C-V2X與智能車路協(xié)同技術(shù)的深度融合

（大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司，北京 100083）

（Gohigh Data Networks Technology CO., LTD., Beijing 100083, China）

1 智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)

交通是人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的命脈，一套高效的出行和貨物運(yùn)輸系統(tǒng)將極大地促進(jìn)一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。20世紀(jì)50年代以來，人們?cè)诓粩嗵接懡煌ǖ闹悄芑Ｍㄟ^利用檢測(cè)、計(jì)算、通信、控制等一系列先進(jìn)技術(shù)來構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、與運(yùn)輸需求高度匹配的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)發(fā)展分為4個(gè)階段[1]：第1個(gè)階段是通過基礎(chǔ)設(shè)施、公共交通建設(shè)提升道路等級(jí)和路網(wǎng)容量；第2個(gè)階段是利用行政管控手段提高效率，減少擁堵；第3個(gè)階段是利用新能源技術(shù)發(fā)展綠色交通；第4個(gè)階段是利用智能車路協(xié)同（i-VICS）技術(shù)（簡(jiǎn)稱為車路協(xié)同技術(shù)），提高交通容量和出行效率，構(gòu)建按需出行系統(tǒng)，挖掘和預(yù)測(cè)交通出行系統(tǒng)的時(shí)空規(guī)律，優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)及車輛的部署和運(yùn)行。

車路協(xié)同技術(shù)將交通系統(tǒng)中的人（出行者）、車（運(yùn)載工具）、路（道路基礎(chǔ)設(shè)施）、云（交通管控中心）有機(jī)地結(jié)合起來，保障通行安全，提升通行效率。在車路協(xié)同系統(tǒng)中，所有的交通要素的狀態(tài)信息都實(shí)施了數(shù)字化采集，同時(shí)通過移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行快速交換。交通參與者可以根據(jù)交互的信息進(jìn)行協(xié)同，交通管控中心則對(duì)收集到的海量信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析提取，從而進(jìn)行全局交通管控。車路協(xié)同技術(shù)還改變了傳統(tǒng)的道路運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)模式，從簡(jiǎn)單的交通基礎(chǔ)設(shè)施提供商向道路出行服務(wù)提供商轉(zhuǎn)變，通過基于場(chǎng)景的信息采集和分析，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的個(gè)性化、柔性化。

車路協(xié)同系統(tǒng)包括4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：車用無線通信（V2X）技術(shù)、路側(cè)全域感知技術(shù)、高精度定位技術(shù)、分級(jí)云控技術(shù)。

（1）V2X技術(shù)。

協(xié)同的前提是交通要素間快速、準(zhǔn)確的信息交換，因此一個(gè)超可靠低時(shí)延的車路間泛在通信系統(tǒng)是車路協(xié)同的基礎(chǔ)。車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息（如工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、告警信息、行駛意圖）要通過車路通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)铰穫?cè)，并經(jīng)過脫敏、抽象等處理后傳送給云控中心。同樣，道路基礎(chǔ)設(shè)施的信息（如電子標(biāo)牌、信號(hào)燈狀態(tài)、地圖）、路側(cè)感知到的交通參與者信息、交通事件（如擁堵、遺灑、施工）、交通管理部門的管控指令（如限速、禁行、交通管制）也要通過車路通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰噦?cè)，供車輛的駕駛行為決策使用。

V2X是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術(shù)。V2X技術(shù)可以保障100 ms以內(nèi)的傳輸時(shí)延，不依賴基站覆蓋進(jìn)行直連通信，提供高效的廣播機(jī)制，是一種非常適合車路間通信的技術(shù)。

在V2X通信技術(shù)的支持下，車輛可以快速獲得周邊車輛和道路的狀態(tài)信息，從而支持車輛行駛路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，達(dá)到避免碰撞、快速通行的目的，實(shí)現(xiàn)交通的局部協(xié)同。云控中心則可以實(shí)時(shí)獲得全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息，進(jìn)而支持交通的全局管控。

目前，國(guó)際上主流的V2X技術(shù)有電氣和電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11p）和蜂窩車用無線通信（C-V2X）2條技術(shù)路線。和IEEE 802.11p相比，C-V2X有2方面的優(yōu)勢(shì)[2]：用戶間干擾小，支持并發(fā)用戶數(shù)更多；有效通信距離大，可以給駕駛員提供更長(zhǎng)的剎車反應(yīng)時(shí)間。

（2）路側(cè)全域感知技術(shù)。

隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)檢測(cè)方法和手段也得到了很大提升。除了可以繼續(xù)利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行交通事件識(shí)別，利用氣象傳感技術(shù)進(jìn)行氣象事件識(shí)別，利用線圈、雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行交通流量統(tǒng)計(jì)外，還可以利用激光雷達(dá)、雷視一體機(jī)等先進(jìn)的感知手段進(jìn)行交通參與者的目標(biāo)識(shí)別與跟蹤。

在V2X技術(shù)的支持下，浮動(dòng)車技術(shù)將成為路側(cè)傳感的有效補(bǔ)充。公共車輛（如公交車、出租車、交警車輛、道路養(yǎng)護(hù)車輛）上可加裝感知設(shè)備，對(duì)交通狀態(tài)信息進(jìn)行采集，并通過V2X技術(shù)實(shí)時(shí)匯聚到路側(cè)，與路側(cè)直接感知到的信息進(jìn)行融合。此外，隨著V2X車載設(shè)備滲透率的不斷提高，已安裝車載設(shè)備車輛的狀態(tài)信息也可以通過V2X準(zhǔn)確獲得，與傳感器采集的信息相互印證。

隨著多種感知設(shè)備的使用，不同設(shè)備感知結(jié)果之間的同步和去重成為新的研究課題，這催生了基于邊緣計(jì)算的全域感知融合技術(shù)，最終將實(shí)現(xiàn)交通物理系統(tǒng)的數(shù)字孿生，并為局部交通協(xié)同和全局交通管控提供支撐。

（3）高精度定位技術(shù)。

高精度定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同的基礎(chǔ)，在獲取車輛準(zhǔn)確位置的基礎(chǔ)上，才能提供各種安全預(yù)警應(yīng)用和個(gè)性化的交通信息服務(wù)。為了獲得全時(shí)空連續(xù)的高精度定位，往往需要對(duì)多種定位技術(shù)進(jìn)行組合，如開闊地帶使用基于差分信息增強(qiáng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位，GNSS短暫丟失時(shí)使用慣性導(dǎo)航定位，道路標(biāo)志標(biāo)線條件較好時(shí)使用即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）定位，隧道和地下空間內(nèi)使用基于無線通信的定位等。

對(duì)于交通的局部協(xié)同，高精度定位可以更精準(zhǔn)地描述周邊交通參與者和道路的具體位置，幫助車輛規(guī)劃行駛路徑。對(duì)于交通的全局控制，高精度定位可以更精細(xì)地刻畫交通流特性，實(shí)現(xiàn)交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控和車流的實(shí)時(shí)誘導(dǎo)。

除了對(duì)車輛的高精度定位外，我們還可以對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行高精度定位監(jiān)測(cè)控制，以預(yù)測(cè)重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的形變、移動(dòng)，及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施，保證道路的通行能力。

（4）分級(jí)云控技術(shù)。

車路協(xié)同的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)局部交通的快速協(xié)同和全局交通的綜合管控，這就要求部分信息在本地快速處理，并快速通知到周邊車輛，也就是邊緣云控；部分信息要匯聚到云控中心進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)分析和全局的交通流管控，也就是中心云控。

邊緣云控利用移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）技術(shù)將計(jì)算、決策能力向網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行遷移，實(shí)現(xiàn)局部交通協(xié)同的分布式、本地化部署，進(jìn)而可以通過V2X技術(shù)為區(qū)域內(nèi)行駛的車輛提供低時(shí)延車路協(xié)同服務(wù)。采用MEC技術(shù)，可以將敏感數(shù)據(jù)或隱私信息控制在區(qū)域內(nèi)部，同時(shí)降低回傳網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力。通過邊緣計(jì)算和V2X技術(shù)的聯(lián)合部署，可以實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警、車速引導(dǎo)、信號(hào)協(xié)同、動(dòng)態(tài)高精度地圖制作與播發(fā)、車輛感知能力補(bǔ)充、危險(xiǎn)駕駛行為提醒、多車行駛路徑協(xié)同等邊緣云控應(yīng)用。

中心云控則對(duì)V2X網(wǎng)絡(luò)收集匯總得到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，通過云控平臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，洞察交通數(shù)據(jù)間的潛在因果關(guān)系，為交通管控決策和流程優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的加工能力，挖掘車輛在具體交通場(chǎng)景下的個(gè)性化信息需求，結(jié)合V2X的快速通信能力為車輛實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景化的增值服務(wù)。通過中心計(jì)算和V2X技術(shù)的聯(lián)合部署，可以實(shí)現(xiàn)交通事故的分析與預(yù)測(cè)、交通流量的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、出行需求的預(yù)測(cè)與運(yùn)力匹配、道路管理策略的遠(yuǎn)程配置、個(gè)性化信息服務(wù)等中心云控應(yīng)用。

2 C-V2X關(guān)鍵技術(shù)及后續(xù)演進(jìn)

C-V2X技術(shù)最早被稱為長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）-V2X技術(shù)，由第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）制訂，在蜂窩技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化而來，后續(xù)將演進(jìn)到新空口（NR）-V2X技術(shù)。業(yè)界將LTE-V2X和NR-V2X統(tǒng)稱為C-V2X。C-V2X提供了2種通信接口，分別稱為Uu（基站與終端間的通信）接口和PC5（直連通信）接口，2種接口相互結(jié)合，彼此支撐，共同用于V2X業(yè)務(wù)傳輸。無論是否有基站覆蓋，2種接口都可提供相應(yīng)的通信服務(wù)。

（1）R14：LTE-V2X。

在R14的標(biāo)準(zhǔn)中，PC5接口的設(shè)計(jì)以LTE-設(shè)備到設(shè)備（D2D）技術(shù)為基礎(chǔ)。在物理層設(shè)計(jì)上，C-V2X采用了增加導(dǎo)頻密度的方法來增強(qiáng)信道估計(jì)性能，以應(yīng)對(duì)車輛高速移動(dòng)帶來的多普勒頻移和5.9 GHz頻率帶來的頻偏；改進(jìn)了控制信息和數(shù)據(jù)信息傳輸方式來提升半雙工模式下的系統(tǒng)容量。在媒體接入控制（MAC）層設(shè)計(jì)上，C-V2X提供了2種選擇：基于基站調(diào)度的模式3和終端自主感知分配資源的模式4。由于V2X消息具有周期性發(fā)送的特點(diǎn)，基站調(diào)度時(shí)可以使用半靜態(tài)調(diào)度（SPS）的方式來節(jié)省調(diào)度開銷，周邊車輛還可以根據(jù)調(diào)度信息來預(yù)測(cè)未來資源的使用狀況，從而更加準(zhǔn)確地選取傳輸資源。此外，針對(duì)事件觸發(fā)消息，基站還支持動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，以提供快速資源分配。車輛很可能在沒有基站覆蓋的地方行駛，因此不依賴基站的增強(qiáng)用戶感知資源分配方法也是必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)通過測(cè)量估計(jì)信道使用狀況；通過讀取資源調(diào)度信息，利用SPS特性對(duì)未來的資源使用做出預(yù)測(cè)并進(jìn)行避讓；結(jié)合不同數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，保證優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送。在后續(xù)的演進(jìn)中，C-V2X還將引入單播通信機(jī)制，支持更多的頻譜資源，采用反饋機(jī)制增加傳輸可靠性，采用高階調(diào)制、多輸入多輸出（MIMO）、polar碼等技術(shù)獲得更好的物理層性能。

Uu接口的設(shè)計(jì)在現(xiàn)有LTE技術(shù)上進(jìn)行了功能增強(qiáng)。上行傳輸支持基于業(yè)務(wù)特性的多路SPS，在保證業(yè)務(wù)傳輸高可靠性的前提下大幅縮減上行調(diào)度時(shí)延。下行傳輸針對(duì)V2X的廣播機(jī)制支持低時(shí)延的單小區(qū)點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸和多播/組播單頻網(wǎng)絡(luò)。C-V2X還引入了核心網(wǎng)元本地化部署、多接入邊緣計(jì)算技術(shù)，以縮短端到端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

（2）R15：LTE-eV2X。

C-V2X的R15版本是個(gè)小版本，引入了2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，64 正交振幅調(diào)制（QAM）和載波聚合（CA），其設(shè)計(jì)目標(biāo)都是提升傳輸速率。

64 QAM要求比較理想的空口傳輸環(huán)境，在實(shí)際應(yīng)用中的使用情況較少。此外，64 QAM特性的引入對(duì)速率匹配進(jìn)行了修改，無法保持對(duì)R14的后向兼容。

在中國(guó)，目前工業(yè)和信息化部為L(zhǎng)TE-V2X分配了20 MHz頻段，因此無法支持CA的實(shí)施。

綜上所述，LTE-eV2X在中國(guó)沒有使用場(chǎng)景，目前該版本并未被商業(yè)化落地。

（3）R16—R17：NR-V2X。

C-V2X將演進(jìn)至NR V2X，以支持更先進(jìn)的V2X應(yīng)用，提供更嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障。LTE-V2X可以提供面向車輛主動(dòng)安全的短消息廣播服務(wù)，NR-V2X則是通過單播、組播機(jī)制和新的無線通信技術(shù)的引入來支持更豐富的車路協(xié)同應(yīng)用。此外，NR V2X還將使用更高的通信頻點(diǎn)，以提供更大的通信帶寬，進(jìn)而支持大吞吐量的數(shù)據(jù)交換。NR V2X和LTEV2X將彼此配合，共同支撐面向完全自動(dòng)駕駛的車路協(xié)同。

R16主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)[3]：

● Sidelink增強(qiáng)。NR V2X提出了更高的時(shí)延和可靠性指標(biāo)，特定場(chǎng)景下，時(shí)延不超過3 ms，可靠性達(dá)到99.999%。為了滿足這些要求，NR V2X采用了一系列新的物理層設(shè)計(jì)，包括更大的子載波間隔、更短的傳輸時(shí)間間隔（TTI），支持?jǐn)U展循環(huán)前綴（CP）正交頻分復(fù)用（OFDM）、新的物理Sidelink控制信道（PSCCH）和物理Sidelink共享信道（PSSCH）映射關(guān)系、新的反饋信道等。此外，為了支持更高的傳輸速率，NR V2X還采用了毫米波、LDPC編碼、64 QAM等技術(shù)。

● 支持單播、組播。車路協(xié)同下一步將演進(jìn)至車車行駛意圖協(xié)同、傳感器共享、編隊(duì)行駛、路側(cè)駕駛決策等應(yīng)用，因此需要設(shè)計(jì)單播、組播的通信機(jī)制，以獲得相對(duì)廣播的更高傳輸效率。

R17則計(jì)劃從以下幾個(gè)方面開展研究[4]：

● 為降低終端功耗，定義新的資源分配方式。

● 通過定義終端間的協(xié)作機(jī)制提升模式2的可靠性，降低時(shí)延。

● 為廣播、組播和單播定義非連續(xù)接收（DRX）模式，進(jìn)一步降低終端功耗。

● 支持新的頻譜。

3 通信技術(shù)發(fā)展推動(dòng)車路協(xié)同架構(gòu)演進(jìn)

3.1 車路協(xié)同1.0

車路協(xié)同1.0時(shí)代，道路數(shù)字化程度很低，車和路之間的信息交互很少。少數(shù)重點(diǎn)管控的車輛會(huì)通過2G/3G/4G技術(shù)向管控平臺(tái)上報(bào)自身的位置和狀態(tài)以便接受監(jiān)管。由于缺少信息通知手段，道路信息只能通過可變情報(bào)板或運(yùn)營(yíng)商短信的方式向車輛告知，只能提供準(zhǔn)靜態(tài)信息。圖1為車路協(xié)同1.0架構(gòu)圖。

在這一階段，車路協(xié)同系統(tǒng)只能進(jìn)行低精度感知和初級(jí)預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)之間缺乏融合，信息采集、處理和傳輸?shù)臅r(shí)延明顯。

3.2 車路協(xié)同2.0

隨著感知、計(jì)算、通信技術(shù)的發(fā)展，車路協(xié)同已經(jīng)進(jìn)入2.0時(shí)代。隨著攝像頭、雷達(dá)、線圈等傳感器的大范圍部署和圖像識(shí)別、交通流量統(tǒng)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的交通事件可以在路側(cè)實(shí)時(shí)感知。而C-V2X技術(shù)為車輛和路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施提供了一種信息交互的快速通道，其通信時(shí)延可以控制在幾十毫秒以內(nèi)，道路狀態(tài)通知的實(shí)時(shí)性大大增加，因此可以用來指導(dǎo)車輛的短時(shí)決策。隨著C-V2X技術(shù)的引入，道路信息對(duì)于車輛的價(jià)值逐漸增加。圖2為車路協(xié)同2.0架構(gòu)圖。

在這一階段，車路協(xié)同系統(tǒng)具備復(fù)雜傳感和深度預(yù)測(cè)功能，通過與車輛系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，可以支持較高時(shí)間和空間解析度的駕駛輔助和交通管理功能。

3.3 車路協(xié)同3.0

未來，隨著路側(cè)融合感知、邊緣計(jì)算、C-V2X技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，車路協(xié)同將進(jìn)入3.0時(shí)代。隨著C-V2X引入更大的傳輸帶寬，車輛和路側(cè)設(shè)施之間可以進(jìn)行感知協(xié)同。車輛可以把自車傳感器的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到路側(cè)，利用邊緣計(jì)算能力進(jìn)行更為精準(zhǔn)的計(jì)算。隨著C-V2X引入單播傳輸機(jī)制，路側(cè)設(shè)備可以向車輛提供有針對(duì)性的道路全息感知結(jié)果，甚至可以利用強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力為車輛直接規(guī)劃行駛路徑。

▲圖1 車路協(xié)同1.0架構(gòu)圖

▲圖2 車路協(xié)同2.0架構(gòu)圖

在C-V2X通信技術(shù)的支持下，感知能力和計(jì)算能力可以在車輛和道路之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)綜合成本、效率的優(yōu)化；在邊緣計(jì)算技術(shù)的幫助下，各微觀交通節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)局部通行效率的優(yōu)化。圖3為車路協(xié)同3.0架構(gòu)圖。

在這一階段，車路協(xié)同系統(tǒng)可以為自動(dòng)駕駛車輛提供全場(chǎng)景下的感知、預(yù)測(cè)、決策、控制、通信服務(wù)，并優(yōu)化整個(gè)交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)及車輛的部署和運(yùn)行。

4 車路協(xié)同下一步演進(jìn)方向及對(duì)通信技術(shù)的要求

（1）路側(cè)感知時(shí)延與V2X通信時(shí)延需要同步優(yōu)化。

目前車路協(xié)同正處于2.0向3.0過渡的階段，路側(cè)已經(jīng)部署了一定量的傳感器，可以進(jìn)行一定的事件分析和流量分析，進(jìn)而可以為司機(jī)提供駕駛建議，為交通管控提供參考數(shù)據(jù)。但是現(xiàn)有傳感器在處理時(shí)延和檢測(cè)精度上還有較大提升空間，主要用于有人駕駛車輛的駕駛輔助，對(duì)車路間通信技術(shù)的時(shí)延也就沒有那么敏感。

▲圖3 車路協(xié)同3.0架構(gòu)圖

隨著基于車路協(xié)同的自動(dòng)駕駛技術(shù)成為熱點(diǎn)，研究人員開始研發(fā)低時(shí)延攝像機(jī)、77 GHz毫米波雷達(dá)、雷視一體機(jī)、激光雷達(dá)等處理時(shí)延更低、檢測(cè)精度更高、分類能力更強(qiáng)的傳感器。這些傳感器的處理時(shí)延可以達(dá)到幾十毫秒量級(jí)，檢測(cè)精度可以達(dá)到分米級(jí)。為了保證信息的有效性，車路間通信技術(shù)的時(shí)延要求相應(yīng)升高，保證從目標(biāo)出現(xiàn)到通知到車內(nèi)的綜合時(shí)延在100 ms以內(nèi)，與目前自動(dòng)駕駛車輛自身傳感器的檢測(cè)時(shí)延相當(dāng)。目前LTE-V2X的平均時(shí)延在幾十毫秒，剛剛可以滿足要求。考慮到錯(cuò)過已分配的SPS資源以及信道質(zhì)量較差導(dǎo)致需要重傳等極端情況，綜合時(shí)延可能超過100 ms；因此還需要研究可進(jìn)一步降低V2X通信時(shí)延的技術(shù)，例如R16的短傳輸時(shí)間間隔（TTI）技術(shù)、R17的終端協(xié)作技術(shù)等。

從另一個(gè)維度看，面向自動(dòng)駕駛的車路協(xié)同部署不能采用傳統(tǒng)交通攝像頭和雷達(dá)，否則即使采用5G的極限時(shí)延1 ms的通信技術(shù)也無法滿足自動(dòng)駕駛要求。

（2）目標(biāo)跟蹤范圍、路徑規(guī)劃算法、V2X通信技術(shù)、算力分布需要聯(lián)合優(yōu)化。

交叉口俯視感知是公認(rèn)的車路協(xié)同重點(diǎn)應(yīng)用。城市大型交叉口人流、車流密集，需要跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)眾多，對(duì)V2X承載能力和車側(cè)的路徑規(guī)劃算力帶來巨大挑戰(zhàn)。

一種解決思路是路側(cè)感知從全部跟蹤目標(biāo)中圈定特定車輛周邊限定區(qū)域內(nèi)的物體。這就要求路側(cè)邊緣計(jì)算能夠?qū)δ繕?biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而篩選出前進(jìn)方向上的感知結(jié)果。這一方案還要求路側(cè)單元（RSU）具有R16將引入的單播能力。

還有一種解決思路是將交叉口的車輛路徑規(guī)劃全部匯集到路側(cè)邊緣計(jì)算處理，這就要求車輛能夠?qū)⒏兄降慕鼒?chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到邊緣計(jì)算設(shè)備；因此要求V2X的上行傳輸速率大大提升，同時(shí)也要求邊緣計(jì)算設(shè)備具有較高的算力。

（3）交通優(yōu)化需要車云信息快速交換和云控快速仿真推演作為支撐。

交通優(yōu)化需要交通起止點(diǎn)（OD）調(diào)查信息。過去的OD調(diào)查往往需要結(jié)合問卷調(diào)查、公交線網(wǎng)乘客分布統(tǒng)計(jì)、運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)、導(dǎo)航軟件數(shù)據(jù)獲得，數(shù)據(jù)獲取周期長(zhǎng)，無法體現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息和局部微觀信息。隨著C-V2X的推廣，云端獲取每臺(tái)車輛的動(dòng)態(tài)信息成為可能。有了全局的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，再輔以云控平臺(tái)的強(qiáng)大計(jì)算能力，可以實(shí)現(xiàn)交通調(diào)度的全局決策，并可以通過仿真推演的方法對(duì)決策方案進(jìn)行快速驗(yàn)證。

隨著導(dǎo)航軟件的普及，越來越多的司機(jī)會(huì)遵循導(dǎo)航軟件的路徑規(guī)劃建議；但是導(dǎo)航軟件對(duì)道路的動(dòng)態(tài)信息掌握的很不充分，而且在做路徑規(guī)劃建議時(shí)并沒有充分考慮到大量車輛按建議出行對(duì)未來交通狀況的影響。這就導(dǎo)致當(dāng)使用導(dǎo)航軟件的司機(jī)數(shù)量變多時(shí)，交通狀況會(huì)惡化[5]。采用C-V2X技術(shù)后，云端可以統(tǒng)籌進(jìn)行全局性的最優(yōu)策略決策，并直接為每個(gè)交通個(gè)體分配路徑規(guī)劃，從而避免交通無政府狀態(tài)的出現(xiàn)。

5 不同場(chǎng)景下C-V2X車路協(xié)同的部署建議

不同交通場(chǎng)景下車路協(xié)同需要解決的問題不同，因此采用的設(shè)備配置和部署方案也有差異。目前車路協(xié)同研究主要集中在高速公路、城市街道和自動(dòng)駕駛園區(qū)3大場(chǎng)景。

（1）高速公路。

對(duì)于高速公路場(chǎng)景，車輛行駛速度較高，緊急情況下要求的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)；因此對(duì)車輛的異常行為監(jiān)測(cè)控制、對(duì)緊急事件的遠(yuǎn)程通知都有較高要求。

C-V2X 車載設(shè)備（OBU）可以實(shí)時(shí)獲取車輛的運(yùn)行狀態(tài)、駕駛意圖，從而很好地發(fā)現(xiàn)車輛故障、異常減速/停車/變道、不按限速行駛、占用應(yīng)急車道等多種異常行為。在異常行為發(fā)生時(shí)，需要對(duì)司機(jī)進(jìn)行駕駛行為糾正，因故未能實(shí)施糾正的，要及時(shí)通知高速公路交通管理部門采取相應(yīng)處置措施，達(dá)到事故主動(dòng)預(yù)防的目的。為了支持這一應(yīng)用，OBU需要和車身總線進(jìn)行連接，需要有提示司機(jī)的人機(jī)接口（HMI）或者直接對(duì)車輛進(jìn)行控制的接口，需要能夠通過Uu口與交管平臺(tái)進(jìn)行通信。

一旦危險(xiǎn)狀況已經(jīng)發(fā)生，如道路遺灑、事故、異常停車、路面積水/結(jié)冰/團(tuán)霧等，則需要對(duì)上游車輛進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，必要時(shí)甚至要啟動(dòng)交通疏導(dǎo)機(jī)制。這就要求RSU之間有快速信息交換機(jī)制，而且針對(duì)具體事件有相應(yīng)的消息推送方案。

（2）城市街道。

城市街道場(chǎng)景車速相對(duì)較低，但是交通環(huán)境異常復(fù)雜，要充分考慮控制信號(hào)復(fù)雜、人車混行、機(jī)非混行、道路連接關(guān)系復(fù)雜等影響。車路協(xié)同重點(diǎn)解決控制信號(hào)車內(nèi)通知、非視距碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的問題。

城市場(chǎng)景的RSU部署要和信控裝置充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信控裝置的網(wǎng)聯(lián)化。一方面，可以將信控信息及時(shí)通知給周邊車輛，另一方面，也可以通過C-V2X匯集周邊交通流數(shù)據(jù)，反哺信控裝置的控制決策。

此外，在重點(diǎn)區(qū)域，例如道路交叉口，可以部署多角度的感知設(shè)備，通過多源傳感器的感知融合解決感知精度的問題，通過多角度傳感器的感知融合解決感知盲區(qū)的問題。C-V2X設(shè)備一方面可以作為多源傳感器的時(shí)鐘同步源，另一方面也可以將感知結(jié)果快速通知到區(qū)域內(nèi)車輛。

（3）自動(dòng)駕駛園區(qū)。

自動(dòng)駕駛將率先在物流園區(qū)、港口、辦公區(qū)域等相對(duì)封閉的場(chǎng)地、相對(duì)固定的路線內(nèi)實(shí)施。在園區(qū)內(nèi)建設(shè)完善的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，為園區(qū)內(nèi)的自動(dòng)駕駛車輛提供感知、計(jì)算服務(wù)，可以極大地降低這些車輛的成本和功耗，同時(shí)使得這些車輛的輕量化、小型化成為可能。

園區(qū)可以在自動(dòng)駕駛車輛行駛路線上部署完備的傳感器，對(duì)所有交通參與者的狀態(tài)進(jìn)行上帝視角的感知，這將極大降低單車傳感器的投入。同時(shí)，園區(qū)還可以在道路邊緣設(shè)置計(jì)算單元，利用邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)于區(qū)域內(nèi)自動(dòng)駕駛車輛的行駛路徑進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃，一方面降低單車計(jì)算成本，另一方面可以實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同，解決“駕駛相遇”的聯(lián)合決策問題。此外，當(dāng)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)入交叉口等復(fù)雜交通場(chǎng)景時(shí)，還可以使用5G技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程人工接管。

從另一個(gè)角度看，在自動(dòng)駕駛運(yùn)營(yíng)早期，園區(qū)需要對(duì)所有自動(dòng)駕駛車輛和園區(qū)內(nèi)的道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全程全時(shí)監(jiān)管。C-V2X技術(shù)可以構(gòu)造園區(qū)的數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，不僅能快速感知園區(qū)內(nèi)所有交通事件，而且能為園區(qū)的應(yīng)急處置、遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)控制提供可能。

6 結(jié)束語

智慧交通已發(fā)展到基于車路協(xié)同的第4階段。在車路協(xié)同技術(shù)的幫助下，人、車、路、云將有機(jī)結(jié)合，保障通行安全，提升通行效率。作為車路協(xié)同4大關(guān)鍵技術(shù)之一，V2X通信技術(shù)將伴隨車路協(xié)同技術(shù)不斷發(fā)展。

在通信技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，車路協(xié)同技術(shù)已經(jīng)從1.0進(jìn)入2.0，并正在向3.0演進(jìn)。接下來，路側(cè)感知方案將進(jìn)一步向低時(shí)延、高精度方向演進(jìn)，交叉口俯視感知將能同時(shí)處理更大范圍的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，交通優(yōu)化將向精細(xì)化發(fā)展，這些都要求通信技術(shù)同步演進(jìn)。

不同交通場(chǎng)景下車路協(xié)同需要解決的問題不同，因此采用的部署方案也有差異。本文中，我們給出了高速公路、城市街道、自動(dòng)駕駛園區(qū)3種典型場(chǎng)景下C-V2X車路協(xié)同方案的部署建議，為車路協(xié)同的落地實(shí)施提供了建設(shè)性的參考方案。