浅析5G技术在车路协同系统中的应用
摘要：道路如同城市的血管，血管的通畅程度与城市活力息息相关。但在城市规模越来越大、人口数量不断增长、交通拥堵程度加剧的当下，仅靠加快道路建设等方式来构建便捷高效的交通体系，已经变得越来越困难。5G 时代，作为城市和车辆的连接点，道路也成为通信网络、云计算、智能传感器融合创新的交汇点，如何利用新的技术来提升城市智能化水平，增强城市路网与车辆的协同效率和安全性，从而降低城市拥堵、改善出行体验，成为技术改变生活的新机遇和挑战。
关键词：5G技术；车路协同；V2X技术
1. 5G车路协同赋予“新基建”可落地应用内涵
1.1提供通用化平台型支撑服务，助力打造聪明的车
一是进一步提升车联网环境感知能力。汽车智能化程度与传感器数量成正比，超声波、雷达等关键传感器数目需达到32个以上才可以真正实现L5级自动驾驶。基于5G的车路协同车联网“新基建”更加注重智能感知处理、智能交互等人工智能技术的应用，进一步推动技术创新融合，为感知技术创新提供核心驱动力。
二是提供高效实时的车载智能计算。集感知、计算、决策、通信、控制为一体的汽车智能计算平台是智能网联汽车的“大脑”，成为决定汽车智能化、网联化发展水平的战略性要素。基于5G的车路协同车联网“新基建”围绕汽车智能计算平台构建高性能决策控制计算和高可信软件产品族和产业生态，加速自主软硬件计算平台的研发进程，填补中国特色智能网联汽车计算平台空白。
1.2提供产业发展基础要素，全面建设智慧的路
智慧道路是开展智能网联汽车技术研发和应用不可或缺的重要元素。一方面，智能网联汽车在正式推向市场之前，必须要在真实交通环境中进行充分的测试，全面验证自动驾驶功能。
另一方面，实现车与道路、设施及其他交通参与者的全面协同需以兼具各类通信方式、交通信息采集发布、本地边缘计算能力的智慧道路建设为前提基础。
1.3提供高速泛在的连接能力，推动构建强大的网
目前，智能网联汽车依旧以单车智能为主，主要依赖车载传感器来感知信息，并辅之以高精度地图和高精度定位技术。然而，随着智能驾驶向更高级别发展，每辆车每秒可产生1GB以上的数据量，若仍仅依赖单车智能，车载计算芯片、传感器难以负荷。
以5G为核心的网络基础设施建设将为LTE-V2X向5G-V2X过渡升级提供关键通信网络支撑，加速智能网联汽车由单车智能向车路协同转化。基于5G的车路协同车联网理论时延仅为1毫秒，可实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据到云端或其他车辆终端。
1.4提供海量数据存储能力，加速实现灵活的云。
目前，海量车联网基础数据信息和公共服务资源仍然下沉在车端，尚未得到有效的利用。业界认为，自动驾驶汽车需要110亿英里的路测数据才可在统计学上证优于人类驾驶20%。若要达到该测试里程数，单纯依靠在测试场路测所很难实现。Waymo作为全球自动驾驶领头羊，自2009年至今测试里程也仅超过2000万英里。因此，亟需面向智能网联汽车及其用户、管理人员及服务机构，提供开放的车辆运行、基础设施、交通环境、交通管理等动态基础支撑，进而提高道路测试效率。
5G车路协同车联网“新基建”建设过程中更加重视数据中心的作用以及云数据资源的调配。推动各类创新功能在智能网联汽车与智能交通产业上的应用，提升道路测试效率，加速技术迭代，丰富车路协同的应用服务场景，促进车联网产业的繁荣发展。
2.车路协同发展现状
近年来，车路协同已经成为全球关注的焦点。我国早在“十二五”期间启动了“智能车路协同关键技术研究”，有效地推动了我国智能车路协同技术的迅速
发展，标志着我国车路协同技术取得新的突破。时至今日，车路协同技术已经有了长足进步，随着5G 的到来，5G+人工智能、5G+移动边缘计算等技术融合方案，将能够更好的感知环境的变化，充分实现人、车、路的有效协同，实现整个道路和城市的数字化、智能化水平。
3.车路协同中5G技术的应用
C-V2X就是一种基于5G网络的通信技术，它允许车辆通过交通信号和其他路边设备进行无线通信，从而提高功能性和安全性，自动驾驶和智能交通因此更容易实现。“5G C-V2X”的技术目标是将车辆与周围一切事物相连接，其中V代表车辆，X代表任何与车交互信息的对象。当前，X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络，V2X交互的信息模式包括：车与车之间（V2V）、车与基础设施之间（V2I）、车与人之间（V2P）、车与网络之间（V2N）的交互。
使用“5G C-V2X”技术之后，汽车不仅会广播他们的位置、速度和方向，通过与交通信号灯沟通，支持5GC-V2X的汽车将会在绿灯亮的时候开始行驶--与绿灯同步行驶。
4.车路协同应用实例 4.1项目概况
包河智能网联汽车示范应用公共交通体验线项目选取包河区的部分核心道路作为民众出行、体验道路，建设以车、路、云等基础设施互联的一体化开放服务平台，支持基于V2X技术自动驾驶/辅助驾驶车辆在该开放道路可持续运行，展示汽车工业与人工智能、车联网、5G等新技术融合的成果，在体现科技感与先进性的同时，为市民和区域企业员工提供基于需求响应的智能出行和体验服务。
4.2项目需求 4.2.1线路规划
经过调研规划选择花园大道、重庆路路段，共计约7公里，建设一条公共交通体验线路。项目建设完成后，可为普通民众提供花园大道沿线的预约出行、体验服务。
4.2.2体验车辆需求
本项目采购2辆智能网联体验车，车辆支持高级别自动驾驶、V2X智能网联技术的纯电动车，支持6-8人乘坐，对车辆进行智能化升级，升级后的智能网联体验车需满足科技感、舒适性、交互性的要求，满足乘客沉浸式智能网联技术交互体验要求。
智能网联体验车支持通过多种互动方式让乘客体验自动驾驶、车路协同技术，可将车路协同感知信息通过不限于AR、全息路口等多种呈现方式在车内呈现。
4.2.3智能路测系统需求
本项目对线路沿线的路口及路侧进行智能网联化改造，改造后为智能网联体验车辆提供必要的自动驾驶辅助服务。智能路侧系统由道路感知设备、计算设备、通信设备组成，道路感知设备主要包括摄像机、毫米波雷达、激光雷达等，路侧系统可以通过对周边车辆的信息采集提供交通感知能力。
V2X 智能路侧系统需与智能交通信号系统互通，解析其数据并将信息广播至周边车辆、上传至中心平台。
5.推动实施的五大方向
5.1推动车规级芯片、功率半导体等核心零部件率先突破。
以搭建通用智能计算平台为抓手，推动汽车智能计算平台硬件实现路径由板级集成逐渐向芯片集成过渡。以新能源汽车充电桩建设为契机，带动以功率半导体（IGBT）、功率MOSFET、继电器、整车控制、电控系统等为代表的汽车电子使用场景逐渐增加。以基于5G车路协同车联网的建设为切入点，激活车载通信模块市场。
5.2蓄力累积高精度地图技术基础与道路交通地理信息。
攻克高精度地图制作和应用过程中的技术难点，加快推进异源高精度地图数据融合、新型数据采集等前瞻技术研究。推动完成全国高速路、重点城市快速路的高精度地图信息采集，积累包含详细的道路和车道模型，以及用于高精定位的各类地物和设施等要素数据。
5.3以基于5G的车路协同车联网助力实现弯道超车。
以5G基础设施建设为驱动力，加速推动车路协同车联网由LTE-V2X向LTE-eV2X和5G-V2X逐渐演进。积极推动基于5G的车路协同车联网标准化工作，前瞻布局5G-V2X专利，快速掌握核心技术和价值链。
5.4在典型场景示范中探索商业落地模式。
进一步挖掘我国丰富的潜在应用场景，实现机场、港口、矿区、工业园区和旅游景区等相对封闭区域内的摆渡车、集装箱运输车、重载卡车以及接驳车等各类示范应用先行。结合冬奥会等重大赛事活动，围绕车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等典型应用场景，适当开展限定道路、开放道路的推广运营。在应用示范中进一步探索适合我国复杂道路交通情况的特色商业落地模式。
结束语：
建立技术标准、安全标准，推动形成具有我国特色的自动驾驶标准体系。多方面考虑数据安全，防止数据泄露，建立端到端的纵深防御体系。建立动态安全实施监测机制，及时发现信息安全隐患并处理。加快道路运输、车辆保险等相关法律法规修订工作，保障技术应用和智能网联汽车上路行驶的安全性。
参考文献：
[1]张毅，姚亚丹，李力，裴华鑫，晏松，葛经纬. 智能车路协同系统关键技术与应用[J].交通运输系统工程与信息，2021年10月：40-51