基于5G-V2X技術(shù)的智慧交通車載路側(cè)設(shè)備研究與應(yīng)用

王昊 吳勇

摘要： 為解決山東省內(nèi)城市道路交通擁堵，事故頻發(fā)，車輛智能化程度低等問題，項目團(tuán)隊基于5G-V2X新型通信技術(shù)，開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的智慧交通車載及路側(cè)終端設(shè)備，開發(fā)協(xié)議棧及程序應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)豐富的智慧交通場景。優(yōu)化邊緣計算能力，提升設(shè)備通信速度，搭建云端大數(shù)據(jù)平臺，為智慧城市建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

Abstract： In order to solve the problems of urban road traffic congestion， frequent accidents and low level of vehicle intelligence in Shandong Province， the project team based on 5G-V2X new communication technology， developed independent intellectual property intelligent vehicle and road side terminal equipment， develop Protocol Stack and program application to realize rich intelligent traffic scene. Optimize the edge computing capacity， enhance the communication speed of equipment， build a cloud-based data technology platform， provide scientific basis for the construction of smart city.

關(guān)鍵詞： 車輛智能化;智慧交通;邊緣計算

Key words： vehicle intelligence;intelligent transportation;edge calculation

中圖分類號：TN965.7+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0205-02

國務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》提出，加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車（智能汽車、自動駕駛、車路協(xié)同）研發(fā)，形成自主可控完整的產(chǎn)業(yè)鏈。2020年3月，工信部下發(fā)《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出促進(jìn)“5G+車聯(lián)網(wǎng)”協(xié)同發(fā)展，推動將車聯(lián)網(wǎng)納入國家新型信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，促進(jìn)LTE-V2X規(guī)模部署。

車用無線通訊技術(shù)V2X（Vehicle to Everything）是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)車車、車路、車人的直連通信，是實(shí)現(xiàn)“車-路-云”協(xié)同的必備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖1）。然而，受制于頻譜與功率約束，盡管V2X有十分明朗的產(chǎn)業(yè)前景，其實(shí)際應(yīng)用一直受到限制。

隨著5G技術(shù)的到來，V2X與5G技術(shù)結(jié)合為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋提出了完美的解決方案，可真正實(shí)現(xiàn)“車—路—人—云”之間的多維高速信息傳輸（圖2）。如圖3所示，在新型交通體系中，路端實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施全民信息化;車端實(shí)現(xiàn)交通工具智能化;云端實(shí)現(xiàn)智能交通一體化管控。其中，基于5G通訊技術(shù)的智能交通通訊（intelligent traffic communication，ITC）模塊“5G-V2X ITC模塊”是智慧交通狹義產(chǎn)業(yè)鏈中的核心（廣義產(chǎn)業(yè)鏈更廣泛），是智能網(wǎng)聯(lián)車輛所需要的各種終端與設(shè)備的“大腦”，因此也是實(shí)現(xiàn)智慧交通的最為關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)。

目前，用于V2X通信的主流技術(shù)包括專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技術(shù)和基于蜂窩移動通信系統(tǒng)的C-V2X（CellularVehicletoEverything）技術(shù)（包括LTE-V2X和5G-V2X）。專用短程通訊（DSRC）是基于IEEE802.11p底層通信協(xié)議與IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成的技術(shù)，采用5.9GHz頻段，并具備低傳輸延遲特性，以提供車用環(huán)境中短距離通訊服務(wù)。

DSRC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在特定小區(qū)域內(nèi)（通常為數(shù)十米）對高速運(yùn)動下的移動目標(biāo)的識別和雙向通信，目前廣泛應(yīng)用于高速公路上的ETC系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不停車、免取卡，無人值守自動扣費(fèi)。但基于Wi-Fi技術(shù)的DSRC性能存在局限性，難以支持高速移動場景，移動速度一旦提高，DSRC信號就開始驟降、可靠性差、時延抖動較大，所以其主要承載基本交通安全業(yè)務(wù)，不能滿足智慧交通場景下的車車之間、車路之間、車與人之間等復(fù)雜的數(shù)據(jù)通訊需求。

C-V2X技術(shù)，是基于蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)演進(jìn)形成的車用無線通信技術(shù)，其與DSRC技術(shù)相比，具備以下優(yōu)勢，C-V2X支持低延時直接通信，無需依賴網(wǎng)絡(luò)協(xié)助。適合高速汽車場景，可以在缺乏衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）的情況下工作?；?G的V2X技術(shù)具備更高的傳輸速度，非常適合用于開發(fā)基于智慧交通的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

①基于典型應(yīng)用場景，搭建硬件開發(fā)平臺。

Promote 5G-V2X ITC模組應(yīng)用于車載路側(cè)單元總體方案由物理層、傳輸層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)云組成。感知層是Promote 5G-V2X ITC模組應(yīng)用于車輛和道路的位置感知，行為感知及視覺感知。傳輸層是將車輛道路數(shù)據(jù)經(jīng)邊緣計算分類匯總，傳輸至區(qū)域內(nèi)其他車輛道路和數(shù)據(jù)云的重要鏈路。服務(wù)層是區(qū)域內(nèi)車輛及道路協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)道路交通管制、區(qū)域內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、車輛違章抓拍等功能。數(shù)據(jù)云是將物理層車輛行駛數(shù)據(jù)，道路環(huán)境數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

②設(shè)計軟件架構(gòu)，開發(fā)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

以硬件平臺為基礎(chǔ)，搭建由集成應(yīng)用層、設(shè)備管理接口層、協(xié)議層、內(nèi)核層、驅(qū)動層五個層級組成的軟件架構(gòu)（圖4）。通過應(yīng)用層服務(wù)功能調(diào)用設(shè)備管理層接口，實(shí)現(xiàn)協(xié)議層的數(shù)據(jù)解析、驅(qū)動調(diào)用及外設(shè)操作控制。通過設(shè)備管理接口實(shí)現(xiàn)對設(shè)備驅(qū)動程序和協(xié)議解析的封裝以及訪問底層設(shè)備、設(shè)備驅(qū)動升級、更替。面向涵蓋安全、效率和信息服務(wù)等方面車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)功能，開發(fā)涵蓋前向碰撞預(yù)警等17個具體情境的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)，全面覆蓋智慧交通典型應(yīng)用場景。

③推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，賦能行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

整合產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、科研院所三方優(yōu)勢資源，吸引智慧交通領(lǐng)域頭部企業(yè)、高校、科研單位共同組建智能網(wǎng)聯(lián)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心。探索建立基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)、成果轉(zhuǎn)化和人才支撐的創(chuàng)新生態(tài)體系，推動生產(chǎn)要素在企業(yè)、院校中流動，促進(jìn)高校教師和企業(yè)工程技術(shù)人員雙跨雙引，集聚產(chǎn)業(yè)高端人才，提升技術(shù)創(chuàng)新孵化能力。切實(shí)提升山東省主要城市的5G車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)水平，探索在特定路段特定場景實(shí)現(xiàn)無人駕駛，推廣智慧交通云端信息服務(wù)平臺。

通過在封閉道路實(shí)現(xiàn)測試，結(jié)果表明基于5G-V2X技術(shù)可以有效提升通訊速度，以此開發(fā)的智能駕駛實(shí)時控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人、車、路面環(huán)境等數(shù)學(xué)模型的快速解算，該系統(tǒng)的運(yùn)算周期最快可到25us，有效提升了系統(tǒng)響應(yīng)速度。項目團(tuán)隊根據(jù)中國汽車工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》不斷豐富車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，開發(fā)面向道路安全服務(wù)、緊急車輛讓行、自動停車系統(tǒng)、自動跟車服務(wù)等方面的近20個車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)，可以提升城市交通的智慧化水平，有效解決了城市交通擁堵、交通事故頻發(fā)的問題，具有廣闊的推廣和應(yīng)用價值。

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