基于5G-V2X技術的智慧交通車載路側設備研究與應用

王昊 吳勇

摘要： 為解決山東省內城市道路交通擁堵，事故頻發(fā)，車輛智能化程度低等問題，項目團隊基于5G-V2X新型通信技術，開發(fā)自主知識產權的智慧交通車載及路側終端設備，開發(fā)協(xié)議棧及程序應用，實現豐富的智慧交通場景。優(yōu)化邊緣計算能力，提升設備通信速度，搭建云端大數據平臺，為智慧城市建設提供科學依據。

Abstract： In order to solve the problems of urban road traffic congestion， frequent accidents and low level of vehicle intelligence in Shandong Province， the project team based on 5G-V2X new communication technology， developed independent intellectual property intelligent vehicle and road side terminal equipment， develop Protocol Stack and program application to realize rich intelligent traffic scene. Optimize the edge computing capacity， enhance the communication speed of equipment， build a cloud-based data technology platform， provide scientific basis for the construction of smart city.

關鍵詞： 車輛智能化;智慧交通;邊緣計算

Key words： vehicle intelligence;intelligent transportation;edge calculation

中圖分類號：TN965.7+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0205-02

國務院印發(fā)的《交通強國建設綱要》提出，加強智能網聯汽車（智能汽車、自動駕駛、車路協(xié)同）研發(fā)，形成自主可控完整的產業(yè)鏈。2020年3月，工信部下發(fā)《關于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出促進“5G+車聯網”協(xié)同發(fā)展，推動將車聯網納入國家新型信息基礎設施建設工程，促進LTE-V2X規(guī)模部署。

車用無線通訊技術V2X（Vehicle to Everything）是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術，可實現車車、車路、車人的直連通信，是實現“車-路-云”協(xié)同的必備網絡架構（圖1）。然而，受制于頻譜與功率約束，盡管V2X有十分明朗的產業(yè)前景，其實際應用一直受到限制。

隨著5G技術的到來，V2X與5G技術結合為實現網絡無縫覆蓋提出了完美的解決方案，可真正實現“車—路—人—云”之間的多維高速信息傳輸（圖2）。如圖3所示，在新型交通體系中，路端實現基礎設施全民信息化;車端實現交通工具智能化;云端實現智能交通一體化管控。其中，基于5G通訊技術的智能交通通訊（intelligent traffic communication，ITC）模塊“5G-V2X ITC模塊”是智慧交通狹義產業(yè)鏈中的核心（廣義產業(yè)鏈更廣泛），是智能網聯車輛所需要的各種終端與設備的“大腦”，因此也是實現智慧交通的最為關鍵環(huán)節(jié)和技術。

目前，用于V2X通信的主流技術包括專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技術和基于蜂窩移動通信系統(tǒng)的C-V2X（CellularVehicletoEverything）技術（包括LTE-V2X和5G-V2X）。專用短程通訊（DSRC）是基于IEEE802.11p底層通信協(xié)議與IEEE1609系列標準所構成的技術，采用5.9GHz頻段，并具備低傳輸延遲特性，以提供車用環(huán)境中短距離通訊服務。

DSRC技術可以實現在特定小區(qū)域內（通常為數十米）對高速運動下的移動目標的識別和雙向通信，目前廣泛應用于高速公路上的ETC系統(tǒng)，可實現不停車、免取卡，無人值守自動扣費。但基于Wi-Fi技術的DSRC性能存在局限性，難以支持高速移動場景，移動速度一旦提高，DSRC信號就開始驟降、可靠性差、時延抖動較大，所以其主要承載基本交通安全業(yè)務，不能滿足智慧交通場景下的車車之間、車路之間、車與人之間等復雜的數據通訊需求。

C-V2X技術，是基于蜂窩網通信技術演進形成的車用無線通信技術，其與DSRC技術相比，具備以下優(yōu)勢，C-V2X支持低延時直接通信，無需依賴網絡協(xié)助。適合高速汽車場景，可以在缺乏衛(wèi)星導航（GNSS）的情況下工作。基于5G的V2X技術具備更高的傳輸速度，非常適合用于開發(fā)基于智慧交通的車聯網應用。

①基于典型應用場景，搭建硬件開發(fā)平臺。

Promote 5G-V2X ITC模組應用于車載路側單元總體方案由物理層、傳輸層、服務層、數據云組成。感知層是Promote 5G-V2X ITC模組應用于車輛和道路的位置感知，行為感知及視覺感知。傳輸層是將車輛道路數據經邊緣計算分類匯總，傳輸至區(qū)域內其他車輛道路和數據云的重要鏈路。服務層是區(qū)域內車輛及道路協(xié)同工作，可實現道路交通管制、區(qū)域內環(huán)境監(jiān)測、車輛違章抓拍等功能。數據云是將物理層車輛行駛數據，道路環(huán)境數據匯總進行大數據分析。

②設計軟件架構，開發(fā)車聯網應用。

以硬件平臺為基礎，搭建由集成應用層、設備管理接口層、協(xié)議層、內核層、驅動層五個層級組成的軟件架構（圖4）。通過應用層服務功能調用設備管理層接口，實現協(xié)議層的數據解析、驅動調用及外設操作控制。通過設備管理接口實現對設備驅動程序和協(xié)議解析的封裝以及訪問底層設備、設備驅動升級、更替。面向涵蓋安全、效率和信息服務等方面車聯網基礎功能，開發(fā)涵蓋前向碰撞預警等17個具體情境的車聯網應用服務，全面覆蓋智慧交通典型應用場景。

③推進成果轉化應用，賦能行業(yè)轉型升級。

整合產業(yè)、學校、科研院所三方優(yōu)勢資源，吸引智慧交通領域頭部企業(yè)、高校、科研單位共同組建智能網聯車輛協(xié)同創(chuàng)新中心。探索建立基礎研究、技術攻關、成果轉化和人才支撐的創(chuàng)新生態(tài)體系，推動生產要素在企業(yè)、院校中流動，促進高校教師和企業(yè)工程技術人員雙跨雙引，集聚產業(yè)高端人才，提升技術創(chuàng)新孵化能力。切實提升山東省主要城市的5G車聯網應用技術水平，探索在特定路段特定場景實現無人駕駛，推廣智慧交通云端信息服務平臺。

通過在封閉道路實現測試，結果表明基于5G-V2X技術可以有效提升通訊速度，以此開發(fā)的智能駕駛實時控制系統(tǒng)可以實現人、車、路面環(huán)境等數學模型的快速解算，該系統(tǒng)的運算周期最快可到25us，有效提升了系統(tǒng)響應速度。項目團隊根據中國汽車工程學會標準《合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數據交互標準》不斷豐富車聯網應用，開發(fā)面向道路安全服務、緊急車輛讓行、自動停車系統(tǒng)、自動跟車服務等方面的近20個車聯網應用服務，可以提升城市交通的智慧化水平，有效解決了城市交通擁堵、交通事故頻發(fā)的問題，具有廣闊的推廣和應用價值。

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