一種車路協(xié)同封閉場地測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

李云寶，李 森

一種車路協(xié)同封閉場地測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

李云寶，李 森

（長春汽車檢測中心有限責(zé)任公司天津分公司，天津 300450）

智能網(wǎng)聯(lián)汽車搭載了先進(jìn)的環(huán)境感知系統(tǒng)及智能邏輯算法功能，具備環(huán)境感知及智能決策功能。但對于道路盲區(qū)的預(yù)測及控制，是單車智能無法跨越的壁壘。目前，路側(cè)感知及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為未來發(fā)展無人駕駛汽車、道路通行安全及效率提升的公認(rèn)技術(shù)路線之一。文章通過標(biāo)準(zhǔn)梳理及走訪調(diào)研國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)測試場、示范區(qū)，以測試場景為依托，提出道路技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)方法及最小通信距離設(shè)計(jì)方法，結(jié)合設(shè)備設(shè)施布置要求，提出一種封閉測試場車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車車路協(xié)同全場景封閉場地閉環(huán)測試及驗(yàn)證。

車路協(xié)同；封閉場地；測試系統(tǒng)；智能網(wǎng)聯(lián)汽車；路側(cè)感知；云控系統(tǒng)

目前，全球無人駕駛汽車快速發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)發(fā)展態(tài)勢較好，但智能網(wǎng)聯(lián)汽車依靠單車智能存在信息孤島，難以解決道路盲區(qū)、互聯(lián)協(xié)同、信息共享等問題，完全實(shí)現(xiàn)無人駕駛存在較大困難。傳統(tǒng)的交通管控方式已難以解決目前所面臨的交通問題[1]。隨著自動駕駛的發(fā)展，智能車輛的性能受到其無法感知盲區(qū)和超視距區(qū)域的限制[2]?；跓o線通信、路側(cè)感知系統(tǒng)及車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，車路協(xié)同技術(shù)目前已成為解決單車智能無法預(yù)測道路盲區(qū)、車車信息共享、實(shí)現(xiàn)完全無人駕駛、提高道路交通體系高效安全的技術(shù)手段[3-4]。路側(cè)感知系統(tǒng)可實(shí)時獲得道路環(huán)境信息，通過云控平臺的大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行決策，依托車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車車交互，從而提高駕駛安全性、優(yōu)化通行效率等。路側(cè)感知系統(tǒng)可使道路安全、通過效率提升和及出行舒適性得到發(fā)展[5]。目前國外對車路協(xié)同技術(shù)已有初步應(yīng)用，例如美國的智慧駕車系統(tǒng)IntelliDrive、歐盟的SAFESPOT安全計(jì)劃、日本的Smartway項(xiàng)目，歐盟也更新發(fā)布了《網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛技術(shù)路線圖》等[6-7]。與世界主要發(fā)達(dá)國家相比，我國車路協(xié)同技術(shù)還處于研究探索階段[8]。建立一種封閉場地車路協(xié)同測試系統(tǒng)對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能測試、性能評價等柔性化場景搭建具有重要意義。

1 發(fā)展概況

目前世界主要發(fā)達(dá)國家積極發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車，制定相關(guān)政策及出臺一系列法律法規(guī)鼓勵汽車企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)，并開放一些道路及示范區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)測試等相關(guān)活動[9]。我國工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部等部委也出臺了一系列政策鼓勵示范區(qū)建設(shè)，以滿足未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試需求[10]。為了促進(jìn)我國車路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，工信部推出了多個國家級智慧道路交通示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目[11]。

各地區(qū)積極響應(yīng)國家政策，高度重視車路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展。從道路規(guī)劃、政策引導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建、開放道路示范區(qū)建設(shè)等多體系發(fā)力，推動我國未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但隨著單車智能自動駕駛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遇到瓶頸，路側(cè)感知系統(tǒng)及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到廣泛關(guān)注。目前，一些新興城市道路建設(shè)也加入路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的元素，部署高清攝像機(jī)、雷達(dá)系統(tǒng)、智控交通信號機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，基于大數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算形成系統(tǒng)化的感知數(shù)據(jù)，以路側(cè)單元（Road Side Unit, RSU）、5G網(wǎng)絡(luò)等通信手段，實(shí)現(xiàn)對道路環(huán)境信息的實(shí)時傳輸[12]。隨著5G通信切片技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)大寬帶、低延時等[13]性能。

路側(cè)感知系統(tǒng)及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過采集多種道路環(huán)境數(shù)據(jù)及云分析計(jì)算，依托無線通信及高精定位等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對道路環(huán)境信息的全面感知，通過車載單元（On Board Unit, OBU）終端信息分享，協(xié)同配合，以實(shí)現(xiàn)車路信息環(huán)境感知交互。

2 技術(shù)路線

以測試標(biāo)準(zhǔn)梳理為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場走訪調(diào)研等方式，通過對標(biāo)分析測試場景需求，提出道路及通信距離設(shè)計(jì)方法，最終得出封閉試驗(yàn)場車路協(xié)同主要測試區(qū)域及道路技術(shù)參數(shù)。提出設(shè)備設(shè)施布置原則，建立車路協(xié)同智能化測試服務(wù)平臺，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

2.1 測試標(biāo)準(zhǔn)梳理

通過對《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)用層數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》第一階段（T/ CSAE 53－2020）、第二階段（T/CSAE 157－2020）梳理、統(tǒng)計(jì)及分析，主要涵蓋場景約29類。測試場景主要包括交叉路口碰撞、左轉(zhuǎn)輔助、闖紅燈預(yù)警、弱勢交通參與碰撞預(yù)警等，測試標(biāo)準(zhǔn)道路類型需求如表1所示。

表1 測試標(biāo)準(zhǔn)道路類型需求

測試場景道路類型需求 十字路口環(huán)形路口直線路段匝道路段匝道路段 交叉路口碰撞●● 左轉(zhuǎn)輔助●● 道路信息共享 ●●● 限速預(yù)警 ●●● 闖紅燈預(yù)警● 弱勢交通碰撞預(yù)警●●●●● 綠波車速引導(dǎo)● ● ● 協(xié)作式通行 ● 動態(tài)車道管理●

注：●表示需具備的類型需求。

2.2 現(xiàn)場走訪調(diào)研

走訪調(diào)研國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用（北方）示范區(qū)、交通部公路交通試驗(yàn)場、國家智能汽車與智慧交通（京冀）示范區(qū)順義基地、上海臨港智能網(wǎng)聯(lián)汽車綜合測試示范區(qū)、杭州市德清縣示范區(qū)一期和國家智能網(wǎng)聯(lián)（長沙）測試區(qū)，統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)場車路協(xié)同主要測試分類及測試場景，如表2所示。

表2 測試分類及場景統(tǒng)計(jì)

序號測試分類 測試場景 1交通安全類1.前向碰撞預(yù)警；2.交叉路口碰撞預(yù)警；3.闖紅燈預(yù)警；4.弱勢交通參與者碰撞預(yù)警；5.左轉(zhuǎn)輔助 2交通效率類1.綠波車速引導(dǎo)；2.車內(nèi)標(biāo)牌；3.交通信號配時動態(tài)優(yōu)化；4.最優(yōu)速度；5.車輛路徑引導(dǎo) 3信息服務(wù)類1.信號路口通行；2.編隊(duì)行駛；3.遠(yuǎn)程遙控駕駛；4.車輛路徑引導(dǎo)；5.動態(tài)車道管理；6.協(xié)同式感知

2.3 場地道路設(shè)計(jì)方法

智能網(wǎng)聯(lián)汽車車路協(xié)同封閉道路測試過程分為兩個階段、四個路段：一是狀態(tài)調(diào)整階段，分加速段與穩(wěn)速段，使主車（Host Vehicle, HV）達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)車速；二是性能評估階段，分測試段與減速段，驗(yàn)證車路協(xié)同功能是否能夠正確預(yù)警，以符合相關(guān)測試要求，如圖2所示。測試路段長度計(jì)算公式為

=1+2+3+4（1）

圖2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車車路協(xié)同封閉道路測試過程

2.4 通信最小距離設(shè)計(jì)方法

在測試場景時，必須保證報(bào)警時HV與遠(yuǎn)車（Remote Vehicle, RV）之間有足夠的距離用于駕駛員反應(yīng)與制動，避免兩車碰撞，且報(bào)警時間不應(yīng)太早，避免對駕駛員形成不必要的干擾。這個距離一般為通信最小安全距離s，其計(jì)算公式為

min≤s=1+2+3≤max（2）

式中，1為HV駕駛員反應(yīng)時間內(nèi)行走的距離，可以保守取為1.2～2 s；2為HV駕駛員制動的距離；3為安全冗余距離；min為最晚預(yù)警安全距離；max為最早預(yù)警安全距離。

3 道路參數(shù)技術(shù)要求

封閉場地車路協(xié)同測試區(qū)域分為長直線測試區(qū)、模擬城市測試區(qū)、柔性測試區(qū)（泊車區(qū)）、隧道測試區(qū)。通過標(biāo)準(zhǔn)場景梳理及調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)果對標(biāo)，結(jié)合道路設(shè)計(jì)方法及最小通信距離設(shè)計(jì)方法，得出封閉場地車路協(xié)同測試區(qū)域及道路參數(shù)技術(shù)要求，如表3所示。

表3 道路技術(shù)需求參數(shù)

測試區(qū)域參數(shù)參數(shù)值 長直線測試區(qū)車道長度/m2 000 車道數(shù)/個4 模擬城市測試區(qū)十字路口長度/m1 000 匝道路口長度/m200 環(huán)形路口數(shù)/個5 隧道測試區(qū)長度/m200 車道數(shù)/個2 柔性測試區(qū)半徑/m100

4 場地設(shè)備設(shè)施配置方法

感知設(shè)備一般采取單個方向配置攝像機(jī)+雷達(dá)組合，RSU采取交叉布置的原則，為保證測試精度，長直線路段一般在0.3～0.5 km處布置一套通信系統(tǒng)，輔助高精度定位服務(wù)系統(tǒng)。一般采取短距離直接通信接口（PC5）及終端和基站之間的通信接口（Uu），依托4G/5G等車用無線通信技術(shù)，保證長距離和大范圍的通信可靠性。

車路協(xié)同通信系統(tǒng)以車內(nèi)、車際及云網(wǎng)為基礎(chǔ)，統(tǒng)一通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一OBU、RSU、多接入邊緣計(jì)算（Multi access Edge Comput- ing, MEC）等設(shè)備接口及通信頻道，設(shè)備可進(jìn)行無線及有線通信，實(shí)現(xiàn)信息無障礙交互，同時路側(cè)感知信息數(shù)據(jù)應(yīng)由測試場云控平臺統(tǒng)一分析。車輛使用OBU與各種車用無線通信技術(shù)（Vehicle to Everything, V2X）設(shè)備交互數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和檢測[14]。依據(jù)道路參數(shù)技術(shù)要求，結(jié)合道路長度計(jì)算模型及通信最小距離計(jì)算方法，建立模擬城市及鄉(xiāng)村路口的路側(cè)感知系統(tǒng)，路口RSU布置方法如表4、圖3、圖4所示。

表4 模擬道路路口RSU布置原則

類型描述部署原則 空曠十字路口周圍無建筑、樹木遮擋靠近信號機(jī)位置立桿部署一個RSU 普通十字路口路口中間無遮擋物，周圍有建筑、樹木遮擋部署兩個RSU，分別覆蓋水平和垂直兩個方向 復(fù)雜十字路口寬闊道路，路口中間無遮擋物，周圍有建筑、樹木遮擋部署四個RSU，分別覆蓋水平和垂直兩個方向 匝道路口匝道路且道路中間無遮擋部署一個RSU，覆蓋2個方向道路 環(huán)島依部署間距沿環(huán)島部署，環(huán)島中存在植被遮擋時，至少確保各方向部署一個RSU

圖3 十字路口部署示意圖

直線路段模擬高速工況及城市全車速場景測試，基于RSU與OBU終端實(shí)時數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）通信環(huán)境全覆蓋。具體布置技術(shù)要求如下：

4.1 邊緣計(jì)算系統(tǒng)技術(shù)要求

V2X有效通信距離約為600 m；全息感知V2X視頻檢測器有效識別范圍為150 m；全息感知微波雷達(dá)有效識別范圍為150 m；激光雷達(dá)有效識別范圍為200 m；多路感知傳感可接入一臺邊緣計(jì)算圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU）。邊緣計(jì)算部署示意如圖5所示。

測試車輛安裝OBU設(shè)備、視頻監(jiān)控、高精度定位設(shè)備及輔助測試設(shè)備等，OBU上傳采集的車輛自身數(shù)據(jù)，并接收對方車輛數(shù)據(jù)包及路側(cè)單元廣播數(shù)據(jù)包，與其他智能網(wǎng)聯(lián)車進(jìn)行通信，并進(jìn)行網(wǎng)聯(lián)預(yù)警及主動安全測試。路側(cè)端通過MEC、RSU、雷達(dá)、AR感知攝像頭、信號機(jī)等設(shè)備對測試車輛進(jìn)行智能網(wǎng)聯(lián)測試或?qū)囕v測試行為進(jìn)行全場的監(jiān)控管理評估。場地布置測試假人、假車、雨霧系統(tǒng)、閘道、燈光、基站等系統(tǒng)搭建豐富多樣的測試場景。

圖5 邊緣計(jì)算部署示意圖

4.2 信息傳輸技術(shù)要求

服務(wù)全車速測試環(huán)境，路側(cè)通信覆蓋半徑需至少大于2 km；車車通信OBU可滿足至少300 m；支持OBU的最大運(yùn)動速度不小于120 km/h[15]；通信時延應(yīng)小于10 ms。

4.3 高精定位技術(shù)要求

支持全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）、北斗等服務(wù)；定位精度達(dá)厘米級；定位精度可智能調(diào)控。

5 車路協(xié)同測試服務(wù)平臺

路側(cè)感知系統(tǒng)前端各種數(shù)據(jù)通過4G/5G或者有線光纖網(wǎng)絡(luò)匯集到測試服務(wù)平臺進(jìn)行大數(shù)據(jù)的融合管理，并對網(wǎng)聯(lián)測試、測試環(huán)境及場地基礎(chǔ)設(shè)施信息進(jìn)行管理。車聯(lián)網(wǎng)V2X平臺及AR監(jiān)測平臺為封閉測試場管理中心提供網(wǎng)聯(lián)測試管理、高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistance System, ADAS）測試、AR監(jiān)控等數(shù)據(jù)管理服務(wù)。

車路協(xié)同測試服務(wù)平臺同時可實(shí)現(xiàn)路側(cè)設(shè)備模型展示、設(shè)備總數(shù)和異常設(shè)備數(shù)量顯示，可遠(yuǎn)程調(diào)取每個感知設(shè)備信息并進(jìn)行操作，也可進(jìn)行設(shè)備配置、設(shè)備故障播報(bào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析、設(shè)備遠(yuǎn)程升級等，實(shí)現(xiàn)測試區(qū)域內(nèi)路側(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，如圖6所示。通過對各種終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集、處理、融合，將智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試數(shù)據(jù)、智能全息感知設(shè)備等數(shù)據(jù)匯聚于智能網(wǎng)聯(lián)場景決策計(jì)算與控制平臺中實(shí)時存儲、脫敏、清洗，結(jié)合測試評估算法模型對車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及配置，實(shí)現(xiàn)移動端與個人計(jì)算機(jī)（Personal Computer, PC）端可視化下不同場景車路協(xié)同測試與評價。

圖6 測試服務(wù)管理平臺

6 結(jié)論

本文首次提出一種封閉測試場車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)地闡述了車路協(xié)同封閉場地、場景道路技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、通信距離設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)施布置方法以及技術(shù)要求，對未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車車路協(xié)同測試評價體系建設(shè)具有重要作用。

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A Design Method of Vehicle and Road Cooperative Closed Field Test System

LI Yunbao, LI Sen

( Tianjin Branch of Changchun Automobile Testing Center Company Limited, Tianjin 300450, China )

The intelligent connected vehicle is equipped with advanced environmental awareness system and intelligent logic algorithm functions, and has environmental awareness and intelligent decision-making. However, the prediction and control of road blind spots is a barrier that can not be crossed by single car intelligence. At present, roadside sensing and vehicle networking technology has become one of the recognized technical routes for the development of driverless vehicles, road traffic safety and efficiency improvement in the future.Based on the standard sorting and visiting and investigating the domestic test sites and demonstration areas of the internet of vehicles,this paper puts forward the design method of road technical parameters and the design method of minimum communication distance based on the test scenarios, and proposes a design method of closed test site vehicle-road collaboration system in combination with the layout requirements of equipment and facilities, to meet the closed loop test and verification of the whole scene of the internet of vehicles vehicle-road collaboration.

Vehicle and road cooperative; Closed field; Test system; Intelligent connection vehicle; Roadside sensing; Cloud control system

U495

A

1671-7988(2023)18-05-05

李云寶（1987－），男，工程師，研究方向?yàn)槠囌嚨缆沸阅茉囼?yàn)及檢測，E-mail:liyunbao2008@126.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.002