沙吳路車路協同云管控平臺架構設計

杜奕霖

(廣西計算中心有限責任公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，很多地區的高速公路出現擁堵、運輸能力不足等問題，制約了地方經濟的發展。智慧高速公路充分運用數據處理技術、北斗衛星定位技術和通信技術等先進技術，可有效減少交通擁堵，提高公路運輸能力，保證貨物運輸的時效性。廣西南寧市沙吳路定位為智慧高速公路，運用了很多先進的公路管理技術，實現了科技成果的轉化，建立了一套相對完善的道路運行管理體系，大大提高了公路運營管理效率。本文以南寧沙井至吳圩高速公路(簡稱沙吳路)車路協同云管控平臺建設為研究背景，從平臺總體架構設計、系統數據處理架構、車路協同云管控平臺應用等方面對車路協同云管控平臺的架構設計進行全面闡述，分析設計要點。

1 依托項目概況

沙吳路主線設計全長28.5 km，其中第一段為沙井至那洋段互通，設計長度為21.0 km，路基設計寬度為34 m，采用雙向六車道高速公路標準設計，設計速度為120 km/h。第二段為那洋互通至吳圩西互通段，設計長度為4.7 km，路基設計寬度為43 m，采用雙向八車道設計，設計速度為120 km/h。第三段為新修南寧繞城高速改線段，設計長度為2.8 km，路基設計寬度為26 m，采用雙向四車道設計，設計速度為100 km/h。該道路工程設計3處互通式立交、1處收費站、1處服務區、1處養護工區和1處監控通信分中心。項目建設核心包括智慧交通基礎設施、5G高通量低延遲通信、車路協同云管控平臺和智慧示范應用四大板塊。該項目建成后可大大提高邊境城市貨運車輛運輸能力，服務地方經濟發展。

2 車路協同云管控平臺總體架構設計

2.1 總體架構設計

運用大數據、互聯網、人工智能、超級計算和北斗導航等新技術，在南寧沙井至吳圩高速公路建設中進一步強化精細化信息采集、挖掘，支撐智慧交通人車路協同示范應用，形成適應車輛自動駕駛的高速公路試驗路段。沙吳路車路協同示范工程由4類智慧基礎設施、1條5G高通量低延遲通信鏈路(沿線通信基站擬由社會通信商建設)、1個車路協同云管控平臺和3類智慧示范應用四大板塊構成，總體架構如圖1所示。

圖1 沙吳路車路協同示范工程總體框架圖

(1)北斗CORS站數據通過運營商專線或高速公路光纖網接入北斗高精度服務中心進行差分參數解算，同時根據網聯車輛、施工車輛和測繪無人機等終端的定位請求，將解算結果通過5G專網與運營商網絡進行播發，同時將網聯終端的定位數據上傳到數據中心。

(2)毫米波雷達、攝像頭、高清卡口、微氣象站、水膜感知、邊坡穩定性傳感器和橋梁基礎健康監測等傳感器數據，在本地經過邊緣計算等處理后，將結果通過5G專網和高速骨干光纖網，傳輸到數據中心；第三方平臺數據例如“兩客一危”、天氣氣象等數據通過云管控平臺的接入功能，匯聚到數據中心。通過多種采集手段，獲取全方位的智慧交通數據，構建沙吳路智慧交通大數據中心。云管控平臺大數據分析后的結果通過5G專網、高速骨干網和移動通信公網等鏈路傳輸到發布層(車道級可變信息板、智慧道釘、智慧光帶、RSU)，并提供給所需的車載終端和手機客戶端。

云管控平臺需要面向高速公路骨干網和互聯網提供服務，一些敏感數據如高精度電子地圖等在互聯網發布時需要進行脫密處理，并需要進行物理隔離。因此，多模態空間數據平臺、云管控平臺中面向互聯網提供的服務，均需單獨準備網絡環境和脫密數據。

2.2 總體數據架構設計

南寧沙井至吳圩智慧高速公路車路協同示范工程數據鏈路分為感知層、計算層、通信層、數據層、控制層和發布層。(1)感知層通過雷達感知系統、視頻感知系統、水膜感知系統、氣象感知系統、邊坡穩定性及基礎設施健康監測系統、北斗高精度增強網等獲得沿線交通及道路環境參數信息。其中，雷達感知系統和視頻感知系統可以獲得聯系車輛軌跡及交通事件信息；水膜感知系統可以獲取路面水膜厚度、冰層厚度和積雪厚度；氣象感知系統可以獲得沿線氣象情況(包括：溫度、濕度、風速、風向和能見度等)；邊坡穩定性及基礎設施健康監測系統可獲取邊坡及橋梁的穩定性；北斗高精度增強網可獲取全線高精度三維空間數據。(2)計算層通過邊緣計算單元在路側實現視頻信息處理、雷達數據信息處理、氣象信息處理和水膜信息處理等功能，形成結構化數據，同時降低云端數據處理量，提高數據處理效率。(3)通信層通過光纜及5G基站，將感知層數據傳輸至數據層，數據層位于高速公路交通指揮中心，利用服務器將前端雷達數據、視頻數據及各種傳感器數據落地存儲，為交通調度決策提供決策依據，同時將沿線交通數據展現在指揮中心大屏上。(4)控制層通過構建云端平臺，實現數據集成、信息集成和信號集成功能，通過云端平臺獲取高速公路全息交通信息及路側控制設備信息，同時通過云霧融合對數據進行分析處理，根據交通實際情況發出控制信息，通過發布層的RSU、可變信息發布系統、霧區誘導燈和智慧道釘等將控制信息發出，實現交通管控，提高道路安全水平。沙吳路車路協同云管控平臺總體數據傳輸架構如圖2所示。

2.3 系統數據處理架構

根據項目建設任務，結合總體功能架構、流程以及應用系統分析，本工程各分系統之間的數據處理流程如圖3所示。

3 車路協同云管控平臺應用

在車路協同體系中，車路協同云控應用系統主要實現云端的能力，能夠得到高速公路多路段、多區域的交通狀況、路況以及突發事件等多維度的信息，在掌控了車路協同路段路網信息后，車路協同云控應用可以支撐更多的智慧高速應用，為智能網聯場景、公眾出行場景以及監管業務應用提供數據分析服務的支持。車路協同云控應用系統功能包括車路協同狀態監控、數據管理、運營管理、信息交互和數據共享等。

圖2 總體數據傳輸架構圖

圖3 沙吳路云控管理平臺系統數據處理流程圖

3.1 車路協同狀態監控

車路協同狀態監控包括智能網聯道路運行狀態監控、車路協同設備監控和智能網聯車輛監控三部分。其中，智能網聯道路運行狀態監控可對車路協同建設路網覆蓋里程、車路協同改造路段里程、道路里程數、道路級別、交通事件和道路實時交通數據等進行統計分析，還具有實現事件通知列表功能，可及時展示新事件的處理情況，并可進行歷史事件的查詢；車路協同設備監控可實現設備監控實時數據統計查詢、設備布置、路側點位布置和設備告警等功能；智能網聯車輛監控可完成車輛數量、行駛總里程、車輛種類分布統計、車輛分布、車輛報警和單車視角分析，實現單車車端的視頻數據的展現。

3.2 車路協同數據管理

車路協同數據管理能從時間、空間、事件類型等維度，對交通流和交通事件數據進行統計和分析，為行業管理和決策提供數據支撐。車路協同數據管理主要功能包括交通流數據管理和交通事件數據管理。其中，交通流數據管理可統計分析前端設備采集的數據，查詢交通流原始數據，確定開始時間、結束時間和監控區域等交通流信息等；交通事件數據管理可進行交通事件感知數據的查詢，查看事件詳情信息，調取、查看事件發生過程的錄像等。

3.3 車路協同運營管理

車路協同運營管理主要功能包括智能網聯車輛管理、車路協同設備管理、OTA管理和基礎信息管理。其中，智能網聯車輛管理功能主要包括車輛添加、車輛信息修改、車輛信息查看、車輛配置信息、車輛證書以及車輛停用/啟用狀態的管理；車路協同設備管理功能包括計算單元管理、RSU管理、攝像頭管理和雷達管理；OTA管理主要針對路側設備實現設備軟件版本的遠程升級；基礎信息管理可實現車型管理、設備廠商管理和MAP數據管理等功能。

3.4 車路協同信息交互

車路協同信息交互主要功能包括信息發布、交通事件發布、測試場景發布和系統管理。其中，信息發布內容包括交通事件分布和測試事件分布，展現事件發生的位置和詳細信息；交通事件發布可實現交通事件信息的增刪改查操作；測試場景發布可實現測試類交通事件信息的增刪改查操作；系統管理主要包括用戶管理、角色管理和功能模塊管理等功能。

3.5 智能網聯數據共享管理

數據交換共享管理可實現數據服務的統一管理和控制，根據管理需求提供數據共享服務。通過建設數據交換共享管理系統，可大大提高數據共享服務的安全性，統一數據共享服務渠道，實現系統數據的標準化、高效和實時監管。

4 結語

為提高高速公路運輸效率，更好地服務地方經濟發展，開展智慧高速公路建設，將先進的設計和技術運用到交通運輸管理中。車路協同云管控平臺可實現車路協同狀態監控、數據管理、運營管理、信息交互和數據共享等功能，實現道路運行狀態、車輛信息、事件信息、運營管理和數據信息的統計分析、交互和共享。本文以沙吳路智慧高速公路建設為研究背景，從總體架構設計、系統數據處理架構和車路協同云控平臺的應用等方面對車路協同云管控平臺架構設計進行全面闡述，可為其他智慧高速公路設計和建設提供參考。