車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布初探

林天嬋,李 濤

（江蘇金曉電子信息股份有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

作為智能交通領(lǐng)域的前沿技術(shù)，車路協(xié)同可利用先進(jìn)的傳感檢測(cè)、無(wú)線通信、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析和車輛控制等技術(shù)，將人—車—路聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體，通過(guò)對(duì)交通環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的交通信息采集和分析，實(shí)現(xiàn)車—路（V2I）、車—車（V2V）之間實(shí)時(shí)的交通信息交互與共享，使得車輛控制系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的交通環(huán)境中及時(shí)接收關(guān)于擁堵、事故和道路狀況的信息并作出反應(yīng)，從而確保駕駛安全，減少事故，提高交通運(yùn)行效率。

目前我國(guó)車路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用推廣主要以智能互聯(lián)示范區(qū)的模式推進(jìn)，依托車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)對(duì)車路協(xié)同場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，由無(wú)錫、天津、長(zhǎng)沙、重慶等地為代表示范區(qū)域，對(duì)交通設(shè)備進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)功能改造，提高核心系統(tǒng)能力，實(shí)現(xiàn)蜂窩車聯(lián)網(wǎng)C-V2X網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署，開(kāi)展車路協(xié)同場(chǎng)景建設(shè)和應(yīng)用示范，持續(xù)構(gòu)建統(tǒng)一的車路協(xié)同服務(wù)體系。

泛車路協(xié)同環(huán)境下的車輛駕駛主體可通過(guò)車載設(shè)備及路側(cè)信息發(fā)布設(shè)備兩種方式獲取包括安全告警類、效率提升類及娛樂(lè)服務(wù)類等交通信息。這就對(duì)同一時(shí)間在一定范圍內(nèi)的車載OBU等信息交互設(shè)備獲取的信息與路側(cè)信息發(fā)布設(shè)備發(fā)布的信息提出一致性要求。實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間信息一致有助于提升司乘對(duì)交通信息做出協(xié)同控制決策，真正體現(xiàn)車路協(xié)同對(duì)效率及安全提升具有深遠(yuǎn)意義。

該研究依托南京秦淮車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)與紫金山實(shí)驗(yàn)室5G車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)，針對(duì)2個(gè)示范區(qū)覆蓋范圍內(nèi)存在社會(huì)道路，且社會(huì)車輛多數(shù)不具備C-V2X通信能力的情況，示范區(qū)現(xiàn)有信息系統(tǒng)缺少對(duì)人工駕駛車輛提供信息服務(wù)的能力。對(duì)于示范區(qū)真實(shí)事件場(chǎng)景應(yīng)用，相關(guān)安全警示和管控信息，需要所有車輛做出針對(duì)性的駕駛決策，保持駕駛行為的協(xié)同。因此，需要補(bǔ)充對(duì)人工駕駛車輛駕駛者信息服務(wù)的路側(cè)可視終端。并且，實(shí)現(xiàn)路側(cè)可視信息發(fā)布終端展示信息的良好可視讀性，以及路側(cè)可視信息發(fā)布終端與C-V2X對(duì)車載終端信息發(fā)布的一致性，打造廣義車路系統(tǒng)，防止車輛對(duì)系統(tǒng)信息解讀的偏差，影響系統(tǒng)策略執(zhí)行效果。

1 車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布現(xiàn)狀

車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布現(xiàn)狀可分為車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互與路側(cè)可視信息發(fā)布兩方面，分別進(jìn)行現(xiàn)狀分析。

在車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互技術(shù)方面，鑒于車載環(huán)境具有特殊性，目前車載環(huán)境中通信多數(shù)以中短距離無(wú)線通信為主。車路協(xié)同所要傳遞的信息通常有安全相關(guān)與非安全相關(guān)兩大類。安全相關(guān)信息主要包括異常事件告警、碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、危險(xiǎn)路段提醒以及其他需要實(shí)時(shí)傳輸和通信的、人車安全相關(guān)的數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)頻率通常在1~10 Hz之間，通信延遲通常要求100 ms以下；非安全相關(guān)信息主要包括交通標(biāo)志提示、車速引導(dǎo)、路線導(dǎo)航和其他提高交通效率的信息，以及其他信息娛樂(lè)服務(wù)類非緊急信息，相關(guān)數(shù)據(jù)的收發(fā)頻率通常為1 Hz，通信延遲通常要求在500 ms以下[1]。

為了實(shí)現(xiàn)車對(duì)車、車對(duì)路、車對(duì)人的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目標(biāo)，車路協(xié)同系統(tǒng)正在從單一通信模式轉(zhuǎn)向多種通信模式組合，并根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇不同的通信模式。同時(shí)，由于車輛大多數(shù)時(shí)間是在行駛狀態(tài)下，不論是V2I或V2V都會(huì)頻繁改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以降低通信延遲對(duì)于提升車路協(xié)同應(yīng)用效果具有重要意義。車路協(xié)同主要使用的通信技術(shù)有移動(dòng)蜂窩技術(shù)、Wi-Fi、DSRC和ZigBee[2-3]。

同時(shí)國(guó)內(nèi)出臺(tái)多個(gè)車路協(xié)同通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布的《車聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)要求》中對(duì)V2V、V2I等主要場(chǎng)景下的通信方式及要求進(jìn)行了規(guī)定[4]。工業(yè)和信息化部發(fā)布的《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)總體技術(shù)要求》中規(guī)范了通過(guò)LTE通信技術(shù)進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信的系統(tǒng)架構(gòu)及不同應(yīng)用場(chǎng)景下的通信需求[5]。

在路側(cè)可視信息發(fā)布技術(shù)方面，交通信息可以通過(guò)CMS（Changeable Message Sign，可變信息標(biāo)志）、交通廣播和互聯(lián)網(wǎng)等多種設(shè)備傳達(dá)給駕駛者。其中，CMS是以LED作為最小基本單元發(fā)布交通狀況和引導(dǎo)信息的重要設(shè)備，可通過(guò)顯示圖文信息向駕駛者對(duì)前方道路走向、旅行時(shí)間、事故預(yù)警以及其他交通信息進(jìn)行提示。相比于導(dǎo)航App、交通廣播及其他交通信息傳播方式需要依賴無(wú)線電或網(wǎng)絡(luò)及第三方設(shè)備，駕駛者在行駛過(guò)程中無(wú)法直接獲取等缺點(diǎn)，CMS屏可沿道路連續(xù)布置、位置固定、通過(guò)整體展示發(fā)布多樣化信息，以此形成連續(xù)的信息提示，提高駕駛者對(duì)前方道路交通信息的獲取度，加深對(duì)信息的理解程度；且交通信息實(shí)時(shí)更新、顯示時(shí)長(zhǎng)可控制，為駕駛者提供了全面掌握道路交通情況的渠道。

通常情況下，CMS顯示路網(wǎng)上的交通狀況信息，并以紅色、黃色和綠色顯示擁堵?tīng)顩r。在特殊情況下，則通過(guò)CMS信息發(fā)布系統(tǒng)內(nèi)預(yù)制的不同節(jié)目模板經(jīng)由人工審核后發(fā)布非常態(tài)交通事件。在例如美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)CMS的研究已比較成熟并已經(jīng)建成了相當(dāng)大的規(guī)模。隨著我國(guó)大城市交通擁堵問(wèn)題態(tài)勢(shì)的不斷加劇及ITS（Intelligent Transportation System，智能運(yùn)輸系統(tǒng)）的不斷發(fā)展，CMS在一些大中城市得到了廣泛應(yīng)用，北京、上海、廣州、南京等城市的CMS建設(shè)同樣已具有相當(dāng)規(guī)模[6]。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)出臺(tái)多個(gè)路側(cè)信息發(fā)布規(guī)范文件，公安部發(fā)布的《道路交通信息發(fā)布規(guī)范》中規(guī)定了道路交通信息內(nèi)容、發(fā)布方式、發(fā)布形式及發(fā)布要求等內(nèi)容[7]。交通部發(fā)布的《高速公路可變信息標(biāo)志信息的顯示和管理》對(duì)應(yīng)用于高速公路內(nèi)的可變信息標(biāo)志發(fā)布的信息類型、信息顯示格式及信息管理方式等進(jìn)行了規(guī)定[8]。

關(guān)于CMS信息發(fā)布視覺(jué)研究方面，趙琦對(duì)影響CMS視認(rèn)性的不同因素進(jìn)行了分析，基于分析結(jié)果結(jié)合駕駛?cè)艘曊J(rèn)模型構(gòu)建了關(guān)于影響因素的參數(shù)模型，包括文字大小、位置確定等，通過(guò)在白天、黃昏、夜晚等不同環(huán)境下開(kāi)展模型計(jì)算，得出了基于視認(rèn)最佳的可變信息交通標(biāo)志顯示亮度[9]。杜建瑋針對(duì)目前駕駛者對(duì)CMS信息認(rèn)知過(guò)程、CMS設(shè)計(jì)設(shè)置中存在的問(wèn)題，提出通過(guò)CMS信息量化方法、駕駛者信息獲取度評(píng)價(jià)、駕駛者信息利用度評(píng)價(jià)與駕駛者認(rèn)知負(fù)荷分析四種模型提升駕駛者對(duì)可變信息標(biāo)志信息認(rèn)知的有效性，并通過(guò)模型和實(shí)測(cè)對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的適用性[10]。

從以上國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀可以看出，當(dāng)前的車路協(xié)同通信技術(shù)在研究方面已經(jīng)取得了較為豐富的成果，已具備一定的成熟度與落地性，能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的低時(shí)延傳輸，為車載設(shè)備及路側(cè)信息發(fā)布設(shè)備提供實(shí)時(shí)的交通信息；同時(shí)路側(cè)信息主要通過(guò)CMS發(fā)布，CMS的部署建設(shè)具備相當(dāng)規(guī)模，滿足為司乘人員實(shí)時(shí)提供路側(cè)信息的條件。但目前缺乏對(duì)于車載設(shè)備與路側(cè)信息發(fā)布設(shè)備之間一致性發(fā)布方面的研究方面，該文對(duì)車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布進(jìn)行初探，旨在為實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同環(huán)境下不同設(shè)備間的信息一致性發(fā)布研究提供初步經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)此研究有助于提升交通出行的安全、效率及服務(wù)水平。

2 車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布初探

針對(duì)目前車路協(xié)同示范區(qū)只部署了路側(cè)RSU，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各自示范區(qū)測(cè)試車輛車載OBU發(fā)布信息的能力。示范路段覆蓋有市政交通道路，但存在目前的社會(huì)車輛無(wú)法接受RSU信息，且沒(méi)有誘導(dǎo)屏發(fā)布對(duì)應(yīng)場(chǎng)景信息，會(huì)造成在混行道路下，車路協(xié)同自動(dòng)駕駛決策與人工駕駛決策沖突潛在影響，測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景無(wú)法在實(shí)際混行道路實(shí)用化的問(wèn)題，需要信息服務(wù)系統(tǒng)對(duì)外提供路側(cè)可視信息發(fā)布和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信等多種信息服務(wù)方式。為了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施共用，節(jié)約建設(shè)成本，便于對(duì)混行路況下車載OBU和人工駕駛者同時(shí)獲取一致性交通信息，通過(guò)車路協(xié)同信息獲取與路側(cè)可視信息獲取相關(guān)需求研究，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景化交通安全警示信息通過(guò)RSU對(duì)車載OBU和路側(cè)CMS屏對(duì)駕駛者同步發(fā)送，達(dá)到混行道路中不同車輛等效獲取安全警示信息的效果。

下面以兩種典型交通事件場(chǎng)景對(duì)車路協(xié)同下的車載信息交互設(shè)備與路側(cè)可視信息發(fā)布設(shè)備兩種發(fā)布方式進(jìn)行整合，分析不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)信息一致性發(fā)布的需求。

2.1 前方靜止車輛告警

2.1.1 場(chǎng)景描述

場(chǎng)景如圖1所示。車輛行駛時(shí)周期性對(duì)外廣播該車的位置、速度、方向、加速度等信息。當(dāng)車輛因發(fā)生突發(fā)事故、車輛故障、道路施工、交通擁堵或其他人為因素導(dǎo)致停車時(shí)，成為靜止車輛(A)。后方車輛(B)根據(jù)車輛(A)所發(fā)信息的內(nèi)容，識(shí)別出車輛(A)為靜止車輛。當(dāng)識(shí)別到靜止車輛(A)處于該車前方行駛路線上，并發(fā)生追尾事故風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，車輛(B)產(chǎn)生該車警告。同時(shí)若道路內(nèi)有路側(cè)設(shè)備，檢測(cè)到車輛(A)非正常停車，則通過(guò)車輛前方200 m范圍內(nèi)CMS發(fā)布該靜止車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見(jiàn)圖1）。

圖1 公路場(chǎng)景下前方靜止車輛告警示意圖

2.1.2 預(yù)期效果

該場(chǎng)景下，基于通信的車內(nèi)車載設(shè)備及路側(cè)CMS可以降低靜止車輛在道路上停車時(shí)，后方正常行駛車輛因視野條件有限、駕駛者未集中注意力或錯(cuò)誤估計(jì)距離速度等因素引發(fā)而發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 需求分析

（1）應(yīng)用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點(diǎn)到多點(diǎn)周期性廣播，周期10 Hz。

（3）端到端傳輸時(shí)延要求：小于100 ms。

（4）通信距離：公路294 m，城市道路109 m[7]。

（5）可靠性要求：①在公路行駛環(huán)境中，在294 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應(yīng)達(dá)到99%；②在城市道路行駛環(huán)境中，在109 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應(yīng)達(dá)到99%。

（6）一致性信息發(fā)布范圍：200 m。

2.2 匯入主路碰撞告警

2.2.1 場(chǎng)景描述

場(chǎng)景如圖2所示。車輛在主干道上行駛至主干道與匝道交界處時(shí)，當(dāng)匝道有車輛即將匯入主路，且與主干道內(nèi)行駛的車輛存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)該車駕駛者進(jìn)行預(yù)警，提醒駕駛者對(duì)車輛進(jìn)行控制以避免碰撞：如果車輛在匝道上行駛至主干道與匝道交界處時(shí)，如果主干道上有車輛，且有碰撞風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)預(yù)警提醒匯入車輛駕駛者對(duì)車輛進(jìn)行控制以避免碰撞。同時(shí)若路邊有路側(cè)設(shè)備，檢測(cè)到匝道車輛匯入或主線車輛合流時(shí)，則通過(guò)CMS發(fā)布該合流車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見(jiàn)圖2）。

圖2 公路場(chǎng)景下匯入主路碰撞告警示意圖

2.2.2 預(yù)期效果

該場(chǎng)景下，基于通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以降低匝道車輛匯入主線時(shí)，主線車輛因盲區(qū)視線受限、駕駛者分心、減速避讓不及時(shí)等因素引發(fā)而發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 需求分析

（1）應(yīng)用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點(diǎn)到多點(diǎn)周期性廣播，周期10 Hz。

（3）時(shí)延要求：最大時(shí)延100 ms。

（4）通信距離：大于300 m。

（5）一致性信息發(fā)布范圍：200 m。

3 結(jié)語(yǔ)

為確保車路協(xié)同環(huán)境下的司乘人員獲取到的車載信息與路側(cè)信息一致，及在混行道路下人工駕駛車輛和智能駕駛車輛統(tǒng)一獲取一致性信息決策，該文首先通過(guò)對(duì)車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互技術(shù)與路側(cè)可視信息發(fā)布技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得出兩項(xiàng)技術(shù)的成熟度較高，可為車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布提供技術(shù)支撐。其次以兩種典型交通事件場(chǎng)景對(duì)車載信息及路側(cè)信息一致性發(fā)布進(jìn)行整合，并對(duì)不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)信息一致性發(fā)布的需求進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車路協(xié)同下的路側(cè)信息一致性發(fā)布的初步探索。