自动驾驶技术很可能彻底改变道路交通系统。在美国，约94％的交通事故是由于人为失误引起的，每年造成的损失超过2500亿美元。1997年，在瑞典政府宣布交通“零死亡”愿景后，美国高速公路安全管理局、联邦公路管理局、联邦汽车运输安全管理局和国家安全委员会正在紧密合作以实现这一目标。交通安全取决于人、车和环境等因素，但在全自动驾驶模式下可以将人为因素排除，更多地强调车辆和环境的作用，包括道路和其他基础设施。车辆自动驾驶技术正在持续快速发展，给美国基础设施老化问题以及建设资金问题带来了巨大的压力和挑战，但同时也有助于重振美国基础设施，并提升其在交通生态系统中的作用。   

自动驾驶系统将越来越强调基础设施的作用

     当前，基础设施的规划、设计和建设旨在满足人类驾驶员的能力和信息需求，如道路交通标志，要结合人的感知能力以及路段的速度限制来进行设计与布设。尽管一些人认为自动驾驶汽车能够在现有基础设施条件下正常行驶，但自动驾驶技术的发展可以为车辆提供超越人类驾驶员的感知范围和精度。现有场景下驾驶员获取的信息是极其有限的，但车路通信、车车通信可以为车辆提供更多的共享信息，让车辆在没有视线条件下仍能正常导航与路径规划。车辆与基础设施的深度融合可以让自动驾驶汽车适应各种复杂环境与行驶工况，让整个系统更安全、更稳定。  

     为了匹配自动驾驶技术的发展，基础设施要深度理解车辆的技术需求与瓶颈制约，提供互补的感知与决策能力，适应自动驾驶汽车对交通运输模式的新要求。目前自动驾驶技术的研发是在很少或没有设施端信息支持的场景下进行的，但感知与计算带来的压力将逐渐地与基础设施端分担并集成。  

     物理基础设施元素（如车道、标志和标牌等）可以帮助自动驾驶汽车对环境进行感知和理解。同时，基础设施还可以是全息分布式的传感器网络，实现信息采集、分析并提供给车辆。诸如可变速度限制、信号交叉口的交通检测和交通信号协调控制等技术，已经在这个方向上引领基础设施的发展。  

未来基础设施将与车辆及其他道路使用者无缝数据交换。来源: Getty Images

     这类数字化的基础设施将成为自动驾驶汽车安全稳定运行的重中之重：使用物联网方法，感知环境并与车辆交互有效信息（如图所示）。例如，降水传感器可以警告自动驾驶汽车前方有安全隐患，智能交通锥可以有自主定位功能，实时将位置信息广播给附近车辆以避免发生碰撞。车辆与基础设施之间持续信息交换将有助于数字地图的实时更新，目前许多自动驾驶汽车严重依赖这些地图来进行定位与导航。道路环境的变化与动态的交通组织，如当地道路封闭、恶劣天气或其他因素，实时访问更新的地图会对自动驾驶汽车性能产生直接的影响。基础设施和自动驾驶汽车之间不断的信息交换可以帮助识别禁行道路和危险路段，建立数据共享的良性循环，有利于提升交通系统的安全与效率。  

     同时，随着自动驾驶汽车的逐步应用，基础设施将不得不适应新的驾驶行为和交通模式。一个很好的例子是停车。在伦敦，估计有8000公顷的土地被停放的汽车占用。然而，在由自动驾驶汽车主导的驾驶情境中，没有必要在靠近下车位置找到停车位，因为车辆将能够在空间允许的情况下停车，其操作与出租车类似。同时，自动驾驶汽车可以使车辆的停放间距更小，从而更好地利用停车场地。  

基础设施面临的挑战

     未来，基础设施的发展将不得不适应新的不可预见技术的出现。随着智能汽车与基础设施之间信息交互的增加，车辆技术开发需要与基础设施建设运营、交通规划以及联邦、州和地方机构保持密切的交流与合作。基础设施的更新升级可能是复杂且昂贵的，但它不仅有利于自动驾驶的发展，而且可以让现在的人工驾驶更加安全与高效。  

     传感器与智能汽车技术通常以年为更新与部署周期，但基础设施则是数十年甚至是百年工程，技术发展的不可预测性会对基础设施规划、设计、建设以及资金带来巨大的挑战。基础设施方案一旦大规模部署将直接影响甚至定义未来几十年自动驾驶汽车的发展。   

因此，智能汽车和基础设施之间沟通与协调至关重要：

>>>> 建立智能汽车与基础设施有效沟通机制，共同制定未来交通系统架构，以保证大规模部署的可行性；

>>>>基础设施设计建设需要更好地了解当前和未来自动驾驶技术的需求，实现技术匹配以支持自动驾驶汽车安全高效运行；

>>>>智能汽车的设计开发应综合考虑基础设施规划、建设资金和维护问题；

>>>>基础设施需要和汽车领域一样密切关注传感器与智能技术的发展动态，确保基础设施技术水平与车端相匹配与协同；

>>>>车路信息交互将会面临复杂的信息安全和标准规范制定问题。

     近期，基础设施需要深入研究评估智能汽车发展水平与技术需求，并制定相应的更新升级方案。例如，标志标线的养护水平需要提升以确保车辆自适应巡航控制与车道保持辅助系统安全稳定运行，并协调统一美国各个州的标志标线与交通信号标准问题。还应特别注意道路标志的可视条件，以确保在所有季节和天气下有最大可见度。随着技术的进步，智能汽车会不断放宽对基础设施的要求，甚至可能出现对基础设施没有任何特殊要求的自动驾驶新技术，但要使这种技术真正实现市场化运作，其进程将是缓慢的，可能需要几十年时间。因此，基础设施建设必须考虑未来自动驾驶的发展需求，并做相应的技术储备与部署。  

结论

      在这个技术快速更新变革的时代，准确预测未来50年的发展需求挑战性巨大。同时，在大规模建设资金问题面前，规划建设相应的基础设施以匹配并不完全成熟的自动驾驶技术会更加困难。比如，在交通量低的偏远地区，建设足够的基础设施以满足当前的自动驾驶需求代价更大。另一方面，未来自动驾驶技术可能会对基础设施的缺陷展现出更加强大的适应性，即使没有特定基础设施的支持，也能在这些偏远地区行驶。不可否认的是，基础设施的完善可以促进这些系统的快速开发与部署，以实现道路交通事故 “零死亡”的愿景，但现有自动驾驶技术多种多样，基础设施需要找到更加开放与标准的解决方案，避免与某一特定自动驾驶技术方案相绑定。当前，美国需要立即采取行动的领域是统一不同辖区交通管控设备，实现统一的交通标志和道路标记。同时，通过试点示范项目的方式确保基础设施规划人员、工程师与自动驾驶开发人员保持密切沟通，了解双方需求，把握行业发展脉搏，并提供给相关方和公众参与体验与教育的机会。  

      总之，今天技术的局限可以通过明天的突破来变得更好！  

       本文摘译自《The Role of Infrastructure in an Automated Vehicle Future》 , 作者:Ryan J. Harrington, Carmine Senatore, John M. Scanlon 和 Ryan M. Yee, 原文发表在美国国家工程院院刊《The Bridge: Linking Engineering and Society》2018年夏季版。