車路協(xié)同在智慧高速領(lǐng)域的應用探索

李大成

智慧高速與智能網(wǎng)聯(lián)汽車是當前推動經(jīng)濟發(fā)展的國家戰(zhàn)略

交通在國民經(jīng)濟發(fā)展中的戰(zhàn)略地位極為重要，一個便捷、高效、暢通、綠色、平安的交通系統(tǒng)是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障。交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，為經(jīng)濟穩(wěn)定增長、區(qū)域城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展、國土空間開發(fā)、生產(chǎn)力布局完善、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供了戰(zhàn)略支撐。世界各國都將發(fā)展安全、高效、綠色、智能的現(xiàn)代化交通體系作為未來交通發(fā)展的主導方向。建設(shè)交通強國也是黨的十九大作出的重大戰(zhàn)略決策，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的先行領(lǐng)域。其中高速公路作為交通運輸?shù)拇髣用}，是交通強國戰(zhàn)略的建設(shè)重點之一。

當前 ， 更加需要擴大內(nèi)需拉動經(jīng)濟發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)融合了通信、汽車、交通三大產(chǎn)業(yè)，是多重拉動手段的匯聚點。車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全球核心戰(zhàn)略，我國也將智能網(wǎng)聯(lián)汽車提升到國家戰(zhàn)略的高度。推動交通強國建設(shè)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展也成為近期我國新基建的建設(shè)重點，相關(guān)政策密集出臺，各地建設(shè)項目紛紛上馬。兩者的融合發(fā)展也順應潮流成為當前交通運輸領(lǐng)域和智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域探索的熱點。

國家各部委相繼出臺的《關(guān)于加快推進新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點的通知》、《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》、《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》、《關(guān)于促進道路交通自動駕駛技術(shù)發(fā)展和應用的實施意見》、《關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導意見》等政策，都提及了推進車路協(xié)同在智慧公路上的試點。

高速公路是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的重要場景

2020 年 11 月 11 日，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖 2.0》（以下簡稱《技術(shù)路線圖 2.0》），預測 C-V2X 終端的新車裝配率 2025 年達 50%，2030 年基本普及，并圍繞乘用車、貨運車輛、客運車輛，制定分階段發(fā)展目標與里程碑?！都夹g(shù)路線圖 2.0》指出 2025 年之前實現(xiàn)：

·乘用車的智能網(wǎng)聯(lián)應用重點是高速公路有條件自動駕駛及代客泊車自動駕駛場景。

·貨運車輛的智能網(wǎng)聯(lián)應用重點是高速公路有條件自動駕駛、高速公路列隊行駛和限定場景自動駕駛（如物流配送等）。

·客運車輛的智能網(wǎng)聯(lián)應用重點是限定場景有條件自動駕駛（如 BRT 等）和限定場景自動駕駛（如封閉園區(qū)接駁等）。

由此可見，高速公路是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的重要場景。

各地建設(shè)的智慧高速項目中也開始包含與車路協(xié)同相關(guān)的建設(shè)內(nèi)容，比較有代表性的包括：

·延崇高速

在其中長約 17 公里的路段開展自動駕駛和車路協(xié)同示范應用，每 500 米部署一套路側(cè)設(shè)備，并建設(shè)智慧公路路網(wǎng)綜合管理與服務(wù)平臺。2019 年 12 月，在示范路段成功演示了雙向四車道全封閉環(huán)境下、基于 C-V2X 車路協(xié)同技術(shù)的L4 級自動駕駛和隊列跟馳測試。

·杭紹甬高速

設(shè)置自動駕駛專用車道，并部署高速率、低延時、高可靠的全覆蓋無線通信網(wǎng)絡(luò);在道路兩側(cè)每 200 米加裝車路協(xié)同設(shè)備;提供高精度定位和高精度地圖服務(wù) ， 建設(shè)智慧高速云控平臺等。

RSU 不只是一個單純的路邊通信設(shè)備，還支持路側(cè)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)（傳統(tǒng)智能交通設(shè)施、新型智能路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)邊緣計算單元等）和道路交通參與者數(shù)據(jù)的收集，包括通過有線或無線收集路側(cè)交通設(shè)備數(shù)據(jù)、通過 PC5 接收車輛數(shù)據(jù)和弱勢交通參與者數(shù)據(jù)、通過 Uu 或光纖接收應用平臺下發(fā)數(shù)據(jù)等。RSU 與各類傳統(tǒng)智能交通設(shè)施（交通信號燈、攝像頭、微波檢測器、可變信息板等）進行對接，將傳統(tǒng)智能交通設(shè)施進行網(wǎng)聯(lián)化，并能夠基于邊緣計算架構(gòu)，接入地基差分、氣象服務(wù)等新型交通信息源，從而提供覆蓋行車安全、效率、信息服務(wù)等全方位的路側(cè)智能網(wǎng)聯(lián)服務(wù)。

·石渝高速

共建設(shè)了 350多臺 C-V2X RSU設(shè)備，400 多套路側(cè)感知、計算、顯示設(shè)備，實現(xiàn)包含隧道等區(qū)域在內(nèi)的 C-V2X 網(wǎng)聯(lián)全覆蓋、定位全覆蓋、重點區(qū)域感知全覆蓋。

同時提供高性價比地圖引擎;車用路網(wǎng)地圖自動轉(zhuǎn)換、分片、分發(fā)工具;提供一站式設(shè)備運維管控;提供設(shè)備的遠程升級、配置及告警。

·長沙繞城高速

測試段每 150 米部署一套邊緣感知設(shè)備;每 450 米部署一套邊緣計算單元，滿足車路協(xié)同自動駕駛車輛測試、網(wǎng)聯(lián)輔助駕駛、高級別高速公路監(jiān)管需求。支持 C-V2X，實現(xiàn) 98 個智能網(wǎng)聯(lián)汽車應用相關(guān)場景，滿足智慧交通管理、智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試及網(wǎng)聯(lián)輔助駕駛等功能。

智慧高速公路車路協(xié)同系統(tǒng)框架

智慧高速是具備數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化等特征的高速公路。它通過多維狀態(tài)感知、多源信息融合等手段，對高速公路行駛的車輛進行精準管控并為其提供運營服務(wù)，實現(xiàn)安全、高效、綠色的交通運行。

智慧高速在為滿足車輛、交通出行提供管控和服務(wù)的同時，還面向交通管理者、政府管理部門提供智慧化的養(yǎng)護、運維、決策能力。

車路協(xié)同是采用先進的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，全方位實施車車、車路動態(tài)實時信息交互，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)人車路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)。

如圖 1 所示，車路協(xié)同系統(tǒng)分為車輛終端、路側(cè)設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、應用平臺 4個層級：

車載終端 OBU

集 成 C-V2X、2G/3G/4G、GNSS、 以太網(wǎng)、CAN、WIFI 等通信方式，支持車 - 路、車 - 車信息實時交互，支持車輛信息 OBD監(jiān)控與診斷、主要功能如下 ：

·通過 CAN 總線獲取自車輛行駛數(shù)據(jù)，包括當前車速、行駛方向等;

·通過 V2X 通信方式向路側(cè)設(shè)備或附近其他車輛發(fā)送自車當前行駛狀態(tài)數(shù)據(jù);

·通過 V2X 通信方式從路側(cè)設(shè)備或附近其他車輛獲取周邊各交通元素的信息，包括行駛方向、速度、距離等;

·接收路側(cè)設(shè)備發(fā)送的交通信號、交通管理的信息，達到危險預警、安全高效駕駛的目的。

路側(cè)設(shè)備

路側(cè)設(shè)備主要包括：路側(cè)邊緣計算設(shè)備 MEC、路側(cè)通信設(shè)備 RSU、路側(cè)感知設(shè)備、定位設(shè)備和電子標志標線。

路側(cè)通信設(shè)備 RSU 集成 LTE-V2X 通信技術(shù)，提供路與車、路與人、路與云平臺之間全方位、低延時的連接能力。將來自 MEC 或者應用平臺的路況信息、預警信息、誘導信息共享給智能網(wǎng)聯(lián)汽車，提升車輛的感知范圍，提供超視距的路況感知能力，從而提升車輛行駛的安全性，促進自動駕駛發(fā)展，提高交通效率。

由于 RSU 收集的數(shù)據(jù)類型復雜多樣，為保證數(shù)據(jù)的正確接收和解析，RSU 支持數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)格式滿足國標 T/CSAE 53-2017《合作式智能交通系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準》的要求。此外，RSU 還具備定位、時鐘同步、設(shè)備認證等功能。通過 RSU 技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)有智能交通設(shè)施的網(wǎng)聯(lián)化，也利用現(xiàn)有的交通檢測設(shè)施，拓展了車路協(xié)同系統(tǒng)本身的感知能力。

路側(cè)邊緣計算設(shè)備 MEC 接收來自路側(cè)感知設(shè)備的信息，對交通態(tài)勢、交通事件、交通參與者等信息進行檢測、識別、跟蹤 ， 并結(jié)合來自車載終端、區(qū)域MEC 和應用平臺等的多源信息進行一體化融合，進一步形成路況信息、預警信息 ，再通過 RSU 將這些信息共享給智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行融合決策，提升車輛的感知范圍，提供超視距路況感知能力和區(qū)域交通態(tài)勢感知能力，有效彌補單車智能的感知盲點，提升車輛行駛的安全性和道路通行效率，助力自動駕駛規(guī)?；逃?。

將 C-V2X 業(yè)務(wù)部署在路側(cè)邊緣計算單元上，使部分計算功能下沉到移動接入網(wǎng)邊緣側(cè)，對路段感知信息進行融合，可以減少信息處理、傳輸時延，降低核心網(wǎng)的計算負荷及海量數(shù)據(jù)回傳造成的網(wǎng)絡(luò)負荷，讓汽車自動駕駛系統(tǒng)反應速度更快、操縱精度更準確，提高自動駕駛的安全性。可根據(jù)需要靈活配置網(wǎng)絡(luò)中 MEC 設(shè)備的層級數(shù)目，部署多級 MEC設(shè)備，以提高系統(tǒng)的靈活性，有助于提供具備本地特色的高質(zhì)量服務(wù)。

路側(cè)感知設(shè)備包括：攝像機、毫米波雷達、激光雷達等監(jiān)測道路交通環(huán)境中的交通參與者的狀態(tài)和道路狀況的交通狀態(tài)感知設(shè)備，光纖傳感器、RFID 標簽等監(jiān)控檢測橋梁、隧道、邊坡等道路安全狀態(tài)感知設(shè)備，以及監(jiān)測機電設(shè)施分布和運行狀態(tài)的基礎(chǔ)設(shè)施感知設(shè)備，還有檢測能見度、溫度、濕度、風、路面濕滑狀態(tài)等氣象環(huán)境信息的氣象環(huán)境監(jiān)控設(shè)施等。

定位設(shè)備由若干基準站構(gòu)成，能夠采集常見 GNSS 導航信號的載噪比、碼偽距、載波相位、多普勒頻移、導航電文數(shù)據(jù)，為智能網(wǎng)聯(lián)車輛提供其所需的定位信息。

電子標志線包括數(shù)字化路側(cè)標志牌、情報板，以及可穿越冰雪、雨水、塵土的車道標志設(shè)備等。

通信網(wǎng)絡(luò)包括光纖、以太網(wǎng)等有線網(wǎng)絡(luò)， 以 及 LTE、4G、5G、LTE-V2X、NR V2X、物聯(lián)網(wǎng)等無線通信網(wǎng)絡(luò)。

應用平臺匯聚道路的交通狀態(tài)信息、設(shè)備狀態(tài)信息，并提供道路交通運營管理和應用服務(wù)。

根據(jù)路網(wǎng)規(guī)模和管理需求，應用平臺可采用中心云和區(qū)域云兩級設(shè)置，或者只設(shè)置一個中心云平臺。區(qū)域云主要進行本地車路協(xié)同調(diào)度和時延敏感的業(yè)務(wù)處理。

應用平臺具備提供管理區(qū)域的道路的交通狀態(tài)信息和管控信息、道路設(shè)施信息、車路協(xié)同信息以及車輛 TSP 服務(wù)信息，支持交通狀態(tài)分析、V2X 服務(wù)、交通管控服務(wù)?？筛鶕?jù)交通狀態(tài)信息，生成交通事故、交通擁堵、自然災害等預警信息，為運營方和交通管理部門發(fā)布限速、預警、事故提醒等信息提供決策依據(jù)，并支持通過無線電廣播、有線和無線網(wǎng)絡(luò)、交通信息發(fā)布設(shè)施、手機應用（APP）、車載智能終端等形式進行交通狀態(tài)信息發(fā)布。

應用平臺還可基于統(tǒng)一的第三方服務(wù)應用接口為 ITS 系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、車企平臺、地圖導航應用、出行服務(wù)應用等提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應用服務(wù)。

根據(jù)高速公路的現(xiàn)實需求，典型應用場景如表 1 所示。

根據(jù)智慧高速車路協(xié)同系統(tǒng)能提供的功能和性能水平，進行智能化程度分級，便于道路運營、設(shè)計方進行梯度部署 / 升級，分級說明見表 2，其中每一級都是在前一級基礎(chǔ)上的增強配置和應用服務(wù)升級。

智慧高速和智能網(wǎng)聯(lián)汽車是當前推動經(jīng)濟發(fā)展的國家戰(zhàn)略，與此同時高速公路也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的重要場景。

兩者的融合發(fā)展成為當前交通運輸領(lǐng)域和智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域探索的熱點，近期不少智慧高速項目都加入了與車路協(xié)同相關(guān)的建設(shè)內(nèi)容。但是智慧高速車路協(xié)同能力打造并非一蹴而就，需要循序漸進發(fā)展，目前智慧高速車路協(xié)同項目的建設(shè)大多數(shù)還處于 2 級（數(shù)字化道路）的水平，實現(xiàn) 3 級（多源融合感知道路）還取決于 NR-V2X 的產(chǎn)業(yè)化進程，要實現(xiàn)4 級（協(xié)同控制道路）則取決于智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動駕駛能力的提升。

另外，智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)商業(yè)模式尚未成形，在一定程度上制約了車路協(xié)同應用在智慧高速上的普及。不過，按照《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖 2.0》的預測，C-V2X 終端的新車裝配率 2025 年將達到50%，2030 年能基本普及，智能網(wǎng)聯(lián)車輛數(shù)量將大幅提升，這將有利于推動智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)形成閉環(huán)。