車路協(xié)同在高速公路應(yīng)用的探討

姚良金

（廣東新粵交通投資有限公司，廣東廣州 510700）

0 引言

基于智能交通系統(tǒng)的發(fā)展背景下，車路協(xié)同技術(shù)在高速公路運(yùn)營管理中的作用逐漸凸顯，其融合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人、車、路、環(huán)境等要素的一體化和諧發(fā)展，形成安全、高效、環(huán)保的交通系統(tǒng)。目前我國正在不斷探索車路協(xié)同在高速公路應(yīng)用，本文主要圍繞此展開分析。

1 車路協(xié)同發(fā)展背景

智能交通系統(tǒng)（ITS），是一種集信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與電子傳感等技術(shù)為一體的管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對交通運(yùn)輸過程的實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確管理。近年來，我國出臺(tái)了不少政策鼓勵(lì)交通運(yùn)輸行業(yè)智慧化建設(shè)，并推進(jìn)相關(guān)試點(diǎn)工作，充分體現(xiàn)北斗高精度定位、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能駕駛、車路協(xié)同等技術(shù)在交通運(yùn)輸管理和服務(wù)方面的創(chuàng)新應(yīng)用。

車路協(xié)同，主要是利用無線通信、傳感探測技術(shù)等獲取車路信息，通過車車、車路信息交互與共享，實(shí)現(xiàn)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與車輛智能協(xié)同與配合，達(dá)到對系統(tǒng)資源的優(yōu)化利用、提高交通安全、緩解擁堵的效果。目前，根據(jù)不同組織定義，可將車路協(xié)同應(yīng)用場景分為安全、效率、信息服務(wù)三大類，并逐漸朝著支持實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的協(xié)同服務(wù)類應(yīng)用發(fā)展，具體如表1所示。

表1 車路協(xié)同應(yīng)用場景

2 車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)思路

廣東省是交通運(yùn)輸部新一代國家交通控制網(wǎng)、智慧公路試點(diǎn)工程的第一批試點(diǎn)省份，下文依托廣樂高速，基于“云—網(wǎng)—節(jié)—端”的新型技術(shù)體系，探索車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)思路如下。

2.1 云端

搭建公有云+私有云的混合云體系，為所有車路協(xié)同路運(yùn)一體化系統(tǒng)和各類創(chuàng)新應(yīng)用探索提供部署環(huán)境和應(yīng)用支撐。云端主要由以下兩個(gè)部分組成：

2.1.1 智慧公路操作系統(tǒng)

智慧公路操作系統(tǒng)是為前端應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)支撐的公共組件平臺(tái)，主要包括：

數(shù)據(jù)引擎：通過對多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、治理、分析，梳理出高速公路行業(yè)的主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

業(yè)務(wù)引擎：抽取前端應(yīng)用系統(tǒng)的共性業(yè)務(wù)邏輯，將業(yè)務(wù)與業(yè)務(wù)邏輯剝離，實(shí)現(xiàn)前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)的敏捷開發(fā)。

技術(shù)引擎：采集廣樂高速南段約28km全要素高精度地圖數(shù)據(jù)、搭建算法管理平臺(tái)，為應(yīng)用系統(tǒng)提供底層技術(shù)支撐。

2.1.2 云端部署的業(yè)務(wù)系統(tǒng)

路運(yùn)一體化平臺(tái)（智慧公路版）：包括平臺(tái)門戶、交通事件管理、視頻管理、路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、收費(fèi)運(yùn)行監(jiān)測、應(yīng)急指揮調(diào)度、大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合決策分析、可視化展示8個(gè)功能模塊。針對車路協(xié)同、北斗高精度、互聯(lián)網(wǎng)+等方面應(yīng)用展開探索。

2.2 網(wǎng)端

本項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括高速公路通信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，主要是提供通信鏈路和傳輸媒介。

2.3 節(jié)端

節(jié)端主要是在路側(cè)部署智慧通信站，用于前端多種設(shè)備的接入、AI智能分析、多種信息融合感知及邊緣計(jì)算。智慧通信站主要由交換機(jī)、防火墻、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、智能網(wǎng)聯(lián)節(jié)點(diǎn)終端、智能機(jī)柜等組成。

2.4 端側(cè)

端指本項(xiàng)目路側(cè)部署的各類感知、信息誘導(dǎo)等外場設(shè)備，端側(cè)主要為應(yīng)用系統(tǒng)提供各類狀況感知、信息發(fā)布等功能。

3 實(shí)例探析車路協(xié)同在高速公路應(yīng)用

3.1 工程概況

廣州至樂昌高速公路是京港澳高速公路的復(fù)線，本項(xiàng)目選取廣樂高速公路樁號(hào)范圍K242+000～K269+840作為試點(diǎn)路段，包括4處收費(fèi)站/通信站、兩處長大下坡、隧道、服務(wù)區(qū)等設(shè)施構(gòu)造物，應(yīng)用場景豐富。

3.2 車路協(xié)同系統(tǒng)構(gòu)建

本項(xiàng)目按照模塊化、體系化的思路，構(gòu)建了基于“云—網(wǎng)—節(jié)—端”的新型智慧公路技術(shù)架構(gòu)體系（如圖1所示）。通過采用算力下沉、服務(wù)上移的方式，達(dá)到智慧高速在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)響應(yīng)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、服務(wù)精準(zhǔn)等方面的關(guān)鍵需求。

圖1 “云—網(wǎng)—節(jié)—端”架構(gòu)

3.3 車路協(xié)同應(yīng)用探索

車路協(xié)同應(yīng)用主要實(shí)現(xiàn)下述場景下的應(yīng)用探索：

3.3.1 V2I場景

（1）交通擁堵提示：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生了真實(shí)的、可由視頻檢測的交通擁堵場景。智慧通信站獲取交通擁堵事件后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝分別下發(fā)RSU和上報(bào)云平臺(tái)。

（2）物檢測：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生了可由視頻檢測的拋灑物場景。智慧通信站獲取拋灑物事件后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝分別下發(fā)RSU和上報(bào)云平臺(tái)。

（3）應(yīng)急車道非法占用：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生了可由視頻檢測的應(yīng)急車道非法占用事件場景。

（4）交通事故檢測：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生了真實(shí)的、可由視頻檢測的交通事故場景。智慧通信站獲取交通事故事件后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝分別下發(fā)RSU和上報(bào)云平臺(tái)。

（5）常規(guī)交通信息發(fā)布：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生虛擬的、無視頻檢測設(shè)備可用的常規(guī)交通場景，如匝道提示、收費(fèi)站提示、前方并線提示、橫風(fēng)提示、團(tuán)霧提示、天氣預(yù)警提示等。

（6）適遇危險(xiǎn)品車輛提醒：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測范圍內(nèi)，發(fā)生擬的適遇危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛提醒場景。

（7）高速匯流車輛通行輔助：主要對于高速匯入?yún)R出點(diǎn)提供一種碰撞預(yù)警機(jī)制。

（8）隧道安全提示：路側(cè)智慧節(jié)端設(shè)備所覆蓋的監(jiān)測的隧道內(nèi)，發(fā)生了真實(shí)的、可由視頻檢測的火災(zāi)等安全事故。智慧通信站獲取火災(zāi)事件后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝分別下發(fā)RSU和上報(bào)云平臺(tái)。

（9）服務(wù)區(qū)信息推送等服務(wù)：服務(wù)區(qū)基礎(chǔ)信息推送，把車輛前方服務(wù)區(qū)的基礎(chǔ)信息，包括服務(wù)區(qū)停車位、加油等基礎(chǔ)信息通過RSU廣播給接近的車輛。

（10）道路交通標(biāo)識(shí)牌提示：道路交通標(biāo)識(shí)牌提示是將道路旁邊的交通標(biāo)識(shí)通過RSU廣播給接近標(biāo)識(shí)牌的車輛，并將這些標(biāo)識(shí)牌在車內(nèi)呈現(xiàn)給駕駛員。

3.3.2 V2V場景

（1）盲區(qū)預(yù)警：車輛A通過V2X車聯(lián)網(wǎng)獲取周圍車輛的位置、速度、航向角等信息，當(dāng)車輛A需要進(jìn)行變道且車輛A的擬變道方向的盲區(qū)存在車輛B時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過HMI語音對車主進(jìn)行變道預(yù)警，提醒駕駛員不要變道，避免與側(cè)后方車輛發(fā)生碰撞。

（2）前向避碰預(yù)警：車輛A通過V2X車聯(lián)網(wǎng)接收前車車輛信息并根據(jù)本車的位置、速度等信息計(jì)算出本車與靜止或者慢速或者減速行駛的車輛的距離、碰撞時(shí)間等信息。當(dāng)車輛A計(jì)算出其與道路上的靜止或者慢速或者減速行駛的車輛存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過HMI語音對車主進(jìn)行前向避碰預(yù)警，提醒駕駛員提前采取措施避免與前車發(fā)生碰撞。

（3）緊急制動(dòng)預(yù)警：車輛A通過V2X車聯(lián)網(wǎng)接收到緊急制動(dòng)車輛B的位置、速度、航向角等信息；車輛A計(jì)算出緊急制動(dòng)車輛B相對于本車的位置；當(dāng)車輛A計(jì)算出本車與緊急制動(dòng)車輛B的距離或者碰撞時(shí)間小于一定閾值時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過HMI對主車駕駛員進(jìn)行預(yù)警，提醒駕駛員提前采取避讓措施。

4 結(jié)語

綜上所述，車路協(xié)同系統(tǒng)是當(dāng)前智慧高速公路建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在解決交通擁堵、保障交通安全等方面發(fā)揮重要作用。車路系統(tǒng)系統(tǒng)集各種先進(jìn)的信息、智能技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)交通信息時(shí)空融合與分析，對交通要素進(jìn)行協(xié)同控制，有效保證交通安全性、高效性等方面發(fā)揮重要作用，切實(shí)促進(jìn)交通系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。