综述：去中心化的分布式车辆-道路-云端集成系统：智能城市移动与发展领域的范式转变

《Sustainable Cities and Society》：Decentralized Distributed Vehicle-Road-Cloud Integration Systems: A Paradigm Shift in Smart Urban Mobility and Development

　　

摘要

智慧城市的可持续发展越来越依赖于能够协调交通流、道路安全、能源消耗、数据治理和环境绩效的城市移动系统。车-路-云集成（VRCI）将车辆、道路基础设施、边缘/雾计算资源和云平台连接成一个城市智能系统，但关于VRCI的证据在延迟、隐私、区块链、联邦学习、感知和可持续性研究方面仍然分散。本文提供了这一领域的结构化视角，并基于场景进行了可行性验证。基于204项关于智能交通、车联网（IoV）、V2X通信、车辆边缘和雾计算、区块链数据交换、联邦学习、可持续性和治理的研究和标准，本文回顾了从可持续城市到移动基础设施、计算架构和部署边界的整个发展过程。五个基于场景的验证分析将研究结论与定量证据联系起来：延迟边界、能源权衡、感知覆盖范围、共识选择和生命周期碳回报。综合分析表明，在密集、对延迟敏感且注重隐私的条件下，去中心化是最合理的选择，当车辆密度达到每公里50辆时，预计的延迟减少率为67.3%，能源节省率为42.7%。多模态感知场景表明，在固定传感器、车辆传感器和无人机辅助传感器的组合下，感知覆盖范围在95%到97%之间；根据所提出的假设，十年内的净二氧化碳减排量为2.0到2.5千吨。因此，实际的应用范式转变应该是一个负责任的混合式VRCI，而不是完全替代集中式的智能交通系统。

部分摘录

城市移动性：可持续城市的脉动

21世纪的快速城市化和技术进步使智能交通系统成为可持续智慧城市发展的关键要素。如今，城市移动性不再仅仅是车辆在道路上的移动问题，而是一个涉及拥堵、道路安全、通信基础设施、能源需求、碳排放、数字治理和公众信任的复杂问题。如图1所示，这些因素的共同作用...

超越交通控制中心：分层化的公民智能

去中心化是分布式VRCI系统的核心，它解决了集中式架构的主要局限，如可扩展性问题、单点故障和数据保护脆弱性（Navidan等人，2024年；He、Liu、Guo和Yang，2022年）。然而，这一前提更多被视为批判性评估的起点，而非无条件的设计结论（Zhang和Wang，2024年）。图4总结了VRCI系统的关键挑战和组成部分。

城市交通

基于场景的可行性边界

在这里，基于场景的验证被用作连接分散文献主张与城市设计评估的桥梁。VRCI的有前景的主张在文献中传播得往往比其边界条件更快：延迟优势可以从分析模型中得出，在SUMO或NS-3中再现，在受控测试床中观察到，或者扩展到整个城市的部署。因此，本节将定量证据视为澄清边界的一种手段，而不仅仅是一项声明。

在某些情况下，中央集权仍然对城市有益

VRCI系统中去中心化的优势显而易见，但最初的审查也认为，在分布式节点之间保持数据一致性、协调协议和融资基础设施仍然是持续的挑战（Chu等人，2021年；Wang等人，2025年；Rose等人，2023年；Waza，2025年；Sánchez、Lujak、Semet和Billhardt，2023年）。这种平衡解释了为什么在某些情况下中央集权仍然具有相关性。

上述场景分析支持了一个更加细致的结论...

治理、责任和政策

随着VRCI将决策分散到车辆、RSU（路侧单元）、边缘节点、云平台、电信运营商和公共机构，治理成为系统性能不可或缺的一部分。责任制成为架构本身的组成部分（Khattak，2024年）。在集中式交通管理系统中，负责机构通常可以通过既定的运营链来确定；在去中心化的VRCI中，关于车辆、行人、交叉口等的决策...

超越快速流通的可持续服务

随着VRCI技术的进一步发展，它们不仅改变了城市交通，也改变了智慧城市发展的整体格局。车对网应用、适应性停车管理和交通排放的减少展示了移动基础设施如何与能源系统、土地使用和气候目标互动（Zadobrischi和Havriliuc，2024年；Yang等人，2025年；Chhabra、Singh和Khullar，2023年）。

可持续性需要的视角比单纯的速度更快...

超越技术目录的条件性城市智能

这种综合方法不仅推动了VRCI研究的发展，还为开发可持续、高效且注重隐私的智慧城市提供了更广阔的视野。当前的修订保留了这一目标，同时将其作为一个基于条件的、注重证据的视角来呈现，而不是一个普遍的技术方案（Emara、Filippou和Sabella，2018年；Li等人，2020年；Yang等人，2025年）。

本研究的中心观点是，去中心化的VRCI是最优选择...

结论

本文保持了将去中心化分布式VRCI视为智慧城市移动性范式转变的原始框架，但明确了这种转变的具体内涵。这种转变并不意味着所有交通智能都应该完全去中心化。它指的是一种分层化、负责任且混合式的城市智能架构，在这种架构中，车辆、道路、边缘/雾计算节点和云平台根据延迟、隐私、能源、安全等因素扮演不同的角色...

CRediT作者贡献声明

马志钦：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、软件实现、方法论研究、概念构建。Ko Nok：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、项目管理、方法论研究、数据整理、概念构建。Yu Kunlin：Lu Hongjian：Liu Beibei：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、资源协调、方法论研究、数据分析。Zhou Qing：验证工作、软件实现、资源协调。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

马志钦|Ko Nok|Yu Kunlin|Lu Hongjian|Liu Beibei|Zhou Qing|Wang Andong|Wei Zixian|Yu Changyuan

香港理工大学电气与电子工程系，中国九龙红磡