泛V2X的理念、框架、應(yīng)用及實(shí)踐研究

劉思楊，張?jiān)骑w*

（1.騰訊云計(jì)算（北京）有限責(zé)任公司，北京 100000；2.騰訊科技（深圳）有限公司，廣東 深圳 510000）

0 引言

2G/3G 時(shí)代，車聯(lián)網(wǎng)主要是指遠(yuǎn)程信息服務(wù)Telematics，包括定位導(dǎo)航、天氣、聯(lián)網(wǎng)資訊等基本的信息服務(wù)以及車況診斷與預(yù)警、應(yīng)急救援、安防等車主服務(wù)，代表性產(chǎn)品有通用的安吉星、豐田的G-BOOK、福特的SYNC 等。4G時(shí)代，隨著智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，內(nèi)容服務(wù)爆炸式增長，基于T-BOX 的車載信息娛樂服務(wù)與車主服務(wù)更加的豐富多樣，車與智能手機(jī)的互動(dòng)應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)廠商開始進(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，或自主或與車廠合作推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上車。不過無論是2G/3G 或是4G，車聯(lián)網(wǎng)主要聚焦的都是更多地連接車與內(nèi)容和服務(wù)，在規(guī)模商用的過程中，并不重點(diǎn)關(guān)注車車、車路之間的數(shù)字化連接。

5G 時(shí)代，一方面隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展以及中控屏、HUD 等車載智能設(shè)備的普及，更智能更個(gè)性的連接車與內(nèi)容和服務(wù)獲得了廣泛認(rèn)同，智能座艙開始逐漸推廣；另一方面隨著車的電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化以及路的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，車車、車路具備了廣泛連接的基礎(chǔ)。車聯(lián)網(wǎng)有了更豐富的涵義，車路協(xié)同V2X（Vehicle to Everything）成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，包括車與車（V2V）、車與路（V2I）、車與人（V2P）、車與網(wǎng)（V2N）、車與云（V2C）等[1-10]。

我國已將車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略高度，工信部在“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中明確提出積極穩(wěn)妥發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)，加快車聯(lián)網(wǎng)部署應(yīng)用，其他相關(guān)部委也先后出臺(tái)了多個(gè)相關(guān)的政策文件。目前，我國已經(jīng)批準(zhǔn)了江蘇（無錫）、天津（西青）、湖南（長沙）、重慶（兩江新區(qū)）四個(gè)國家車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)以及北京、上海、廣州、深圳、武漢、長沙、重慶、成都、無錫等16 個(gè)智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展（雙智）試點(diǎn)城市。

1 C-V2X直連通信發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

C-V2X 是基于3GPP 全球統(tǒng)一的4G/5G 蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)形成的車用無線通信技術(shù)，包含 LTE-V2X和NR-V2X，其中LTE-V2X 基于4G 技術(shù)，NR-V2X 基于5G 技術(shù)。C-V2X 提供兩種通信接口：蜂窩通信Uu接口和直連通信PC5 接口。Uu 接口需要依托運(yùn)營商的4G/5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)；PC5 接口使用專用頻率，路側(cè)通信單元（RSU,Road Side Unit）和車載通信單元（OBU,On Board Unit）之間、OBU 和OBU 之間可基于此專用頻率直接通信，無需通過運(yùn)營商的基站和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

目前商用和產(chǎn)業(yè)推廣的主要是LTE-V2X 直連通信。2018 年，我國為LTE-V2X 直連通信分配了20 MHz 專用頻率資源5 905—5 925 MHz，各地的車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營公司基于此頻段構(gòu)建了包含RSU、OBU 的LTE-V2X 專用直連通信網(wǎng)絡(luò)，并配套建設(shè)了路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)計(jì)算單元、V2X 平臺(tái)等。

基于C-V2X 直連專網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)各類V2V、V2I 應(yīng)用。目前，產(chǎn)業(yè)界將V2V、V2I 應(yīng)用分為DAY I、DAY II兩大類，DAY I 主要是針對(duì)輔助駕駛的安全類預(yù)警或效率類提醒應(yīng)用，包括碰撞預(yù)警、道路危險(xiǎn)狀態(tài)提示、闖紅燈預(yù)警、綠波車速、擁堵提醒等，典型應(yīng)用場(chǎng)景有17 個(gè)，應(yīng)用層傳輸消息有5 個(gè)，具體參見CSAE 53-2020 《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng) 應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)（第一階段）》[11]；DAY II 主要是針對(duì)ADAS、高等級(jí)自動(dòng)駕駛的共享、協(xié)作、引導(dǎo)類應(yīng)用，包括感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式通行、動(dòng)態(tài)車道管理等，典型應(yīng)用場(chǎng)景有12 個(gè)，在DAY I 基礎(chǔ)上新增9 個(gè)、優(yōu)化2 個(gè)原有的應(yīng)用層傳輸消息，具體參見CSAE 157-2020 《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)（第二階段）》[12]。DAY I 應(yīng)用和傳輸消息經(jīng)過多年三跨、四跨、新四跨的驗(yàn)證已經(jīng)基本成熟，在推進(jìn)商用中；DAY II 應(yīng)用和傳輸消息在2020 年完成了第一版標(biāo)準(zhǔn)，由于其涉及協(xié)作、引導(dǎo)等更加復(fù)雜的場(chǎng)景，技術(shù)還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，產(chǎn)業(yè)界也在通過其他標(biāo)準(zhǔn)不斷完善相關(guān)的傳輸消息及數(shù)據(jù)協(xié)議。

我國C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)取得了顯著進(jìn)展，已經(jīng)有超過20 個(gè)城市和多條高速公路完成了4 000 余臺(tái)RSU 部署，實(shí)現(xiàn)3 500 km 的道路智能化升級(jí)改造[13]，20 余款量產(chǎn)車型搭載了C-V2X 技術(shù)，包括很多全系標(biāo)配的車型：如高合HiPhi X、蔚來ET7 等，但仍然面臨著路側(cè)覆蓋率不高、車端滲透率不足、大眾體驗(yàn)感不強(qiáng)的“兩率一感”行業(yè)挑戰(zhàn)，車-路應(yīng)用沒有進(jìn)入良性循環(huán)，從示范應(yīng)用到規(guī)模推廣之間面臨鴻溝。

2 融合5G及C-V2X直連通信的泛V2X

2.1 泛V2X理念

我國擁有全球最完善的4G/5G 網(wǎng)絡(luò)以及最強(qiáng)大的5G 生態(tài)，4G 基站超過500 萬，5G 基站超過180 萬，手機(jī)用戶數(shù)超過16 億，4G/5G T-Box 在國內(nèi)新車的前裝滲透率已經(jīng)超過50%，預(yù)計(jì)2025 將超過90%，手機(jī)、車機(jī)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛普及。如果能充分利用完善的4G/5G 基礎(chǔ)設(shè)施和強(qiáng)大的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)來推廣V2X，將部分安全性需求沒那么高的V2X 應(yīng)用轉(zhuǎn)化為伴隨式信息服務(wù)，將迅速提升大眾體驗(yàn)感，助力V2X實(shí)現(xiàn)規(guī)模拓展。

為此，騰訊提出了“泛V2X”的理念，期望從應(yīng)用出發(fā)，通過4G/5G 公網(wǎng)和C-V2X 直連專網(wǎng)的充分協(xié)同，實(shí)現(xiàn)車路云網(wǎng)人泛在連接。泛V2X 理念包括以下五個(gè)內(nèi)涵：

（1）強(qiáng)云——以云端平臺(tái)為核心強(qiáng)化云端決策能力，支持輕量化終端獲取服務(wù)；

（2）泛網(wǎng)——支持C-V2X 直連專網(wǎng)、4G/5G 公網(wǎng)、4G/5G 專網(wǎng)，乃至ETC-X；

（3）富端——廣泛支持各等級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)車輛、各類信息終端（如：智能手機(jī)），支持專用V2X APP、通用APP（如：地圖導(dǎo)航APP）、小程序、車載特色觸達(dá)等；

（4）開放——充分利用API/SDK 等軟能力增加靈活性與可集成度，提升特色差異化應(yīng)用服務(wù)能力，提高可運(yùn)營性；

（5）解耦——云邊端應(yīng)用層充分協(xié)同，實(shí)現(xiàn)快速迭代，與網(wǎng)絡(luò)松耦合，增強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的普適性。

2.2 泛V2X技術(shù)框架

從“泛V2X”理念出發(fā)，騰訊強(qiáng)化了云端能力，打造了“5G 泛V2X 開放平臺(tái)”，基于中心云、邊緣云、路側(cè)感知以及移動(dòng)智能終端的云邊端協(xié)同，使得各種類型的4G/5G 移動(dòng)智能終端可通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用從平臺(tái)獲取V2X 伴隨信息服務(wù)；平臺(tái)兼容C-V2X 直連專網(wǎng)，提供RSU、OBU 以及其他設(shè)備的運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)匯聚分析等服務(wù)，如圖1 所示。

圖1 泛V2X技術(shù)框架

為了向豐富多樣的4G/5G 終端提供泛V2X 服務(wù)，騰訊研發(fā)了云端決策V2X 和V2X 消息定向分發(fā)兩大關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 泛V2X關(guān)鍵技術(shù)1：云端決策V2X

在C-V2X 直連專網(wǎng)中，無論是V2I 應(yīng)用還是V2V應(yīng)用，OBU 接收RSU 或其他OBU 廣播的路側(cè)感知信息、事件信息或其他車輛的狀態(tài)信息，然后基于這些信息與本車信息進(jìn)行計(jì)算，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)并提醒駕駛員，具體算法是在車端執(zhí)行的，是一種車端決策，要求車端具備一定的計(jì)算能力。

4G/5G 終端具備豐富的形態(tài)，如：智能手機(jī)、智能車機(jī)、以及智能后視鏡等后裝車載終端；應(yīng)用類型也豐富多樣，如：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)APP、小程序等。其中，手機(jī)車機(jī)的小程序應(yīng)用比較輕量，一般不在端側(cè)分配大量的計(jì)算。另外，與直連通信接口的廣播不同，4G/5G 終端與平臺(tái)之間是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，如果在平臺(tái)和海量終端間以典型的10 Hz 頻率傳輸大量的目標(biāo)級(jí)數(shù)據(jù)，會(huì)造成較多的帶寬消耗?；诖?，騰訊提出了云端決策V2X 技術(shù)，即將V2X 算法放在平臺(tái)端而非車端來執(zhí)行，云端計(jì)算完成后將計(jì)算的結(jié)果發(fā)給端側(cè)，端側(cè)根據(jù)計(jì)算結(jié)果向駕駛員進(jìn)行安全預(yù)警或信息提醒等。

以基于路側(cè)輔助的交叉路口碰撞風(fēng)險(xiǎn)提醒場(chǎng)景為例，闡述C-V2X 直連專網(wǎng)的車端決策V2X 流程和基于4G/5G 的云端決策V2X 流程的區(qū)別。

（1）C-V2X 直連專網(wǎng)的車端決策V2X 流程如下：

1）交叉路口的RSU 周期性廣播路側(cè)的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)；

2）行駛到交叉路口的主車HV 的OBU 解析接收到的RSU 消息，篩選出位于交叉路口區(qū)域的其他車輛（稱為遠(yuǎn)車RV）；

3）主車OBU 進(jìn)一步篩選處于一定距離范圍內(nèi)的RV作為潛在威脅車輛；

4）主車OBU 計(jì)算每一個(gè)潛在威脅車輛到達(dá)路口的時(shí)間（TTI,Ttime-to-Intersection）和到達(dá)路口的距離（DTI,Distance-to-Intersection），篩選出與HV 存在碰撞危險(xiǎn)的威脅車輛；

5）若有多個(gè)威脅車輛，則OBU 篩選出最緊急的威脅車輛；

6）OBU 通過HMI 對(duì)HV 駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的碰撞預(yù)警。

（2）基于4G/5G 的云端決策V2X 流程如下：

1）云端的泛V2X 平臺(tái)周期性的接收路側(cè)的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)；

2）HV 周期性上報(bào)位置信息給云端的泛V2X 平臺(tái)；

3）泛V2X 平臺(tái)根據(jù)路側(cè)的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)篩選出位于HV 周邊的交叉路口區(qū)域的RV；

4）泛V2X 平臺(tái)進(jìn)一步篩選處于一定距離范圍內(nèi)的RV 作為潛在威脅車輛；

5）泛V2X 平臺(tái)計(jì)算每一個(gè)潛在威脅車輛到達(dá)路口的時(shí)間TTI 和到達(dá)路口的距離DTI，篩選出與HV 存在碰撞危險(xiǎn)的威脅車輛；

6）若有多個(gè)威脅車輛，則泛V2X 平臺(tái)篩選出最緊急的威脅車輛；

7）泛V2X 平臺(tái)下發(fā)提醒信息對(duì)HV 駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。

可以看出，在云端決策V2X 中，平臺(tái)承擔(dān)了預(yù)警算法的執(zhí)行，更多場(chǎng)景的云端決策V2X 流程可參見文獻(xiàn)[14]。目前騰訊云端場(chǎng)景計(jì)算根據(jù)不同的場(chǎng)景已實(shí)現(xiàn)了安全預(yù)警引擎、綠波車速引擎、特殊通行引擎等標(biāo)準(zhǔn)化V2X 服務(wù)引擎以及視頻直播引擎、信息運(yùn)營引擎等特色差異化V2X 服務(wù)引擎。

云端決策V2X 技術(shù)引入了新的業(yè)務(wù)交互流程，并對(duì)平臺(tái)和端側(cè)的數(shù)據(jù)交互提出了新的需求，現(xiàn)有CSAE 53-2020 定義的DAY I 傳輸消息無法滿足相關(guān)的需求，比如：原有的DAY I 消息傳輸?shù)氖菣C(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人的目標(biāo)類消息或其他事件的原始信息，而云端決策V2X 需要傳輸?shù)氖侵苯拥臎Q策結(jié)果；原有的DAY I 消息主要考慮基于直連廣播通信實(shí)現(xiàn)，沒有定義業(yè)務(wù)交互流程，而基于4G/5G 的V2X 服務(wù)是平臺(tái)與終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，涉及到業(yè)務(wù)交互流程，包括數(shù)據(jù)的上報(bào)，以及針對(duì)數(shù)據(jù)上報(bào)的消息下發(fā)；此外，還涉及到若干字段的必選可選、數(shù)據(jù)傳輸格式的差異等，具體參見文獻(xiàn)[14]?；谏鲜霾町?，騰訊在中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）牽頭了《基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的車路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)要求》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定新的傳輸消息和業(yè)務(wù)流程，具體參見文獻(xiàn)[15]。

2.4 泛V2X關(guān)鍵技術(shù)2：V2X消息定向分發(fā)

與C-V2X OBU 具備GNSS RTK 等亞米級(jí)高精度定位能力所不同，目前的4G/5G 手機(jī)通常并不具備高精度衛(wèi)星定位能力。從2.3 節(jié)的流程中可以看出泛V2X 平臺(tái)需要篩選位于HV 周邊的RV，執(zhí)行相關(guān)的預(yù)警算法，并將預(yù)警信息定向分發(fā)給HV。如果終端的定位能力不夠且無其他手段進(jìn)行補(bǔ)償和識(shí)別的話，會(huì)造成預(yù)警算法較大的誤差并且無法精確定向分發(fā)到HV。為實(shí)現(xiàn)對(duì)低成本低定位精度移動(dòng)智能終端的V2X 消息定向分發(fā)，騰訊研發(fā)了主車定向識(shí)別算法以及云端車道級(jí)定位匹配引擎，其在結(jié)合端側(cè)APP 上報(bào)數(shù)據(jù)和路端設(shè)備感知數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于多種AI 算法對(duì)道路交通情況進(jìn)行深度研判，從而實(shí)現(xiàn)駕駛風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警和V2X 消息定向分發(fā)。云端車道級(jí)定位匹配引擎如圖2 所示。

圖2 云端車道級(jí)定位匹配引擎

2.5 基于泛V2X構(gòu)建交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生

交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生整體框架如圖3 所示。

圖3 交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生整體框架

數(shù)字孿生是最近幾年新興起的技術(shù)，得到業(yè)界的廣泛關(guān)注，其通過在數(shù)字空間實(shí)時(shí)構(gòu)建物理世界的精準(zhǔn)數(shù)字化映射來模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)物理實(shí)體的全生命周期過程，并實(shí)時(shí)反饋和優(yōu)化物理世界，包括三維重建、模型構(gòu)建、孿生渲染、仿真計(jì)算、虛實(shí)互動(dòng)等功能。Gartner在2017、2018、2019 年連續(xù)三年將其評(píng)選為十大戰(zhàn)略性技術(shù)之一。5G 車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了車路云網(wǎng)人的泛在連接，結(jié)合全息融合感知、高精孿生渲染、交通仿真推演等將構(gòu)建交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生，助力實(shí)現(xiàn)未來交通愿景。

全息融合感知通過對(duì)攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等路側(cè)感知設(shè)備采集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人、異常交通事件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和全方位感知，如：對(duì)路面交通參與對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的識(shí)別、跟蹤和定位，并輸出目標(biāo)的類型、位置、車牌號(hào)、速度、軌跡等信息；基于目標(biāo)檢測(cè)算法、融合跟蹤算法、目標(biāo)軌跡拼接算法等能力，在復(fù)雜道路狀況實(shí)現(xiàn)跨點(diǎn)位感知區(qū)域同一目標(biāo)物的唯一連續(xù)跟蹤ID 及車輛軌跡平滑。融合感知引擎需要根據(jù)不同傳感器的特點(diǎn)在算法層面實(shí)現(xiàn)工況互補(bǔ)，使融合算法具備更高的空間分辨率與穿透能力，滿足晴天、雨天、夜晚、霧天等常規(guī)及極端天氣下的全天候感知需求。此外，在硬件安裝和軟件算法架構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)支持模塊化可插拔，以靈活應(yīng)對(duì)城市、高速等不同場(chǎng)景下的感知需求。

高精孿生渲染基于大規(guī)模自動(dòng)化場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)，快速低成本構(gòu)建物理世界向數(shù)字孿生世界的靜態(tài)場(chǎng)景映射，采用配備GPS/北斗、慣性測(cè)量單元（IMU,Inertial Measurement Unit）、相機(jī)、激光雷達(dá)、輪速計(jì)等模塊的車輛，采集沿途軌跡、圖像、激光點(diǎn)云等數(shù)據(jù)，自動(dòng)提取場(chǎng)景中的部件并與模型庫匹配，替換成高精度部件，智能識(shí)別標(biāo)志牌中的文字內(nèi)容，并高清還原，從而達(dá)到自動(dòng)化構(gòu)建三維場(chǎng)景的技術(shù)。對(duì)全息融合感知獲得的實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過與模型庫中的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人模型進(jìn)行匹配來實(shí)時(shí)還原動(dòng)態(tài)交通流，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的孿生場(chǎng)景。在孿生渲染過程中，對(duì)于10 Hz 的動(dòng)態(tài)車輛數(shù)據(jù)接入，可進(jìn)一步結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)濾波，形成符合車輛動(dòng)力學(xué)的平滑車流。數(shù)字孿生云渲染技術(shù)，可進(jìn)一步提供跨終端訪問能力以及開放集成能力，為開發(fā)者提供二次開發(fā)能力。

相比于傳統(tǒng)的交通信息化，5G 車聯(lián)網(wǎng)以及智慧交通的發(fā)展極大促進(jìn)了人、車、路、地、物等交通數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化獲取，連續(xù)精準(zhǔn)的交通數(shù)據(jù)使得交通仿真的準(zhǔn)確性、可靠度大大提高，同時(shí)分布式云計(jì)算為城市級(jí)的大規(guī)模交通仿真提供了充足的算力，這使得通過大規(guī)模交通仿真洞察城市級(jí)交通供給側(cè)、需求側(cè)運(yùn)行規(guī)律提供了可能。大規(guī)模城市級(jí)交通仿真推演通過對(duì)道路出行的流量、密度、速度等運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通出行個(gè)體、城市出行運(yùn)行規(guī)律還原，并提供高逼真、豐富的三維仿真場(chǎng)景，支持交通管理者根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)仿真參數(shù)定義，以多維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，讓交通管理者全面、提前掌握路網(wǎng)交通狀態(tài)，輔助業(yè)務(wù)決策，比如：支持路口管理及單路口信控方案實(shí)時(shí)推薦，協(xié)助交通管理者優(yōu)化路口交通，同時(shí)通過優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)、限速封路管制、交通事故推演、交通誘導(dǎo)配置等多種實(shí)時(shí)仿真場(chǎng)景自由組合，實(shí)現(xiàn)高度貼合線下實(shí)際交通場(chǎng)景的交通仿真。

3 典型應(yīng)用

3.1 多場(chǎng)景5G泛V2X應(yīng)用

（1）低成本廣覆蓋泛V2X 應(yīng)用

如圖4 所示，基于泛V2X 技術(shù)路線構(gòu)建的車路協(xié)同應(yīng)用，用戶無需在車上安裝OBU 設(shè)備或進(jìn)行復(fù)雜改造，只需在手機(jī)、車機(jī)等4G/5G 移動(dòng)智能終端上使用車路協(xié)同APP、小程序或使用集成了車路協(xié)同服務(wù)的通用APP（如地圖導(dǎo)航APP）等，便可感受路側(cè)車路協(xié)同的建設(shè)效果，獲得低時(shí)延V2X 伴隨式信息服務(wù)，包括：紅綠燈信號(hào)同步、綠波通行、路側(cè)事件同步、弱勢(shì)交通參與者預(yù)警服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)化的V2X 服務(wù)以及前方道路視頻直播等特色的差異化V2X 服務(wù)，顯著提高用戶獲得感，更快地推動(dòng)車路協(xié)同業(yè)務(wù)落地，促進(jìn)5G 車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

圖4 泛V2X應(yīng)用

騰訊為天津（西青）、重慶（兩江新區(qū)）等國家車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)以及成都、襄陽等地的車聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)了專用的車路協(xié)同APP、小程序，并提供相關(guān)的SDK 供其他APP 進(jìn)行集成。同時(shí)，騰訊地圖已經(jīng)與北京市高級(jí)別自動(dòng)駕駛示范區(qū)的云控基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行了打通，提供紅綠燈倒計(jì)時(shí)等車路協(xié)同服務(wù)。

（2）C-V2X 后裝OBU

在前裝C-V2X OBU 無法快速提升的情況下，通過低成本后裝C-V2X OBU 面向政府公務(wù)車輛、救護(hù)車、消防車等特殊車輛或者出租車、快遞車等運(yùn)營車輛，并兼顧大眾車輛是提升大眾對(duì)C-V2X 認(rèn)知度的重要手段之一。騰訊聯(lián)合合作伙伴推出了C-V2X 智能后視鏡，除了具備遠(yuǎn)程車輛監(jiān)控、行車記錄等后視鏡常規(guī)功能，通過引入C-V2X 通信能力，實(shí)現(xiàn)與路側(cè)智能網(wǎng)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施以及其他智能網(wǎng)聯(lián)車輛的互聯(lián)通信，以后裝的方式促進(jìn)普通車輛在超視距感知、主動(dòng)安全和交通效率方面的智能化升級(jí)。

（3）智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交

基于5G 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交，可有效提升公共交通運(yùn)行效率，構(gòu)建讓老百姓有感知的車路協(xié)同場(chǎng)景。騰訊聯(lián)合合作伙伴，以“快速、準(zhǔn)點(diǎn)、聚客”為目標(biāo)，充分利用數(shù)據(jù)和技術(shù)賦能，打造了智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交?；隍v訊出行位置大數(shù)據(jù)，為公交提供選點(diǎn)選線建議，精準(zhǔn)匹配用戶出行需求；結(jié)合網(wǎng)聯(lián)技術(shù)和交通信號(hào)優(yōu)先打造“主動(dòng)式公交優(yōu)先”，為市民提供更加快速、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適的定制公交通勤服務(wù)；基于智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)數(shù)據(jù)，大眾可以通過C 端APP 或公交車內(nèi)的智能屏實(shí)時(shí)獲取公交運(yùn)行信息和道路信息；通過定制APP，市民可方便地預(yù)約乘車，最大限度方便市民出行，實(shí)現(xiàn)公交持續(xù)化運(yùn)營。經(jīng)在長沙運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交相比普通公交提升行程效率（通勤時(shí)間）約30%+，相比私家車提升行程效率約20%+，具體參見文獻(xiàn)[16]。

3.2 5G網(wǎng)聯(lián)MaaS一體化出行

如圖5 所示，5G 網(wǎng)聯(lián)MaaS 一體化出行服務(wù)系統(tǒng)，通過MaaS APP 和小程序整合各種智能網(wǎng)聯(lián)車輛，如智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交車、Robotaxi、無人環(huán)衛(wèi)車、無人售賣車等，以服務(wù)用戶為核心，接入互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、第三方業(yè)務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)、車路協(xié)同等多源數(shù)據(jù)，為用戶提供包括出行行程預(yù)定、路徑一鍵規(guī)劃、泛V2X 精準(zhǔn)導(dǎo)航、費(fèi)用一鍵支付等服務(wù)。通過讓大眾在使用MaaS 的時(shí)候潛移默化的體驗(yàn)泛V2X 服務(wù)，促進(jìn)車路協(xié)同普及推廣。5G 網(wǎng)聯(lián)MaaS 還可進(jìn)一步集成碳中和幣系列服務(wù)，打造綠色交易服務(wù)場(chǎng)景，為公眾提供低碳、綠色出行體驗(yàn)。上述特色應(yīng)用已在重慶、成都車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)開始規(guī)模應(yīng)用。

圖5 5G網(wǎng)聯(lián)MaaS一體化出行

3.3 全息孿生道路賦能智慧交通管理

如圖6 所示，基于5G 智能網(wǎng)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)字孿生通過對(duì)道路靜動(dòng)態(tài)要素的實(shí)時(shí)渲染實(shí)現(xiàn)了道路的全時(shí)全量多維精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了全息孿生道路，進(jìn)一步結(jié)合交通仿真、大數(shù)據(jù)分析并與智慧交通管理業(yè)務(wù)深度融合后，將解決長期困擾交通管理的痛點(diǎn)，如：可自動(dòng)感知交通事故，通過精準(zhǔn)車輛軌跡研判事故責(zé)任，生成證據(jù)鏈視頻，節(jié)約出警時(shí)間，減少此類事故；提供精準(zhǔn)車道級(jí)數(shù)據(jù)，全面分析交通運(yùn)行狀態(tài)，打通路側(cè)感知與信控機(jī)的隔閡，實(shí)時(shí)優(yōu)化紅綠燈配時(shí)方案；通過交通熱力圖快速定位交通黑點(diǎn)；依據(jù)路口規(guī)律，對(duì)交通組織合理優(yōu)化，解決傳統(tǒng)黑點(diǎn)治理周期長和效果差的問題，實(shí)現(xiàn)智慧城市。

圖6 全息孿生道路

3.4 智能孿生導(dǎo)航助力高速全天候出行

高速公路出行者希望能夠在不同氣象條件下有選擇地使用高速通行服務(wù)。當(dāng)出行者駛?cè)胗觎F雪等惡劣氣象環(huán)境路段時(shí)，需要相關(guān)出行誘導(dǎo)服務(wù)，使得出行者能夠清晰分辨道路輪廓、道路走向，安全通行。對(duì)高速公路的物理基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行精準(zhǔn)采集和數(shù)字化，并結(jié)合前端采集的人車路交通流、交通事件和天氣等信息，通過實(shí)時(shí)數(shù)字孿生技術(shù)在虛擬世界中對(duì)整個(gè)高速公路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)的還原和展示，可有效引導(dǎo)出行者全天候出行。

騰訊在成都蓉城二繞高速上實(shí)現(xiàn)了C-V2X 鏈路和5G 鏈路的C 端實(shí)時(shí)數(shù)字孿生。部署在路側(cè)的傳感器感知道路交通車輛，云端平臺(tái)將路側(cè)感知結(jié)果數(shù)據(jù)通過C-V2X專用通信網(wǎng)或5G 網(wǎng)絡(luò)傳送給車載終端。車載終端對(duì)路側(cè)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字孿生渲染并與V2X 伴隨信息服務(wù)、導(dǎo)航進(jìn)行融合，在C 端實(shí)現(xiàn)了與物理世界逼真的數(shù)字交通世界映射，以主車視角或上帝視角引導(dǎo)公眾出行，支持高速全天候出行。

融合V2X 伴隨信息服務(wù)的智能孿生導(dǎo)航如圖7 所示：

圖7 融合V2X伴隨信息服務(wù)的智能孿生導(dǎo)航

4 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

產(chǎn)業(yè)界在C-V2X 直連通信方面已經(jīng)制定了大量標(biāo)準(zhǔn)，本文不再贅述。騰訊圍繞泛V2X 及實(shí)時(shí)數(shù)字孿生，牽頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，不斷完善現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系。其中，文獻(xiàn)[15] 主要是制定基于4G/5G 移動(dòng)智能終端開展移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)車路協(xié)同應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景、數(shù)據(jù)交互內(nèi)容、數(shù)據(jù)交互流程及技術(shù)要求；文獻(xiàn)[17] 是國際上首個(gè)智能交通數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，主要制定智能交通系統(tǒng)數(shù)字孿生的需求與能力框架，上文提到的基于C-V2X 鏈路和5G 鏈路的C 端實(shí)時(shí)數(shù)字孿生已列入該標(biāo)準(zhǔn)的典型用例；文獻(xiàn)[18]、[19] 是基于智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交實(shí)踐形成的標(biāo)準(zhǔn)，包括總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)接口、應(yīng)用等。2022 年9 月，IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X 工作組發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施參考技術(shù)指南1.0》，包括基于4G/5G 的車路協(xié)同實(shí)現(xiàn)方案與C-V2X 直連通信實(shí)現(xiàn)方案，具體參見文獻(xiàn)[20]。

5 結(jié)束語

本文首先分析了我國5G 車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的“兩率一感”行業(yè)挑戰(zhàn)，然后提出“泛V2X”理念并期望通過融合5G 及C-V2X 直連通信的泛V2X 技術(shù)框架來解決現(xiàn)有行業(yè)挑戰(zhàn)，并介紹了云端決策V2X 和V2X 消息定向分發(fā)兩大泛V2X 關(guān)鍵技術(shù)。隨后，本文闡述了如何基于5G 泛V2X、全息融合感知、高精孿生渲染、交通仿真推演等構(gòu)建交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生，并介紹了低成本廣覆蓋泛V2X 應(yīng)用、智能網(wǎng)聯(lián)精準(zhǔn)公交、5G 網(wǎng)聯(lián)MaaS 一體化出行等泛V2X 典型應(yīng)用以及全息孿生道路、智能孿生導(dǎo)航等交通實(shí)時(shí)數(shù)字孿生典型應(yīng)用。