未來交通技術發展現狀和我國面臨的挑戰

導 語

近年來，未來交通技術發展勢頭強勁，引人矚目。那麼，國際上現在有哪些較具代表性的未來交通技術？發展情況如何？我國應如何利用這些未來交通技術以應對即將來臨的挑戰？

一、當前的未來交通技術發展概況

總體而言，最近十年間的未來交通技術呈現出發展迅速、應用廣泛的趨勢，這裡先簡單列舉幾個例子予以說明：

• C-ITS技術迅猛發展，尤其在歐洲，近兩年達成一系列協議以推動C-ITS（協同式智能交通系統）發展，如歐盟易行戰略（2018）和歐盟清潔、網聯和自動車輛安全規則（2019）等；
• DSRC及其他無線通信技術，如V2V、V2I、V2X等，共同推動了聯網車輛的日漸成熟；
• 美國高速公路管理局（NHTSA）制定了無人駕駛車輛的五個級別，國際汽車工程師聯合會（SAE）在此基礎上發佈了更為細化的版本；
• 地圖軟件Waze以眾籌形式提供的定製和實時地圖使地圖可用性大大提高，並降低了地圖製作門檻；打車軟件uber傳達的共享理念，可能使運輸行業的閒置資源得到有效利用；
• 交通管理中心（TMC）、應急平臺（新一代911系統）成為公共服務的支撐。自20世紀90年代至今，全美共建成93個交通管理中心（TMC），並與新一代911系統共同支撐了未來交通技術的發展。

具體說來，無人駕駛技術、C-ITS與聯網車輛、MaaS技術、自動駕駛地圖是目前頗具發展前景、較有代表性的幾項未來交通技術。下面分別敘述這幾項交通技術的發展情況。

1、無人駕駛技術

2014年1月，Induct Technology公司推出了世界上第一款智能、全電動無人駕駛汽車Navia，適用於步行街、工廠園區、機場、主題公園、商業綜合體、大學等場合。Navia時速12.5mph（約20.1km/h），最多可搭載8名乘客，已基本達到美國高速公路管理局（NHTSA）無人駕駛車輛級別表的L4級別。

圖1：世界上第一款智能、全電動無人駕駛汽車Navia

圖2展示了操控無人駕駛車輛的計算機的發展歷程。在20世紀80年代時，其體積相當於一輛麵包車車廂，非常龐大，經過數十年發展，體積已變得很小。

圖2：操控無人駕駛車輛的計算機的發展歷程

圖3是別克研製的無人駕駛車輛工程圖，車內裝有很多與地磁通訊和計算機相關的設備，還處於測試階段，無法工業化生產；而圖4是美國谷歌公司研製的無人駕駛車輛工程圖，車內與計算機相關的設備已成為一個個單獨系列，已能夠工業化生產。該設備單價75000美元，價格昂貴。

圖3：別克的無人駕駛車輛

圖4：美國谷歌公司的無人駕駛車輛

那麼，無人駕駛車輛為什麼需要安裝這麼多設備呢？因為在行駛時車輛需要通過雷達、攝像頭、計算機和傳感器等形成一個彩色的動態三維圖，進而識別道路及道路上的車輛、行人、物體等。可以說，無人駕駛車輛上的每一種設備都有其目的所在，設備安裝越多，車輛安全性越高。

除了資金問題以外，無人駕駛車輛的發展還面臨著哪些難題呢？

• “場景難題”。人們在任何一個時段都可能乘車出行，而即便是同一路段，在不同時段的場景也不相同，因此無人駕駛車輛需要應對各種各樣的不同場景。目前這一難題尚未得到完全解決，例如美國谷歌公司研發的Waymo雖然已行駛1000萬英里，但也只能應付部分場景（見圖5）。

圖5：同一路段在不同時段的場景不同

• “誤讀難題”。例如，國外曾有這樣一個實驗：人們在停止標誌上貼了一些其他圖案，無人駕駛車輛的傳感器在識別這塊標誌時將其誤認為限速標誌（見圖6）。換句話說，只要簡單地把一些圖案貼在路面標誌上，就可形成對無人駕駛車輛的“攻擊”，使其誤讀。此外，無人駕駛車輛連接網絡後很可能遭到惡意攻擊。

圖6：國外某次實驗

• “選擇難題”（Ethical dilemma）。例如，當貨物從貨車上掉下來後，後方來不及採取制動的駕駛人需要作出選擇：是直接撞向貨物，還是撞向左右兩側的車輛？每種選擇都會產生相應的後果。對人類而言，可以每種選擇的後果並基於此做出選擇，且要為之負責。然而，對於無人駕駛車輛而言，只有開發人員事先設定好此類情況下的選擇程序時才能做出選擇。那麼，誰又有權力為無人駕駛車輛預先決定該如何選擇呢？沒有人。因為這一選擇直接關係到駕駛人及他人的生死存亡。截止目前，這個“選擇難題”尚未得到解決。

儘管面臨著這麼多難題，還是有很多涉足無人駕駛車輛的汽車廠商宣佈將在2020或2021年製造出“真正”的無人駕駛車輛（見圖7）。值得注意的是，其中還沒有我國汽車廠商的官宣。個人認為，汽車廠商是推動未來交通發展的重要力量，因此，我國若想在未來交通領域有所作為，一定要讓大量汽車廠商參與進來，作必要的技術支撐。

圖7：一些汽車廠商的官宣

縱觀從20世紀60年代至今的無人駕駛技術發展歷程，可能已完成了90%的工作，預計再過一二十年，就能完成99%、甚至99.9999%的工作。然而，剩下的0.0001%工作什麼時候能夠完成？很難預測。

2、C-ITS技術與聯網車輛

從圖8中可以看到，C-ITS技術裡應用的DSRC技術的優勢在於時延比較短

為什麼大家都很注重時延問題呢？從圖8右側的表格可以看到，能夠預先做出防止碰撞反應的時間是0.02秒，因為在高速公路上以正常速度行駛的車輛在0.02秒大概只能行駛不到一米的距離，如此設置可以給到提前反應的時間。應用到C-ITS裡的所有通訊方式都必須滿足時延0.02秒的要求。實際上這個延遲要求還會提高，目前一般認為要低於0.01秒。

圖8：美國DOT製作的聯網車輛分級圖

目前，C-ITS技術在世界上發展到了什麼程度呢？

2013年6月，荷蘭、德國與奧地利政府簽署協議，正式啟動C-ITS Corridor建設計劃，為鹿特丹-法蘭克福-維也納道路提供2項服務，即道路障礙警示(Roadworks Warning, RWW)與偵測車輛數據收集(Probe Vehicle Data, PVD)（見圖9）。

圖9：C-ITS Corridor建設計劃示意

2022年，歐盟將開始在一些發達地區的道路上設置作業區，用以告知聯網車輛限速情況等信息，車輛根據這些信息進行相應操作。例如，當一輛車途經一條限速為130公里/小時的道路時，其最高速度只能達到限速值且無法繼續加速。

2014年11月，歐盟協同智能運輸系統部署平臺(The Platform for the Deployment of Cooperative Intelligent Transport Systems)成立，分10個工作小組探討了技術議題，依據社會效益、技術成熟程度，界定了Day1服務(短期)可發展項目和Day1.5服務可發展項目（見圖10）。

圖10：Day1和Day1.5服務項目

美國組織了“2045年交通挑戰賽”（Beyond Traffic 2045–Smart City Challenge），希望將自動化、開放數據、物聯網、機器學習、聯網車輛、需求反應式機動能力等不同技術都匯流於智能城市，徹底改變城市交通運輸狀況，顯著提高各種交通方式的安全性和機動性，同時降低運輸成本和對環境的不良影響，其實質就是通過對城市交通運輸方式的改良讓城市變得更美好。

我們的鄰國日本也在這方面做了不少工作，例如，它在道路上設置了1600個ITS點。日本在2000年時就到達較高的技術水平，其研發的MIX導航系統能夠精確定位每一輛車並進行實時指揮，但其問題在於很多系統的技術標準僅適用於日本國內，無法與國際接軌。

3、MaaS技術

MaaS技術，即“易行打包技術”，也是當下比較熱門的一項交通技術。現在經常會將其翻譯成“出行即服務”，但筆者認為這一翻譯攪渾了這項技術的含義，是錯誤的。出行什麼不是服務呢，從古人坐馬車開始就一直是服務。MaaS技術的含義並非

為什麼要稱之為“打包”呢？其實MaaS技術要做的就是把各個公司提供的各種數據、服務以及客戶的種種需求都打包在一起。比如，某人每個工作日的活動安排如下：早上送孩子上學，然後去上班，下班後從父母家接孩子回家。那他在工作日的出行就會產生相應的需求或問題：如果開車出行，到了學校在哪停車，到了單位在哪停車，到了父母家又在哪停車；如果不是駕車出行，則需要乘坐通往目的地的公共交通工具，而易行打包技術的目的就是為此提供共享車輛、定製公交等服務，以滿足人們的這些需求。目前，該項技術已在英國的West Midlands和芬蘭的赫爾辛基得到逐步應用。

如圖11所示，易行打包技術源於歐洲，最初於1996年提出，2014年成為了一項專門技術並開始付諸實踐。

圖11：易行打包技術發展歷程

英國根據面向的不同人群，以及面向不同公共政策等維度，整理了易行打包技術能夠做的事情，具體可分為MaaS提供商、數據提供商和運輸服務提供商等多個層面，把這些零散數據和服務整合起來，從而為目標客戶提供定製服務（見圖12）。易行打包技術的定製服務較為靈活，可以根據客戶每日不同需求進行調整。目前，我國一些公司實際上已具備提供易行打包技術的相應服務的能力。

圖12：易行打包技術能夠做的事情

4、自動駕駛地圖

自動駕駛地圖，也有人稱之為高清地圖，有些人僅僅把自動駕駛地圖理解為高清地圖，即精度達到釐米級別的地圖，但實際上，自動駕駛地圖雖與高清地圖有相同之處，但還是有一些特殊的需求。

圖13是Lyft對自動駕駛地圖的定義，將其分為基礎層、幾何層、語義層、先驗層和實時層五層。其中，幾何層是通過雷達掃描道路情況，構建三維圖；語義層用以傳達諸如路面標線寬度等具體信息；先驗層提供信號燈週期、停車位情況等信息；實時層負責處理數據的實時傳輸交互。

圖13：Lyft對自動駕駛地圖的定義

二、我國未來的交通發展面臨的挑戰

1、未來的交通發展面臨的挑戰

圖14是聯合國對我國城市人口增長的預測。據預測，2050年我國城市人口將達到近10億。城市人口的大量增長可以提高社會效率，但同時也會帶來如擁堵、安全等交通問題。未來，我們面臨的問題就是如何才能讓市民們生活得更加舒適？

圖14：聯合國對我國城市人口增長的預測

據預測，到2025年，我國鐵路網規模將達到17.5萬公里左右，其中高速鐵路3.8萬公里左右；至2020年，我國城市軌道交通規劃總里程將超過8500公里（不含有軌電車和市域軌道）；我國未來的道路總里程將會超過600萬公里。這些資產或者設施不僅面臨著能否盈利的問題，還會面臨能否持續運營的問題，因為其在未來一定需要進行必要的維修，這會耗費大量資金。美國在這方面考慮的較為周到，在一些法案中著重探討了如何分配資金使老舊設施能夠持續運營。

此外，未來還會面臨如何消除擁堵、怎樣降低交通事故死亡率等問題。

2、如何應對挑戰

• 在平臺方面，應逐步形成類似於美國新一代911系統這樣的平臺，並使其切實發揮作用，這是一項公共服務的基礎工作；
• 在無人駕駛技術方面，要讓無人駕駛車輛行駛到足夠的里程數，沒有足夠的實測，無人駕駛車輛的研究是沒法起步的，因為對無人駕駛車輛的研究需要足夠的里程數和在足夠場景下的測試作為基礎；
• 在地圖應用方面，我國的地圖應用程序已達到了一定水平，在使用體驗上比谷歌地圖還要好，下一步需要研究如何保護海量用戶數據隱私的問題；
• 在C-ITS方面，前景並不算悲觀，因為我國一些企業已在C-V2X和5G領域進行了佈局；
• 在MaaS技術方面，很多流行的手機APP的提供商已掌握了眾多用戶信息，也擁有足夠的資金，都具備了發展該技術的條件。

關於未來交通技術的發展方向，在筆者看來，未來交通技術就是發展滿足人的基本需求的可持續交通，建立安全、清潔和能負擔得起（例如，運營公共交通服務的公司能否負擔得起公共交通的成本）的交通運輸。

閱讀更多 交通言究社 的文章

關鍵字: 電腦 未來 大學