黄伟:智能汽车时代的智慧街道规划设计

未来已来,快速迭代发展的智能汽车和无人驾驶技术对当前城市应用场景和交通出行模式产生巨大冲击。本报告主要介绍了两个方面的内容,一是智能汽车快速发展衍生的新的城市交通生态,二是对智能汽车时代的智慧街道规划设计的思考,并就自动驾驶与智慧道路耦合发展、路侧智慧交通基础设施、技术指标等重难点问题,进行了具有前瞻性的思考和探索。

智能汽车快速发展衍生新的城市交通生态

黄伟副总规划师提出,未来已来,快速迭代发展的智能汽车和无人驾驶技术对当前城市应用场景和交通出行模式将会产生巨大冲击。

  • 智能汽车发展态势及技术路径

黄伟副总规划师介绍,未来的智能汽车发展将呈现“五化”的态势,即共享化、智能化、电动化、车身的小型化以及模块化。模块化指的是未来的汽车厂商制造的汽车车身和底盘将会是分离的,而出行者在使用的时候可以根据需求来选择不同的底盘和车身。由于智能汽车这一模块化的特点,人们将可以进行“编组式”出行,而在行程中间也有可能实现动态的换乘。

根据国际汽车工业协会的定义,无人驾驶的技术分级为6级。而自动驾驶的技术路线有两种,一种是单车的智能路线,以美国的谷歌、特斯拉公司为代表,通过在车上增加感应、决策等各类设备,依靠汽车来解决所有自动驾驶的问题。此类单车智能的技术路线有着很明显的局限性,一是车上设备的视域、视距容易受到限制,二是由于所有的智能设备都集中在车上,也导致车辆的成本较高。中国目前自动驾驶的技术路线是车路协同,主要依赖于三大技术优势:一是5G网络,二是北斗导航系统,以及最重要的,我国拥有高度协同的智慧道路系统,政府可以通过对基础设施的统一提升改造来帮助解决自动驾驶的问题。

  • 智能汽车将对城市和交通产生深刻影响

自动驾驶对于城市空间和土地利用的影响都将是非常深刻的,城市将在空间和时间上呈现扁平化的发展趋势——通勤距离将不再是影响居住地选择的主要因素,城市的总体布局将倾向于更加均衡;而移动办公、虚拟会议的出现将使得大多数上班族不需要再按照朝九晚五的统一时间上下班,从而使得道路空间在使用时间上更加均衡,高峰小时系数将得到显著降低。另外,在自动驾驶的技术真正在落地商用之后,辅以目前已经基本比较成熟的共享的出行模式,将能够完美解决交通设施的时空资源浪费问题。

在此影响下,未来整个城市的生态也将随之发生变化,移动性将成为城市交通关注的重点,多种方式的融合和衔接将成为关键,人们将不再关注单一的交通方式,多元化、个性化、可满足不同出行偏好的交通方式将应需而生。此外,智能汽车对城市的动静态交通空间也将产生较大的影响。对于城市道路而言,自动驾驶将使得城市道路网的总体承载力大幅提升,但也可能随之诱发更多的出行需求,使得机动出行的总体负荷升高。而对于静态交通而言,停车需求将会显著降低,但对于临时上落客区场地的需求会大量增加,停车场地的利用效率也会大幅提高。另外,智能汽车将推动街道功能的重新定义,街道除了承载交通功能,将更多的成为“生活空间”,道路空间也将进行重新分配。

智能汽车时代的智慧街道规划设计思考

黄伟副总规划师指出,当自动驾驶的时代到来,交通规划师应确保未来交通的协同,确保城市交通依然在以人为本的体系里可持续发展。目前对于自动驾驶的研究大多集中在智能汽车上,但对城市用地、街道及建筑的影响则明显关注不足,而道路作为自动驾驶车辆的实际载体,与自动驾驶车辆的适应程度或匹配关系至关重要。当前智能汽车行业的飞速发展正在倒逼城市交通系统作出适应性调整。

  • 无人驾驶场景下的未来城市道路体系性变化

在自动驾驶场景下,城市道路系统将发生较大的变化。首先,现有的机动车、非机动车和行人的分类将不再适用,而可以按照交通工具和参与者移动的速度,分为六个不同的族群,即行人、慢速非机动车、轻型电动交通工具、小型智能汽车、大中型智能汽车和轨道及其他新型快速车辆。六个族群以速度作为主要控制因素,可以组合而成四类不同的街道行驶空间,不同的街道行驶空间再进行组合就形成未来城市道路的分类体系。

  • 新时期智慧街道的技术选择与调整

和智能汽车类似,智慧道路也可以划分为6个智能等级,而智能汽车的分级和智慧道路的分级组合之后就将形成车路协同自动驾驶系统的分级。要达到最高级别的自动驾驶系统,不需要智能汽车和智慧道路同时达到最高级别,低等级的智能汽车只要与智慧道路进行协同配合也可以实现高等级的自动驾驶服务。

在智能汽车的影响下,未来城市道路的很多技术因素将发生变化,如车道宽度、转弯半径都将会缩小。另外,在未来的城市街道里将会诞生一个新的街道空间,即复合功能设施带,它将涵盖路内临时停靠区、上客区、落客区、MaaS服务区、共享单车停放区等功能,还将为路侧的智能交通设施提供空间。

此外,自动驾驶时代的城市建设会更加坚持以“人”为中心,塑造人本交通,在机动车严格限速的街道上,增强行人过街的灵活性。对于路端的智慧交通设施,包括感知、通信和决策设施,则可以通过对现有杆件、箱体的改建或设置在地下的预埋件等方式进行解决。目前在雍和宫大街上已经得到应用的智慧综合杆,挂载了多种车路协同设施,并且有效提升了道路空间利用及附属设施的规范化管理水平,是未来的发展方向之一。未来的信号灯控制也将出现较大的变化,逐步会从“被动式响应”转变为“主动式服务”,从实体信号转变为虚拟和数字信号,信号控制变得更加简单而高效,真正实现人、车、路、控制等交通要素全时空高效配置。

对于自动驾驶时代新的街道空间的组合方式,黄伟副总规划师介绍了课题组对于未来50米混合街道典型断面的设计。断面包括供行人通行的步速通行空间,供骑行、轻型电动交通工具通行的慢速和中低速通行空间,6米宽度的为公交港湾停靠站、共享单车的停车区、路侧设施等提供设置空间的复合设施带和两个中快速通行空间。未来城市的交通组织也会发生变化,道路空间的通行授权、分时授权均会按照“按需响应”模式进行高效的动态调度管理。另外,道路的标志标线标牌系统也将出现较大变化,目前人工驾驶员主要通过视觉获取道路标志信息,而自动驾驶系统则是主要通过车联网从云端和路侧设备无线获取相关信息,或通过车载设备直接感知、识别道路交通标志。因此,新型交通标志需要标准化和数字化,并提高对比度和可视性,确保可以应对特殊气候条件。

黄伟副总规划师还展示了对未来智能汽车场景下的不同类型城市街道的道路平面设计方案,示意图体现了在新的道路分类体系和路网结构下,道路空间分配、车道宽度、转弯半径、行人过街设施、路侧临时停靠等多方面的变化和调整。

  • 智慧街道优化设计示意性方案及仿真模型验证

黄伟副总规划师介绍,在后续研究中,课题组正在运用Python语言对VISSIM仿真平台的COM接口进行二次开发,以搭建一个面向自动驾驶的城市道路仿真模型,开展对不同无人驾驶汽车混入率及道路相关技术参数的优化设置和验证评价,对整个课题提供定量分析的支撑。

小 结

最后,黄伟副总规划师指出,“规划视界”即以规划的长远视野和全局视角,助力城市的可持续发展和人民的幸福生活。而规划师的责任在于对城市的未来有所预判,并通过若干技术及政策的干预使得城市发展的演变过程能够更加接近相对最优路径,这也是本次开展研究主要的出发点。

* 本文所涉及观点均已经过专家本人审核

2023年6月11日,以“规划视界”为主题的第九届清华同衡学术周在京盛大开幕,在“社会·技术”专题论坛上,清华同衡副总规划师、交通研究中心主任黄伟作以《智能汽车时代的智慧街道规划设计思考》为题的实践报告,就自动驾驶与智慧道路耦合发展、路侧智慧交通基础设施、技术指标等重难点问题,进行了具有前瞻性的思考和探索。

来源:清华同衡网易号 2023年7月7日

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