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从《长安十二时辰》看车联网

程序员小灰 发表于 2019-8-2 16:49:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文授权转载自微信公众号:物联网智库(iot101)

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来源:5G行业应用

作者:吴冬升

物联网智库 转载


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最近播放的《长安十二时辰》,虽然没有过多的前期宣传,但依靠精美的画面,紧凑的剧情,精湛的演技,依旧火爆网络。第十六集描绘了一场令人热血沸腾的闹市马车追逐战。其中马车上的生死相搏,马车之间的激烈碰撞,马车冲撞行人,马车上伏火雷爆炸等一幕幕场景,堪比《速度与激情》中的极速飙车画面。


现代的技术,尤其是车联网技术,若是和古代闹市马车追逐战相结合,会碰撞出什么样的火花?从《长安十二时辰》闹市马车追逐战中,我们得到了不少启发。本文将解答三个问题,车联网是什么?车联网有哪些应用场景?车联网涉及到哪些典型技术?


01车联网是什么?


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十六集中有一幕场景,一辆马车上的狼卫大声招呼另外一辆马车上的狼卫,“前方分路,我继续往右”,两辆马车随即分道而驰。在古代马车上,两辆马车之间互相通信,得靠人吼叫来实现。现在汽车上,车和车之间通信,就用到了车联网“车-车”(Vehicle to Vehicle)通信场景。


到底怎么实现呢?简单来说,在车上安装美国主推的DSRC标准(Dedicated Short Range Communications)或者中国主推的C-V2X标准(Cellular-V2X)车载终端OBU(On Board Unit)。两辆车OBU和OBU之间能实现几百米距离的点对点通信,使用的是一种称为PC5的点对点通信接口,在中国工作在5905MHz-5925MHz频段,取代了古代的人吼。


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另外一幕场景,李必下令,“按狼行方位射烟丸,给张督尉指路”。随即在神奇的“望楼”上,旅贲军射出烟丸,指引张小敬驾车。这些神奇的望楼,可以看成是路侧基础设施,射出的烟丸是古代的一种通信方式。


现在,路侧基础设施换成专门的车联网路侧单元RSU(Road Side Unit),通信方式换成了无线电波,实现车联网“路侧基础设施-车”(Vehicle to Infrastructure)通信场景。即路侧的RSU和车辆上的OBU之间能实现几百米距离的点对点通信,依然使用的是工作在5905MHz-5925MHz频段的PC5通信接口。


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又一幕场景,抢夺了马车的张小敬一边驾车,一边大声招呼路人,“让开,让开”,行人四散奔逃纷纷避让。这是马车和行人之间的通信,即典型的车联网“车-人”(Vehicle to Pedestrian)通信场景。

换到现在,就是通过车载终端OBU和行人手中的手机、平板、可穿戴设备等之间实现通信,使用工作在5905MHz-5925MHz频段的PC5通信接口。

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再看一幕,闹市马车信息通过望楼和望楼之间传输,被一路传递到靖安司,这就是典型的车联网“车-网络/云”(Vehicle to Network/Cloud)通信场景


此时神奇的望楼将化身为支持4G(工作在1.8GHz、2.3GHz或2.6GHz频段)或者5G(工作在3.5GHz或者2.6GHz频段)的运营商无线基站。车辆将通过车载终端OBU和路侧基站通信,再通过运营商的传输网和核心网,最后到云。这时候用到的不再是点对点PC5通信接口,而是通过运营商蜂窝基站的Uu接口。也就是谈到网的时候,得用到运营商的蜂窝网。


看完这四幕场景,总结一下,车联网是什么?它是智能网联汽车在传统Camera/Radar/LiDAR等基础上,通过车联网(V2X,Vehicle to Everything),包括车-车通信(V2V),车-路边基础设施通信(V2I),车-人通信(V2P),以及车-网络/云端通信(V2N/V2C),给ADAS 及自动驾驶系统带来显著价值。


02车联网有哪些应用场景?


在微信公众号“5G行业应用”的《5G车联网十大产业化趋势》文章中,提到车联网业务主要包括信息服务类业务、安全出行类业务、交通效率类业务和自动驾驶类业务。


按照美国高速公路安全管理局(NHTSA)统计数据,车联网V2X技术将为消费者提供安全、效率、便捷三大方面优质服务。安全方面,中轻型车辆能避免80%的交通事故,重型车能避免71%的事故;效率方面,交通堵塞将减少60%,短途运输效率提高70%,现有道路通行能力提高2~3倍;便捷方面,停车次数可减少30%,行车时间降低13%至45%,实现降低油耗15%。


从《长安十二时辰》中,我们看到很多典型的车联网业务场景。


1. 高精地图实时下载(信息服务类)


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有一幕,狼卫一边驾车,一边拿出地图查看,确定行进路线。对应到车联网业务中的高精地图下载业务。当然,高精地图不同于我们普通的导航电子地图。普通地图面向驾驶员,是供驾驶员使用的地图数据,而高精地图是面向机器的,供自动驾驶汽车使用的地图数据。


普通导航电子地图的绝对坐标精度大约在10米左右,无法应用在自动驾驶领域。因为自动驾驶汽车需要精确的知道自己在路上的位置,往往车辆离马路牙子和旁边车道也就几十厘米左右,所以高精地图的绝对精度一般都会在亚米级,而且横向的相对精度(比如,车道和车道线的相对位置精度)还要更高。除此之外,高精地图还包括了道路坡度/超高/高程,车道停止线/等待线,路口红绿灯相位,道路附属设施标牌等各个方面的信息。


自动驾驶时代所需要的高精地图数据可以划分为四类:永久静态数据(更新频率为1个月)、半永久静态数据(频率为1小时)、半动态数据(频率为1分钟)、动态数据(频率为1秒)。与当前普及的电子导航地图1~2月更新一次的频率相比,高精度地图的更新频率之高、难度之大可想而知。


车联网将为高精地图下载提供通道,尤其是5G和边缘计算相结合,将为高精地图的快速发布提供更好的通道。


2.定位管理(信息服务类)


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有一幕,李必在询问马车到了哪里,“莫不是要向东过朱雀大街了”。如果在马车上安装了称为追踪器Tracker的设备,就能实现定位管理,知道车辆的实时位置信息。


各种Tracker根据配置不同,功能也不同,实现的也不再仅仅是一个定位功能。比如4G Tracker可以做到4G通信、车辆定位、车辆状态检测、异常提醒、4G WIFI、蓝牙4.0/3.0数传、驾驶行为分析、行驶里程统计、远程设置及维护等功能。


3.车队管理(信息服务类)


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马车追逐战中,怎么能做到几辆马车的统筹管理呢?通过在车辆上安装车载自动诊断OBD(On-Board Diagnostics)设备,能在车辆运行过程中实时监测发动机电控系统及车辆的其它功能模块工作状况,如有发现工况异常,则根据特定的算法判断出具体的故障。


OBD是有专用接口的,接口的位置一般在方向盘下面的内饰板中,靠近驾驶员膝盖附近的地方,采用OBD-II接口标准,梯形16针DLC形式接插件。它要去读取车辆CAN总线的信息。


有了OBD上报的各类数据,通过搭建车队管理平台,可以实现车队的量化考核(统计排名等),安全用车(驾驶评分、车辆健康评估、安全告警等),效率提升(评估车辆和司机工作量等),成本透明(里程油耗监控等)。


4.UBI业务(信息服务类)


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马车追逐战中,马车燃气了熊熊大火,在古代是没有保险业务的,现代汽车则有,尤其是现在还有基于驾驶行为的保险业务UBI(Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance)。


UBI设备上一般集成六轴陀螺仪算法和碰撞识别技术。我们知道三轴陀螺仪分别感应Roll(左右倾斜)、Pitch(前后倾斜)、Yaw(左右摇摆)的全方位动态信息,六轴陀螺仪是指三轴加速器(三轴加速器就是感应XYZ立体空间三个方向,前后左右上下,轴向上的加速)和三轴陀螺仪合在一起的称呼。


三轴加速器是检测横向加速的,三轴陀螺仪是检测角度旋转和平衡的,合在一起称为六轴陀螺仪。还有一种九轴陀螺仪,它指的是三轴加速器+三轴陀螺仪+三轴磁强计。


有了UBI设备,保险公司可以实现针对不同客户的精准定价,还可以实现无需人员现场出勤的索赔管理等业务。同时,车企还能够利用UBI数据进行产品优化,消费者可以利用UBI数据进行驾驶行为分析等。


5.车辆碰撞预警(交通安全类)


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一幕场景中,两辆马车剧烈碰撞。使用车联网业务,通过车和车之间通信,可以规避车辆碰撞风险。


即车辆和另外一辆车存在碰撞风险,车辆上能看到提示信息。这个信息即可以给驾驶员使用,也可以为自动驾驶的车载计算单元使用。


6.弱势交通参与者碰撞预警(交通安全类)


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张小敬不顾自己生死,凭借精湛的驾车技术,躲避开一个懵懂小孩,挽救了一个生命。使用车联网业务,通过车和人或者车和路侧基础设施之间通信,可以实现弱势交通参与者碰撞预警。


比如说人行横道线上安装有行人探测传感器,当车辆靠近人行横道时,路侧基础设施向周边车辆发送行人信息,提示车辆减速及停车。这与通过雷达或者摄像头实现的自动紧急制动(AEB)功能类似。


7.绿波车速引导(交通效率类)


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在这一幕中,两侧士兵为张小敬赶的马车开辟出一条畅通的道路。在现实生活中,通过车联网技术,也能让我们的汽车实现绿波通行。即路侧基础设施通过广播方式,告知车辆道路绿波建议的行驶速度。


也就是说,不是车辆一定要在市区跑到60km/h才是最快的,反而可能车速控制在40km/h,可以一路畅通通过各个红绿灯路口。


8.闯红灯预警(交通效率类)


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士兵设置下栅栏试图阻拦狼卫驾驶的马车,这好比是古代的红绿灯系统,是车辆在城市内行驶最需要关注的信息之一,稍有差池,就有性命之虞。


奥迪在拉斯维加斯等城市通过C-V2X共享城市交通信号灯信息,让用户在仪表盘上直接看到下一个信号灯距离自己有多远,处于红灯或绿灯哪种状态,状态会持续多长时间等。比如,驾驶员可以在仪表盘上看到下一个信号灯距离自己200米,处于红灯状态,距离变灯还有20秒钟。


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9.协同换道(自动驾驶)


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马车追逐战中,三辆马车互相交错疾驰,场景极为复杂。比如自动驾驶中存在协同换道的场景,主车在行驶过程中需要变道,将行驶意图发送给相关车道的其它车辆和路侧基础设施,其它车辆进行加减速动作或者由路侧基础设施根据主车请求统一协调,使得车辆能够顺利完成换道动作。


10.编队行驶(自动驾驶)


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同样是马车追逐战中,三辆马车场景复杂,如果能够实现编队行驶,显然会有序的多。比如说典型的卡车编队行驶,以排头的卡车作为头车,跟随卡车群通过车-车实时连接,根据头车操作而变化驾驶策略,整个车队以极小车距编队行驶。头车做出刹车指令后,通过V2V实现前后车之间瞬时反应,后车甚至可以在前车开始减速前就自动启动制动,这种瞬时反应意味着卡车可以以非常小的距离安全跟随。


如果按照卡车1米车距的编队要求,在时速80公里/小时的情况下,车辆处理时间需要10ms,制动感应需要30ms,那么网络延时必须小于5ms,即(5ms+10ms+30ms)*80km/h=1米。


以上只是众多车联网业务应用场景中的一小部分,汽车标准委员会T/CSAE 53-2017应用列表中定义了17种典型车联网应用层标准。


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总结一下,车联网有哪些应用场景?开始车联网主要提供信息服务类业务,比如定位管理、基于用户行为的UBI业务、以及面向B端的车队管理等。当前又将回归到出行需求上,为消费者解决安全问题和效率问题。未来,车联网将赋能自动驾驶,实现协同自动驾驶和单车自动驾驶。


03车联网涉及到哪些典型技术?


1.智能融合感知的路侧基础设施


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《长安十二时辰》中的“望楼”是个神奇的存在,长安城一百零八坊,每三百步设一望楼,望楼上武侯皆为朔方节度使所派弩兵,目力精准,街巷动静,皆在目。武侯自望楼看到长安任何异状,都以约定暗语传靖安司。此外,武侯皆身带臂张弩,可中二百三十步之内任意目标。


望楼的功能不可谓不强大,是典型的路侧基础设施,而且它还是一套智能融合感知的路侧基础设施。


车联网的路侧基础设施包括RSU(Road Side Unit)、蜂窝基站(LTE或者5G基站)、路侧智能设施(包括摄像头、毫米波雷达、少量激光雷达、环境感知设备、以及智能红绿灯、智能化标志标识等)、MEC(多接入边缘计算/移动边缘计算)设备等。


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对车端,路侧基础设施可以对车辆广播各类信息,比如红绿灯信息、摄像头信息、雷达信息、环境信息等,同时接受车辆发来的各类信息。对云端,路侧基础设施可以向云传递各类信息,并接受各类信息。


2.移动边缘计算实现云边协同


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《长安十二时辰》中的靖安司是远程控制中心,李必依靠收集到的各种信息,进行及时决策,发出控制命令。靖安司起到的作用,类似于我们现在的云中心。


不过显然,李必也觉得在云中心进行掌控会碰到问题,比如反应太慢。于是李必离开靖安司,跑到事发现场,将计算和决策从原来的云中心下移。


车联网部署中,存在三级“通信+计算”体系。云中心具备全局交通环境感知及优化、多级计算能力调度、应用多级动态部署、跨区域业务及数据管理计算能力等;区域中心具备区域交通环境感知及优化、边缘协同计算调度、多源数据融合分析、区域数据开放等计算能力等;边缘具备全景感知图构建、边缘信息感知分析、高实时性交通场景计算能力等。

MEC将与车联网深度融合,为车辆或行人提供低时延、高性能服务,构建云边协同应用场景。


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3.从4G向5G技术演进


5G相比于4G,类似于张小敬从靠腿奔跑到策马扬鞭的变化。5G大带宽、广连接、高可靠低时延特性,将赋予车联网更强的能力。


比如,未来无人驾驶汽车需要通过网络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。每辆车每秒可达1GB数据量,以便实时掌握车辆运行状态,现有4G网络无法满足这样的要求,需要5G网络来支持。


又比如,普通人踩刹车反应时间约0.4秒,无人车在5G场景下的反应速度有望不到1毫秒。对于无人驾驶而言,假设汽车行驶速度为60公里/小时,60ms时延的制动距离为1米,10ms时延的制动距离为17厘米,而1毫秒的5G时延,制动距离仅为17毫米。也就意味着,5G时代才有可能实现基于车联网控制的无人驾驶。


总体来看,基于5G的车联网业务将愈发丰富。


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总结一下,车联网涉及到哪些典型技术?未来车联网不仅实现车路协同,将实现“人-车-路-网-云”多维高度协同,涉及到智能融合感知路侧基础设施、移动边缘计算实现云边协同、从4G到5G技术演进、高精地图和定位、安全等各类共性技术。


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标签:车联网

精彩评论29

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朱旭志 发表于 2019-8-3 21:26:23 来自手机 | 显示全部楼层
不好买车了

张义军 发表于 2019-8-5 11:01:22 来自手机 | 显示全部楼层
nnn

赵清华 发表于 2019-8-5 11:51:09 来自手机 | 显示全部楼层
5G,更快,更稳,更向往

stephen 发表于 2019-8-10 03:23:18 来自手机 | 显示全部楼层
5dd

姬东峰 发表于 2019-8-13 17:01:55 来自手机 | 显示全部楼层
5g更快

王彩霞 发表于 2019-8-15 16:55:51 来自手机 | 显示全部楼层
厉害

李敏 发表于 2019-8-16 08:38:33 来自手机 | 显示全部楼层
5G更精准

发表于 2019-8-16 12:24:03 来自手机 | 显示全部楼层
学习了。。。

代伟 发表于 2019-8-19 18:08:38 来自手机 | 显示全部楼层
学习

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