智能交通系統(tǒng)在網聯(lián)汽車示范區(qū)管控平臺中的關鍵應用

□文/董誠

基于機動車的增長量遠遠高于道路基礎設施建設速度這一實際情況，形成了只能依托智能交通來緩解和提升道路通行效率。智能交通是將感知技術、通訊技術、網絡互聯(lián)技術、數(shù)據(jù)傳輸技術、大數(shù)據(jù)存儲與計算技術、信息發(fā)布技術等有機整合到交通管理體系中的管理和控制系統(tǒng)，具備高效、準確、實時和智能等特性，是改變傳統(tǒng)交通基礎設施，提高智能交通服務水平，優(yōu)化交通出行環(huán)境的最佳途徑。

本平臺立足服務測試和演示智能汽車、網聯(lián)通訊兩大類關鍵技術，實現(xiàn)DSRC（專用短程通信）、WIFI、LTE-V（車聯(lián)網專用通信）等全網絡覆蓋；通過道路、車輛、環(huán)境等全方位信息采集、處理和發(fā)布，實現(xiàn)智能網絡汽車示范區(qū)的運行管理和監(jiān)控管理能力，并為運行管理部門提供決策支撐依據(jù)；通過道路智能化系統(tǒng)建設和測試環(huán)境的搭建，保障測試道路網絡可靠運行，營造良好的測試環(huán)境。完善道路智能化和車路一體化，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理；通過示范區(qū)建設，形成一個車輛測試標準和規(guī)范的平臺，數(shù)據(jù)分析與采集的平臺，產業(yè)孵化的平臺。實現(xiàn)“安全、效率、節(jié)能、舒適、智能”的發(fā)展目標。

車聯(lián)網系統(tǒng)的功能與架構體系

面對當前發(fā)展形式，智能交通發(fā)布處在增長式發(fā)展期。長時間以來，我們所關注的智能交通領域及技術主要體現(xiàn)在基礎道路層面，如交通信號控制、電警、誘導板等。城市快速路與干線公路已經建成了較為成熟的交通誘導與交通管控系統(tǒng)平臺。著眼未來，隨著智能交通技術的發(fā)展將逐步向以車為主體的新型管理模式轉變，然而車聯(lián)網正是建立在以車為載體的信息系統(tǒng)。將單個汽車作為一個信息主體，通過通信互聯(lián)手段將其連接到整個車聯(lián)網中，從而實現(xiàn)了對全國范圍內接入該網絡的車輛進行統(tǒng)一規(guī)范化管理，并讓每輛入網的車輛共享到網絡上提供的所有信息資源和運維服務，形成了依托車輛建立的網絡全覆蓋。

車聯(lián)網即通過多種無線終端通信技術和信息感知設備，利用無源標簽RFID、高精度地圖、GPS定位、移動通信、5G網絡等技術以及網絡服務支撐技術實現(xiàn)人、車、路的智聯(lián)協(xié)同，實現(xiàn)網絡內的車輛屬性、動態(tài)信息、靜態(tài)信息及道路環(huán)境信息，包括道路基礎設施信息、實時交通路況信息、服務信息等信息的共享，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和信息化服務。

▲圖1 車聯(lián)網的基礎架構圖

從圖1所示的車聯(lián)網架構圖可以看出，要建立完整的車聯(lián)網體系，有幾大部分必不可少：車（核心部件的車載終端）-車聯(lián)網服務平臺-路側單元（智能傳感器網絡等）-本地局域網（或交通專網）-Internet互聯(lián)網等。當然，在實現(xiàn)車與車、車與路側單元、車與互聯(lián)網互聯(lián)互通，需要各種的無線通信技術，主要包括車內通信、車外通信、車路通信及車車通信等四種無線通信技術。以下從兩個角度分析車聯(lián)網的功能與特性：

從交通管理部門的角度去看，車聯(lián)網具備以下功能和優(yōu)點：

將全國各地的獨立管理網絡納入規(guī)范化體系，實現(xiàn)統(tǒng)一的車輛管理；

可以全方位無死角的掌握管轄區(qū)內的所有路口路段的機動車的動態(tài)數(shù)據(jù)，為交通指揮提供最有力的支撐；

形成對車輛年檢、是否套牌車、與公安盜搶庫進行實時數(shù)據(jù)對比；

實時獲取車輛運行狀態(tài)、道路突發(fā)事件，并第一時間為開展應急救援提供輔助決策支撐；

對兩客一危等重點車輛實行全生命周期監(jiān)管，對涉及到的違法行為及時干預，避免發(fā)生二次事故；

從駕駛車主的角度上看，車聯(lián)網具備以下功能和優(yōu)點：

實時掌握出行路線的交通狀態(tài)，為最優(yōu)路徑提供方案；

實時掌握車輛的狀態(tài)信息，如年檢、保險、報廢時間和違章等信息；

全域接收交管部門的最新信息，了解最新突發(fā)事件，有效預防降低出行風險；

實時查詢途經沿線道路情況，如：隱患路段、施工路段、事故黑點等；

享受車聯(lián)網提供的各種無償或有償信息服務；

依據(jù)上述所提到的功能與特性，車聯(lián)網系統(tǒng)的拓補架構圖如圖2所示：

▲圖2 車聯(lián)網拓補架構圖

智能網聯(lián)汽車示范區(qū)管控平臺建設

改善交通出行環(huán)境及體驗需要，封閉的交通疏導、控制等管控信息和突發(fā)事件，轉化為服務信息推送給公眾；車載終端的智能化，豐富交通信息采集手段，提高城市交通運行狀態(tài)的精準認知。

提升出行安全減少交通事故的需要，車輛通過V2X獲得大量實時信息（I2V），有助于判斷路況、制定精細化行進路徑，讓路更聰明，讓車更智能，讓出行更安全。

建設目標

體現(xiàn)對真實城市道路基礎設施忠實還原

模擬城市智能交通系統(tǒng)建設，還原現(xiàn)實道路運行環(huán)境， 完成示范區(qū)規(guī)劃規(guī)模內多場景應用的演示和測試。通過搭建營造良好的測試環(huán)境，完善道路智能化和車路一體化建設。

頂層規(guī)劃、集約化建設，避免重復投入

以“安全、效率、節(jié)能、舒適、智能”為發(fā)展目標，形成車輛測試標準和規(guī)范的平臺。本期平臺建設中充分考慮已建或擬建業(yè)務系統(tǒng)的接入，隨著二期、三期項目建設范圍的擴大，無須重復建設，減少投資。

探索未來城市智能交通管理方式的基礎

平臺在實現(xiàn)與路側設備互聯(lián)互通的基礎上，逐步完善車路協(xié)同系統(tǒng)建設。針對無人駕駛實際應用，最終將在有人/無人混行的道路狀況下行駛，通過車路協(xié)同系統(tǒng)建設，滿足“人-車-路” 一體化綜合監(jiān)控和管理，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理。

平臺規(guī)劃

▲圖3 平臺規(guī)劃圖

平臺功能定位

測試場地硬件統(tǒng)一管理 ，建設成一個中心、四個業(yè)務平臺、N個業(yè)務子系統(tǒng)。對場地設備進行狀態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)設備統(tǒng)一界面化管理；實時跟蹤并通過軟件大屏展示測試車輛運動狀態(tài)及車輛參數(shù)信息；V2X應用場景通信過程可視化展現(xiàn)；安防管理系統(tǒng)。

▲圖4 平臺功能模塊圖

交通管控與服務需求

信號控制，路口交通狀態(tài)精準判斷；

交通組織，靜動態(tài)交通標志信息定點推送OD調查便捷與精準；

事故預防，交通事件、事故信息的定點定向推送（事前預防）；

交通執(zhí)法，車輛軌跡信息實時獲取；

交通信息，交通狀態(tài)信息個性化推送緊急信息發(fā)布。

車路協(xié)同應用框架

從路側信號機獲取數(shù)據(jù)，通過CPE回傳到V2X Server，應用的核心主要有：

前端：車載終端OBU；

路口：信號控制機；

中心：交通信號控制系統(tǒng)；

通信：LTE-V2X/5G無線網絡。

V2X融合智能交通系統(tǒng)應用

沿測試范圍內道路網，需要布設常規(guī)道路配套智能化設備，包括交通信號控制設備、道路視頻監(jiān)控設備、交通事件檢測設備、交通誘導設備等。在測試范圍內完善道路網的智能化配套。

▲圖5 V2X測試可視化展示

融合路口信號控制管理

信號機與車輛之間（I2V）建立基于LTE-V2X鏈路，向過往車輛實時推送前方路口交通信號狀態(tài)和視頻圖像等信息，為車速引導和控制提供出行輔助信息。

在示范區(qū)內道路交叉口新建或改造交通控制信號機，通過管理監(jiān)控中心系統(tǒng)實時采集相關交叉口的信號控制狀態(tài)，包括：信號周期方案、相位相序方案、當前執(zhí)行相位信息等，根據(jù)車輛實時定位信息以及當前的交通信號相位狀態(tài)，生成實時的信號優(yōu)先感應策略，自動協(xié)調整個控制區(qū)域內交通信號燈的配時方案。

▲圖6 路口信息控制與車輛通信示意圖

融合誘導屏控制與管理

該系統(tǒng)是由道路上設置的交通信息誘導設備構成，是實現(xiàn)信息實時發(fā)布的最基本單元。交通信息誘導屏是區(qū)內管理系統(tǒng)中向社會信息發(fā)布的方式之一，主要作用為：管理監(jiān)控中心根據(jù)天氣、交通設施檢修、夜間封路、占掘道施工、應急事件、交通事故等情況，顯示有關交通標語、宣傳標語、交通標志等來提醒駕駛員的警覺性，減少突發(fā)情況下對行車測試的影響，保障車輛的安全行駛。該系統(tǒng)投入運行將對提高道路使用率和安全性起到明顯的作用。

▲圖7 誘導屏與車輛通信示意圖

融合視頻控制與管理

當?shù)缆钒l(fā)生擁堵、故事等情況時，可通過視頻查看功能進行實時圖像調閱查看；用戶可對攝像機的預置位設置功能來進行指定場景設置，以便調閱時能快速查看；同時用戶可根據(jù)業(yè)務需要對道路路況通過視頻進行巡檢，以便發(fā)現(xiàn)問題能快速處置。

▲圖8 全景鷹眼監(jiān)控示意圖

融合電警卡口交通違法檢測

該功能主要是通過違法檢測設備來進行闖紅燈違法抓拍。在該項目中主要作用是檢測智能網聯(lián)汽車與DSRC、信號機在經過路口時的情況?？梢酝ㄟ^對監(jiān)測點采集的行車記錄及抓拍的特寫圖片，清晰的辨別車輛特征信息。

▲圖9 電子警察與車輛通信示意圖

車輛位置跟蹤與V2X通信場可視化

平臺在實現(xiàn)與路側設備互聯(lián)互通的基礎上，逐步完善車路協(xié)同系統(tǒng)建設。針對無人駕駛實際應用，最終將在有人/無人混行的道路狀況下行駛，通過車路協(xié)同系統(tǒng)建設，滿足“人-車-路” 一體化綜合監(jiān)控和管理，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理。

基于GIS的車輛位置動態(tài)跟蹤及展示

智能汽車高精度定位系統(tǒng)是智能網聯(lián)汽車測試評價體系的重要組成部分之一。目前汽車高精度定位系統(tǒng)對智能車輛的安全行駛起到舉足輕重的作用，智能車輛的定位精度要求一般至少為亞米級，在一些特殊場景中如：車輛防碰撞、車輛自動組隊行駛、自主泊車等，要求更高。利用高精度定位系統(tǒng)不僅可以給試驗車提供自身可靠的位置信息，還可以提供背景車的運行信息等，為測試場地建立一個時空基準系統(tǒng)（包括高精度的定位系統(tǒng)和高精度的授時系統(tǒng)），從而為車輛安全行駛提供可靠的依據(jù)。

▲圖10 高精度電子地圖在車輛應用示意圖

V2X通信場景可視化

DSRC在車路協(xié)調中的應用（V2V）；

LTE-V在車路協(xié)調中的應用（V2I）；

基于WIFI的通信場景可視化（V2P）；

GPS差分基站可視化；

測試運營與業(yè)務管理

RFID檢測場地管理

車進出刷RFID卡，結合車牌識別系統(tǒng)進行驗證，驗證通過后自動抬桿放行；外部車到指定地點領卡后才可以進入；現(xiàn)場不采用自助取卡方式。

入場車輛（含固定車及臨時車）免取卡不停車進入停車場，系統(tǒng)可準確記錄車輛入場信息；提高通行效率；

固定車輛或無需收費的車輛出場時可不停車通行；

根據(jù)停車時間對臨時車輛進行收費，并能告知駕駛員出入場時間等出入信息；

提供多種繳費方式，支持收費抵用券功能；

系統(tǒng)提供圖片對比功能，出場車輛通行時實時顯示其入場圖片及時間，為收費糾紛提供有效依據(jù)；

后臺保留車輛通行的數(shù)據(jù)，包括抓拍圖片等；

系統(tǒng)黑白名單均實時下發(fā)到車道級控制設備，支持斷網情況下的數(shù)據(jù)記錄和正常通行；

對車輛進行有序的分類管理，可自定義，內部車、接送車、軍警車等具有對應的管理手段；

按管理需求可統(tǒng)計多種報表，如收費人員收銀情況、各類型車輛通行情況、某車輛通行次數(shù)等；

管理運維人員可對車輛進行實時監(jiān)控進出場、收費等情況，并可對收費人員收費進行監(jiān)督核查；

收費人員對現(xiàn)場的異常操作，如非正常抬桿，后臺均形成相應記錄；

提供系統(tǒng)日志功能，系統(tǒng)可記錄收費人員的每一步操作，同時，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可記錄故障數(shù)據(jù)以便事后分析處理。

系統(tǒng)支持車牌補錄功能，根據(jù)現(xiàn)場要求，對未識別車輛可以由人工輸入車牌；

系統(tǒng)具備防反串功能，RFID卡嚴格按照入-出-入-出的流程通行，同一張卡不允許出現(xiàn)多次入場或多次出場的情況；

基于電子圍欄的安防應用

采用電子圍欄防范與視頻監(jiān)控相結合的方式，通過建立安全防范報警系統(tǒng)，能有效的保護網聯(lián)汽車示范區(qū)和在場工作人員的安全，有效的防范各種安全入侵，并提高處理各種突發(fā)事件的響應速度，給工作人員提供一個良好的工作環(huán)境，確保整個示范區(qū)的安全。電子圍欄安全防范報警系統(tǒng)通過前端探測識別非法入侵者、通過警燈發(fā)出信號并控制報警，來提示安保人員，同時監(jiān)控能自動切換和記錄報警畫面，做到及時處理，提高了安保人員的工作效率，以高科技的技術防范最大程度的來確保示范區(qū)安全。

測試運營與業(yè)務管理

通過將測試運營管理流程化，開發(fā)相應軟件功能模塊，支撐具體的業(yè)務過程。

▲圖11 測試運營業(yè)務功能圖

場地使用預約與收費管理子系統(tǒng)

可實現(xiàn)V2X測試場景50余種，并通過柔性設計保證了環(huán)境要素的多樣性，能夠復現(xiàn)多種交通場景，滿足自動駕駛測試的需要，可通過在線預約方式進行測試場景測試。

▲圖12 場地管理功能圖

服務流程：

擁有豐富的測試場地管理經驗，建立了從測試接洽、入場測試到測試結束離場的全測試流程服務體系，保證客戶測試活動的順利進行。

▲圖13 場地預約流程圖

測試場地使用及過程管理子系統(tǒng)

對各個測試場景進行統(tǒng)計管理，通過各種測試設備，完善測試流程、測試數(shù)據(jù)的采集，通過大數(shù)據(jù)技術及算法融合技術對測試數(shù)據(jù)進行分析并提供完整的測試報告。

▲圖14 場地過程管理ER圖

測試數(shù)據(jù)采集與評估子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)資源中心逐步形成了完善的數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)處理流程、特征提取方法、場景數(shù)據(jù)庫結構規(guī)范、測試用例數(shù)據(jù)格式、駕駛場景虛擬仿真測試方法等。為充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資源中心現(xiàn)有駕駛場景數(shù)據(jù)的應用價值，迎合企業(yè)在智能網聯(lián)汽車研發(fā)驗證方面的場景需求，解決行業(yè)在本土化功能安全評價方面的痛點問題，數(shù)據(jù)資源中心擬基于駕駛場景數(shù)據(jù)建設方面的技術積累，從數(shù)據(jù)采集、處理分析、虛擬仿真和評價體系等多個層面對“智能網聯(lián)汽車駕駛場景數(shù)據(jù)庫研究與應用”。平臺基于 Kafka 接口從 IoT 平臺采集車輛事件信息，并在DAP 平臺完成消息數(shù)據(jù)的預處理、解碼和規(guī)整，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)業(yè)務的需要存儲在實時數(shù)據(jù)庫，并將詳單數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)平臺 Hadoop 進行存儲，在符合當?shù)胤珊桶踩?guī)定的前提下開放給運營商內部平臺或后期測試評估。

▲圖15 數(shù)據(jù)采集業(yè)務功能圖

結束語

車聯(lián)網+智慧交通是一種全新的網絡及業(yè)務應用，是物聯(lián)網技術在智能交通領導中的應用體現(xiàn)，是新一代智能交通系統(tǒng)的和核心基礎。本文提出了車聯(lián)網的整體體系架構，并初步探討了車聯(lián)網在智能交通中的應用。通過集成化設計，滿足人-車-路一體化運行，實現(xiàn)管理監(jiān)控中心對各系統(tǒng)運行狀態(tài)情況全方位了解。各系統(tǒng)可在中心進行全方位展示和監(jiān)控，為管理人員對智能網絡汽車示范區(qū)的管理和監(jiān)控提供智能化服務。