车联网发展现状及未来趋势分析

“新四跨”指的是跨“芯片模组+终端+车企+安全+高精地图和高精定位”，引入高精地图和高精定位，并实现从演示到大规模并发测试的转变。展望2021年，车联网产业化趋势期待在几个方面有进一步突破：和L3/L4级自动驾驶深度融合；和5G蜂窝网络应用融合；商用化场景更加丰富。

“新四跨”内涵

2019年“四跨”指的是跨“芯片模组+终端+车企+CA平台”。2020年“新四跨”指的是跨“芯片模组+终端+车企+安全+高精地图和高精定位”。

2020年10月12—31日，由中国信息通信研究院、国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、上海淞泓智能汽车科技有限公司共同承办的2020 C-V2X“新四跨”暨大规模先导应用示范活动于在上海国际汽车城封闭测试场、上海汽车博览公园及周边开放测试道路开展。本次活动共有37家国内外整车企业、12家芯片模组企业、52家终端企业、21家CA平台和安全企业、4家地图服务提供商（以下简称图商）及5家定位服务提供商共同参与。对比2019年27家整车企业、11家芯片模组企业、28家终端产品和协议栈企业、2家CA平台企业、5家安全芯片及其他企业，参加“新四跨”企业数量大幅增加。

引入高精度地图和高精度定位是实现辅助驾驶和自动驾驶的必要条件，有可能让传统汽车在高精度地图覆盖的高速公路和城市道路实现脱手脱脚甚至脱脑的智能驾驶。

高精地图的绝对精度一般都会在亚米级，包含的数据内容大概有六类：道路级别、交通设施、车道级别、关联关系、交通管制、安全驾驶特征（坡度、曲率和航向）。L1/L2对高精度地图不是刚性需求。L3及以下用的地图信息主要包括道路基本属性和规制信息。L4和L5级更多关注全局环境的拓扑关系、详细的交通信息以及可通行空间环境模型等。在L3向L4/L5演进的过程中，规划是最关键的能力，而规划算法需要与高精度地图深度绑定。高精度地图的生产、实时更新、存储是高精度地图量产的三个关键问题。

高精度定位包括室外定位和室内定位。室外定位技术涉及传统的卫星定位、雷达定位、惯性测量单元（IMU）定位、蜂窝移动网络定位等。室内定位技术包括WLAN定位、Zigbee定位、蓝牙定位、超宽带（UWB）定位、红外定位、计算机视觉定位、超声波定位等。用于自动驾驶的高精度定位技术通过定位方法分为如下三种类型：基于信号的定位技术，例如全球导航卫星系统（GNSS）+RTK、UWB和5G；航位推算，一种基于IMU的技术，在了解车辆的位置后，计算车辆的当前位置和方向；环境特征匹配，或基于LiDAR和视觉传感器的定位，即与存储在数据库中的特征匹配，以了解车辆的位置和环境。

“新四跨”考虑地理信息合规性因素，采用车企、图商、车载终端组队的形式申请偏转插件，“新四跨”路侧和车端广播消息（BSM、MAP、RSI、RSM）中涉及的高精度地图和高精度定位均采用先进行位置坐标偏转，然后再进行数据传输加密的形式，并配合V2V、V2I场景加密方案的实施。在终端方面，要求车载终端采用高精定位，自行配置高精定位模块。

在位置信息偏转方面，车载终端厂商按照要求申请偏转插件，实现位置信息从WGS84坐标系（地球坐标系，包含GPS芯片或者北斗芯片获取的经纬度）到GCJ02坐标系（火星坐标系，由中国国家测绘局制定，要求在中国使用的地图产品使用的必须是加密后的坐标）的转换。路侧消息所涉及的位置信息采用从偏转后的高精度地图上取点的方式来实现位置信息的偏转。

在位置信息数据传输加密方面，路侧及车端消息（BSM、MAP、RSI、RSM）中偏转后的位置信息采用国产密码SM4算法和FPE保留格式加密模式，保障编码符合ASN.1要求。

车联网产业化发展现状

“新四跨”演示选取了聪明的车相关的前向碰撞预警、盲区预警、路段See Through/故障车辆提醒、紧急车辆避让、左转辅助；智慧的路相关的车内标牌（全路段禁停预警、前方行人提醒、前方学校提醒、向右急转弯预警、禁止鸣笛预警、前方加油站提醒）、红绿灯信息推送/绿波通行、弱势交通参与者提醒；安全机制验证场景相关的伪造红绿灯防御、伪造紧急车辆防御、异常行为检测。

除了演示外，本次“新四跨”特别进行了非常有意义的大规模性能和功能测试，让车联网产品和技术支持商用更加可信可靠。

在未来真实的交通环境中，支持智能网联的车辆将会和周边大量（几十辆甚至几百辆）同样支持智能网联的车辆，以及路侧基础设施之间进行通信。在前年“三跨”和去年“四跨”演示环境下，演示车辆周边的智能网联车辆数目很少，与未来真实环境相差甚远。“新四跨”特别增加了大规模并发测试环节，即验证相关产品在大规模车辆密集通信场景下，性能和功能均能保持正常。

“新四跨”C-V2X大规模测试系统，包括180台背景车OBU与一台RSU设备，共同构成大规模终端测试环境。测试系统开启安全证书机制，搭载硬件安全芯片，支持应用层拥塞控制，能够模拟真实道路环境下的大规模车辆密集通信场景。

测试车辆需要通过通信性能测试项目与功能测试项目，涉及车车间、车路间、直行道路、交叉路口等多种场景下的C-V2X通信性能和应用场景功能测试。

其中，通信性能测试是由测试系统发送BSM、RSM、RSI、SPAT、MAP五种消息，对被测车辆进行测试，并支持导出丢包率、时延等关键通信指标的测试结果；应用功能测试包括车车间前向碰撞预警、盲区预警、交叉路口碰撞预警、车路间红绿灯调度、弱势交通参与者预警等。

以“直线道路通信性能测试—被测单元间”为例，在一条300米长的直线道路沿路两侧铺设OBU来模拟背景车辆，每5米铺设一组。被测车辆有两辆，两车相向行驶，初始距离为200米，车速均为40km/h。以时间为自变量，绘制两车在接收消息时的丢包率、时延等参数随时间的变化图。

以“十字路口通信性能测试—被测单元间”为例，沿交叉路口不同方向道路，每5米铺设一组OBU来模拟车辆。两车位于十字路口相邻两个方向的道路上，两车车速为（20/40/60）km/h，初始位置距路口150m，分别沿道路向路口行驶，车A在路口停止，车B则直行通过路口。以两车相对距离为自变量，绘制被测车辆在接收消息时的丢包率、时延等参数与距离的关系如图1所示。

车联网产业化发展趋势

和L3/L4级自动驾驶深度融合

目前演示的车联网应用大多只是给人看的预警和告警信息，主要用于辅助驾驶，而不是给车使用的。当然已经有越来越多的车联网业务可以直接在车辆中控、仪表盘上做融合展示和呈现。

未来车联网将和车进行更深入的结合，主要体现在：车联网业务和车辆CAN总线信息融合；车联网业务作为辅助驾驶和自动驾驶的输入源之一，与车辆多传感器融合的输入源一起，供自动驾驶车辆决策和控制使用。

例如，车辆打紧急双闪的信息可以通过CAN总线推送给车载终端OBU，和其它车辆之间实现信息交互。红绿灯信号机信息通过RSU推送给车载终端OBU。目前这些信息仅供驾驶人员使用，未来可以作为自动驾驶重要的输入源之一，和车辆摄像头识别的红绿灯信息进行融合决策，供自动驾驶车辆控制使用。

对于单车智能自动驾驶来说，车联网可以从多方位赋能：红绿灯信息推送；超视距信息推送；鬼探头等典型场景应对；提供安全冗余；降低单车智能成本等。

和5G蜂窝网络应用融合

C-V2X标准演进路径比较清晰，LTE-V2X（R14、R15）可以支持安全出行类业务和局部交通效率类业务，NR-V2X（R16、R17）可以支持自动驾驶类业务。需要厘清的是LTE-V2X会向NR-V2X平滑演进，双方为互补关系而并非替代关系。同时，运营商5G蜂窝网络可以提供信息娱乐服务类业务和全局交通效率类业务。汽车标准委员会T/CSAE 53-2017应用列表如图2所示。

NR-V2X因为标准、频谱、芯片等原因，尚需较长的时间周期实现产业化落地。近2~3年车联网将以LTE-V2X+5G蜂窝网络业务为主。LTE-V2X可以提供的业务场景在《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》DAY-I和DAY-II中已经给出，如图3所示。而基于5G蜂窝网络的车联网业务仍需要进行探索。

传统的信息娱乐服务类业务主要包括：车载信息娱乐系统业务，OTA（Over-the-Air）业务，支付类、保险类、融资租赁等金融类业务，车队管理、新能源车管理等行业应用业务。5G蜂窝网络将丰富车联网信息娱乐类业务，例如车载高清视频实时监控、AR导航、车载VR视频通话、动态实时高精地图、车辆和驾驶实时监控等。

另外，基于5G蜂窝网络可以拥有全面、全量、实时的多源大数据，从而助力实现全局交通优化。5G网络可以为出行车辆提供准确、实时、高效的出行路径规划和行驶速度、行驶车道引导，并提供路况信息提醒等多元信息服务。

商用化场景更加丰富

网络的“覆盖率”和车的“渗透率”决定了车联网的商用速度，二者相辅相成。具体部署建议如下。

首先，在商用车型（如出租车、公交车、物流重卡、矿卡、港口及机场车辆等）和部分乘用车型部署C-V2X车载终端，实现V2V业务场景。商用车将会优先采用车联网技术，商用车主要关注解决四个层面的问题，即安全问题、效率问题、成本问题、舒适度问题。

其次，在特定商用场景先行先试，如特定出租车区域、城市公交车专用道和公交场站、高速公路路段和闸道、特定封闭园区和社区、矿山、港口、机场等部署C-V2X和5G蜂窝网络，实现V2I业务场景。

最后，在高速公路和城市交叉路口等场景部署C-V2X和5G蜂窝网络。随着网络的覆盖率达到一定程度，将带动车载终端安装渗透率提升。
       责任编辑:tzh