信通观察丨智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展路径研究

时间:2022-12-12 来源:中国信息通信研究院西部分院

01 车城协同发展背景及意义

(一)车城协同发展的背景

车城协同发展是指智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展。智慧城市基础设施的智能化升级与建设,将更好的服务于人民出行和城市治理;而汽车产业的电动化、智能化、网联化、绿色化转型,也将成为我国新型城镇化进程中不可忽视的重要组成部分;两者在智能化发展的共同趋势下形成协同交点,智慧城市将为智能网联汽车发展提供“硬环境”,而智能网联汽车将为智慧城市基础设施管理与服务强化“软实力”,智能网联汽车和智慧城市基础设施的协同发展,也将成为探索汽车产业转型、城市功能提升的新路径。

继国家“十四五”规划纲要提出“数字中国”的顶层目标后,住房和城乡建设部、工业和信息化部于2020年12月启动车城协同发展试点工作。2021年4月和12月,两部委先后发文确定北京、上海、广州、武汉、长沙、无锡等6个城市为第一批试点城市,重庆、深圳、厦门、南京、济南、成都、合肥、沧州、芜湖、淄博等10个城市为第二批试点城市,推动车城协同发展具有重要的价值和意义。

(二)车城协同发展的价值与意义

车城协同发展符合国家发展规划的战略导向。车城协同发展将协调智能网联汽车的发展需求与智慧城市基础设施的适当超前布局,有利于引领相关产业发展,拉动内需促进消费,培育新的经济增长点,同时也能进一步提升基础设施利用率,有效支撑构建现代化基础设施体系,与国家大力推动“新城建”,开展智慧城市建设的发展方向高度契合。

车城协同发展是实现自动驾驶助力汽车工业发展弯道超车的关键一环。整体而言,自动驾驶主要有单车智能、智能网联、车路协同3种发展路线。欧美主要以单车智能为主,注重将各类传感器和算力、算法集成在车端以实现高级别的自动驾驶,而过多传感器必然提升车辆成本,进而制约自动驾驶的普及。我国坚持的车路协同技术路线,主要是将聪明的车与智慧的路等城市基础设施进行耦合和协同,把车、路、城市考虑成完整的系统,借助5G网络、云计算等技术,用智能化基础设施弥补智能网联汽车的不足,在提升汽车自动驾驶安全性的前提下,进一步降低了成本,促进了汽车产业的发展。

车城协同发展是助力实现国家“双碳”战略的关键渠道。智慧城市基础设施与智能网联汽车的协同化发展将推动城市治理管理与人民出行服务的绿色化、数字化转型,共同支撑实现“双碳”目标。智能化基础设施作为智慧出行的“硬环境”,将为碳排放数据和信息的采集与监测提供支撑,智能网联汽车的发展应用也将推动以新能源汽车为代表的绿色低碳产业与人工智能、大数据、5G、物联网等新一代信息通信技术深度融合发展,加速产业转型升级与技术创新。

车城协同发展是促进数字经济高质量发展的重要举措。车城协同发展将带动智能化基础设施、智能网联汽车、软件服务与信息化平台应用、技术融合创新等各方面发展,也将进一步激活数据要素价值,逐步形成以车城协同场景赋能智慧公交、智慧停车、无人驾驶出租车等多元化应用的商业运营新模式,也将形成智慧城市基础设施投资、建设、管理、运营的新模式,培育数字经济新增长点,同时还将以车城协同为纽带,打通城市基础设施管理、城市交通、城市应急防灾等智慧化管理,提高数字政府服务效能。

车城协同发展是解决“交通城市病”的有效抓手。过去40多年,城市高速度、大规模、粗放式的建设虽然极大地提升了城镇化率、促进了产业发展,但也带来了道路交通拥堵、交通事故频发和老百姓停车难等问题,智慧公交、无人驾驶出租车、智慧停车等双智示范应用的开展将利于减少交通事故、提高交通效率、促进节能减排,推动汽车在城市中的角色从城市顽疾的制造者转变为城市解决方案的提供者,缓解“交通城市病”,提升城市管理能效,切实改善市民生活质量。


02 车城协同发展总体思路和重点内容

(一)总体思路

车城协同发展以加强智慧城市基础设施建设、实现不同等级智能网联汽车在特定场景下的示范应用为目标,坚持创新驱动、需求引领、市场主导、政府引导、循序建设的原则,同时服务于智能网联汽车和智慧城市发展需求,构建“1+4+6+N”(“1”即车城网平台,“4”即4类智能化基础设施,包括智能道路设施、新型能源基础设施、地理位置网、现代信息通信网,“6”即“人-车-路-云-网-图”六大关键要素,“N”即N类场景应用)的总体架构,打造车城协同发展体系。

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图1 车城协同发展总体思路

按照住房和城乡建设部、工业和信息化部关于车城协同发展及试点建设的相关要求,主要包括五个方面:一是建设智能化基础设施,主要包括智能道路设施、新型能源基础设施、地理位置网、现代信息通信网以及推动传统市政设施改造等。二是搭建车城网一体化平台,融合基础设施状态监测、交通感知等动态和静态数据,赋能车城融合的智慧应用,为政府端、企业端、民众端提供多样化服务,提升交通管理、城市运行、应急管控等方面智慧化水平。三是开展区域专项示范应用,坚持存量与增量并重,结合地方产业基础、交通条件、基础设施建设情况、地形地貌等区域特色,开展多样化应用场景示范。四是建立健全政策标准体系,系统谋划智慧城市基础设施、智能网联汽车相关政策法规和技术标准体系,为智能化基础设施分级分类建设、自动驾驶汽车测试与商业运营、车城网平台数据交互等提供规范化指引。五是推动“双智”产业发展,以场景融合汽车驱动高阶移动出行为契机,围绕“车、城、云、网、应用”,形成丰富、完整的产业生态集群。

(二)推进车城协同发展的重要内容

一是抓产业布局,促智能网联产业新生态培育。加快整车及汽车关键元器件的智能化升级,推动智能网联汽车与新能源、信息通信融合发展,催生系列软件应用开发、数据价值沉淀和算法迭代优化,加速智能网联汽车软硬件产业生态布局。加快推进智能网联汽车技术研发和落地量产,鼓励整车制造企业构建智能网联汽车开发流程体系,培育一批智能零部件供应链重点企业和系统集成商,实现网联化先发引领、智能化大幅跃升、电动化全面渗透,以L2-L3级智能网联商用车为切入,支持整车企业融合应用机器视觉、激光雷达、毫米波雷达、线性控制等关键部件,推出智能辅助驾驶量产车型,鼓励新车型推广应用和传统汽车更新换代。强化智能网联共性核心技术攻关,推动智能网联汽车生产和基础设施智能化的研发创新、标准创新,鼓励传统车企与互联网企业跨界协同,共同开发高安全性智能计算平台与自动化加速测试平台、共享出行和智慧出行多尺度信息物理集成应用开发平台、智能交通系统和公共信息平台等,提升智能网联汽车研发和测试能力。推动传感器、通信芯片等制造企业跨界协同,研发复杂环境融合感知、智能网联决策与控制、信息物理系统架构设计等关键技术,突破车载智能计算平台、高精度地图与定位、无线通信(V2X)等核心技术。引导智能网联车载设备(OBU)、路测设备(RSU)、交叉路口管理系统(CISS)、路侧边缘计算(MEC)等产品研发生产。加强龙头企业、高技术人才引育。加强人才储备,完善培育体系,实施智能网联汽车企业成长工程,出台龙头企业培育专项计划,坚持整车龙头企业、高技术人才引培并重,积极促进企业合作创新,壮大形成一批智能网联汽车整车核心企业。针对车载雷达、人机交互、平台及应用软件等产业链关键薄弱环节,加强与博世、北斗星通等国内外知名企业合作,推动一批“补链”“强链”项目落地和建设。发挥龙头企业“鸿雁效应”,引领中小企业、高成长型企业集群发展。

二是抓新型基础设施建设,促智慧城市建设补短板。加快推进新一代信息通信技术在城市基础设施建设的深度融合应用,通过规模化部署高速率通信、高精度定位、物联感知设施、路侧单元等,夯实智能网联汽车“硬环境”。加快部署高速率通信设施。引导通信运营商和5G设备商围绕5G-V2X进行创新合作,实现车与车通信(V2V)、车与设施通信(V2I)等能力,为车路协同的信息传递提供基础保障。加快部署高精度定位设。受地形地势影响,不同城市道路条件均有所不同,而地势高差较大等客观情况容易产生车辆定位失准、导航延迟等问题。通过在重点应用路段或环境复杂区域,增补北斗定位差分基站,进一步提升智能网联汽车定位精度,为车辆导航等提供基础能力。加快部署物联网感知设施。安装摄像头、激光雷达、传感器等高精度物联网感知设施,形成对车辆行驶状态和基础设施运行状态的感知能力,为汽车网联化赋能和基础设施智慧化管理提供硬性支撑。加快部署高性能路侧单元。积极部署路侧单元对传感器信号进行实时处理,并向智慧城市数据层提交。同时,接收控制中心指令向周围车载单元发布交通标识、交通管制和交通事件信息。

三是抓特色场景示范,促多元化探索实践持续深入。针对不同交通环境类型和不同交通需求,开展基于车城协同的多元化特色场景应用,既通过不断更新危险、临界场景,实现智能车载与路侧段进行规模化功能与性能验证,提升自动驾驶环境响应能力,也通过商业化运营模式探索,逐步形成车城协同的“自造血”发展模式。打造典型应用场景。坚持存量与增量并存,根据基础条件和特色优势,合理规划主城区存量空间与新城区实施车城协同典型场景应用,通过智能化基础设施利旧与新增并举,开展智慧公交、智慧接驳、智慧物流、自动驾驶环卫车等多元化典型场景实践。探索无人驾驶应用。在特定场景下实现基于车城协同设施的L3和L4级无人驾驶先导应用,可在厂区园区、机场等内部道路,构建无人驾驶物流配送应用,再逐步推广到港口、厂区、园区的城市道路。在道路条件较好的路段或区域,可逐步推广低速无人驾驶景观巴士、自动驾驶环卫车等应用。强化车城协同测试。开展开放道路车城协同系统综合测试,提升自动驾驶环境响应能力。开展模拟高速公路、城市道路、多车道封闭、半封闭场景的辅助自动驾驶测试,“车-车”“车-路”“车-人”通信的测试评价及试验工作,车联网及自动驾驶在真实道路场景下的功能及性能测试。探索商业模式闭环。随着智能网联汽车技术与产业的发展,应用场景不断丰富,与之相关的商业模式正在不断更新。积极探索RoboTaxi、无人巴士、自助代客泊车等多元化应用将催生一系列基于自动驾驶和相关增值服务的商业模式闭环,刺激智能网联产业链上下端企业的产品研发与技术创新力度,并促进智能化基础设施的规模化建设,形成“自生长”的车城协同良性循环发展模式。

四是抓智慧管理平台打造,促城市管理治理智能化升级。智慧化管理平台既是车城协同发展的关键纽带,也是智慧城市运行管理的重要抓手,将车城协同基础设施产生的海量、高实、多源数据,通过路侧单元处理后在云端汇集,依托城市信息模型(CIM)平台,为跨部门的城市管理、交通服务、城市安全等提供数据支撑。提升城市交通管理智能化水平。基于CIM平台的基础地理信息数据和交通运行数据,重点对长期拥堵的城市路、桥、隧、复杂交织路段等区段进行运行状态的跟踪感知,并通过分析、研判拥堵特征及演化过程,为交通改善提供支撑。基于CIM平台与信号控制机网联化,实现公交信号优先控制、行人过街优先控制、路口均衡、片区交通均衡等控制目标,提高路网通行效率。提升城市风险防控智能化水平。建立应急交通指挥与救援系统,依托车城协同基础设施和智慧管理平台,形成各类应急状态下疏散路径、车辆引导、交通管制、交通信息的联动方案,确保应急状态下交通有序运行。建立车辆在途安全监测体系,对公交车、危化品运输车辆、渣土车、重型卡车等风险敏感的车辆,实施车辆运行状态诊断、车辆安全隐患在线自报和实时预警,保障城市交通安全运行。提升城市运行智能化水平。有效融合基础设施状态感知数据、城市地理信息数据、路网及交通运行数据、人口数据等多源数据,搭建城市运行仿真平台,对公共政策变化导致的城市结构、交通特征、人口分布等关键变量变化做出前期预判,为做好公共政策配套提供依据。

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图2 车城网平台架构示意图

03 国内相关试点城市的经验做法

目前,第一批“双智”试点城市试点期已接近尾声,北京、上海等城市围绕工作机制、试点模式、应用示范、标准化建设等方面深入探索与实践,并已取得显著成效,为其他城市推进车城协同发展提供了良好的借鉴和参考。

机制创新方面,北京、上海等试点城市强化部门与企业协同联动,建立“1+1+N”工作机制。第一个“1”即1个工作专班,6个首批“双智”试点城市均成立了由市政府主要领导牵头,相关部门共同参与的试点工作专班,从政策指导、任务明确、要素保障等方面统筹协调,形成跨部门联动机制。第二个“1”即1个支撑机构,充分发挥第三方机构的专业作用,在政府专班统筹协调下,专业机构负责技术把控和专业资源对接,为试点工作提供智库支撑。“N”即N个主力企业,基于不同应用场景需求,引培一批创新型企业参与试点,一些城市已经在智能公交、自主代客泊车、自动驾驶网约车等领域培育了一批有创新实力的企业,正在推动产业由示范应用向商业化运营演进。

建设模式方面,“双智”投资建设运营模式主要分为两种:第一种是“投建运一体”,第二种是“投建运分离”,现阶段,上海、广州等城市主要采用“投建运一体模式”。由同一个公司负责智能化基础设施投资建设及运营,优势在于快速整合供应商资源推进项目建设,职责划分及政府考核明确,便于协调不同部门;劣势是商业模式不够清晰,公司发展需定期给予支持。上海:由国有企业上海国际汽车城(集团)有限公司作为道路基础设施投资、建设、运营主体,开展商业化探索。广州:由广州无线电集团成立子公司作为全市智慧灯杆投资、建设、运营主体;同步探索政府出资、国企建设、科技赋能、新业务孵化、政府购买服务的新路径。长沙:成立湖南湘江智能科技创新中心,负责“双智”测试区、应用场景、智能道路等重点项目的建设和运营。

试点应用方面,一批试点城市结合自身地域与产业特点,以智能网联汽车为抓手,开展多种示范应用。如,长沙:推动智慧公交落地,完成公交车智能网联化升级2072台,在主动安全、准点率、驾驶员监管、交通信号优先等方面创新应用,行程时间平均缩短13.3%,高峰准点率达80%,巴士运营效率提高25%。北京:推动“车-城”信息交互,赋能无人配送车安全运行,部署无人配送车30 余台,实现区域性自动驾驶快递和生鲜配送。广州:开展重点车辆监管与服务,建成商用车管理平台,对泥头车危险驾驶与违章进行实时感知,并上报职能部门形成闭环管理;黄埔区通过车城网平台,实现公安、交管等部门信息互通,同时协同区级“有呼必应”平台,针对隧道积水、道路施工、洪涝灾害等事件形成精细化监管方案,助力提升城市的综合治理水平。武汉:规划6大类应用,涵盖应用场景15个,计划投放自动驾驶车辆41辆,涉及参与车城协同应用的公交车236辆、社会车辆10000辆,开展东风自动驾驶“领航”项目、江汉大学及周边区域无人物流应用、龙灵山景区自动驾驶体验区等项目实践,探索智慧公交、智慧物流、自助代客泊车等多元化场景应用。

标准化建设方面,各试点城市积极组织本地企业、高校、科研机构等力量参与车路协同发展标准研究与制定,结合自身地缘与产业特点,共编撰发布标准文件80余项。北京重点围绕示范区“车、路、云、网、图、安全”全维度构建标准体系框架,参编了《智慧城市 智慧多功能杆服务功能与运行管理规范》等多项标准。上海从应用场景出发,以提升与数字新基建融为一体的安全设施和服务能力为目的,牵头完成《自动驾驶出租汽车车辆运营要求》等多项标准。武汉以高精度地图与定位领域为切入点,形成了《室内空间基础要素通用地图符号》等相关行业标准。长沙在智慧交通与智能网联公交车方面深入实践,相继发布了《智能网联公交车车路云一体化系统技术规范》等地方标准。无锡根据不同的车城协同应用场景规划,明确道路网联化等级需求,推动编制《智能网联道路基础设施建设指南》等。

04 车城协同发展面临问题

车城协同发展受经济形势严峻、实施路径不清晰等客观因素影响,各城市在实际推进过程中仍面临不少问题与挑战。

一是缺少统筹规划。车城协同发展工作是一项综合性的工程,在实践中需要产业管理部门、城市管理部门等多部门协同。部分城市尚未形成明确的工作机制,车城协同发展在实际推进过程中存在责任归口不清晰、跨部门统筹调度难度大、建设内容重复等问题,这也进一步导致了政策法规和标准工作的不统一、不配套、不关联,部门间数据和设备也无法做到互通互用,难以满足多主体的多层次需求,“烟囱效应”较为普遍。

二是投资建设运维资金筹措难度大。一方面,由于智能化道路、新型网络设施等智能化基础设施具有建设规模大、投资周期长、价值转移慢等特征,社会资本总体上持观望态度者居多,据测算,车城协同发展在道路端的智能化升级改造投入约100 万元/公里,综合第一批试点城市来看,主要以政府投入为主,但设备后期升级运维也需要大量的资金投入,仅靠地方政府财政资金投入难以为继。而另一方面,车城协同发展涉及的主导技术、应用场景、运营模式、产业生态等还处于探索和培育阶段,整体公益性较强,市场收益不多,智慧物流、智慧公交等典型“双智”应用场景仍缺乏清晰的商业化运营闭环实施路径,可持续的“自造血”发展模式难以形成,导致资金缺乏成为制约车城协同发展的一个主要因素。

三是政策法规和技术标准体系尚不完善。从世界范围看,自动驾驶汽车已经给各国现行管理体系带来挑战,且政策技术标准未形成体系也会成为影响自动驾驶汽车商业化进程的关键因素。一方面,政策法规缺失和滞后,在部分城市,自动驾驶系统不具有驾驶机动车的合法地位,高等级自动驾驶汽车发展仍面临不能入市、不能上牌、不能收费、事故责任难认定等问题;同时企业在低速无人化功能车测试及应用方面需求强烈,但因低速无人化功能车未在工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》目录内,无法获得牌照、无法授予相关路权,限制了无人化功能车的产业发展。另一方面,技术标准不统一也是各城市面临的重要问题,在住建部、工信部的引导下,16个车城协同发展城市签订了标准化成果共建互认承诺书,但在各城市在实际建设过程中,重点以服务本地应用为目标,开展车城协同发展标准研究工作,形成的成果以地标、团标为主。由于缺乏城市间协作,加之各方对车城协同涵盖的“车、路、云、网、安全”等方面的标准建设缺乏统一认识,是使得各城市的标准化工作愈发离散,不利于在更大范围、更高层面实现系统互认与耦合协同。

05 车城协同发展工作推进建议

聚焦车城协同发展重点建设任务,围绕工作机制、资金保障、政策标准等方面,重点突破、精准发力,不断提升车城协同发展水平。

一是建立健全部门协同机制。汽车与城市、交通、通信、能源、环境的协同发展涉及多个部门,建议组建车城协同发展联席会议制度,发挥专业机构的协同作用,形成由政府主导、多方协同配合的体制机制;加强部门间政策措施的衔接,建议相关部门联合出台车城协同发展相关政策文件,特别要从关键技术、配套设施、信息安全、法规标准以及产业化、市场化的具体路径等诸多方面进行顶层设计,全面指导城市开展车城协同发展各项工作;地方政府在实际工作中,可以通过领导小组、工作专班等机制模式,设置相应工作小组负责道路建设、平台管理、产业发展、商业应用、技术创新等方面的统筹协调,破除难痛堵点问题。

二是强化资金保障。用好用活产业专项资金。发挥战略性新兴产业基金作用,加强车城协同领域关键技术研发、产品测试验证、数据与信息安全评测等支持;拓宽资金来源渠道。鼓励社会资本参与,探索发展产业投资基金、科技投资保险、金融租赁等投融资新模式。支持金融机构与企业对接,建立适应车城协同企业发展特点的信贷管理、信用评级和贷款评审制度,推进知识产权质押融资、产业链融资等金融产品创新;加大补贴扶持力度。科学适度规划地方车城协同发展专项补贴标准,增强政策资金引领导向作用。特别聚焦技术创新、引育企业、行业标准制定等领域,适当提高补贴标准。

三是系统谋划政策标准工作。建议地方加强与国家主管部门以及不同试点城市之间的交流,有序引导保障车城协同规模化、自主化发展,协同推进“双智”政策标准体系建设。在政策法规层面,合理规划车城协同发展政策先行区,探索商业化运营、无人化测试与应用、高速公路测试等支持政策,深化“放管服”赋予区域独立发放测试与应用许可的权限。在标准建设层面,着力推进面向应用场景的标准化工作,建立路侧感知与计算系统等智慧城市基础设施要求与测试方法;匹配平台数据服务于智能网联汽车需求,推动市级统一的数据集、交互规范等车城网平台标准文件制定;统一智能网联汽车相关企业数据交互标准及规范,推动传感器、计算平台、算法等不同协同要素间接口标准化。

四是由“单点打透”向“低成本、广覆盖”过渡。由于城市内道路车城协同应用普遍面临着路况复杂、交通拥堵、存量更新需打破原有利益格局等困难,建议地方优先选择交通、基础设施、智慧化服务需求等条件更为适宜的新城区进行车城协同应用“单点打透”,优先在重点区域部署智能基础设施,前期聚焦支撑辅助驾驶、道路测试等应用,由车城协同建设运维平台公司负责建设运营,并做好设施利旧、功能复用以及与新系统的对接。远期逐步拓展建设范围,通过“低成本、广覆盖”实现人、车、路之间的互联互通,促进民生改善。

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