载终端和路侧单元设备。

1.1 中国坚定发展C-V2X产业，车联网新基建快速发展

当前，我国大力发展C-V2X 车联网产业，车联网新型基础设施快速落地并初见成效。从2019 年至今，工信部先后批复江苏（无锡）、天津（西青）、湖南（长沙）、重庆（两江新区）四个国家级车联网先导区，积极推进车联网基础设施建设、互联互通验证、规模化试点示范等，形成了广泛布局、重点突破、具有地方特色的发展格局。同时，推动京沪高速公路车联网升级，打造国内首条车路协同的车联网先导性应用示范高速公路，赋能干线物流。2021 年5 月，住建部和工信部确定北京、上海、广州、武汉、长沙、无锡6 个城市为智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展第一批试点城市，不断提升智慧城市基础设施智能化水平、实现不同等级智能网联汽车在特定场景下的示范应用。车联网基础设施部署有序推进，已有3 500 多公里的道路实现智能化升级，20 余个城市和多条高速公路完成了3 000 余台C-V2X 路侧单元部署。

1.2 美国车联网发展进程曲折，当前以服务自动驾驶为目标

美国政府从20 世纪90 年代开始即开始推动智能交通系统部署，布局车联网领域。美国交通部自1995 年开始发布《智能交通系统(ITS) 战略规划》，其在2020 年最新发布的《ITS 战略规划2020-2025》中，明确了“加速应用ITS，转变社会运行方式”的愿景，提出关注5G等创新技术的快速发展和应用。前期，美国主要采用基于IEEE 802.11p（DSRC）标准的车联网技术。据相关数据统计，全美国共有约35 万个交叉口，已经约部署了5 300 余套基于DSRC 技术的路侧单元，分布在全美26个州，共推广约1.8 万套车载终端。例如怀俄明州交通局牵头，专注州际高速公路车联网应用，沿I-80 高速公路部署大约75 套路侧单元、400 套车载终端。主要部署商用车、重型卡车不少于150 辆，重点服务货物途经I-80东西走廊时的高效和安全运输。但由于DSRC 在性能上存在局限性——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、可靠性差、时延抖动较大，同时由于DSRC 技术的组网需要新建大量路侧单元，硬件新建成本较大。所以很长一段时间，DSRC 一直处于测试阶段，未能实现规模化推广。2020 年11 月，美国联邦通信委员会（FCC）正式投票决定将之前预留给DSRC的5.9 GHz 频段（5.850—5.925 GHz）划拨给Wi-Fi 和C-V2X 使用。2021 年3 月，美国联邦公路局发布了《自动驾驶对公路基础设施的影响》报告，详细分析了自动驾驶对公路物理基础设施、交通控制设备、运输管理和运营系统、多式联运基础设施的影响。目前，美国已在加利福尼亚州圣迭戈和密西根州底特律进行C-V2X 试验。

1.3 日本车联网布局起步较早，主要面向智慧交通服务

日本是较早开展道路交通智能化管理的国家，早在上世纪90 年代便由日本警察厅、总务省、经济产业省和国土交通省等联合制定了《日本智能交通系统（ITS）框架体系》，通过顶层设计将公路建设与信息通信系统、交通信号等协同考虑，实现辅助驾驶、导航、自动收费、车辆管理和行人辅助等多种功能服务。经过不断发展，日本ITS 系统成为世界首个通过车联网技术实现的高容量双向通信的车路协同系统。日本智能交通系统建设注重中央层面的系统统筹，在日本道路交通情报中心（公益财团法人）成立了道路交通情报通信系统（VICS,Vehicle Information and Communication System）中心。警察部门及国土交通厅将交通路况信息提供给VICS 中心，导航仪企业和车商向VICS 中心缴纳交通信息授权使用费，而车载终端用户则通过购买终端，享受导航、辅助安全驾驶、实时路况信息播报、不停车收费、路费优惠等功能服务，从而形成了相对闭环的应用推广模式。由于其免费提供服务，使得终端渗透率达到90%。日本车联网应用推广模式如图1 所示。

图1 日本车联网应用推广模式

2 我国车联网应用推广进展

我国城市路网复杂、交通对象多元、出行需求庞大，交通效率提升、交通安全保障、新型交通服务是车联网在城市场景应用中的主要价值目标，而针对交通运行数据的挖掘运用亦成为当下热门方向之一。当前，我国车联网信息服务类应用基本普及，且在网联技术赋能下实现创新发展。随着车联网直连通信技术和蜂窝通信技术的不断发展，定位导航、车载娱乐等应用已较为成熟，红绿灯状态提醒、绿波通行等应用逐步验证，车载软件OTA 升级、AR 导航等应用不断涌现。智能驾驶类应用加速渗透，且与网联系统逐步耦合。我国先进驾驶辅助系统（ADAS）新车前装率日益提升，2021 年1-8 月份国内新车累计渗透率接近10%。同时，我国自动驾驶测试里程数也不断攀升，以北京市为例，自动驾驶车辆道路测试安全行驶总里程突破300 万公里（截至2021 年5 月）。

部分企业开展了融合LTE-V2X 的智能驾驶应用验证。例如，奥迪在无锡先导区推动协作型自适应巡航控制、基于信号灯信息的车速控制等融合应用的验证与推广；轻舟智航在苏州推动网联式自动驾驶公交示范运行。智慧交通类应用不断深化，并且逐步衍生出新型场景。面向管理部门的交通治理、面向行业企业的运输效率优化等应用不断深化，且在新型技术支撑下催生出新型场景。例如，长沙先导区开展的基于LTE-V2X 的公交车辆优先通行应用，有效缩短了高峰期公交运行周期；襄阳开展的基于路侧感知数据的信号灯配时策略优化应用，提升了路口通行效率。

2.1 功能视图

面向交通主管部门，车联网系统通过信号灯配时优化、绿波通行等场景应用，有效提高城市交通效率；通过超速预警、闯红灯预警、盲区预警等场景应用，提升交通安全；通过事故识别、异常行为上报、特殊车辆优先通行等场景应用，提升交通管理精度。面向交通规划部门，车联网系统汇聚的道路运行数据、车辆轨迹数据等数据资源，能为城市交通规划决策提供大数据支撑，进而科学地开展道路改扩建、车道管理、新建道路规划。

面向城市公交运输企业，车联网系统通过信号灯配时策略建议，实现公交优先，提升公交车的运行效率；通过共享感知、盲区预警等提升公交车运行安全性；通过平台优化，精准调度公交车辆，动态优化调整发车频率甚至运行路线，实现交通运输资源的灵活配置，打造精准公交、定制公交。

面向个人用户，车联网系统通过信号灯信息下发、路径建议等场景应用，支撑绿波通行、自适应巡航控制等功能；通过感知信息共享、盲区预警等场景应用，支撑碰撞警告、自动紧急制动等功能；通过高精度定位、高精地图下发等场景应用，支撑自动驾驶等功能；通过近场支付等场景应用，支撑停车无感支付等功能。城市道路场景下的车联网应用功能视图如图2 所示。

图2 城市道路场景下的车联网应用功能视图

2.2 价值链条

如图3 所示，城市场景下的车联网价值链条主要包括供应商、运营和用户三个环节。其中，在供应商环节，相关企业通过提供路侧通信与感知设备、智能网联云平台、高精度定位服务、高清地图服务等车联网相关设备和服务，获取商业回报。在运营环节，城市车联网运营主体，为各类用户提供多形态服务，获取服务回报；同时运营主体为政府部门提供数据服务，并从政府部门获得交通信息。在用户环节，汽车企业通过车联网功能获取汽车产品溢价；运输服务企业通过提升运输效率，提升服务水平；个人用户通过获得车联网信息服务，提升车辆驾驶感受，并承担车辆产品与服务价格提升的代价。

图3 城市道路场景下的车联网应用价值链条

2.3 典型案例

各先导区、示范区在面向行业企业、政府部门、个人用户等多种需求的应用验证与推广方面均取得了显著进展。长沙先导区打造了基于LTE-V2X 的智慧公交场景应用，在智慧公交315 号、3 号、9 号线上实现了商用运营，日均服务乘客约3 万人，实现了公交信号优先、交通灯穿透等多项功能。在优先通行功能中，公交车主动向路侧设备发送包含车辆位置、速度、乘客数、准点状态等数据，路侧计算设备据此生成公交信号优先策略，通过红灯缩短、绿灯延长等方式实现公交优先通行；在交通灯透传功能中，公交可将与路侧设备通信得到的交通灯信息通过车尾标识牌显示出来，以避免对后车的遮挡。经统计，315 号线平均行程时间优化12.6%，平均行程车速提升14%。无锡先导区大力推广智慧出行服务应用，在600 余个点位上建设了车联网路侧基础设施，打造车联网大数据应用服务平台，实现车联网用户位置、交通信号灯状态、交通事件等信息在平台汇聚，并开发了面向个人用户的“智行无锡”App。既可通过终端App 为用户提供车内标牌、绿波车速引导等服务，同时也与图商等第三方合作为用户提供智慧出行服务。

2.4 发展短板

一是在基础设施建设方面，跨部门协作与数据共享存在一定困难。道路智能化建设涉及管理部门多，需要与施工建设、市政管理、交通管理、网络改造等多部门沟通，成熟的沟通协调机制尚未建立，间接提高了建设周期和成本。此外，跨行业的数据和业务系统对接面临一定困难，全面数据开放与共享未能实现，行业壁垒仍然一定程度存在。总体上，我国城市道路、高速公路属地化管理的状况，可能导致路侧信息化的服务能力碎片化，无法保证一致性的用户体验。二是在车载终端渗透方面，终端渗透率低是车联网产业发展必须克服的痛点问题，由于必须在车辆上安装专用的LTE-V2X 车载终端，众多存量车主后装动力不足，这可能导致有着丰富的信息化和智慧化能力的车联网示范工程不能真正为用户所使用。总体上，车联网价值的验证需要一定过程，可能导致车载终端渗透短时间内难以快速提升，无法保证应用规模化推广。

3 结束语

总体而言，从上述主要国家的车联网发展路线和我国车联网应用推广进展情况可以看出，一是由于车联网基础设施属性强，投资规模较大，因此需要有明确的技术路线选择，提升基础设施投资效率，左右摇摆可能导致前期投资无法形成效益；二是由于车联网需要车载终端渗透率提升配合应用，形成车端推广与路侧建设相互促进的良性循环，因此需要有明确的应用场景和车载终端推广模式，形成商业上的闭环；三是车联网跨地域应用属性强，跨行业信息来源需求明确，因此需要在开展系统的顶层设计，明确跨交通部门、公安部门、汽车行业的信息协同机制，如建立统一的信息汇聚与发布服务平台及其运营机构，也将更有利于开展规模化的车联网服务。