蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)集成示范與應(yīng)用

李 軍

安徽達(dá)爾智能控制系統(tǒng)股份有限公司 安徽 蕪湖 241000

1 項目背景

為深入貫徹習(xí)近平總書記提出的“把論文寫在祖國大地上，把科技成果應(yīng)用在建設(shè)現(xiàn)代化的偉大事業(yè)中”的要求，以及2016年考察安徽時提出“要增強使命感，把創(chuàng)新作為最大政策”的重要講話精神，積極落實長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略，充分發(fā)揮安徽省及蕪湖市的區(qū)位資源、經(jīng)濟(jì)生態(tài)的優(yōu)勢。安徽達(dá)爾智能控制系統(tǒng)股份有限公司利用自身交通行業(yè)背景和技術(shù)優(yōu)勢，攜手奇瑞新能源車和星馬等主機廠，聯(lián)合方特、海螺集團(tuán)等開展智能車路協(xié)同系統(tǒng)集成示范與應(yīng)用。開展智能車路協(xié)同與安全控制、道路交通智能聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控、綜合交通大數(shù)據(jù)分析與協(xié)同應(yīng)用服務(wù)場景應(yīng)用等關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究和相關(guān)系統(tǒng)平臺的集成應(yīng)用開發(fā)和測試，建設(shè)封閉與開放環(huán)境相結(jié)合的新一代智能交通系統(tǒng)，推動具有蕪湖特色的智能交通系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。

2 建設(shè)范圍

為了使項目順利實施，選擇以蕪湖市弋江區(qū)外圍道路不少于3公里的開放道路，以及海螺集團(tuán)特種車輛工作區(qū)域約3.5公里的封閉道路，結(jié)合本項目建設(shè)內(nèi)容，對上述道路進(jìn)行改造，使其成為可以對智能網(wǎng)聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)的各種裝置、設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行多種道路環(huán)境（多車道、十字路口、T字路口、模擬隧道等）及多種天氣條件下的智能交通示范場地建設(shè)。

3 建設(shè)內(nèi)容

蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，分別是感知層、通訊層（多通道通信）、集成層和場景應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 道路交通協(xié)同感知系統(tǒng)

傳統(tǒng)的感知系統(tǒng)，由于依賴固定檢測器（地磁、視頻等），只能獲取道路的流量、密度和速度等交通狀態(tài)參數(shù)，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜多變的道路環(huán)境和動態(tài)時變的城市交通管控需求。因此，本項目提出并建設(shè)一種道路交通全域協(xié)同感知系統(tǒng)，打破了過去依賴固定檢測器的缺陷，通過融合車路協(xié)同感知手段，使得新的交通感知系統(tǒng)在業(yè)務(wù)上得到了擴展，實現(xiàn)對氣象狀態(tài)、重大活動、突發(fā)事件以及交通事件等的實時監(jiān)測；實現(xiàn)對人群分布、出行需求、出行方式等個體特征的全面監(jiān)控，實現(xiàn)對路網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)提取、路網(wǎng)運行態(tài)勢評價、路網(wǎng)運行態(tài)勢分析和預(yù)測等狀態(tài)的感知，通過多源數(shù)據(jù)的融合處理，提高了感知的速度和精度，實現(xiàn)了對城市道路的全域協(xié)同感知。

3.2 多模式可靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3.2.1 示范區(qū)全域?qū)Ｓ肳iFi

為了建設(shè)覆蓋示范區(qū)全域的專用WiFi系統(tǒng)，為示范區(qū)的智能車載設(shè)備和路側(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸提供支撐。本項目計劃每500m安裝1個WAU（無線接入單元），總帶寬500M。

3.2.2 多模式異構(gòu)車車/車路通信網(wǎng)絡(luò)

本項目擬基于智能車載設(shè)備和智能路側(cè)通信設(shè)備搭建多模式異構(gòu)車車/車路通信網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供了豐富的無縫接入服務(wù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，車載終端可以通過多樣化的無線通信技術(shù)獲得通信服務(wù)，這些無線接入技術(shù)主要包括移動網(wǎng)絡(luò)（4G/未來5G），無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks，WLAN)，專用短程通信(Dedicated Short Range Communication, DSRC)等。

3.3 車聯(lián)網(wǎng)信息安全

信息安全作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵， 本項目從系統(tǒng)的層面構(gòu)建面向信息安全的架構(gòu)并實現(xiàn)其應(yīng)用。

車載端方面，在ISO26262的架構(gòu)體系內(nèi)，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全與功能安全的映射模型，在智能化程度密切相關(guān)的車載傳感器方面開展攝像頭、雷達(dá)等多種傳感器的信息安全評估，同時聯(lián)合信息安全研究機構(gòu)及整車企業(yè)，開發(fā)智能車載終端的IDS入侵檢測系統(tǒng)。

在車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層面，通過構(gòu)建汽車和外部設(shè)備通訊、以及V2X網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分布式可信機制，實現(xiàn)低資源消耗的可信認(rèn)證；同時能夠?qū)崿F(xiàn)基于手機的電動汽車信息交互安全評估。

3.4 智能化協(xié)同聯(lián)動控制系統(tǒng)

系統(tǒng)包括基于車路信息交互的交叉口優(yōu)先通行控制，保障公交、應(yīng)急車輛等通行效率；城市路網(wǎng)干線運行協(xié)調(diào)控制動態(tài)尋優(yōu)技術(shù)以及過飽和狀態(tài)下城市主干道協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)中等城市主干道交通流動態(tài)協(xié)同，提升中等城市交通干線的效能和服務(wù)水平；數(shù)據(jù)驅(qū)動下的中等城市控制節(jié)點協(xié)調(diào)聯(lián)控，提升路網(wǎng)整體效能。

3.4.1 智能網(wǎng)聯(lián)信號控制系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)信號機具有感應(yīng)、公交優(yōu)先、自適應(yīng)控制等多種控制方式。信號機既可通過參數(shù)配置工具進(jìn)行信號機參數(shù)配置與控制，也可以在系統(tǒng)協(xié)調(diào)下執(zhí)行控制中心下發(fā)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方案以及管制、臨時方案、特種車輛優(yōu)先等特殊方案。項目在示范區(qū)交叉口布置新型15臺智能聯(lián)網(wǎng)信號機，保障控制節(jié)點的協(xié)調(diào)聯(lián)控，包括測試區(qū)十字形路口10個，T形路口5個。

基于智能聯(lián)網(wǎng)信號機，通過對路網(wǎng)交通狀態(tài)感知信息分析，搭建城市交通智能聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)，實現(xiàn)交通信號智能聯(lián)網(wǎng)條件下的各種應(yīng)用研究。包括基于車路信息交互的交叉口信號優(yōu)先控制，保障公交、應(yīng)急車輛等通行效率；城市路網(wǎng)干線綠波協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)城市主干道交通流綠波通行，提升城市干道交通的通行效率和服務(wù)水平。

3.4.2 交通信息綜合發(fā)布與誘導(dǎo)系統(tǒng)

交通信息綜合發(fā)布與誘導(dǎo)系統(tǒng)是在梳理智慧出行業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同旅客出行的需求，分析智慧出行的切入點建立以“感知”技術(shù)為基礎(chǔ)，以“出行信息服務(wù)”為核心的信息綜合發(fā)布與誘導(dǎo)系統(tǒng)。通過搭建城市智能聯(lián)網(wǎng)誘導(dǎo)系統(tǒng)，提供基于物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的旅客全過程智慧出行服務(wù)。交通信息綜合發(fā)布與誘導(dǎo)系統(tǒng)分為三個層次：數(shù)據(jù)采集與處理層，數(shù)據(jù)儲存層和優(yōu)化處理層。數(shù)據(jù)處理層主要完成多源數(shù)據(jù)的清洗，以及結(jié)構(gòu)化整理工作，在整理完成后根據(jù)需要計算交通狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，同時將整理后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)儲存層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲與服務(wù)功能。優(yōu)化處理層，誘導(dǎo)策略對交通狀態(tài)的改變將反饋給信號控制模塊，進(jìn)行雙向的優(yōu)化計算，并將輸出方案存儲進(jìn)數(shù)據(jù)庫中。

3.4.3 個性化信息訂制與推送系統(tǒng)

個性化信息訂制與推送系統(tǒng)主要為出行者提供信息推送、旅程規(guī)劃等服務(wù)。通過集成多渠道和旅客出行有關(guān)的信息源，在旅客出行時，為旅客制定的家到家的旅行規(guī)劃，包括出發(fā)地市內(nèi)交通、城市間旅行、目的地市內(nèi)交通，同時可通過與當(dāng)?shù)亟煌ú块T合作，實現(xiàn)旅客一票出行；在旅客選定行程后，可根據(jù)行程安排和列車信息、航班信息、市內(nèi)交通路況信息，擇時向旅客提供參考信息。

3.4.4 電動汽車智慧出行服務(wù)系統(tǒng)

項目在方特景區(qū)建設(shè)微循環(huán)電動小巴智慧出行服務(wù)系統(tǒng)，開展微循環(huán)電動公交車運行示范，形成景區(qū)微循環(huán)交通模式，研究智能、環(huán)保、節(jié)能微型公交系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和推廣應(yīng)用。

3.4.5 道路交通安全預(yù)警系統(tǒng)

搭建道路交通安全預(yù)警模型，通過路側(cè)的預(yù)警設(shè)備和車載預(yù)警設(shè)備，基于車路協(xié)同的道路交通狀態(tài)和車輛狀態(tài)，通過道路交通安全預(yù)警系統(tǒng)，完成基于大數(shù)據(jù)的道路異常狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)警。

3.5 智能網(wǎng)聯(lián)汽車多場景系統(tǒng)建設(shè)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景的建立需面向蕪湖市道路交通環(huán)境，滿足智能駕駛車輛在各種道路類型、各類交通標(biāo)志及信號，面對不同的交通狀態(tài)以及天氣條件下的不同功能模塊（包括環(huán)境感知系統(tǒng)、算法決策系統(tǒng)以及車輛控制系統(tǒng)）及車輛整體性能的測試需求。另外，需要對隨機、復(fù)雜的道路交通場景進(jìn)行采集與分類管理，智能駕駛測試場景庫將覆蓋不同道路類型、不同路況、不同交通運行狀態(tài)以及不同氣象等條件的智能駕駛場景數(shù)據(jù)，可以為智能駕駛技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、試驗驗證、認(rèn)證管理、示范區(qū)建設(shè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)研究制定等提供數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)從場景庫的建設(shè)目的出發(fā)，根據(jù)場景庫的功能需求分析設(shè)計場景庫不同的功能子系統(tǒng)如場景庫采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、場景庫管理子系統(tǒng)、場景庫應(yīng)用系統(tǒng)等。使場景庫具備場景數(shù)據(jù)重演，重現(xiàn)車輛在真實道路場景的反應(yīng)，實現(xiàn)車輛的大樣本快速模擬測試的能力；具備通過對場景數(shù)據(jù)的定制，滿足不同類型智能駕駛系統(tǒng)測試的需求的能力；具備提取場景庫中典型場景數(shù)據(jù)，在真實封閉測試場地內(nèi)進(jìn)行場景復(fù)現(xiàn)，實現(xiàn)對智能駕駛車輛真實表現(xiàn)的測試與評估的能力。

3.6 智能車路協(xié)同云控中心系統(tǒng)

智能車路協(xié)同云控中心系統(tǒng)將構(gòu)建分布式計算集群，采用虛擬化技術(shù)，形成面向大數(shù)據(jù)處理服務(wù)的計算環(huán)境。通過部署以Hadoop+MapReduce為核心的各種大數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)和專項數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)面向交通大數(shù)據(jù)的處理能力。

智能車路協(xié)同云控中心可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入與管理、數(shù)據(jù)匯聚與轉(zhuǎn)發(fā)。中心設(shè)計數(shù)據(jù)接入能力應(yīng)達(dá)到200Mbps、100萬條/秒交通數(shù)據(jù)實時接收，同時具備PB級的數(shù)據(jù)存儲和管理能力。數(shù)據(jù)存儲支撐包括對多種數(shù)據(jù)存儲格式的支持，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，分布式文件系統(tǒng)及NO-SQL新型分布式數(shù)據(jù)庫。

智能車路協(xié)同云控中心的可視化顯示能力，通過對各種計算機圖、文及網(wǎng)絡(luò)信息、視頻圖象信息的動態(tài)綜合顯示完成各種信息的顯示需求。

4 建設(shè)成效分析

依托蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)集成示范區(qū)建設(shè)面向安全和高效出行的蕪湖市車路協(xié)同集成測試與應(yīng)用示范環(huán)境，以對接科技部“十三五”重點研發(fā)專項“綜合交通運輸與智能交通”中“載運工具智能協(xié)同”板塊任務(wù)，為示范區(qū)道路交通的周轉(zhuǎn)疏解以及日常出行提供移動互聯(lián)的智慧服務(wù)，打造不同等級智能車輛行駛的半開發(fā)/開放集成測試環(huán)境與面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的交通管理與控制技術(shù)的研究和開發(fā)平臺，建立蕪湖市首個面向智能車路協(xié)同研究的實景外場應(yīng)用測試環(huán)境，對于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)在蕪湖市的快速聚集和加速發(fā)展具有重大，也為我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級做出積極的貢獻(xiàn)。

5 總結(jié)

蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)集成示范與應(yīng)用采取科技提升與工程建設(shè)相結(jié)合的思路，依托工程建設(shè)實現(xiàn)車路協(xié)同系統(tǒng)功能，面向未來智能交通發(fā)展技術(shù)需求開展創(chuàng)新研發(fā)、示范與應(yīng)用。通過關(guān)鍵技術(shù)突破與系統(tǒng)集成，努力實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)變“基于協(xié)同感知下交通流參數(shù)檢測到個體行為感知的轉(zhuǎn)變”、“移動互聯(lián)環(huán)境下的交通管控與運輸組織形式的轉(zhuǎn)變”和“交通即服務(wù)理念下的系統(tǒng)運輸服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變”，打造成集科技創(chuàng)新、應(yīng)用測試、功能驗證、成果轉(zhuǎn)化和示范效應(yīng)于一體的綜合實景外場環(huán)境。

本項目選擇蕪湖市弋江區(qū)外圍道路不少于3公里的開放道路，以及海螺集團(tuán)特種車輛工作區(qū)域約3.5公里的封閉道路，建設(shè)半封閉以及開放交通道路場景的車路系統(tǒng)集成測試與示范環(huán)境。在搭建道路交通全域協(xié)同感知系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過建設(shè)多模式可靠通信網(wǎng)絡(luò)和車路協(xié)同云控中心，開展智能化協(xié)同聯(lián)動控制、交通信息綜合發(fā)布與誘導(dǎo)以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車多場景測試，為促進(jìn)蕪湖市車路協(xié)同系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用建立了重要的基礎(chǔ)，有效推動具有蕪湖特色的智能交通系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。