《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望2.0》

版权声明 本白皮书版权为清华大学智能产业研究院及阿波罗智联(北京)科技有限公司所有，如需引用本白皮书内容，不得对本白皮书内容做任何改编，并满足如下引用规范：“清华大学智能产业研究院、百度Apollo，《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望2.0》，2022”。 言 序 自动驾驶是人工智能领域未来五年最复杂的任务之一。自动驾驶技术走向产业应用，本质上是跨越“达尔文之海”，同样充满挑战。 站在技术角度，完全成熟的自动驾驶技术不会缺席，但什么时候到来？不同的技术路径选择指向不同的商业临界点。更为关键的是，自动驾驶技术应用有一项不可妥协的原则——『安全性』，必须充分考虑当下的法律法规、政策、伦理等诸多因素。现阶段如果完全依赖单车智能，长尾场景短期内难以得到解决，若算力无法快速突破、硬件价格无法快速下降，那么自动驾驶的规模商业落地将需要较长时间。 技术创新与产业应用之间存在挑战，需要科学家与企业家携手面对。这是清华大学智能产业研究院（AIR）在2021年与百度公司联合发起“ApolloAIR”计划、探索以纯路侧感知能力赋能自动驾驶的原因，也是两个团队牵头众多行业合作伙伴，共同编写《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望》（简称“AIR系列白皮书”）的初心。 得益于C-V2X、边缘计算、云计算等技术的发展和应用，车路协同技术可以有效补充单车智能面临的安全长尾，兼顾设计运行范围和经济性。车路协同自动驾驶（VICAD）为智能汽车引入了一套更高维的智能要素，数据、算力和算法都不再局限于单体智慧，而是演变为协同智慧，不同级别的自动驾驶、智能网联汽车均可以参与到道路交通信息的交互中。有了高维视角，加上实时信息传递，智能汽车的“感官”将被进一步增强，在错综复杂的交通环境中做出更好的判断和决策。 车路协同与单车智能相辅相成，是自动驾驶的高阶发展形态和必然趋势。这既是技术命题，更是产业命题。发展车路协同不仅让自动驾驶真正成为一项老百姓用得起、用得上的技术服务，极大降低规模商业化门槛，更是一项跨产业的超级系统工程，可带动汽车、通信、交通、半导体等产业跨越式发展，加速构建以自动化、智能化为特征的交通出行体系，全面进入智能化城市和社会。“AIR白皮书2.0”围绕这些思考作了详细论证，它不是一套乌托邦式的畅想，而是一份基于真实产业需求、应用场景，并且旨在带来关键改变的技术报告。 2022年的秋天，我与清华AIR和百度Apollo的同事在北京奥森公园有过一场面对面的交流，大家探讨了在未来人工智能技术如何才能更好地被应用到交通场景，自动驾驶的未来将呈现何种景象。彼时，“AIR白皮书2.0”在经过近一年的推演、探讨与修订后即将付梓。创新没有尽头，有关人工智能、车路协同、自动驾驶的探索始终是进行时，白皮书也会伴随人工智能技术的迭代、我们对于行业理解的加深持续升级。我想感谢所有参与编写和评审的同事，并衷心期待《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望2.0》能成为一个新的连接点，推动车路协同自动驾驶加速走向广阔的产业，走入我们的日常生活。 张亚勤 中国工程院院士清华大学讲席教授、智能产业研究院（AIR）院长 2022年12月 前 言 自动驾驶技术是影响未来汽车产业发展的重要因素。随着自动驾驶技术的成熟和商业化的加速，汽车将不再只是从属于人的驾驶工具，车的核心价值部件由体现动力和操作系统的传动系统，转向体现自动驾驶水平的智能软件系统和处理芯片，驾驶员的双手、双脚和双眼将被解放，出行过程中的娱乐、社交、消费场景将被彻底打开，自动驾驶万亿级市场将被激活。 当我们谈论自动驾驶时，通常是指单车智能自动驾驶（AutonomousDriving，AD）1和单车智能自动驾驶车辆（AutonomousVehicle，AV），希望车辆能够自主识别交通标识，读懂交通信号灯，分辨出路上的物体，并能够进行实时路径规划与决策控制，像人类一样去驾驶。结合行业自动驾驶的发展情况来看，AD又可以分为“渐进式”和“跨越式”两条技术路径：其中渐进式自动驾驶以车企为代表，从低级别的辅助驾驶系统搭载开始，先量产商用，再通过数据对算法进行迭代，最终实现完全无人驾驶；而跨越式自动驾驶路径以互联网公司、创业科技公司为典型代表，大多选择摄像头与激光雷达等多传感器融合的方式，坚持“一步到位”，直奔L4及以上高等级自动驾驶技术成熟和规模商业化。 随着自动驾驶的深入发展，在AD的基础上，演进出现了车路协同自动驾驶（Ve-hicleInfrastructureCooperatedAutonomousDriving，VICAD）2这一新的技术路线和新的发展阶段3。VICAD则是在AD的基础上，充分发挥道路系统、云与网络的优势，开展车与车、车与路、车与云、车与人的协同配合，最终实现完全自动驾驶。世界各国都高度重视VICAD相关技术的研究和产业应用。美国2004年就启动了车路集成系统（Vehicle-InfrastructureIntegration，VII）研究计划，并连续发布了《自动驾驶车辆综合计划》（AutomatedVehiclesComprehensivePlan）4、《ITS战略计划》（ITSStrategicPlan）5等一系列纲领性文件，并主导了IntelliDrive、ConnectedVehiclePilot、CARMA等一系列研究和验证示范项目；欧洲也在ITS-G5、4G/5G通信技术的基础上，发布了ConnectedAutomatedDrivingRoadmap6、CooperativeIntelligentTransportSystemsandServices7、Cooperative,connectedandautomatedmobility(CCAM)8等顶层设计规划，并在欧洲地平线计划（HorizonEurope）总体框架下，主导开展了大量的研究测试和建设部署项目，如eSafety、CVIS、DriveC2X、CAR2CAR和C-ROADS等；日本早在2006年就启动了下一代 1美国将单车智能自动驾驶定义为AutonomousDriving，欧洲ERTRAC将单车智能自动驾驶定义为AutomatedDriving。 2美国CARMA提出了协同式自动驾驶（CooperativeDrivingAutomation，CDA），欧洲ERTRAC提出了网联自动驾驶（ConnectedAutomatedDriving，CAD）的概念，参考国外情况，并结合我国技术发展现状,本白皮书将车路协同自动驾驶定义为VehicleInfrastructureCooperatedAutonomousDriving，VICAD）。 3关于自动驾驶技术路线的详细论述见《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望》（2021年）。4https://www.transportation.gov/av/avcp 5https://www.its.dot.gov/ 6ConnectedAutomatedDrivingRoadmap[R].TheEuropeanRoadTransportResearchAdvisoryCouncil(ERTRAC) 7https://www.car-2-car.org/about-c-its/8https://www.ccam.eu/ “Smartway计划”，通过整合ITS的各种功能，建立全国性的车载集成平台，为车辆提供ETC、DSSS、ASV等服务，2017年9月，日本东京发布最新一版城市总体规划《都市营造的宏伟设计——东京2040》，推进“新东京”实现3个愿景：“安全城市”、“多彩城市”、“智慧城市”。 中国积极推动VICAD技术和产业发展，从顶层设计、战略布局、行业应用等层面进行系统性推进，目前总体处于全球领先水平。在技术路线与政策体系方面，“单车智能+网联赋能”自动驾驶技术路线已成为广泛共识，政府主管部门积极加强顶层规范设计，营造产业发展良好环境，出台了一系列政策文件，包括《扩大内需战略规划纲要（2022-2035年）》9《智能汽车创新发展战略》10《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》11《交通强国建设纲要》12《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035年）》13等，为车路协同自动驾驶发展指明了方向；各地政府部门结合自身发展需求和优势，发布了积极推进产业发展的一系列指导意见和发展计划，大力发展车路协同技术，推动产业应用。在技术验证和应用示范方面，工信部牵头先后批准建设了江苏（无锡）、天津（西青）、湖南（长沙）、重庆（两江新区）等国家级车联网先导区，北京、上海、广州、深圳等地也大力支持开展车联网示范区建设和“双智”试点14，加快车路协同基础设施规模建设部署，IMT-2020（5G）推进组、中国智能网联汽车产业创新联盟（CAICV）等组织也先后开展了C-V2X“三跨”、“四跨”、“新四跨”系列大规模先导应用示范活动，逐步推动VICAD从封闭开发走向互联互通和大规模应用。 行业针对VICAD的研究和探索从未止步。为了进一步加快构建完善VICAD理论和技术体系，推动VICAD走向落地应用，清华大学智能产业研究院(AIR)张亚勤院士与百度Apollo、中国信息通信研究院、中国信科、中国联通等10余家行业单位共同组建研究团队，针对VICAD开展系统化研究和探索。2021年，研究团队从自动驾驶发展存在的问题出发，提出了VICAD技术路线，并从安全性、设计运行范围（OperationalDesignDomain，ODD）15和经济性等维度对VICAD进行了分析和论证；同时，针对VICAD中“路”这个短板，研究团队也提出了智能化道路的分级标准和统筹建设高等级智能道路的发展建议，最终在2021年6月，面向行业首次发布了《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望1.0》白皮书。 2022年，我们继续聚焦VICAD，又有了进一步的理解和认识。首先，VICAD是一个持续发展演进的技术体系，为应对自动驾驶、智能交通、C-V2X车联网以及共享出行等一系列交叉行业的融合发展需求，需要有一个“面向未来、兼容当下”的车路协同系统作为支撑，同时支持“渐进式”和“跨越式”自动驾驶走向普及应用，并为以后推动智能交通、智慧出行和智慧城市融合创新发展奠定坚实基础； 92022年12月14日，中共中央、国务院印发了《扩大内需战略规划纲要（2022—2035年）》 102020年2月10日，国家发展改革委等11部门联合发布《智能汽车创新发展战略》 112020年10月20日，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》 122019年9月19日，中共中央国务院印发《交通强国建设纲要》 132022年1月24日，交通运输部、科学技术部印发《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035年）》 14智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点，简称为“双智”试点 15引自GB/T40429-2021《汽车驾驶自动化分级》 其次，我们针对不同等级自动驾驶车辆，明确了VICAD走向规模商业化的落地路径，借助车路协同全方位技术能力（包括车路协同感知、车路协同决策规划与车路协同控制），可以从本质上解决自动驾驶面临的瓶颈问题，提升自动驾驶能力水平；第三，现阶段发展VICAD的首要任务仍然是补齐“路”这个短板，而我国在这方面具有强大的体制机制、战略政策、产业生态和技术领先优势，需要统筹规划、分级推进高等级智能道路在先行城市和高速公路的建设部署，探索车路协同公交专用道、车路协同自动驾驶专用道等一系列商业化运营新模式，形成可推广、可复制的实践经验和成熟方案；最后，建设发展高等级智能道路具有良好的经济效益和社会效益，在解决自动驾驶发展“临门一脚”的同时，还可以显著减少交通事故风险、提高交通运行效率、带动地方和区域经济发展，带给人民群众更多的安全感、获得感与幸福感。 总结以上研究工作和一年多的探索实践，研究团队正式对外发布《面向自动驾驶的车路协同关键技术