关志超:粤港澳湾区和深圳智能车路协同的发展

2020-04-19 10:47 评论 0 条

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我国已经进入到交通强国建设、快速城市化进程、经济社会转型变革、智能车路协同创新发展的新时期,智能交通也有了新特征,传统的交通管理与控制理论方法正面临着挑战,交通模式和生态环境正在形成。

《智能汽车创新发展战略》推出,意味着车联网产业将在中国获得高速发展重大机遇;“新基建”明确了5G、大数据、人工智能等七大领域……各项利好的政策不断。

 粤港澳湾区智能车路协同体系

2019年2月,中国政府正式颁布《粤港澳湾区建设发展总体规划》,2019年8月,《关于支持深圳建设中国特色社会主义先行示范区的意见》公开,粤港澳湾区进入新模式和新的交通时代。

粤港澳湾区是由深圳、广州、佛山、东莞、惠州、珠海、中山、江门、肇庆9城市和香港、澳门2个特别行政区形成的城市群,区域交通面向城际间城市群展开,城市交通面向“9+2”各个城市内部进行。

世界四大湾区中,粤港澳湾区在面积、城市数量、人口、GDP、GDP增速、人均GDP、世界500强企业总部,集装箱吞吐量等方面的指标对比如下图所示,综合来看,可以说粤港澳湾区排在了世界四大湾区之首。

支撑粤港澳湾区的中心城市是深圳市,成立于1980年,经过40年的建设发展,2020年的今天,深圳市正式成为社会主义先行示范区和支撑粤港澳湾区建设双区发展的中心城市。

深圳位于中国的南部,面积约2500平方公里,人口约2400万,平均年龄在32岁左右,世界500强企业有7家,上市公司382家,GDP产值到2019年达到2.4万亿人民币,增速为7.5%。

另外,深圳城市交通在道路网络、电动出租车、地铁线路、常规公交线路、道路网密度、海上港口运输、客运货运总量(公路、航空、铁路、对外)、深港口岸通关量等各方面,一直保持着高速发展。

粤港澳湾区打造交通大数据云计算支撑的智能车路协同体系:行为管理与诱导、智能车载终端、智能路侧设施、5G通信网络、智能车路协同平台“五位一体”架构模式。

智能车路协同(Intelligent Vehicle-Infrastructure Cooperation IVIC):

采用先进的无线通信和新一代互联网等技术,全方位实施车与车、车与路、车与人、车与中心等实时信息交互,并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上,开展车辆主动安全控制和道路协同管理,充分实现人、车、路、环境“四要素”有效协同,保证交通安全,提高通行效率,减少城市污染,从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

我国智能交通新特征

智能交通的概念从单项交通的智能化逐步扩充到了综合交通系统的信息化、网络化和智能化,成为综合交通系统现代化发展的核心技术,推动了各种交通方式的协同和创新发展,提升了交通治理现代化的能力。总结近几年国内外智能交通的发展,有以下几个特点:

(一) 自动驾驶技术正在掀起一场交通运输的革命

车辆电动化、智能化、共享化发展已成为重要趋势。新一代自主智能交通系统正在呈现,自动驾驶将成为新一代自主智能交通系统最显著的代际特征。

如今,汽车+的跨界融合创新风起云涌,汽车+物联网、云计算、大数据、人工智能、5G在产品技术层面深度融合。人-车-物互联、共享移动出行、自动驾驶、大数据分析、软件提升用户体验等,已成为汽车产业研发创新的新兴领域。

目前,全球自主交通系统技术仍处于起步阶段。作为核心的自动驾驶技术,既是颠覆性技术创新,也是前沿引领性技术创新。

“新一代汽车+智能交通+智慧能源+智慧城市”在系统层面呈现融合发展趋势,其实际应用将颠覆性改变目前基于传统的人、车、路、环境的道路出行方式和运输组织模式,而且也将引领交通基础设施的智能化改造和运行维护管理方式的重大变革。

(二)车路协同技术引发交通历史性变革

车路协同技术通过建立车车、车路、人车路互联的新型交通系统,实现交通系统协同决策和智能化管控,满足人们出行智能化、交通组织全局化、交通信息服务泛在化的需求。5G技术的快速发展,为新一代车路协同发展提供了强有力的技术支撑,移动互联和车路协同正在推动交通系统历史性的变革。

新一代车路协同技术框架包括五个方面,一是多基(车基、路基、空基等)协同感知与多源异构数据融合;二是5G技术与异构多模式通信技术;三是交通大数据驱动的人工智能决策;

(三)智能铁路推动轨道交通安全、效率及服务水平大幅提升

我国已建成了世界规模最大的智能铁路运输系统(RITS)。面对生态环保严格要求、极端天气频发以及人民群众对出行和服务质量的需求,适应更安全、更绿色、更智能、更高效、更便捷的要求,智能铁路成为新的发展方向。、

我国智能铁路可以划分为五个层次,分别为智能感知层、智能传输层、数据资源层、智能应用层和智能决策层。

我国智能铁路建设目标为数字化、信息化、互动化、可视化、智能化的新一代铁路运输系统,实现海量数据可挖掘、设备状态可诊断、行车安全可预警、运营变化可感知、发展趋势可推断、辅助决策可支撑,推动铁路安全、效率、效益及服务水平大幅提升。

(四)民航智能化发展迅速,信息化和智能化推动民航管理和服务水平不断提升

民航智能化的发展历史悠久,我国近年在新一代空中管理系统、智能化空港建设等方面发展成效明显,在安全、导航、监控、机场、安保、地空通信等领域中取得一系列代表性的创新成果。

民航智能化的创新成果包括:安全大数据分析、跑道端阻拦系统、PBN(基于性能导航)飞行程序与北斗民航的应用、全球航班追踪系统、行李自动分检系统、增强机场场面监控、毫米波人体成像安全检查设备、低空无线宽带系统等。

此外,中国民航建成了“大数据+飞行安全”的智能分析平台,已经实现了对97%的运输飞机机型、3400余架飞机的监控,形成了民航空天地一体化新技术应用体系,有力促进了综合交通运输体系的互联互通。

(五)智能航运方兴未艾,技术创新助力黄金水道建设

2019年5月,为了加快智能航运发展,交通运输部等七部门联合发布了《智能航运发展的指导意见》,提出2025年建成全球智能航运发展创新中心。

智慧航运聚集航运物流链中的“人-船-货”、“箱-船-港”等要素,解决“科技-数据-业务”的深度融合。实现航运各方的信息共享和数据挖掘,提供协同创新和增值服务,重塑航运业态。

智能船舶、岸基监测、水上应急救援等技术领域不断创新,大量研究成果的应用,为我国长江航运系统积极推进黄金水道建设提供了有力支撑。包括长江、内河、大坝等在内的水上智能化运输系统建设发展,对促进整个沿长江地区发展意义重大。

智能车路协同管控技术创新发展

人工智能和大数据应用不断深入,推动道路交通管理科学化、精细化发展

基于大数据分析的视频资源和海量终端数据融合,为交通带来全时空信息感知。我国已经建立了全国交通数据备份中心,汇聚了170亿机动车和驾驶人等基础数据,3000亿各类动静态数据,以及实时互联网路况数据,大数据平台可以实现超高并发,秒级响应。

人工智能在城市交通大脑构建、智能化指挥调度等方面应用正在不断深化,推动了我国智慧城市建设升级发展。在交通指挥联网联控方面,建成了集数据汇聚、研判服务、情报指挥、勤务监督、设备监测为一体的公安交通集成指挥平台,通过车辆图片特征智能识别、人脸识别技术,实现不系安全带、遮挡号牌、毒驾人证比对等智能识别。

在预警研判机制方面,通过大数据云平台的海量数据和超强计算能力,对数据进行关联分析、机器学习等操作,实现路面管控,保障公众出行。基于大数据、人工智能分析,城市交通管理的精细化不断加强,提升了智慧城市交通控制功能。

总之,新一代信息技术有效地集成应用于轨道交通、道路交通、水运交通和空中交通系统,具有非常广阔的市场。交通安全与秩序管理已从以交通管控为重点的阶段向以载运工具-基础设施间的智能协同与交互为特征的自主式交通系统发展。交通参与者、运载工具、基础设施一体化的智能协同成为智能交通系统发展的大趋势。

最近,交通运输部印发了《数字交通发展规划纲要》,提出要促进先进信息技术与交通运输深度融合,支撑交通强国建设。数字交通建设发展,主要内容是构建数字化的采集体系、网络化的传输体系和智能化的应用体系。在此大背景下,发展智能交通需要重点关注以下关键技术领域及其产业化:

一、交通系统跨域协同智能感知与数据融合

二、载运工具智能化与自主控制

三、交通载运工具与交通基础设施的协同与互操作

四、交通综合安全态势评估与主动安全防护

五、运输服务模式创新与智能化出行服务

六、新型智能化基础设施建设与智能运维

区域交通与城市交通模型体系结构

粤港澳湾区的区域宏观、市域宏观、中观、微观的一体化模型体系如下图所示,在这个模型体系上,构建粤港澳湾区的综合交通路网模型、高速公路模型、交通需求模型和交通客运货运模型、早高峰晚高峰的道路网络客运等模型。

深圳市基于2500万部手机数据和浮动车数据等城市交通大数据,构建了城市2500万人口全天候出行分布和城市道路交通拥堵区域分布的动态模型,动态监测道路交通网络拥堵、建立仿真与协同管控节点:

采集实时监测交通大数据,通过城市交通动态建模与标定,为交通中观、微观规划与管理提供决策支持及可视化在线推演评估。

另外,还基于手机数据的出行产生与吸引分布模型进行以下操作:

1. 实现更加复杂的交通流分配模型,例如容量限制法、用户平衡法、随机用户平衡法、以及系统优化分配。

2. 交通网络客流时空分布的四维表现。

3. 地铁换乘枢纽网络连接可靠性分析。

4. 地铁换乘枢纽网络连接可达性分析。

智能车路协同可视化推演平台

中国进入交通强国建设、快速城市化进程、经济社会转型变革、智能车路协同创新发展的新时期,新交通模式生态环境正在形成,传统的交通管理与控制理论方法面临着挑战。在粤港澳湾区中心支撑与深圳率先建设中国特色的社会主义先行示范区的“双区驱动”形势下,城市交通与区域交通已经形成智能网联与非网联、无人驾驶与有人驾驶混合出行常态化新交通模式,这种模式的智能车路协同可视化推演平台建设需求应运而生。

2019年10月21日第26届ITS大会开幕式上,ERTICO代表给出了多模式无缝集成的新ITS架构设计,自下而上的分别是:交通基础设施层、数据层、应用层、服务层、网络层,分别将“可靠、安全、便捷和可达的交通”以及“集成、智能、多模式的交通出行”结合起来。

基于欧盟提出的新一代智能交通体系结构,全世界都在开展相关智能交通的体系建设的研究和创新发展,深圳市也不例外。

深圳市在2011年已经形成了城市交通大数据中心、综合交通运行指挥中心的基础上,实现了城市交通、点、线、面、在线的智能车库协同控制,向深南大道西至宝安路,东至罗芳立交的32个交叉口在线仿真评价环境,包括中心区45个交叉口的在线仿真、智能车路协同优化,包括深圳轨道线网、实时动态、交通、大数据、客流分布关系、大数据的场站、早高峰、晚高峰的克隆分布关系和场站之间客流运行、分布关系,以及一天24小时轨道线网各场站的客流运行状态,全天候的轨道线网、交通拥堵、客流状态。

在智能车路协同可视化平台上,新交通模式的城市综合交通运行指挥中心的设计与实践需求应运而生,交通运输部2017年底到2020年3月24号,连续发布了建设国家级、省厅级、城市级、地县级、农村级5位一体的综合交通运行指挥中心。

另外,在区域交通体系和城市交通体系方面。深圳市依托华为云构建了面向城市交通全方位的解决模式,和支撑整个城市综合交通运行指挥中心的平台构建。

未来十四五期间,深圳市将投资10亿多人民币,重新提升建设综合交通运行指挥中心,相信这一建设和发展将有效的实现国家级与国家级、省厅级、城市级、地县级和农村及5位一体的中国交通运行指挥中心的有效的联动与协同发展。

智能车路协同管控设计与实践

2017年中国交通运输部批准“智能车路协同关键技术及装备行业研发中心”组建,牵头单位深圳市金溢科技股份有限公司,该公司多年来一直参与深圳市、广东省(31省市自治区)、交通运输部等政府大型项目研发与建设。

2018年5月,深圳市委书记王伟忠一行访问MIT,签署战略合作协议。期间,特别考察了麻省理工智能交通实验室、麻省理工智能交通实验室、是基于莫系团队率先提出的面向智能车路、协同交通、大数据,智慧出行即服务智能网联汽车,以及协同管控一体化的服务环境。

MIT ITS Lab Moshe教授团队提出的出行及服务MaaS的高端离散选择模型理论方法,该理论方法应用于美国加州城市群人口的出行管理,美国加州大学伯克利分校丹尼尔教授团队由此应用获诺贝尔经济学奖。

2020年3月,深圳发改、交通、交警、经信四部门联合出台智能网联汽车应用示范的指导意见,计划无人驾驶车辆路测1000公里无违章可载人试验,未发生交通违法行为或有责任交通事故,可在相应区域开展载人应用示范。深圳市交通运输局为加快推进智能网联汽车技术产业发展与应用示范,会同有关部门起草了《深圳市关于推进智能网联汽车应用示范的指导意见》。其中明确,鼓励半封闭独立功能区进行智能网联汽车应用示范:大学校园、港口、物流园、工业园、公共绿化公园、景区等。场景具有明显围蔽特征的场地,开展载人、城市环卫作业和载货及其它特种作业等。

以海南科技为代表的深圳福田保税区,实现了智能网联汽车与智能网联设施,在线交互的提升;以华为和公安部、交通科研所实现了智能网联、汽车、单车测试。

在新一代智能交通体系下,深圳市在智能网联、汽车、智能网联设施、以及智能车路协同管控上,讲投入大的、规模大的资金建设,实现深圳市的双驱驱动战略,深圳市正在智能车路协同领域,快速推进相关建设。 

2019年深圳市重点建设了全世界最大规模的深圳市新国际会展中心智能车路协同建设项目,在智能车路协同方面,投入了17.2亿,引入了交通指挥机器人、智能车路协同管控、公交优先、自动驾驶汽车与交通信号机的交互等实施建设,有效的推动了粤港澳湾区的智能交通建设与发展。

在新交通模式中,研究行人与自动驾驶车辆的两者行为管控智能车路协同博弈决策技术,实现在城市交叉口、城市路段、城市中心区域三类环境的博弈决策关联性研究,在此基础上进一步对夜间行人与自动驾驶车辆行为特征的博弈决策影响因素进行分析研究。

智能车路协同17类标准模式、28个测试场景的性能指标如下所示:

以下是关志超教授在问答环节的整理内容:

问题一:请介绍深圳智能车路协同建设的进展。

答:2020年3月份,由深圳市交通运输局牵头,交通运输局、交警局、发改委、工信委等部门联合发布了智能汽车建设的试点指导意见,实现深圳市内1000公里自动驾驶、智能车路协同的建设。

未来,深圳市将在各个行政区,比如公园、大学城、保税区等相关封闭的环境,在6大领域上进行深圳市的智能车路协同体系的建设。

问题二:请介绍粤港澳智能车路协同的发展水平和国外相比,目前处于何种水平。

答:智能车路协同最早由美国提出,目前美国的自动驾驶水平已经进入到4.0阶段,我们国家在自动驾驶、智能车路协同、智能网联设施一体化的建设上,也在追赶,甚至在弯道超越。

在相关技术应用上,深圳市的福田保税区,2.2公里的开放路段,6辆公交,智能驾驶公交正在有序的、全天候的进行测试。这是目前全世界唯一可以实现长时间连续不断的公共交通系统与交通控制信号机、电子警察,实现交互的最先进的技术和模式。

目前来看,全世界各地还都停留在雷达识别、交通信号灯的红黄绿的技术上,所以在这些层面上,深圳已经走在了世界前列。

特别是2019年新国际会展中心智能车路协同的建设,在1.72亿的项目建设上,真正实现了自动驾驶汽车和沿线自动驾驶汽车通过的交叉口信号灯,公交优先,这一技术目前不仅在全国,在全世界也是遥遥领先的。

今年1月份,这个系统已经正式建成,并投入使用,该系统在整个车路协同的路段和公交线路上,最多能支撑52辆公交巴士形成智能网联。

问题三:请介绍目前智能车路协同应用上存在着哪些硬件和软件不足,以及需要改善的地方。

答:目前,在世界范围内的智能车路协同领域中,包括自动驾驶汽车,实现的是车内驾驶仿真和管控,在硬件上依然停留在以特斯拉为例的基于雷达单向感知的模式,这一方面的问题会在阴天、雨天等恶劣天气下造成识别的误差,导致相关的交通安全问题出现。

而在自动驾驶汽车方面,当前主要缺乏自动驾驶汽车、智能网联设施、城市道路的交通信号机和电子警察,也就是缺少公安部、交通部等系统平台之间的有机交互。

因此,2020年2月24日,国家发改委等十一部委联合发布了智能驾驶汽车建设创新发展战略,这将有效的实现自动驾驶汽车与道路交通设施、交通管理控制设施等硬件上的信息交互、互联互通。

问题四:请介绍深圳1000公里车路协同建设计划在几年完成。

答:十四五期间,将是深圳市智能车路协同建设的重要发展契机。

在这期间,深圳市指挥中心将有10亿以上的新一代中国交通运行指挥中心的城市和区域交通大脑的总体提升改造建设。刚才提到了基于华为云的整体交通管理与控制的框架结构,目前这一项目正由华为、深圳交通规划设计研究中心牵头,在积极推进。

计划建设时间在2020年到2023年,三年时间建设完成。

问题五:现在的车路协同建设是否会有搭台唱戏的感觉?具体到实际发展中,会不会落地困难?就像是智慧高速建设一段,对整个高速路网而言是不是意义不大?不管是城市或高速的车路协同建设,对用户来说,并没有切身感受到便利的体验。

答:这个问题很深入,其实我们可以看到,智能高速建设取得了非常可喜的成就。

截至2020年1月1号,全国高速路网92%以上实现了ETC覆盖,各地已经顺利建设完成,实现了对整个高速公路的在线检测和扫描。这种运行状态的智能化建设,一两公里左右一个龙门架,为今后下一步实现智能网联设施的建设打下了坚实基础,并在高速路网上实现北斗、卫星通讯、手机5G集群通讯、短程通讯,甚至城际公交、WiFi、车站通讯的有效覆盖。

全国高速路网的智能化建设,这一建设手段和实际效果将会大幅度改变中国区域交通的整体建设水平和城市交通的总体建设水平。

不久前,深圳市结合城市停车、城市、道路、以及城市智能车路协同试点示范建设,开展了相关的工作,并取得了可喜成绩。最有代表性的深圳市中心区45个交叉口,覆盖的范围内,政府在智慧深圳、智能车路协同、智能网联设施、智慧出行即服务等整体化建设上,投了3.5个亿,目前已经在建设中。

我就住在平安大厦底下,因此,我在这个区域当中享受着智慧车路协同建设的红利,已经感受到出行的便利和智慧出行的人性化。

比如说我们的道路建设等等,都采用了老龄化、服务便捷性和信息随时推送等相关模式,让全体市民的参与感有了很大的提升。

结合这些方面的建设,深圳市在未来十四五期间,将取得飞速的发展。

由于时间关系,此次分享到此结束,谢谢大家。

*本文是根据赛文交通网推出的车联网(车路协同)专场直播,深圳市综合交通运行指挥中心总工程师、广东省智能车路协同管理与控制工程中心主任、深圳市交通控制与仿真工程中心主任、交通运输部智能车路协同行业研发中心副主任关志超教授的演讲内容,经冰山一角编辑整理发布,有删减

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本篇文章来源于微信公众号: 赛文交通网

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