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中国如何发展智慧城市、智慧交通和智能汽车?

中国如何发展智慧城市、智慧交通和智能汽车?

2020年,国内汽车产销量为2520万辆和2530万辆。有预测,2021年,大陆汽车销售量可能超过2630万辆。

 

中国汽车产业蓬勃发展的同时,数量剧增的汽车也给国内自然环境和社会环境带来巨大压力。交通事故频发、城市拥堵、停车困难、空气污染等问题愈发突显。

 

我们该如何解决汽车带来的生态问题和社会问题呢?

 

01

中国智能网联汽车发展战略和架构

 

想要解决上述问题,汽车产业必须从可持续发展角度出发,大力发展智能网联汽车(ICV)。具体包括以下四个方面:

 

一是高速出行场景,即智能安全汽车。智能安全汽车的一个愿景是实现“零伤亡”。智能安全汽车基于先进人工智能技术打造,具有传统汽车没有的智能决策能力和驾驶数据联通能力,是解决交通事故问题的终极方案。

 

二是特大城市中的出行场景。智能网联汽车的另一个愿景是“高效舒适”。对于未来特大城市交通场景,智能汽车将充分应用互联化、智能化优势,解决交通拥堵问题。无论是从消费者客户还是基础设施建设角度出发必需品。

 

三是共享出行。最典型的产品是智能网联无人驾驶共享汽车,未来它在智能城市与智能交通系统车辆(SCSTSV)一起运行。

 

四是“智能云管理平台”。其愿景是实现“实时管理,实时服务。”

 

我国智能网联汽车的发展战略,是充分整合基于中国法律的国际标准,并制定中国在场景、地图、交通、通信和安全方面的国家标准;并基于中国新一代智能城市和协同智能交通系统发展,实现智能城市、智能交通和智能汽车的深度融合。中国新一代智能城市和协同智能交通系统将具有以下10个重要特征。这些特征有利于中国智能汽车产业发展。

 


 

中国智能网联汽车发展战略能

 

智能网联汽车发展的城市环境,依托于新一代智慧城市架构。新一代智慧城市架构的6个重要特征要和智能网联车辆深度融合。它们包括自动驾驶、云服务、城市基础设施、移动服务、数据中心和互联生活。

 

欧盟刚刚发布了“智能城市发展与综合城市交通”概念。这种概念对中国未来的智慧城市发展具有一定参考价值。

智能城市发展与综合城市交通

 

中国下一代交通体系应为三层架构——“ITS服务层、基础设施层和终端层”。与这三层相对应,还有ITS中心云(中心系统单元、CSU)、智能交通边缘云(ESU)、无线接入网(4G/5G)以及智能和连接车载终端。它们将以“四位一体”的方式协同工作。由此产生的智能交通环境也将为中国汽车智能化发展提供强有力支持。

新一代ITS架构

 

而智能城市与智能网联汽车10个关键特征相融合,由此也将产生新一代智能城市移动服务。

 

欧盟最近宣布了高效的混合交通控制架构,包括服务层、战略层、战术层和操作层。这种“四合一架构”也是我国未来新一代智能交通架构的参考。智能网联汽车在城市发展,就是要构建智能城市与智能交通的深度集成系统(SCSTSV)。

 

02

SCSTSV架构如何设计

 

根据SAE对自动驾驶系统的定义,中国城市ICV—L4必须要有效解决我国复杂城市场景下ICV安全问题,高效交通和智能共享的问题。城市ICV—L4的设计面临着三大挑战:复杂环境感知、预期功能安全性(SOTIF)以及责任敏感安全模型(RSS)。


为了应对这三个挑战,我们必须从建立中国城市ICV计算平台的设计标准入手,创新设计适合中国城市场景架构是构建SCSTSV体系架构。

 

SCSTSV设计准则之一

“城市数据和感知”高效感知城市交通场景

 

中国的智慧城市建设正在快速增长,发展方向是城市数字化和数据共享。2011年,中国有99个智能城市,而到2017年增加到500个,覆盖北京、上海、广州、重庆等大城市,包括建立城市大数据中心,实施云服务,发展智能交通系统。这些资源可以进一步改进和升级,以服务于城市ICV,促进共享出行。因此,提出了“城市数据和感知”概念,以充分利用智能城市的实时大数据和SCSTSV架构下的5G&V2X平台,以应对复杂的城市环境感知和智能共享出行的需要。

 

基于“城市数据和感知”概念,车载计算平台控制器体系架构也需要进行创新设计。

使用“城市数据和感知”车辆内计算平台控制器的架构

 

智能城市传感模块(SC)将提供智慧城市的实时动态信息,如城市通勤和物流决策,城市地标和地图,以及城市资源(如停车位)等。而智能交通传感模块(ST)将提供交通标志信息、交通灯信息和远程交通流量信息等。


“城市数据和感知”系统增强了计算平台的感知能力和综合规划能力,可以降低智能汽车传感器的成本。开发基于“城市数据和感知”车载计算平台控制器体系架构,也实现了智能城市、智能交通和智能汽车的深度集成。

 

SCSTSV设计准则之二

安全可靠地解决预期功能安全问题

 

我国城市交通场景复杂,而由于SOTIF功能失效导致的预期自动驾驶事故时常发生,存在大量未知的不安全场景。这不仅需要充分利用“城市数据与感知”系统,还需要通过一种新的计算平台架构来缩小未知的不安全场景区域,比如通过添加“通信预警层”来解决。

 

“通信预警层”添加在定位映射层和车辆计算平台3层体系架构的决策控制层之间。

添加通信预警层

 

包括传感感知功能、定位地图功能和决策控制。四层架构使智能汽车在实现自动驾驶控制之前,与其他相关的运动对象进行通信,并在必要时发出警告信息,以减少事故发生。

 

SCSTSV设计准则之三

必须建立“驾驶行为标准”

 

此外,不规范的驾驶行为是导致交通效率低下、交通事故频发的重要原因。因此,国际上目前正在讨论将责任敏感安全模块(RSS)引入SCSTSV计算平台设计。RSS能约束驾驶者的行为,例如RSS不允许自动驾驶汽车做出导致碰撞的判断和驾驶行为;RSS不允许自动驾驶车辆通过引起小事故来避免另一次事故。

 

RSS原则1:保持安全空间。如果后车撞到前车,那总是后车的错。如果前车鲁莽地切入另一辆车的轨迹,而后车则从后面撞上前车。在这种情况下,这是前车的错。

 

RSS原则2:在视线有限的情况下提高速度。自动驾驶车辆不会接受这样的命令,即使是它看不到的物体,也不会让它有造成碰撞的危险。RSS将管理自动驾驶车辆的速度,以便它可以及时刹车,避免与行人碰撞。

 

为了实现上述设计原则,SCSTSV计算平台架构中的应设计智商(IQ)、情商(EQ)和逆境商(AQ)模型。

智商、情商、逆境商模型

 

其中,情商模块“驾驶规范”有关。情商是人类控制情绪和行为的能力。对于SCSTSV来说,它是一种自主驾驶行为,符合规则和习惯,不打扰其他自动驾驶汽车。

SCSTSV计算平台架构

 

那么我们现在就有了SCSTSV 体系的基本架构。城市传感器、交通传感器和智能汽车传感器;总体规划层主导策略,局部规划层主导战术, 轨迹规划层负责应对,各层有感知,定位,沟通预警和规划的能力,有效减少SOTIF的发生;智商,情商和逆境,AQ的能力设计,保证驾驶行为合规。

 

03

SCSTSV 发展前景与应用前瞻

 

智能网联汽车在中国有广阔的市场前景。中国SAE与滴滴中国合作,于2018年对中国共享出行需求进行了调查。其中包括:北京、太原、青岛、上海、杭州、武汉、成都、广州和深圳等特大城市。此次调查的人群覆盖1969年后出生的70、80、90 、00后人群。


调查报告发现,共享出行已经成为一种新的生活方式,消费者接受共享服务程度与日俱增;中国消费者也愿意接受新能源汽车和智能网联汽车共享出行服务。大多数被调查者表示,希望在未来的移动出行中更多的使用人工智能车辆和网联汽车。

 

而雄安新区的被视为中国SCSTSV试点。雄安绿色交通生态系统由智能共享交通和私人交通组成,而且智能共享交通比例远高于私人交通。

雄安绿色交通生态系统

 

而这将通过城市ITS、城市空间组织、AI技术和ICV创新来实现。雄安智慧城市和智慧移动系统可分为4个发展方向:雄安模式,雄安场景,雄安科技和雄安路线图;为我国SCSTSV 发展做出了前瞻性尝试。

 

中国ICV的正确发展战略是与中国新一代智能城市和智能交通深度融合。SCSTSV产品设计是一项技术创新,值得作为设计指南和系统架构进行探索。中国智能城市的发展为SCSTSV产品提供了广阔而有前途的市场。

 

 

来源:清研汽车研习社