車路協(xié)同在高速公路應用的探討

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)同技術在高速公路運營管理中的作用逐漸凸顯，其融合物聯(lián)網、云計算、5G通信等技術，實現了人、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、網絡通信技術、數據采集與電子傳感等技術為一體的管理系統(tǒng)，可實現對交通運輸過程的實時、高效、準確管理。近年來，我國出臺了不少政策鼓勵交通運輸行業(yè)智慧化建設，并推進相關試點工作，充分體現北斗高精度定位、物聯(lián)網、大數據、人工智能、智能駕駛、車路協(xié)同等技術在交通運輸管理和服務方面的創(chuàng)新應用。

車路協(xié)同，主要是利用無線通信、傳感探測技術等獲取車路信息，通過車車、車路信息交互與共享，實現車輛與基礎設施、車輛與車輛智能協(xié)同與配合，達到對系統(tǒng)資源的優(yōu)化利用、提高交通安全、緩解擁堵的效果。目前，根據不同組織定義，可將車路協(xié)同應用場景分為安全、效率、信息服務三大類，并逐漸朝著支持實現自動駕駛的協(xié)同服務類應用發(fā)展，具體如表1所示。

表1 車路協(xié)同應用場景

2 車路協(xié)同系統(tǒng)建設思路

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

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)同路運一體化系統(tǒng)和各類創(chuàng)新應用探索提供部署環(huán)境和應用支撐。云端主要由以下兩個部分組成：

2.1.1 智慧公路操作系統(tǒng)

智慧公路操作系統(tǒng)是為前端應用系統(tǒng)提供數據、技術、業(yè)務支撐的公共組件平臺，主要包括：

數據引擎：通過對多源異構的數據采集、治理、分析，梳理出高速公路行業(yè)的主數據標準，形成數據資產。

業(yè)務引擎：抽取前端應用系統(tǒng)的共性業(yè)務邏輯，將業(yè)務與業(yè)務邏輯剝離，實現前端業(yè)務系統(tǒng)的敏捷開發(fā)。

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

2.1.2 云端部署的業(yè)務系統(tǒng)

路運一體化平臺（智慧公路版）：包括平臺門戶、交通事件管理、視頻管理、路網運行監(jiān)測、收費運行監(jiān)測、應急指揮調度、大數據路網綜合決策分析、可視化展示8個功能模塊。針對車路協(xié)同、北斗高精度、互聯(lián)網+等方面應用展開探索。

2.2 網端

本項目的網絡建設包括高速公路通信網、移動通信網、互聯(lián)網等，主要是提供通信鏈路和傳輸媒介。

2.3 節(jié)端

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

2.4 端側

端指本項目路側部署的各類感知、信息誘導等外場設備，端側主要為應用系統(tǒng)提供各類狀況感知、信息發(fā)布等功能。

3 實例探析車路協(xié)同在高速公路應用

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線，本項目選取廣樂高速公路樁號范圍K242+000～K269+840作為試點路段，包括4處收費站/通信站、兩處長大下坡、隧道、服務區(qū)等設施構造物，應用場景豐富。

3.2 車路協(xié)同系統(tǒng)構建

本項目按照模塊化、體系化的思路，構建了基于“云—網—節(jié)—端”的新型智慧公路技術架構體系（如圖1所示）。通過采用算力下沉、服務上移的方式，達到智慧高速在敏捷聯(lián)接、實時響應、數據優(yōu)化、應用智能、服務精準等方面的關鍵需求。

圖1 “云—網—節(jié)—端”架構

3.3 車路協(xié)同應用探索

車路協(xié)同應用主要實現下述場景下的應用探索：

3.3.1 V2I場景

（1）交通擁堵提示：路側智慧節(jié)端設備所覆蓋的監(jiān)測范圍內，發(fā)生了真實的、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，將數據進行封裝分別下發(fā)RSU和上報云平臺。

（2）物檢測：路側智慧節(jié)端設備所覆蓋的監(jiān)測范圍內，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，將數據進行封裝分別下發(fā)RSU和上報云平臺。

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

（4）交通事故檢測：路側智慧節(jié)端設備所覆蓋的監(jiān)測范圍內，發(fā)生了真實的、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，將數據進行封裝分別下發(fā)RSU和上報云平臺。

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

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

（7）高速匯流車輛通行輔助：主要對于高速匯入匯出點提供一種碰撞預警機制。

（8）隧道安全提示：路側智慧節(jié)端設備所覆蓋的監(jiān)測的隧道內，發(fā)生了真實的、可由視頻檢測的火災等安全事故。智慧通信站獲取火災事件后，將數據進行封裝分別下發(fā)RSU和上報云平臺。

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

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

3.3.2 V2V場景

（1）盲區(qū)預警：車輛A通過V2X車聯(lián)網獲取周圍車輛的位置、速度、航向角等信息，當車輛A需要進行變道且車輛A的擬變道方向的盲區(qū)存在車輛B時，則系統(tǒng)會自動通過HMI語音對車主進行變道預警，提醒駕駛員不要變道，避免與側后方車輛發(fā)生碰撞。

（2）前向避碰預警：車輛A通過V2X車聯(lián)網接收前車車輛信息并根據本車的位置、速度等信息計算出本車與靜止或者慢速或者減速行駛的車輛的距離、碰撞時間等信息。當車輛A計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險時，則系統(tǒng)會自動通過HMI語音對車主進行前向避碰預警，提醒駕駛員提前采取措施避免與前車發(fā)生碰撞。

（3）緊急制動預警：車輛A通過V2X車聯(lián)網接收到緊急制動車輛B的位置、速度、航向角等信息；車輛A計算出緊急制動車輛B相對于本車的位置；當車輛A計算出本車與緊急制動車輛B的距離或者碰撞時間小于一定閾值時，則系統(tǒng)會自動通過HMI對主車駕駛員進行預警，提醒駕駛員提前采取避讓措施。

4 結語

綜上所述，車路協(xié)同系統(tǒng)是當前智慧高速公路建設的重點內容之一，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)集各種先進的信息、智能技術于一體，實現交通信息時空融合與分析，對交通要素進行協(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，切實促進交通系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。