对统一规格自动驾驶车辆进行统一管控的智能交通体系

摘要

本公开是一种对统一规格自动驾驶车辆进行统一管控的智能交通体系，涉及智能交通、大数据云计算、自动驾驶和智能汽车技术领域。交通体系中的交通工具全部采用统一性能规格的自动驾驶车辆，并对数字化能力可及的所有交通用户的需求状态、所有自动驾驶车辆的行驶状态、所有交通基础设施的运行状态、所有交通职能机构的工作状态进行交通体系要素大数据处理，通过统筹协同的计算和管控，提升交通系统效率，增进用户自由福祉，实现交通体系的整体优化升级。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通、大数据云计算、自动驾驶和智能汽车技术领域。

背景技术

世界范围内，现有的整体城市形态，从空间结构到用途区划，从交通工具到交通系统，均由农耕与前工业的文明形态而历史性地自然演变至今，其空间结构与用途区划的形成源于城市聚居和工商业规模集中的同质化粗放性延伸扩大，其交通工具与交通系统的形成源于马车架构和小城镇生活交通形态的惯例性演变，大城市病不断蔓延、日益严重。相对于工业时代后高容积率集约型的现代大规模城市文明，相对于信息时代后突飞猛进的自动化数字化智能化技术手段，当前的城市形态缺乏层级跃迁性的协同创新，秩序导向和效率优化的城市系统架构设计相对滞后，传统的空间结构、用途区划、交通工具、交通系统等各方面协同要素的理念技术进步相对缓慢。

中国的城市形态，从规划设计到建设维护，从交通工具到系统管理，一直跟随在西方后面亦步亦趋，但继续学习复制西方文明的路在许多方面已经基本走到极限，新形势要求我们勇敢开拓出新路——世界范围内没有先例的路，无论在设计思想层面还是在科技工程层面。

提升交通系统效率和增进人类自由福祉，是城市文明创新的永恒追求，为此，近些年来，人们不断推进城市规划、基础设施、交通工具、交通方式、管理体系等各方面的创新，协同融合以带来城市文明层级跃迁的趋势渐显。

本发明作为下一代城市文明发明系列之一，着重尝试在交通工具、交通方式和管理体系方面进行设计思想与科技工程的创新。

发明内容

现有的传统交通体系，随着自动驾驶等数字化创新的逐渐实现和成熟，暴露出以下不足。

1.当前的城市文明中，传统型的交通工具种类繁多、尺寸规格不统一、性能指标各异、自动化数字化系统参差不齐，同时，由不同性格品德、不同技能熟练程度、不同反应速度、不同心理素质的人类进行驾驶操作。交通系统中的交通参与者们的多样性越高，出现意外的可能性越高，可协调性越差，整体交通体系越不稳定，整体交通效率越低。

2.人的天然内在的不稳定因素过多地存在于交通系统中，造成交通系统过高的内在不稳定性。交通工具的机器性规格差异可以通过行业标准来缩小，但人的差异是天然内在的，无论是车内的人还是车外的人，无论是负责驾驶操作的人还是负责交通管控的人，例如，人难免走神分心、疲劳困倦、失去耐心、判断失误，也常常有酒驾毒驾、超速斗气、堵挡消防救护车辆的极端案例出现。

3.人常常根据不充分不完整的局部性信息作出草率失误的非整体最优的判断决策，例如，驾驶员会因信息不足而误闯由于各种原因而封闭管制无法前行的区域，交通疏导员会出于缓解自己路口交通压力的目的而将车辆引导驶入更加拥堵的方向，高速通行免费的假期里车辆会不约而同地在大致相同的时间段集中上路拥堵而缺乏经过整体优化的出行时间预约性安排。

4.作为个体的交通参与者、交通工具、交通基础设施、交通职能机构等交通体系要素，彼此割裂、各自为战，缺乏整体性的统一性和协调性，令交通体系的系统性效率难以整体优化，只能在一些局部打一些有益局部的补丁。例如，交通规划设计机构为了提高城市平均交通速度的硬性指标而大量设置禁止左转的路口从而导致不便，交通运营维护机构组织道路施工时采取不规律不标准的打围措施令自动驾驶车辆难以安全地响应识别，交通监控机构只能为交通参与者提供经验性和事后性的拥堵信息而非经过提前计算或实时计算得出的更可靠信息，交通指挥机构只能发出躲避某拥堵地点的友善建议而无力为潜在途经车辆提供各自适合并整体统筹的避堵优化路线，交通管理机构仅掌握交通路政数据(果)而无法掌握交通需求数据(因)于是在寻求城市最优车辆数量管控时只能进行经验性的估算或作出被动性的反应。

5.人在驾驶、执照、事故、维修、保养、清洁、停车、找车等琐碎事务中占用大量时间和精力，造成经济社会整体损失。

6.在当前的智能交通体系规划设计思路里，在当前的自动驾驶智能汽车科研行业里，其未来预期和研发目标，大多数情况下，都是既有各式各样的传统车辆又有各式各样的自动驾驶智能车辆的混行的交通体系形态，不难想见，传统车辆与自动驾驶智能车辆之间的相互交互的可能状态几乎无穷无尽，不同性能规格的自动驾驶智能车辆之间的相互交互的可能状态也几乎无穷无尽，如果尽量将所有的可能状态都进行对应的规则设计，则交通体系规划设计和自动驾驶智能车辆功能设计的需求规格将变得极其冗繁复杂且难以明确收敛，其复杂度也不利于保障交通体系的安全性与可靠性，为确保安全与可靠则又不得不降低系统效率，发生事故时证据的收集和责任的界定也将非常困难。这样的架构设计思路囿于传统思维定式和对眼前商业模式的简单想象，实际上的实现难度过大，任务总量难以确切估算，研发所需的时间和资金成本均难以明确，使得以车辆自动驾驶为标志的未来智能交通体系迟迟难以真正实现和落地，这是智能交通体系研发和自动驾驶智能汽车研发的行业和企业多年来一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。

7.即便是在当前传统的非自动驾驶车辆的世界里，由于性能规格不统一、升级换代快、零部件种类型号繁多，车辆在某种程度上成为了快速消费品，相对于生命周期较长的其他交通基础设施的资产属性，车辆生命周期相对较短而几乎沦为一种“耗材”，由于难以在更长的时间周期里得到规格标准统一的持续的零部件更换养护，许多车辆在早早地报废或回收时，其实常有若干结构和组件未完全使用到效用寿命终点，其经济效益未发挥到最大。

为应对以上问题，本发明采用如下技术方案：

交通体系中的交通工具全部采用自动驾驶车辆，这些车辆拥有统一的性能规格，包括行驶性能、探测性能、通讯性能、定位性能、计算性能、执行性能、数据格式、指令格式等，所述“统一的性能规格”，是一组统一的性能规格，或是一个系列多组统一的性能规格；

车辆的外观、内饰、空间、娱乐等乘坐体验可以各异，载人、载货等用途可以各异；

交通体系将交通用户、自动驾驶车辆、交通基础设施和交通职能机构全部纳入，所有数字化能力可及的交通体系要素——所有交通用户的需求状态、所有自动驾驶车辆的行驶状态、所有交通基础设施的运行状态、所有交通职能机构的工作状态——都在交通体系的统一管控范围之内，对上述交通体系要素的大数据进行处理，通过统筹协同的计算和管控，实现交通体系的整体最优。

本文中所述“基础设施”是指智能交通相关的广泛的供公共使用的设施设备，包含道路隧道桥梁等建筑类基础设施、天线基站线缆等通讯类基础设施、云端路侧计算设备等计算类基础设施、线缆电塔充电场等能源类基础设施、共享自动驾驶车辆等载具类基础设施等。

本文中所述“交通职能机构”是指智能交通相关的规划、建设、运维、养护、管理、执法等部门机构，包括交通规划设计机构、交通运营维护机构、交通监控机构、交通指挥机构、交通管理机构、交通执法机构等。

本发明的智能交通体系将带来如下有益效果。

1.在全部采用自动驾驶车辆的交通体系中，尽量降低了人的驾驶行为的多样性，同时由于交通体系中自动驾驶车辆的行驶性能、探测性能、通讯性能、定位性能、计算性能、执行性能、数据格式、指令格式等方面的性能规格统一，交通体系参与者的多样性也被大幅降低，系统将因此而简化。系统科学的研究告诉我们，系统的简化毫无疑问将带来更稳定的系统表现，整个交通体系因简化而更加便于统筹协同从而将带来交通体系效率的提高。

2.自动驾驶车辆在绝大多数甚至全部情况下，将自动完成所有驾驶需要的操作。由于将人的天然不稳定因素大幅度排除出交通体系，交通体系的局部——各自动驾驶车辆、各交通基础设施、各交通职能机构——分别各自机械性地自动工作，交通用户的需求仅作为系统的单一属性的输入，则交通体系的整体也将机械性地系统地运转并产生交通行为的输出，人的天然不稳定性对系统的影响因此降低，例如，人的走神、疲劳、失误等对交通体系的负面影响将大幅减小，车辆自动按照限速行驶使速度过高的危险驾驶和速度过低的交通阻滞都不再可能出现，车辆也将被统一设置为自动优先避让消防救护等特种车辆。

3.由于交通体系对所有交通用户的需求状态、所有自动驾驶车辆的行驶状态、所有交通基础设施的运行状态、所有交通职能机构的工作状态均进行计算、监测、控制、管理，通过整体性的统筹协同，各局部将获知基于全局性信息的最优于交通体系整体的明确引导，各车辆的行驶规划将不再仅是被建议而是经过计算和控制而被明确和落实，例如，车辆将被自动地妥善安排时间和路径以绕开封闭管制区域，车辆将自动接受根据明确信息和数据计算而进行的路径优化的交通疏导，计划在某时段集中上路的车辆会经过统一预约和统筹计算而被自动分配经过协调优化的上路时间与路径。

4.交通体系要素不再相互割裂、各自为战，而能得到整体性的统一协调，因此交通体系的系统效率得以优化。交通体系不再层层叠叠地打局部补丁，而能产生层级跃迁的整体进步。例如，交通规划设计机构、交通运营维护机构、交通监控机构、交通指挥机构、交通管理机构、交通执法机构等都将职能性地合并入上述“交通体系”概念中，通过对包括所有交通用户的需求状态、所有自动驾驶车辆的行驶状态、所有交通基础设施的运行状态、所有交通职能机构的工作状态等交通体系大数据的采集、计算、处理和预估，交通运营机构将有能力让路口处各车道的转向限制根据具体时间的交通需求变化和具体车辆的交通路径规划而作即时动态的自动优化调整，交通维护机构将有能力在道路维修的时间和地域采用针对性的标准化信息化打围以方便自动驾驶车辆进行安全可靠的响应识别，交通监控机构将有能力让道路维修等路况详细信息及其对应路段的交通流量调整信息提前更新至所有车辆共享的中央数字地图从而对所有车辆的行驶路径规划带来未雨绸缪的避堵优化，交通指挥机构将有能力在瓶颈性道路资源遇到交通流量波峰之前即大面积地对交通路径和行驶管控作出动态调整并发出指令给对应车辆实现统一协调指挥，交通管理机构将有能力根据用户需求大数据更准确地计算出实现交通体系效率最优的城市车辆总数并相应管控，如此整体优化的交通体系将有能力站在更高的层面，以更全局的视野，兼顾城市交通的效果与效率。

5.由于交通体系全部采用统一性能规格的自动驾驶车辆，人在驾驶、执照、年度审查、事故、维修、保养、清洁、停车、找车等琐碎事务中将节省大量时间和精力，学习适应等成本将大幅降低，事故将减少，年度审查、修理、维护等事务将可以更加自动化，大多数情况下车辆将自动执行交通相关的琐碎事务(例如自动行驶、自动去停车场停泊、自动去加充燃料能源、自动去清洁保养等)，许多事务将不再被需要(例如完全自动驾驶的使用场景可以不要求乘客具备驾驶执照等)，这将减少经济社会在交通相关事务上的损耗，带来经济社会整体性福利。

6.智能交通体系的未来预期和研发目标发生根本变化。交通体系里全部采用性能规格统一的自动驾驶车辆，将使车辆相互交互的可能状态大幅减少、交通体系大幅简化，交通体系规划设计和自动驾驶智能车辆功能设计的需求规格均将大幅简化且明确收敛，在提高交通效率的同时能够提高安全性与可靠性，事故的相关证据收集和责任认定也将相对清晰，交通体系的架构设计和工程实现的难度得以大幅降低，任务总量更易明确估算，使得以车辆自动驾驶为标志的未来智能交通体系能够以相对更明确的时间和资金成本更早地实现和落地，从而尝试解决这个智能交通体系研发和自动驾驶智能汽车研发的行业和企业多年来一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。

7.智能汽车在更加智能的同时也能够更加经济。在统一的智能交通性能规格要求下，对车辆进行生产、维修、保养、护理、更新的各种设施、设备、零部件等将有能力在更长时间周期里得到持续生产和供应，大产量将有较大概率带来低成本，自动驾驶的智能车辆(尤其是其中具备公共交通属性的共享智能车辆)将在持续和低成本的生产、维修、保养、护理、更新中，具备远超传统车辆的服务寿命和远低于传统车辆的全生命期成本，使得物“尽”其用，其经济效益将得到更高效的发挥。

具体实施方式

本发明可应用于规划建设全新城市的全新交通体系，或规划建设旧城市的全新城区的全新交通体系。本发明也可应用于基础条件充分适应、车辆换代和基础设施改造成本可被接受的旧城市或旧城区的交通体系的改造性规划建设，例如换代改造成本相对低的小城镇。无论哪种应用方式，作为一种个人和公共产品，本发明的智能交通体系都能可复现地、批量生产地进行部署实施，在不同的地方建立起一个个全新的智能交通体系。

交通体系中的交通工具全部采用自动驾驶车辆，这些车辆拥有统一的性能规格，包括行驶性能、探测性能、通讯性能、定位性能、计算性能、执行性能、数据格式、指令格式等。

行驶性能，可包括动力系统带来的加速相关动力学性能、刹车系统带来的减速相关动力学性能、车轮系统与路面系统带来的摩擦相关动力学性能、车辆重心范围设置、车辆轮距尺寸、车辆转弯半径、载重范围限制与位置分布等，从而使车辆在接受统一驾驶指令时，能够做出误差在可接受范围内的统一的机动动作，也使交通体系里的自动驾驶车辆具备统一规格标准而降低批量生产成本，也使得相适应的道路隧道桥梁等建筑类基础设施可以因设计规格统一而低成本地批量生产与模块化部署。

探测性能，可包括电磁波测距测速设备、声波测距测速设备、单目摄像设备、多目摄像设备、惯性导航测量设备、激光测距测速设备、激光三维成像设备等传感器，从而使所有车辆具备同样性能指标的对交通环境的探测能力，也使交通体系里设置在车辆内外部的探测设备具备统一规格标准而降低批量生产和模块化部署的成本。

通讯性能，可包括通讯设备、通讯工具、通讯方式、通讯协议、通讯带宽、通讯频段、通讯能力等，从而使任何车辆之间可以以统一标准进行通讯、使车辆行驶在任何地方都能够与统一标准的通讯设备实现通讯，也使交通体系里设置在车辆内外部的通讯设备具备统一规格标准而降低批量生产和模块化部署的成本。

定位性能，可包括定位方法(卫星定位、信标定位、车辆相互辅助定位、车外通讯设备辅助定位、惯性导航定位等)、定位设备、定位精度、定位时效等，从而使车辆的粗略位置或精确位置在任何地方任何时间都可以遵循标准统一的方法和凭借标准统一的设备而被探知，也使交通体系里设置在车辆内外部的定位设备具备统一规格标准而降低批量生产和模块化部署的成本。

计算性能，可包括计算设备(计算芯片、中央处理器、内存、数据存储器等)、计算速度、计算方法、能耗指标等，从而使车辆内外的计算设备在相同条件下的相同输入能够以误差可接受范围内的相同时间成本和能耗成本而产生相同的计算输出，也使交通体系里的计算设备具备统一规格标准而降低批量生产和模块化部署的成本。

执行性能，可包括车辆的电气系统和机械系统的结合时效性能、应对部件失效的冗余设计性能等，从而使自动驾驶车辆在处理和执行驾驶指令以及面对潜在部件失效时能取得统一的执行表现。

数据格式，可包括位于交通体系所有位置的数据的数据格式，从而使包括自动驾驶车辆在内的交通体系里，数据能够以统一的规格标准得到采集、存储、传播、通讯、计算、处理、生成。

指令格式，可包括交通体系里所有车辆、用户输入、计算设备、通讯设备、交通职能机构等所生成、处理、发送、接收、执行的指令格式，从而使交通体系里所有的指令保持格式统一，减少中间转译和处理，使指令的利用与控制的效率更高。

在以上统一的智能交通性能规格之外，车辆的外观、内饰、空间、娱乐等乘坐体验可以各异，载人、载货等用途可以各异。

从本质上说，此种智能交通体系里的车辆，是“同一种自动驾驶车辆”，仅仅拥有不同的外观内饰等审美性设计、不同的娱乐设备等舒适性设计、不同的空间安排、不同的运载用途等，例如设置真皮座椅或设置棉质座椅，例如设置沙发或设置货厢，例如设置音乐音响或设置电影屏幕。

“交通体系”的意涵将扩展到一个更大范围：

将交通用户纳入交通体系，全部交通用户的全部交通需求信息将全部归集至交通体系；

将自动驾驶车辆纳入交通体系，作为交通工具的统一性能规格的全部自动驾驶车辆将全部由交通体系统一管理和控制；

将交通基础设施纳入交通体系，包括道路隧道桥梁等建筑类基础设施、天线基站线缆等通讯类基础设施、云端路侧计算设备等计算类基础设施、线缆电塔充电场等能源类基础设施、共享自动驾驶车辆等载具类基础设施，全部由交通体系统一管理和控制；

将交通职能机构纳入交通体系，包括交通规划设计机构、交通运营维护机构、交通监控机构、交通指挥机构、交通管理机构、交通执法机构等，全部由交通体系统一管理和控制。

由此融合地建立起大智能交通体系，通过对其涵盖的交通大数据的采集、计算和处理，统筹协同地规划、管理、控制和监测所有数字化能力可及的交通体系要素——所有交通用户的需求状态、所有自动驾驶车辆的行驶状态、所有交通基础设施的运行状态、所有交通职能机构的工作状态，以形成交通体系的整体最优。

由于交通体系里全部采用自动驾驶车辆，在这些车辆可以完全自动行驶的场景里，乘客很自然地不需要考虑驾照问题，将从辛苦的驾驶劳动中解脱出来或至少得到劳动强度的缓解，由于自动驾驶车辆以自动化的方式工作运转良好因此事故和维修等事务将更少占据人的时间精力，而保养、清洁等车辆维护工作将可以设置为车辆自动前往相应场地自动实施，在停车场处也可设置为车辆自动寻找车位和自动从车位行驶到指定位置。

本文中所述统一性能规格，可以是一组统一的性能规格，也可以是一个系列多组统一的性能规格。例如，可以是全部是统一尺寸、统一底盘、统一动力系统的车辆，也可以成系列分为小车、中车、大车，各自拥有统一尺寸、统一底盘、统一动力系统。如此，在响应各种类型的交通需求时，可拥有更多可平台化或模块化的选择余地。

在统一的智能交通性能规格要求下，智能汽车将得到生产、维修、保养、更新等作业相关的设施、设备、零部件等的长期供应，尤其对于具备公共交通属性的共享自动驾驶车辆而言，其使用方式和经济属性将被视为更加接近甚至等同于道路基础设施的长周期公共使用和固定资产属性，即，在统一的智能交通性能规格的基础上，通过长生命周期模块化的设计、标准化批量化的生产，由对应的运维管控机构组织实施制度化的合理使用和持续性的维保养护，智能车辆的服务生命周期将大幅延长，全生命周期成本将大幅降低，从而成为智能交通基础设施的一部分。