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关小杰:城市道路车路协同对高速公路建设的启示

2020-10-19

来源 : 赛文交通网

作者 : 关小杰

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如今,城市道路和高速公路的车路协同发展区别很大,城市道路有17+示范区/先导区、50+城市开放测试道路、20+智能网联汽车道路测试规范、L1-L5各类测试车型、400+张测试牌照、100万+公里测试总里程,而高速公路有19条高速公路示范段、L1~L3测试车型、部分拟设置自动驾驶专用道。

所以,城市道路的发展肯定能为高速公路自动驾驶的发展提供一定的启示,对此,广东省交通规划设计研究院机电与智慧交通所长关小杰进行了主题演讲。

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以下为关小杰的演讲实录,赛文交通网进行了不改变原意的整理(有删减)。

城市道路引领车路协同快速发展

我们都知道,自动驾驶和车路协同都处在时发展的风口期,以自动驾驶解决方案、V2X、云控平台、环境感知传感器等为代表的技术正在快速的迭代与创新。

任何一项技术的发展都离不开政策的支持,从2018年开始,全国多个省市相应出台地方智能网联汽车道路测试管理办法或实施细则等相关政策,工信部、公安部、交通部也联合颁布了《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》。

2020年6月,《智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范(试行) 》:400+张测试牌照,100万+公里测试总里程。

同样,技术的发展也离不开示范区的支持,2016年以来,我国积极推进智能网联汽车测试示范区/先导区建设工作,截止目前,部委级、城市级及企业级智能网联测试示范区已经在超过50个城市展开。北京-河北、上海、天津、无锡、长沙、重庆、广州、深圳、杭州、武汉等地已建设或在建智能网联汽车测试示范区,构建了 “封闭测试场 + 半开放道路 + 开放道路”测试体系。 

在政府和行业的大力推动下,自动驾驶和车路协同的商业模式正在逐步落地。

比如Robotaxi,其场景特点如下:

  • 贴近市场和消费者,盈利模式清晰,2030年出租车市场每年超过2万亿美元;

  • 头部企业整体技术提升,安全性及乘坐体验提升;

  • 硬件成本下降,整车价格下降,50万以内可盈利;

  • 测试从点到面,从免费到收费,从APP到地图,从有人到无人逐步开放。

比如干线物流,其场景特点如下:

  • 5910亿物流市场,20%以上的年复合增长率, 30%以上人工成本占比,市场驱动力强;

  • 不同国家的代表性的RoboTaxi玩家,不约而同的进军物流领域,这代表了物流市场的独特吸引力;

  • 以高速公路为主,具备长距离,交通环境单一的特点;

  • 物流送的是货,相比送人而言,不用考虑舒适性的问题;

  • 干线物流车型以重卡为主,Robotaxi的降维应用。

比如智慧公交,其场景特点如下:

  • 公交驾驶员现状:司机年龄老化,驾驶门槛高;

  • 城市地面公交现状:候车久、行车慢、行程长、换乘不便捷,公交分担率下降,吸引力下降;

  • 长沙“智慧公交”315线路:基于V2X技术,可实现公交车与红绿灯之间的双向通信、交叉路口信号优先配时等功能;

  • “公交优先”到站可预测,出行可计划,乘客体验感获得提升。公交竞争力提升,客流增加。可合理调度班次,进行运力匹配。改善城市民生,政府口碑提升。

比如低速场景,其场景特点如下:

  • 物流、零售、环卫、防疫;

  • 解决“最后一公里”问题;

  • 道路更复杂:涉及到城市道路、园区或住宅区道路等;

  • 场景更复杂:车辆、行人、动物、小孩都是常见场景。

  • 我们可以看到,城市道路的政策和商业化应用可以说是红红火火,可在高速公路上还没有得到大规模的应用,高速公路开始的时间相对较慢是原因之一。

  • 但是,最关键原因是由于法律法规的限制,高速公路测试、示范运营以及商业化尚缺乏法律支持和保障。

比如,《中华人民共和国公路法》(2017修正)第五十一条:机动车制造厂和其他单位不得将公路作为检验机动车制动性能的试车场地;《公路安全保护条例》第十六条:禁止将公路作为检验车辆制动性能的试车场地;《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第八十二条:机动车在高速公路上行驶,不得有下列行为:…..(五)试车或者学习驾驶机动车。

这就限制了大部分应用,也是导致高速公路目前没办法大规模测试的主要原因,所以现在测试,只能在通车后偷偷摸摸的跑一下,或者在通车前三五天的时间内,在没有其他车辆干扰的情况下跑一下。

其实,很多业内的同仁都在讨论说城市道路交通组成多样又复杂,各种车辆比较多,环境非常复杂,而高速公路组成简单,环境也很单一。那么,从城市道路到高速公路是不是一个“降维”的应用呢?

作为设计单位,我有必要在这里回答一下这个问题。

我简单做了一个比对,如下图所示:城市道路属于市政工程,高速公路属于公路工程,市政道路的建设时速在20-100km/h,普通常见的是40-60 km/h,60-100 km/h属于城市快速路,100 km/h的非常少;而高速公路的建设时速是80-120 km/h,推荐时速是100 km/h,所以大部分高速公路都在100 km/h以上。

除了速度的差别外,主管部门、基础设施、交通构成等也均不相同。

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究竟高速公路比城市道路简单在哪里?我结合了去年智能网联汽车在长沙选线和广州开放道路的经验做了对比,根据道路交通的综合复杂情况,考核不同复杂程度的道路类型,主要考虑了道路设施、交通运行和交通环境三个大因素,以包括众多较小的子因素,以下是城市道路和高速公路的道路交通综合复杂度对比图:

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我也总结了一些高速公路场景下车路协同的应用难点。

1、高速公路具备连续上坡、连续长陡下坡、长下坡接小半径曲线、长大隧道群、隧道与互通相连路段、恶劣天气等特殊场景。

2、由于长时间驾驶,导致的“爆胎”、“疲劳驾驶”的事故多于城市道路,大小车“速度差”易引发事故,以上三点是高速公路主要事故原因,事故损失大,影响恶劣,易造成二次事故,救援、交通疏解难度大。

3、运行时速高,相比城市道路,车路协同要求高可靠,更低时延。

4、高速公路除城市高速、隧道段外基本无照明,部分山区路段、隧道内尚未实现4G/5G通信及导航信号的覆盖。

业内对自动驾驶、车路协同的思考

我们知道,目前高速公路有监控、收费、通信三大系统,其现状如下所示:

监控系统:外场监控设施,摄像机、情报板、微波车检器、隧道监控设施,环境检测、火灾报警、车道指示器,监控中心等,数据直接传往监控中心或收费站,主要靠现场检测(一般一年两次)、人工养护,养护时间紧、任务重,尤其在隧道内。

收费系统:主线ETC虚拟站、收费广场、车道、亭等收费设施等,包括摄像机、入口拒超、出口计重、防逃费设备、ETC设备、亭内设备,及相关配套通信设备。随着取消省界站,收费人员规模必然减少,对车道内特殊事件响应,设备快速维修时效性增高。目前的机电养护需通过增加养护规模解决。

通信系统:包含干线网和接入网,干线设备ADM和接入网ONU+OLT/OTN设备、语音交换设备、隧道紧急电话和广播组成,包含管道和光缆,主要为有线传输。用于传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息。外场一般不具备无线传输能力。

现在都讲智慧高速,但是根据对11个省份19条高速公路的统计,目前在建和建成的智慧高速大概有一两千公里,而整个高速公路的体量是14.96万公里。

对比来看,智慧高速的体量只有1%,所以大部分道路的现状,包括大部分的管理者的思想还是偏于保守,总结来说,三大系统目前有以下几个问题:

1、建管养思维:重硬件、轻软件

缺乏数据分析,习惯于经验管理,对路网情况、道路设施等信息无法及时了解

2、服务意识:管理者思维?出行者思维?

“平台思维、用户思维、数据思维”等“互联网+” 思维缺乏

3、数据思维:不好用、用不好

海量未结构化视频、数据无法利用,异构数据造成新的信息孤岛

4、被动管理:安全、保畅压力大

被动获取事故、拥堵信息,救援信息获取不及时,安全、保畅能力问题突出

近些年,面对车路协同和自动驾驶的春风,高速公路各级管理机构的态度也不尽相同,我也针对性的做了调研,虽不全面,也能看出大家的态度。

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一级机构对自动驾驶的态度比较认可,但是考虑到自动驾驶还没有量产,所以他们总体的感受是自动驾驶还不成熟,但是车路协同可以接受;

二级机构中有具体负责自动驾驶、机电养护等工作的相关人员,所以他们日常一直在关注着技术的发展,总体的感受是想要具体的论证尝试一下;

三级机构的思想更加开放,由于日常运营遇到众多痛点,所以他们非常希望通过科技创新来解决具体的难题; 

总结来说,智慧高速建设方案“人、车、路、云”车路协同的理念获得广泛认可,但自动驾驶接受程度不同。

高速公路业主在建设时,难免会犹豫会思考,最终在保安全、保畅通、保收费的压力下,理智的天平战胜了自动驾驶的热情,所以自动驾驶和车路协同的分量抵不过现存三大难题。

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    城市道路实践对高速公路的启示

我们知道,2017年7月,交通运输部正式启动“新一代国家交通控制网与智慧公路示范工程”,选定8个省市作为承担单位,2018年2月增加为9个省。

2018年以来,交通部《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》明确提出了六个试点方向:

1. 基础设施数字化

2. 路运一体化车路协同

3. 北斗高精度定位综合应用

4. 基于大数据的路网综合管理

5. “互联网+”路网综合服务

6. 新一代国家交通控制网

对比来看,相对传统高速,智慧高速已形成了新型的建设方案。

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针对11个省份19条高速的建设方案,我总结了高速公路车路协同示范段的4个特点,如下所示:

1、 投资主体:基本以新建项目为主,存量路段的改造占比26.3%。

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2、投资规模:各省选取代表性高速公路,建造示范段占比30%以内,车路协同工程造价多在1亿以内。

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3、测试对象:加装车载终端OBU/T-BOX的智能网联车辆,测试场景为辅助驾驶车路协同,暂不考虑自动驾驶。

4、建设进度:迄今为止,全国无可供测试的高速公路封闭测试区,仅少量路段计划设置自动驾驶专用道。

通过观察,城市道路 VS 高速公路车路协同发展对比区别很大,城市道路有17+示范区/先导区、50+城市开放测试道路、20+智能网联汽车道路测试规范、L1-L5各类测试车型、400+张测试牌照、100万+公里测试总里程,高速公路有19条高速公路示范段、L1~L3测试车型、部分拟设置自动驾驶专用道。

差距很明显,所以城市道路的发展肯定能为高速公路自动驾驶的发展提供一定的启示,我总结了以下几点:

启示一:高速公路应建立选线标准,注重互联互通,交通安全及场景丰富。

互联互通方面,测试道路的选取应避免出现孤立的路段,所选择的测试道路应形成联通的道路网络,并包含若干条闭回路行车路线,使测试车辆能够在测试道路网内持续循环行驶。

交通安全方面,测试道路的选取应尽可能降低潜在的交通隐患,根据高速公路安全风险评价报告,尽量避开交通安全高风险路段,如事故多发区、三急一速路段、施工路段。

场景丰富方面,测试道路的选取应尽可能涵盖各种不同构造物如特长隧道、长大下坡,不同几何特征、不同交通组成、不同运行状态如拥堵状态、团雾结冰等恶劣气象状态的道路,以满足智能网联汽车不同测试任务对道路场景的需求。

启示二:高速公路尽快建立测试道路分级评估体系。

根据智能网联技术的发展,通过建立评价指标体系,采用多因素综合分析法计算和评估测试道路综合复杂度,实现自动驾驶能力差异化测试和时间差异化测试。

启示三:高速公路应尽快建立运营、监管机构和评价体系。

高速公路车路协同体系目前只有建设、养护单位,尚未建立长期运营监管机构这也和高速公路的建设特点有关系,建完以后可能就没人管了,所以,我建议高速公路自动驾驶车路协同项目立项前,决策者一定要明确6个问题。

1、投资决策:为什么要选择高速公路实现车路协同?是因为跟风还是因为要跟上技术的发展?是因为要论证车路协同技术可行性还是要为后期高速市场开发产品应用?不同的投资决策涉及资金投入规模。

2、资金来源:新建或改造?新建项目费用充足?或者某路段效益好,可以支撑实验性的长期应用?

3、投资计划:是一次性投资,还是论证后分期投资?有无发展目标和投资计划?

4、盈利模式:有无专门运营单位?有“无从输血到造血”的盈利模式的考量?运营单位有无产品开发计划,对未来高速公路车路协同市场是否提前入场?有无测试厂商愿意长期测试并付费?

5、特色场景:是否具备行业稀缺性场景(如特长隧道、海底隧道、跨海大桥、特殊气象等)?或是为了在行业内实现首发优势?测试场景是否人无我有,人有我特?

6、测试对象:是先做工程再找测试对象?或是选好测试对象可长期测试并负责维护,并共享数据?测试对象如果是大巴车等营运车辆,是否已经沟通交管部门,将现有车载定位装置更换为“智能车载终端”? 

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