基于C-V2X的高速公路服務(wù)區(qū)智慧停車(chē)引導(dǎo) 技術(shù)研究

作者簡(jiǎn)介：

胡筱娥（1982—），碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

文章針對(duì)C-V2X在高速公路停車(chē)場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，對(duì)高速公路停車(chē)引導(dǎo)的現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析，指出利用C-V2X中的場(chǎng)站路徑引導(dǎo)服務(wù)功能可提高服務(wù)區(qū)停車(chē)效率、優(yōu)化停車(chē)體驗(yàn)，并具體探究C-V2X在服務(wù)區(qū)的停車(chē)引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用方法，且在實(shí)際的落地案例中得到驗(yàn)證，說(shuō)明了該方法的可用性和適用性，以期為智慧高速公路的建設(shè)提供參考和借鑒。

高速服務(wù)區(qū)；智慧停車(chē)引導(dǎo)；C-V2X

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.8 A 54 171 3

0 引言

高速公路是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。在交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的指引下，我國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展完善，已經(jīng)擁有全球規(guī)模最大的高速公路網(wǎng)，起到了支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要作用。近年來(lái)，在新基建浪潮的推進(jìn)下，國(guó)務(wù)院、交通運(yùn)輸部相繼發(fā)布了一系列智慧交通政策文件，并先后開(kāi)展“智慧高速”試點(diǎn)建設(shè)，“智慧高速”成為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的熱點(diǎn)之一。為了滿(mǎn)足滿(mǎn)足高速公路運(yùn)行效率與人民日益增長(zhǎng)交通服務(wù)美好出行需求，廣西積極落實(shí)黨和國(guó)家的決策部署，圍繞“智慧高速”組織開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，統(tǒng)籌規(guī)劃、分步開(kāi)展“智慧高速”試點(diǎn)示范推廣工作。在“十三五”期間，已經(jīng)建成南寧沙井至吳圩智慧高速公路并通車(chē)運(yùn)營(yíng)；在2022年廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸廳發(fā)布的《廣西智慧交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》中明確，到2025年“基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、行業(yè)治理精準(zhǔn)化、運(yùn)輸服務(wù)智能化、融合創(chuàng)新深度化、安全保障規(guī)范化”的智慧交通體系深入推進(jìn)，推動(dòng)廣西“智慧高速”建設(shè)步伐不斷加快。

高速公路服務(wù)區(qū)是高速公路的重要組成部分，而停車(chē)場(chǎng)是高速公路服務(wù)區(qū)的重要設(shè)施之一。停車(chē)服務(wù)作為服務(wù)區(qū)重要的職能，不僅事關(guān)高速公路出行服務(wù)體驗(yàn)，更直接影響著高速公路的運(yùn)行安全和通行效率［1］。本文結(jié)合廣西高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，研究利用C-V2X技術(shù)提高服務(wù)區(qū)停車(chē)效率與服務(wù)體驗(yàn)的方法，以期為廣西“智慧高速”的建設(shè)提供參考和借鑒。

1 C-V2X技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高速公路服務(wù)區(qū)是高速公路交通流、客流的重要集

散樞紐，不僅在高速公路運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中發(fā)揮重要功能，還可以通過(guò)特色建設(shè)讓高速公路服務(wù)區(qū)成為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“助推器”。如廣西大新至憑祥高速公路項(xiàng)目首創(chuàng)開(kāi)放式服務(wù)區(qū)，既滿(mǎn)足對(duì)內(nèi)需求，又能與地方經(jīng)濟(jì)、鄉(xiāng)村振興融為一體發(fā)展，切實(shí)提高服務(wù)區(qū)附加值和增加產(chǎn)業(yè)集群。

C-V2X是由3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）定義的基于 3G/4G/5G 等蜂窩網(wǎng)技術(shù)演化形成的車(chē)用無(wú)線通信技術(shù)。C是蜂窩（Cellular），V2X（Vehicle to Everything）指的是車(chē)輛與一切事物相連，其中的V代表車(chē)輛，X表示任何與車(chē)交互信息的對(duì)象，當(dāng)前X主要包含車(chē)、人、路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)。C-V2X有兩種通信接口，分別是 PC5 接口（直連通信接口，對(duì)應(yīng) V2X-Direct）和 Uu接口（蜂窩通信接口，對(duì)應(yīng) V2X-Cellular）［2］。V2X-Direct通過(guò)PC5接口實(shí)現(xiàn)，采用車(chē)聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用頻段，滿(mǎn)足車(chē)-車(chē)、車(chē)-路、人-車(chē)等短距離信息交互場(chǎng)景需求，具有短距離、低時(shí)延、高可靠性的技術(shù)特點(diǎn)。V2X-Cellular通過(guò)Uu接口實(shí)現(xiàn)，采用蜂窩網(wǎng)頻段，主要解決長(zhǎng)距離、大數(shù)據(jù)量、時(shí)延不敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。C-V2X 兩種通信接口相互配合，彼此支撐，形成有效冗余來(lái)應(yīng)對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景，如下頁(yè)圖1所示。

在本文研究的高速公路智慧停車(chē)引導(dǎo)中，通過(guò)C-V2X實(shí)現(xiàn)車(chē)輛、停車(chē)位狀態(tài)感知設(shè)施、司乘人員及網(wǎng)絡(luò)之間的信息全方位連接，為高速公路服務(wù)區(qū)智慧停車(chē)系統(tǒng)提供低時(shí)延、高可靠性的信息通信基礎(chǔ)，能提高停車(chē)的效率，改善服務(wù)區(qū)泊車(chē)體驗(yàn)。

2 高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)現(xiàn)狀與面臨挑戰(zhàn)

高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)的規(guī)模主要依據(jù)高速公路主線斷面交通量、車(chē)輛駛?cè)肼省⑼熊?chē)輛車(chē)型比例等因素作為參考，這些因素并非固定不變的，而是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化而不斷調(diào)整。所以在高速公路新建或改擴(kuò)建項(xiàng)目中，高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)也需進(jìn)行科學(xué)的布局設(shè)計(jì)、匹配合理的規(guī)模，才能為高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營(yíng)數(shù)字化、服務(wù)智能化打下良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)廣西當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，高速公路服務(wù)區(qū)的停車(chē)位數(shù)量，應(yīng)參照廣西地方標(biāo)準(zhǔn)《高速公路服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB45/T 2052-2019）［3］進(jìn)行計(jì)算確定，可按表1進(jìn)行配置，在場(chǎng)地等條件允許的前提下，應(yīng)盡量按接近上限取值。另外，新建或改擴(kuò)建的服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)還應(yīng)設(shè)置數(shù)量不少于小客車(chē)停車(chē)位10%的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施。

由于人均汽車(chē)保有量與快遞貨運(yùn)量快速增長(zhǎng)等原因，現(xiàn)有高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)普遍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)位的占用/空閑狀態(tài)，只能通過(guò)停車(chē)場(chǎng)引導(dǎo)員人工目測(cè)判斷，效率低且安全隱患大［4］。

（2）從服務(wù)區(qū)運(yùn)營(yíng)成本考慮，停車(chē)場(chǎng)引導(dǎo)員一般由少數(shù)安保人員兼任，進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛在服務(wù)區(qū)大型停車(chē)場(chǎng)得不到良好的泊車(chē)引導(dǎo)，司乘人員需隨機(jī)尋找空閑停車(chē)位，尋找過(guò)程占用服務(wù)區(qū)主干道路時(shí)間長(zhǎng)，容易出現(xiàn)導(dǎo)致場(chǎng)內(nèi)空氣污染與交通擁堵。

（3）同一路段不同服務(wù)區(qū)之間的停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息不連通，高速公路運(yùn)營(yíng)方無(wú)法有效配置車(chē)位資源，部分停車(chē)場(chǎng)使用率低、不均衡，導(dǎo)致服務(wù)區(qū)整體效率不高。

近年來(lái)，在高速公路智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)大背景下，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信等新技術(shù)在停車(chē)智慧管理方面的應(yīng)用不斷加強(qiáng)。為提高高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位利用率，提高服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)信息化、智能化管理水平，廣西高速公路部分停車(chē)場(chǎng)部署視覺(jué)或地磁融合車(chē)位感知的分級(jí)車(chē)位引導(dǎo)管理系統(tǒng)，如圖2所示。這些系統(tǒng)在有效縮短場(chǎng)內(nèi)車(chē)輛尋泊時(shí)間，提升停車(chē)效率，緩解場(chǎng)內(nèi)交通擁堵等方面起到了一定的作用。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，這些系統(tǒng)方案主要存在的問(wèn)題有：（1）純視覺(jué)車(chē)位狀態(tài)監(jiān)控方案受天氣、能見(jiàn)度以及遮擋物等環(huán)境因素的影響，特別是夜間檢測(cè)準(zhǔn)確度不高；（2）無(wú)線地磁傳感車(chē)位探測(cè)方案不但需要土建施工，還需要數(shù)量眾多的車(chē)位檢測(cè)傳感器和組網(wǎng)設(shè)備，實(shí)施成本高且運(yùn)維難度大；（3）停車(chē)場(chǎng)中的引導(dǎo)屏僅可在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行分級(jí)的小區(qū)域車(chē)位范圍停車(chē)引導(dǎo)，未能實(shí)現(xiàn)車(chē)位級(jí)狀態(tài)管理和實(shí)時(shí)引導(dǎo)功能［5］。為了解決上述相關(guān)的停車(chē)問(wèn)題，本文基于C-V2X的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以高速公路停車(chē)場(chǎng)和停車(chē)位資源為基礎(chǔ)，將全天候環(huán)境感知傳感融合技術(shù)與無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使停車(chē)資源聯(lián)網(wǎng)化和全局化，利用C-V2X中的場(chǎng)站路徑引導(dǎo)服務(wù)功能，向車(chē)主實(shí)時(shí)推送停車(chē)過(guò)程中的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)高效停車(chē)服務(wù)。

3 C-V2X在服務(wù)區(qū)停車(chē)引導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用研究

主要在廣西某高?！败?chē)-路-站”協(xié)同測(cè)試基地進(jìn)行，對(duì)停車(chē)位全天候動(dòng)態(tài)識(shí)別、C-V2X場(chǎng)站路徑引導(dǎo)開(kāi)展應(yīng)用研究。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)各硬件的作用說(shuō)明如下：

（1）激光雷達(dá)和低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)相機(jī)用來(lái)對(duì)停車(chē)位的空閑/占用狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)交換機(jī)將數(shù)據(jù)上傳到路側(cè)計(jì)算單元。

（2）路側(cè)計(jì)算單元采集激光雷達(dá)和相機(jī)采集的環(huán)境信息，將信息過(guò)濾、融合計(jì)算后可分別輸出給路側(cè)單元RSU和智能停車(chē)云平臺(tái)。

（3）路側(cè)單元RSU用于與車(chē)載單元OBU進(jìn)行基于C-V2X標(biāo)準(zhǔn)信息交互，將停車(chē)位導(dǎo)引服務(wù)信息Msg_PAM和Msg_VIR下發(fā)給OBU。

3.1 服務(wù)區(qū)停車(chē)位全天候動(dòng)態(tài)識(shí)別技術(shù)

邊緣計(jì)算單元操作系統(tǒng)采用Ubuntu18.04，系統(tǒng)部署物模型、基于YOLO_V3的圖像檢測(cè)模型、融合算法模型等，MEC完成傳感器數(shù)據(jù)的接入與處理，實(shí)現(xiàn)停車(chē)位目標(biāo)的檢測(cè)。算法應(yīng)用流程如圖4所示。

利用設(shè)置在場(chǎng)端的攝像頭和激光雷達(dá)分別獲取停車(chē)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)定和對(duì)齊后RGB圖像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，將分割后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)球面投影變換為距離圖像。向量切分后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Transformer編碼器進(jìn)行特征提取，得到對(duì)應(yīng)停車(chē)位的分類(lèi)結(jié)果，在分類(lèi)結(jié)果輸出停車(chē)位空閑或占用情況。

3.2 基于C-V2X的停車(chē)引導(dǎo)技術(shù)

場(chǎng)站路徑引導(dǎo)是指車(chē)輛行駛到停車(chē)場(chǎng)、高速公路服務(wù)區(qū)等內(nèi)部區(qū)域后，RSU會(huì)向駛?cè)氲能?chē)輛提供站點(diǎn)地圖信息和車(chē)位信息，如圖5所示。

車(chē)輛收到RSU（路側(cè)單元）廣播的場(chǎng)站車(chē)位地圖信息后，該地圖信息能夠被顯示在車(chē)輛的HMI（人機(jī)交互界面）導(dǎo)航界面上，司乘人員可利用該地圖服務(wù)信息，按路徑快速被導(dǎo)引到目標(biāo)停車(chē)位。

對(duì)于沒(méi)有安裝車(chē)載終端OBU的車(chē)輛，司乘人員可利用手機(jī)/平板電腦等移動(dòng)終端，通過(guò)圖商的APP，訪問(wèn)高速公路服務(wù)區(qū)智能停車(chē)引導(dǎo)云平臺(tái)，實(shí)時(shí)更新上傳至合作圖商APP上的車(chē)位級(jí)導(dǎo)航界面上；司乘人員也可利用該地圖服務(wù)信息，按路徑快速被導(dǎo)引到目標(biāo)停車(chē)位，如圖6所示。

本文利用“車(chē)-路-站”協(xié)同測(cè)試基地的路端設(shè)備，已經(jīng)驗(yàn)證基于C-V2X技術(shù)的動(dòng)態(tài)車(chē)位狀態(tài)識(shí)別與場(chǎng)站路徑引導(dǎo)技術(shù)的可用性。由于廣西現(xiàn)有的智慧高速公路服務(wù)區(qū)的停車(chē)位定位數(shù)據(jù)暫沒(méi)有對(duì)圖商開(kāi)發(fā)，因此本文使用微信向入場(chǎng)司機(jī)發(fā)送服務(wù)區(qū)停車(chē)位空位導(dǎo)引信息的方式開(kāi)展云端模擬實(shí)驗(yàn)。測(cè)試所用車(chē)輛為5座小客車(chē)，單次發(fā)送信息包括停車(chē)場(chǎng)平面布局圖、可用空閑停車(chē)位編號(hào)及場(chǎng)內(nèi)行車(chē)路線示意圖。在G75高速公路賓陽(yáng)服務(wù)區(qū)開(kāi)展停車(chē)場(chǎng)云端-移動(dòng)端路徑引導(dǎo)測(cè)試，分別在可見(jiàn)度高和可見(jiàn)度低兩種環(huán)境，占位比例分別為30%、60%和90%三種狀態(tài)下開(kāi)展測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在停車(chē)場(chǎng)空閑位較少時(shí)，應(yīng)用服務(wù)區(qū)停車(chē)引導(dǎo)技術(shù)可減少尋位時(shí)間20%～30%左右，如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)C-V2X在高速公路停車(chē)場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，對(duì)高速公路停車(chē)引導(dǎo)的現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析，指出利用C-V2X中的場(chǎng)站路徑引導(dǎo)服務(wù)功能可提高服務(wù)區(qū)停車(chē)效率、優(yōu)化停車(chē)體驗(yàn)，并具體探究C-V2X在服務(wù)區(qū)的停車(chē)引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用方法，且在實(shí)際案例中得到驗(yàn)證，說(shuō)明了該方法的可用性和適用性，以期促進(jìn)廣西智慧高速公路服務(wù)區(qū)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］何廷全，王少飛，陳 芬.山區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)布局方式研究［J］.公路交通科技，2021（10）：122-127.

［2］ETSI TR 121 914，3GPP TR 21.914 version 14.0.0 Release 14［S］.

［3］DB45/T 2052-2019，高速公路服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］陳大地，覃 薇，莫新強(qiáng).高速公路服務(wù)區(qū)智能停車(chē)誘導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)方案［J］.西部交通科技，2020（6）：141-142.

［5］文方波.基于V2X的智慧停車(chē)信息管理平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)［D］.重慶：重慶郵電大學(xué)，2019.

收稿日期：2022-10-16