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一文詳解自動(dòng)駕駛的運(yùn)行設(shè)計(jì)域(ODD)| 自動(dòng)駕駛系列

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一文詳解自動(dòng)駕駛的運(yùn)行設(shè)計(jì)域(ODD)| 
 自動(dòng)駕駛系列

2021年4月30日,SAE發(fā)布了第四版J3016《駕駛自動(dòng)化分級(jí)》,這是即2014年1月16日、2016年9月30日、2018年6月15日之后,J3016的又一次迭代更新。

2021年7月,ISO發(fā)布了ISO 22737《預(yù)定路線的低速自動(dòng)駕駛(LSAD)性能要求、系統(tǒng)要求和性能測(cè)試規(guī)范》。

本系列將詳細(xì)解讀自動(dòng)駕駛ODD、DDT、DDT fallback、OEDR、低速自動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛分級(jí)。

全文7000字,預(yù)計(jì)閱讀18分鐘

文 |?吳冬升

一文詳解自動(dòng)駕駛的運(yùn)行設(shè)計(jì)域(ODD)| 
 自動(dòng)駕駛系列

基本概念

自動(dòng)駕駛需要在地球上各個(gè)國(guó)家地區(qū)都能正確工作。因此要求綜合考慮各種不同類型的道路、道路標(biāo)記、交通標(biāo)志等,以及環(huán)境問題,如天氣狀況。確保自動(dòng)駕駛汽車在其預(yù)定的運(yùn)行環(huán)境中表現(xiàn)充分,是整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)驗(yàn)證的關(guān)鍵部分。運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)域ODD(Operational Design Domain)一詞的原始定義來自SAE J3016中的定義。

SAE J3016 將 ODD 定義為"特定駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)或其功能專門設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件,包括但不限于環(huán)境、地理和時(shí)間限制,和/或某些交通或道路特征的存在或缺失。"[1]

簡(jiǎn)單來說,ODD就是要定義好在哪些工況下是能夠自動(dòng)駕駛的,脫離了這些工況,自動(dòng)駕駛就不能保證工作。任何一臺(tái)自動(dòng)駕駛車輛,都必須有一定限定的工況。而這個(gè)工況可以很寬泛,也可以很精準(zhǔn),并決定了自動(dòng)駕駛車輛能勝任什么樣的場(chǎng)景。比如,一臺(tái)車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)只能在高速上使用,它可以自動(dòng)保持車道、自動(dòng)超車、自動(dòng)跟車、自動(dòng)讓行、自動(dòng)通過ETC、自動(dòng)上下匝道等,但到了城市里就無(wú)法完全自動(dòng)駕駛。同時(shí),要確保自動(dòng)駕駛測(cè)試和驗(yàn)證是完整的,至少需要確保ODD所有方面已經(jīng)通過確保系統(tǒng)安全運(yùn)行,或通過確保系統(tǒng)能夠識(shí)別超出ODD 的范圍。

在工信部發(fā)布的《GBT 汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,ODD是設(shè)計(jì)時(shí)確定的駕駛自動(dòng)化功能的本車狀態(tài)和外部環(huán)境。運(yùn)行設(shè)計(jì)條件ODC(Operational Design Condition)是設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)確定的駕駛自動(dòng)化功能可以正常工作的條件,包括ODD、駕駛員狀態(tài)以及其他必要條件。[2]

動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)DDT(Dynamic Driving Task)是在道路交通中運(yùn)行車輛所需的所有實(shí)時(shí)運(yùn)行和策略功能,不包括行程安排和目的地和航路點(diǎn)選擇等戰(zhàn)略功能。

動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)接管DDT fallback(Dynamic Driving Task fallback)是在相同情況下,用戶對(duì)實(shí)施DDT或達(dá)到最低風(fēng)險(xiǎn)條件的響應(yīng)(1)在發(fā)生DDT性能相關(guān)系統(tǒng)故障后,或(2)在ODD退出時(shí),或ADS對(duì)達(dá)到最低風(fēng)險(xiǎn)條件的響應(yīng)。

目標(biāo)和事件檢測(cè)與響應(yīng)OEDR(Object and Event Detection and Response)是DDT的子任務(wù),包括監(jiān)控駕駛環(huán)境(檢測(cè),識(shí)別和分類對(duì)象和事件,并準(zhǔn)備按需要做出響應(yīng)),并對(duì)這些對(duì)象和事件執(zhí)行適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(即根據(jù)需要完成DDT和/或DDT接管)。

低速自動(dòng)駕駛LSAD(Lowspeed Automated Driving)是最大速度為8.89米/秒(32公里/小時(shí))的自動(dòng)駕駛系統(tǒng),將被用于最后一英里的運(yùn)輸、商業(yè)區(qū)的運(yùn)輸、商業(yè)或機(jī)場(chǎng)、港口、大學(xué)校園區(qū)以及其他低速環(huán)境的應(yīng)用。[3]

自動(dòng)駕駛分級(jí)或類別(Levels or Categories of Driving Automation)是基于駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)功能,由該功能和(人工)用戶(如有)之間DDT和DDT fallback執(zhí)行中的角色劃分決定。駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)功能部件的制造商確定該功能的要求、ODD及運(yùn)行特性,包括駕駛自動(dòng)化水平。

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ODD案例

(1)ISO 22737中定義的LSAD ODD

每個(gè)LSAD系統(tǒng)都應(yīng)由制造商定義其ODD。一個(gè)LSAD ODD的限制系統(tǒng)應(yīng)至少指定以下屬性:

a) 低速:LSAD系統(tǒng)的速度應(yīng)等于或小于8.89米/秒或32公里/小時(shí);

b) 適用范圍:例如,受限通道或?qū)S玫缆罚ü不蛩饺耍蛐腥?自行車道,或限制所有或某些特定類別機(jī)動(dòng)車進(jìn)入的區(qū)域。限制通行的道路可以通過車道標(biāo)記或速度限制或物理分界來指定;

c) 預(yù)定義路線:在LSAD系統(tǒng)運(yùn)行之前,在LSAD系統(tǒng)內(nèi)定義的路線。LSAD系統(tǒng)只能在預(yù)定路線上運(yùn)行。預(yù)定路線應(yīng)由相關(guān)的利益相關(guān)者共同確定(例如,地方當(dāng)局、服務(wù)提供商、制造商等)。調(diào)度員應(yīng)確認(rèn)與預(yù)定路線的任何偏差不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)情況;

d) 應(yīng)用區(qū)域的照明條件;

e) 天氣狀況;

f) 路況;

g) 存在或不存在VRU;

h) 可行駛區(qū)域內(nèi)可能存在靜態(tài)障礙物;

i) 網(wǎng)聯(lián)要求等。

LSAD系統(tǒng)或調(diào)度員應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的ODD條件(例如霧天條件、夜間照明條件),在ODD屬性預(yù)定值的范圍內(nèi)為指定的應(yīng)用選擇操作值(對(duì)于LSAD系統(tǒng)駕駛的車輛)。例如,調(diào)度員或LSAD系統(tǒng)可以決定將雨天的最大允許速度限制為低于晴天的速度。

(2)B款車型的L3級(jí)ODD [4]

a) 地理限制:地理ODD包括地理圍欄的邊界和這些邊界內(nèi)區(qū)域所有適用的交通規(guī)則。只能在有限的高速公路上激活和運(yùn)行,與來往車輛有連續(xù)的結(jié)構(gòu)隔離,沒有交叉路口和環(huán)島。這種道路類型的特點(diǎn)是行人和自行車出現(xiàn)的概率很小。對(duì)這些激活條件的遵守將由車載傳感器檢測(cè),例如攝像頭監(jiān)測(cè)交通標(biāo)志,并且還將通過高清地圖提供的信息進(jìn)行保證。考慮到法律要求等各種因素,L3級(jí)ADS被設(shè)計(jì)為在0至85mph(136.79 km/h)的速度下運(yùn)行;

b) 環(huán)境限制:自動(dòng)駕駛車輛持續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境ODD,以確保在所有條件下安全運(yùn)行。例如,車輛的速度將根據(jù)一天中的時(shí)間、光線條件、路面摩擦系數(shù)太?。ɡ缏访嫔嫌醒┗虮┗蝻L(fēng)太強(qiáng)而調(diào)整;

c) 人類駕駛員的限制:駕駛員必須系好安全帶坐好,并保持清醒等。

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(3)A款車型的L3級(jí)ODD

a) 行駛在高速公路上,或者帶有中央隔離帶和護(hù)欄的兩車道以上機(jī)動(dòng)車專用公路上;

b) 所在車道和周邊車道的車間距離在較近也就是說在堵車狀態(tài)下;

c) 車的行駛速度不超過60km/h;

d) 在傳感器可檢測(cè)到的范圍內(nèi)沒有信號(hào)燈,也沒有行人和騎自行車的人等。

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NHTSA ODD分類框架

NHTSA在《A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios》中采用六大要素構(gòu)建設(shè)計(jì)運(yùn)行域,包括基礎(chǔ)設(shè)施、駕駛操作限制、周邊物體、互聯(lián)、環(huán)境條件、區(qū)域。[5]

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(1)基礎(chǔ)設(shè)施

道路類型:分隔公路、不分隔公路、主干道、城市、農(nóng)村、停車場(chǎng)、多車道、單車道、高載客量車輛(HOV)車道、入口/出口匝道、緊急疏散路線、單向、轉(zhuǎn)彎專用車道、私家路、雙向車道、交叉口(信號(hào)燈、掉頭、四向/雙向停車、環(huán)島、合并車道、轉(zhuǎn)彎專用車道、人行橫道、收費(fèi)廣場(chǎng)、鐵路穿越)(FHWA,2012年)。

道路表面:瀝青、混凝土、混合料、格柵、磚、泥土、礫石、刮過的道路、部分堵塞、減速帶、坑洼、草地(Gibbons,1999)。

道路邊緣:標(biāo)記線、臨時(shí)標(biāo)記線、路肩(鋪砌或礫石)、路肩(草)、混凝土護(hù)欄、格柵、欄桿、路緣、錐體(Sage,2016)。

道路幾何:直線、彎道、山丘、側(cè)峰、拐角(常規(guī)、死角)、負(fù)障礙物、車道寬度(Huang,2010)。

(2)駕駛操作限制

速度限制:最低和最高限速(絕對(duì)、相對(duì)于限速、相對(duì)于周圍交通)(Elpern Waxman,2016)。

交通條件:最小交通量、正常交通量、保險(xiǎn)杠到保險(xiǎn)杠/高峰時(shí)間交通量、交通條件變化(事故、應(yīng)急車輛、施工、封閉道路、特殊事件)(加利福尼亞大學(xué)道路計(jì)劃,2016年)。

(3)周邊物體

標(biāo)志標(biāo)牌:標(biāo)志(例如,停車、讓行、行人、鐵路、學(xué)校區(qū)域等)、交通信號(hào)(閃光、學(xué)校區(qū)域、消防部門區(qū)域等)、人行橫道、鐵路交叉口、停止的公共汽車、施工標(biāo)志、急救信號(hào)、遇險(xiǎn)信號(hào)、道路用戶信號(hào)、手勢(shì)信號(hào)(FHWA,2012)。

道路使用者:車輛類型(轎車、輕型卡車、大型卡車、公共汽車、摩托車、寬載、應(yīng)急車輛、施工設(shè)備、馬車/四輪馬車)、停車車輛、移動(dòng)車輛(手動(dòng)、自動(dòng))、行人、自行車手(CA DMV,2016)。

非道路使用者障礙物/物體:動(dòng)物(如狗、鹿等)、購(gòu)物車、碎片(如輪胎碎片、垃圾、梯子)、施工設(shè)備、行人、自行車手。

(4)互聯(lián)

車輛:V2V通信(如C-V2X/DSRC、Wi-Fi)、應(yīng)急車輛。

交通密集信息:眾包數(shù)據(jù)(如Waze)和V2I。

遠(yuǎn)程車隊(duì)管理系統(tǒng):車輛由可執(zhí)行遠(yuǎn)程操作的操作中心支持(Aljaafreh等人,2011年)。

設(shè)施傳感器等:工作區(qū)警報(bào)、易受傷害的道路使用者、路線和事件管理、GPS、三維高清地圖(Ellicipuram,2016)、坑洞位置、天氣數(shù)據(jù)、云端數(shù)據(jù)等。

(5)環(huán)境條件

天氣:風(fēng)、雨、雪、雨夾雪、溫度。在高速公路上,小雨或小雪可使平均速度降低3%至13%。大雨會(huì)使平均速度降低3%到16%。在大雪中,高速公路的平均速度會(huì)下降5%到40%。小雨時(shí)自由流速度可降低2%至13%,大雨時(shí)可降低6%至17%。雪會(huì)導(dǎo)致自由流速度降低5%至64%。降雨期間,速度變化可降低25%(FHWA,2017c)。

天氣導(dǎo)致的路面條件:積水、道路被淹、道路結(jié)冰、道路積雪。洪水導(dǎo)致車道浸沒,積雪和風(fēng)吹碎屑導(dǎo)致車道阻塞,可能導(dǎo)致通行能力降低。由于危險(xiǎn)條件(如大風(fēng)中的大型卡車)造成的道路封閉和通行限制也會(huì)降低道路通行能力(FHWA,2017)。

顆粒物:霧、煙、煙霧、灰塵/污垢、泥。低能見度可導(dǎo)致速度降低10%至12%。霧和強(qiáng)降水以及風(fēng)吹雪、灰塵和煙霧會(huì)縮短能見度距離。低能見度條件會(huì)導(dǎo)致速度差異增大,從而增加碰撞風(fēng)險(xiǎn)。每年在霧中發(fā)生的車禍超過38700起,每年有600多人在這些車禍中喪生,16300多人受傷(FHWA,2017b)。

光照:白天(太陽(yáng):頭頂、后照燈和前照燈)、黎明、黃昏、夜晚、路燈、前照燈(常規(guī)和遠(yuǎn)光)、迎面而來的車輛燈光(頭頂照明、后照燈和前照燈)(FHWA,2017a)。

(6)區(qū)域

地理圍欄:中央商務(wù)區(qū)、校園和退休社區(qū)(例如,CityMobil2是固定路線,包括道路上和人行道上的<20 mph路線)。

交通管控區(qū)域:可能包括臨時(shí)車道封閉、動(dòng)態(tài)交通標(biāo)志、可變限速、臨時(shí)或不存在的車道標(biāo)志、人工引導(dǎo)交通、裝卸區(qū)。

學(xué)校區(qū)域:動(dòng)態(tài)限速、不穩(wěn)定的行人和車輛行為(Marshall,2017)。

國(guó)家/州:任何法律、監(jiān)管、執(zhí)法、侵權(quán)或其他考慮因素(例如,跟蹤距離、許可等)(Bomey&Zambito,2017)。

干擾區(qū)域:隧道、停車場(chǎng)、茂密的樹葉、高層建筑和大氣條件限制的GPS。

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英國(guó) PAS1883 標(biāo)準(zhǔn)

2020年8月,英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)BSI發(fā)布 PAS1883 標(biāo)準(zhǔn)《Operational Design Domain (ODD) taxonomy for an automated driving system (ADS) – Specification》,采用三大要素構(gòu)建設(shè)計(jì)運(yùn)行域,包括景觀(區(qū)域、可行駛區(qū)域、交叉口、特殊結(jié)構(gòu)、固定道路結(jié)構(gòu)、臨時(shí)道路結(jié)構(gòu)),環(huán)境條件(天氣、微粒、照明、互聯(lián)),動(dòng)態(tài)元素(交通、目標(biāo)車輛)。[6]

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(1)景觀

區(qū)域:a)地理圍欄區(qū);b)交通管理區(qū);c)學(xué)校區(qū)域;d)國(guó)家或區(qū)域;e)干擾區(qū),例如茂密的樹葉或高層建筑導(dǎo)致的定位信號(hào)丟失。

可行駛區(qū)域:a)可行駛區(qū)域類型;b)可駕駛區(qū)域幾何結(jié)構(gòu);c)可行駛區(qū)域車道規(guī)格;d)可行駛區(qū)域標(biāo)志;e)可駕駛區(qū)域邊緣;f)可駕駛區(qū)域表面。

可行駛區(qū)域類型:高速公路、放射狀道路(A道路是高密度交通道路,將高速公路連接到分配道路或城市中心)、分配道路(B道路將A道路與次要道路或地方道路連接起來,通常具有低至中等通行能力)、次要道路(次要道路或地方道路為居民區(qū)和其他地方發(fā)展提供通道)、支路、停車場(chǎng)、共享空間;

可駕駛區(qū)域幾何結(jié)構(gòu):水平面(直線和曲線);橫切面(分割、不可分割、行人路、邊緣障礙物、不同類型的車道);縱向平面(上坡(正坡度)、下坡(負(fù)坡度)、水平面)。

可行駛區(qū)域車道規(guī)格:車道尺寸、車道標(biāo)志、車道類型(公交車道、交通車道、自行車道、有軌電車車道、應(yīng)急車道或其他專用車道)、車道數(shù)、行駛方向。

可行駛區(qū)域標(biāo)志:信息標(biāo)志、監(jiān)管標(biāo)志、警告標(biāo)志。

可駕駛區(qū)域邊緣:標(biāo)記線、路肩(鋪砌或礫石)、路肩(草)、固體屏障(例如格柵、軌道、路緣、錐體)、臨時(shí)標(biāo)記線、沒有。

可駕駛區(qū)域表面:可行駛區(qū)域表面類型(松散(如礫石、泥土、沙子)、分段式(如混凝土板、花崗巖、鵝卵石)、均勻(如瀝青))、可駕駛區(qū)域表面特征(包括交通和天氣造成的損壞,分類為裂縫、坑洞、車轍或隆起)、可行駛區(qū)域引起的路面狀況(結(jié)冰、淹沒的道路、海市蜃樓、可行駛區(qū)域的積雪、死水、濕路、表面污染)。

交叉口:環(huán)形交叉口、交叉口(T型交叉口、Y形交叉口、十字交叉口、交錯(cuò)交叉口、立體交叉口)。

特殊結(jié)構(gòu):自動(dòng)訪問控制、橋梁、行人過路處、鐵路道口、隧道、收費(fèi)廣場(chǎng)。

固定道路結(jié)構(gòu):建筑物、街燈、街道設(shè)施(例如護(hù)柱)、植被。

臨時(shí)道路結(jié)構(gòu):施工現(xiàn)場(chǎng)繞道、垃圾收集、道路工程、道路標(biāo)志。

(2)環(huán)境條件

天氣:風(fēng)、降雨、降雪。

微粒:海洋(僅沿海地區(qū))、非沉淀水滴或冰晶(即,霧/霧)、沙塵、煙霧和污染、火山灰。

照明:白天、夜間或低環(huán)境照明條件、云、人工照明(可能是路燈或迎面而來的車輛燈)。

互聯(lián):V2X。

(3)動(dòng)態(tài)元素

交通:實(shí)體密度、交通量、流量、實(shí)體類型、有特殊車輛(如救護(hù)車或警察車輛)。

主題車輛:主題車輛的速度是額外的ODD屬性。

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SAE J2980 ODD分類框架

SAE J2980標(biāo)準(zhǔn)中推薦使用六大要素構(gòu)建運(yùn)行設(shè)計(jì)域,包括位置(公路、鄉(xiāng)村道路、城市道路、交叉口、土路、越野、停車場(chǎng)、車道、維修車庫(kù)),道路狀況(道路摩擦(干、冰、雪、濕、裂)、坡度、道路寬度),駕駛操作(啟動(dòng)、停車、向前行駛、向后行駛、直行、轉(zhuǎn)彎、避開車道、變道、關(guān)閉),車輛狀態(tài)(滑行、爬行、加速、減速、駐車、停止、碰撞),其他考慮因素(側(cè)風(fēng),即將來臨的交通,施工區(qū)域,事故場(chǎng)景,交通堵塞,行人),其他車輛特征(其他車輛系統(tǒng)的狀態(tài):故障代碼、拖車、重載、啟動(dòng)關(guān)閉/打開、遠(yuǎn)程車輛啟動(dòng)、其他技術(shù))。[7]

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歐洲PEGASUS項(xiàng)目

歐洲PEGASUS 項(xiàng)目提出了一個(gè)具有六個(gè)獨(dú)立層的場(chǎng)景系統(tǒng)描述模型[8]:

a) 道路:幾何結(jié)構(gòu)、拓?fù)?,路面質(zhì)量、邊界(路面);

b) 基礎(chǔ)設(shè)施:邊界(結(jié)構(gòu)),標(biāo)志牌、信號(hào)燈等;

c) 第一層和第二層的臨時(shí)操縱:道路的臨時(shí)性設(shè)施,如臨時(shí)封路、道路施工現(xiàn)場(chǎng)等;

d) 目標(biāo)物:靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、移動(dòng),交互、機(jī)動(dòng);

e) 自然環(huán)境:天氣、光照等其他環(huán)境信息;

f) 數(shù)字信息:數(shù)字信息,如V2X信息、數(shù)字地圖信息等。

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參考文獻(xiàn)

[1] SAE J3016. Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles. 2021,4.

[2] GBT 汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí). 2020.1.

[3] ISO 22737. Intelligent transport systems — Lowspeed automated driving (LSAD) systems for predefined routes — Performance requirements, system requirements and performance test procedures. 2021,7.

[4] BMW L3級(jí)智能駕駛系統(tǒng) 運(yùn)行設(shè)計(jì)領(lǐng)域(ODD).

[5] NHTSA. A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios. 2018,9.

[6] BSI PAS1883. Operational Design Domain (ODD) taxonomy for an automated driving system (ADS) – Specification. 2020.

[7] SAE J2980. Considerations for ISO 26262 ASIL Hazard Classification. 2018,4.

[8] PEGASUS METHOD.

推薦閱讀

標(biāo)準(zhǔn)解讀系列之一:行標(biāo)發(fā)布,道路交通信號(hào)控制機(jī)從管控到服務(wù)

標(biāo)準(zhǔn)解讀系列之二:國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系完成各板塊拼圖(附標(biāo)準(zhǔn)下載)

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 自動(dòng)駕駛系列

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 自動(dòng)駕駛系列

吳冬升?主編

書籍簡(jiǎn)介:本書系統(tǒng)剖析5G車聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)、體系標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)、典型業(yè)務(wù)及應(yīng)用場(chǎng)景等,對(duì)全球及國(guó)內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)最新進(jìn)展做了全面的掃描和分析,并對(duì)5G車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展前景進(jìn)行展望和預(yù)測(cè),對(duì)于致力于5G及車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究、標(biāo)準(zhǔn)化及相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的廣大從業(yè)者具有參考價(jià)值。

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