什么是超级高速公路AGV

　　超级高速公路（Autoroute avec Grande Vitesse - AGV）是指设计时速能够达到或者超过200Km/h，且能够大幅提高车道通行能力的高速公路。超级高速公路会和现在的高速公路一样，是一个封闭的道路系统，将只允许达到一定标准的车辆进入，如：已装备特定自动驾驶系统、车速能够达到200Km/h 等。

　　单就车辆速度方面，各项赛车比赛早在2005 年就把车辆行进的速度推高到了415 Km/h。若不是由于国际汽联对赛车规则进行了改革，令现今F1 赛车的极限速度受到了限制，赛车场里创造的速度早就可以媲美各国高速铁路运行的各类世界记录，大约可达540-600 Km/h。可见，发动机和车轮路面体系绝不是限制现有高速公路行进速度的原因。反而是因为人类驾驶车辆时对各类突发事件的反应时间和注意力等人体工学上的限制阻碍了高速公路车速的提高。

　　但是，随着技术的发展，超级高速公路的实现成为可能。它将主要依靠车辆自动驾驶技术与车辆短程通信技术的结合，在交通流理论算法控制下实现前车、后车之间在极小车头时距下的自动跟车，每辆汽车之间距离很近，步调一致的高速行驶。

V2V技术使得AGV理论可行

　　现有世界各国的高速公路往往都带有限速要求，一般限制的速度在100- 130Km/h。高速公路限速的最主要原因并非对车辆性能的不信任，而是人类生理机能对行驶安全构成威胁的限制。

　　人在观测到周边环境变化后，采取相应的措施往往至少需要2 到3 秒钟的时间。在120km/h 速度下，两秒钟的反映时间内，车辆就会驶出67 米的距离。加上车辆制动的距离，一般在高速上要求保持100 米以上的车距。另外，在超过100km/h 后，人的视野明显变得狭窄，注意力集中的时间变短。这就要求高速公路的线型必须符合一定的规范， 例如转弯半径不小于500 米，坡度不大于3 度等。在人类生理机能的限制条件下，一条快速车道的通行能力只能达到约2000 标准车每小时的水平。

　　但是，正在研发的车车通信技术，使得前车行为可以在几十毫秒的时间内被传递到后车，达到后车与前车的同步。结合自动驾驶技术中雷达、视频的应用，完全可以避开人类生理机能的限制，将后车的反应时间缩短到数百毫秒，完全避免人类视野变窄和持续注意力时间有限的问题。这样车流中，车与车的间距就可以很小，也就是说可以实现高道路占有率情况下的车流高速运动。

　　在没有人类注意力、反应时间、视野限制的情况下，高速公路上的车辆速度可以被极大地提高到车辆的极限速度，以现在的情况来看200 公里每小时是可以达到的，车头时距也可以缩小到百毫秒的级别。以0.5 秒车头时距计算，单条车道的通行能力可以达到7200 辆标准车每小时。这样，能够增加60% - 108% 的车速，同时提高360% 的通行能力。

　　另外，由于车辆间的反应时间小，并且即使在车车直接的一跳信息交换情况下，通讯距离也可以达到数百米的距离。即使在高自由流状态下（车辆密度不足以实现组网），车辆间交换信息也可通过基础设施上的设备跳转，这就使得信息交换的距离很远。因此超级高速公路对道路线形的要求会远远低于现在高速公路基于人类自身反应时间、视野和注意力限制条件下的对道路线形的要求。也就是说， 超级高速公路比现有高速公路对于转弯半径、坡度等的要求会远没有现在那么严格。换句话说，现有高速公路的线形是能够满足超级高速公路需要的。

 自动驾驶技术扫除了AGV的最大障碍

　　现在高速公路限速的最大原因来自于人类对突发事件的反应时间、视野、注意力集中时间等的限制。感谢汽车无人驾驶技术，它使得高速公路能够摆脱人类自身条件限制，实现高道路占有率下的车流高速移动。

　　现阶段，车辆自动驾驶技术研究的佼佼者是谷歌公司。谷歌高调宣布其传说中的自动驾驶汽车已经开了数百万公里，已经申请和获得了多项相关专利， 并且在内华达州获得了自动驾驶车辆的汽车牌照。

　　谷歌在无人驾车汽车上分别安装了4 个雷达传感器（前方3 个，后方1 个）， 用于测量汽车与前后左右各个物体间的距离，扫描后，实时生成三维图像，并且在汽车的后视镜附近安置了一个摄像头， 利用视频分析技术，在车载电脑的辅助下识别交通信号灯，辨别移动的物体，比如前方车辆、自行车或行人。

　　谷歌的自动驾驶车辆完成了全场景下的自动驾驶。但是，作为技术普及的必然趋势，其首先应用的场景一定是环境相对简单的情况。就拿交通工具的自动驾驶来说，首先实现的是飞机在几乎没有干扰的天空中的自动驾驶，而后是只有前后关系的城市轨道交通。通用汽车公司曾经发表过评论说自动驾驶技术已经相当成熟， 几乎接近可以实际应用的状况。同理，对于汽车的自动驾驶而言，高速公路封闭的环境，只有车、路之间的相对简单的关系，应当是车辆自动驾驶首先得到应用的场所。

交通流理论是AGV的决策智库

　　超级高速公路上，环境相对简单，只有车与车、车与路之间的关系。为了实现超级高速公路的设想，必须让在超级高速公路上的车辆自动完成与其他车辆和道路设施的协调。例如，自动跟车，变道协调、合流协调、分流协调、冲突避让、施工避让、障碍物避让、主动安全和道路信息反馈等等。而交通流理论恰恰研究的就是这些内容。因此，交通流理论将摆脱一直躺在在交通工程师电脑里的命运，成为车辆自动驾驶中与周边车辆协调的核心算法，将成为向车辆自动控制系统下达命令的智库。

　　需要注意的是：这些交通流理论的形成和参数的配置都是基于现有交通流的状况下建设的模型。也就是说，是有人驾驶的情况！这些模型中很自然的包含了人类的行为模式，即在某种情况下，人类都会做出的相同反应。例如在车辆较多时，人们会踩刹车，从而降低整体交通流的速度。在参数配置上也暗含了人类的反应时间和反应强度等，例如传统的“流密速”曲线。显然，在高速公路上自动驾驶时，车辆之间的协作是否一定要遵循人类的行为模式是需要研究的重要课题。另外，车辆之间反应时间的巨幅缩小，反应强度的程序可控性都会改写现有的交通波动理论和跟车理论。

 成熟的辅助技术

　　以上技术和理论是实现超级高速公路的核心。但是很多其他技术也是必不可少的。例如：实时交通信息采集技术、虚拟现实技术、高精度卫星定位技术、高性能发动机技术。

　　实时交通信息采集技术主要为了完成超级高速公路入口道车流与主道车流的合流。入口道车辆要完成与主道车流的无缝自动合流，就必须掌握主道车流的状况，以合适的速度和契机切入到主道车流之中。虚拟现实技术，主要提供给超级高速公路监控中心，让其可以几乎实时（秒级延误）地监控高速公路上的事件。高精度卫星定位技术主要向车辆提供其自身的位置信息。然后，通过无线短程通信将自身位置信息告知周边车辆。在跟车、变道、合流、分流等情况下，都需要计算与前车的相对位置。而现在卫星定位系统5 米左右的定位精度是不够的。幸运的是， 卫星定位的差分定位技术（DGPS）和地基增强网络技术已经成熟，其精度可以达到亚米级。并且已经计划在全国范围内组网，发布修正信号。当然，对于用于车辆主动安全最后一道关口的，更加精确的厘米级相对位置计算只能依靠雷达技术了。

　　高性能发动机技术是超级高速公路上车辆能够快速行进的根本，从现在各类赛车比赛来看，其技术早已成熟。未来大规模应用到民用车辆上的关键似乎只有经济可行一个制约了。

对国民经济发展的意义

　　很显然，超级高速公路对国民经济的发展将会起到巨大的推进作用。虽然在速度上超级高速公路和高铁相差无几， 比飞机要慢一些，但是，超级高速公路有其先天的优势。

　　首先，无论对于客运还是货运来说， 他都会保留公路运输中门对门的特色优点，中间无需调换运输方式，节省大量时间和人力。其次，超级高速公路提供了一个廉价超高速货运方案。再次，即使不考虑车辆速度增加带来的时间成本降低，单单是通行能力的增加就相当于再建造两倍半的高速公路。最后，自动驾驶的实现能够极大幅度的减少高速公路的事故率。

　　超级高速公路的实现将会带动一大批产业的更新, 最明显的就是汽车行业, 自动驾驶、车辆自组网和超级高速公路会完全改写汽车行业。

　　可以看到，超级高速公路的各项技术多数都已经日趋成熟，现阶段展开超级高速公路的预研工作正当时。

      原树宁博士   博泰电子V2X 总监

        分别在同济大学、法国巴黎第一大学获得工学学士、哲学博士等学位。主要研究方向：智能交通系统（ITS），特别是全球定位系统、地理信息系统、车车通信（V2V）、车载自组网络技术（VANET），开发了欧洲首个利用GPS 调研个人出行的分析软件。是上海市科委“基于车辆间通信的车辆主动安全关键技术研究及实车验证”项目的主要负责人。