限定區(qū)域和特定場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)示范運(yùn)營(yíng)中心建設(shè)方案探究

摘 要：文章探討了廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的智能網(wǎng)聯(lián)示范運(yùn)營(yíng)中心建設(shè)項(xiàng)目方案。該項(xiàng)目旨在打造智慧交通運(yùn)輸測(cè)試中心，實(shí)現(xiàn)特殊區(qū)域路側(cè)智能交通設(shè)備設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化建設(shè)，推動(dòng)道路智能化網(wǎng)聯(lián)化建設(shè)工作。項(xiàng)目總體規(guī)劃覆蓋區(qū)域包括限定區(qū)域和特定場(chǎng)景。本項(xiàng)目包含車路協(xié)同信息服務(wù)平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)和無(wú)人駕駛配送及售貨車三個(gè)部分。車路協(xié)同信息服務(wù)平臺(tái)與車聯(lián)網(wǎng)智能終端進(jìn)行協(xié)同配合，提供事件感知、態(tài)勢(shì)評(píng)估、交通優(yōu)化、車輛管理、數(shù)據(jù)交互等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)；車聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)接不同廠家設(shè)備的統(tǒng)一接入和管理，實(shí)現(xiàn)多協(xié)議適配；無(wú)人駕駛配送及售貨車集激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器于一體，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛配送，提升物流運(yùn)力與效率，降低成本，優(yōu)化物流成本結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：車路協(xié)同；無(wú)人駕駛物流車；路徑規(guī)劃；A*算法

中圖分類號(hào)：U495

0 引言

車路協(xié)同技術(shù)是實(shí)現(xiàn)交通和汽車智能化融合的關(guān)鍵技術(shù)，能夠提高道路通行效率、降低交通事故率，為智慧交通提供技術(shù)支持。車路協(xié)同系統(tǒng)（Cooperative Vehicle Infrastructure System，CVIS）是一種利用無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛與車輛、車輛與道路之間全方位信息交互的系統(tǒng)。它可以收集行駛信息并進(jìn)行車輛的主動(dòng)安全控制，實(shí)現(xiàn)人、車和道路的有效協(xié)同，以提高交通安全性和通行效率［1］。車路協(xié)同技術(shù)的核心為智能車載技術(shù)、智能路側(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、云控技術(shù)等四部分［2］。全國(guó)已經(jīng)建成了4個(gè)國(guó)家級(jí)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)，分別是江蘇（無(wú)錫）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)、湖南（長(zhǎng)沙）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)、天津（西青）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)和重慶（兩江新區(qū)）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)［3］。廣西區(qū)內(nèi)已建成頗具規(guī)模的車路協(xié)同技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)系統(tǒng)，拓展了停車場(chǎng)、智慧加油等多種應(yīng)用場(chǎng)景，能夠保障向千萬(wàn)級(jí)別的客戶提供完善的服務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)智慧交通最關(guān)鍵的階段。因此，深入研究基于車路協(xié)同技術(shù)的車路站協(xié)同一體化關(guān)鍵技術(shù)具有重要的社會(huì)價(jià)值和理論意義。

1 總體方案介紹

限定區(qū)域和特定場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)示范運(yùn)營(yíng)中心位于廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院（昆侖校區(qū)院內(nèi)），以新汽車樓與物流校園驛站為終點(diǎn)與起點(diǎn)，運(yùn)行自動(dòng)駕駛物流車及自動(dòng)駕駛售貨車，結(jié)合車路協(xié)同系統(tǒng)，進(jìn)行智能網(wǎng)聯(lián)運(yùn)營(yíng)示范。目標(biāo)建設(shè)適合中國(guó)西南地形特征和氣候環(huán)境的“路端”基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)智慧化交通基礎(chǔ)設(shè)施，參照交通運(yùn)輸部現(xiàn)有的車路協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)體系，結(jié)合交通專業(yè)群教學(xué)需要，布設(shè)路基與路側(cè)傳感及通信設(shè)備，以先進(jìn)無(wú)線通信和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)交通環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。如圖1所示，建設(shè)基于車路協(xié)同技術(shù)，限定區(qū)域和特定場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)示范運(yùn)營(yíng)中心，推進(jìn)廣西智能網(wǎng)聯(lián)汽車商業(yè)化發(fā)展，提升城市交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化管理水平，為城市交通智能化發(fā)展提供技術(shù)動(dòng)力。

在智能交通領(lǐng)域，示范運(yùn)營(yíng)是推動(dòng)智能駕駛發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)深入研究特定場(chǎng)景下的運(yùn)營(yíng)管理，可以打造具有商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的無(wú)人駕駛物流配送及無(wú)人駕駛售貨協(xié)同創(chuàng)新示范線路。為了確保各車企及后裝V2X產(chǎn)品的互通性，需要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范。實(shí)地測(cè)試場(chǎng)景的建立對(duì)于V2X應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和工程化至關(guān)重要。根據(jù)目前的規(guī)劃，設(shè)置了滿足《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)（第一階段）》的17個(gè)場(chǎng)景，這些場(chǎng)景將為網(wǎng)聯(lián)車輛在部署有V2X的物流線和觀光線上進(jìn)行道路測(cè)試提供有力支持。

路線長(zhǎng)度來(lái)回總計(jì)2.6 km。如圖下頁(yè)2～3所示，根據(jù)實(shí)際道路信息，整條示范線存在多個(gè)交叉路口、彎道、上下坡等，容易造成自動(dòng)駕駛識(shí)別盲區(qū)，途徑人流密集區(qū)域，容易發(fā)生隨機(jī)“行人橫穿”，“弱勢(shì)交通參與者隨機(jī)穿出”等危險(xiǎn)場(chǎng)景，需要在每個(gè)改造點(diǎn)位布置RSU路側(cè)通信單元、路側(cè)融感知智慧小站等，形成重要、復(fù)雜路段網(wǎng)聯(lián)、感知全覆蓋，簡(jiǎn)單路段弱覆蓋的部署方案，為自動(dòng)駕駛車輛提供豐富的道路識(shí)別信息支撐其決策控制，同時(shí)也可將識(shí)別信息通過(guò)路側(cè)屏等方式露出，提醒非網(wǎng)聯(lián)車輛、行人等，起到預(yù)警作用。另外，在車載端安裝自動(dòng)駕駛監(jiān)控終端，實(shí)時(shí)采集車輛數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控和車輛異常監(jiān)控目的。

如圖3所示，在十字路口或T型路口，盡可能使停止線以外包含整個(gè)路口區(qū)域的位置實(shí)現(xiàn)感知全覆蓋，通常在對(duì)角位置增加激光雷達(dá)。若對(duì)角有綠化帶將右轉(zhuǎn)車道進(jìn)行了隔離，則優(yōu)先考慮在綠化帶立桿安裝激光雷達(dá)。如圖4所示，特殊區(qū)域出入口，優(yōu)先選擇檢測(cè)車頭（在馬路對(duì)面立桿安裝），檢測(cè)范圍須覆蓋出入口進(jìn)入主路的斷面。若馬路對(duì)面無(wú)法立桿，則將傳感器裝在出口以外檢測(cè)進(jìn)入主路車輛的車尾。

2 車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 車路協(xié)同系統(tǒng)總體介紹

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的路側(cè)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含道路感知子系統(tǒng)、邊緣計(jì)算處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)布子系統(tǒng)、無(wú)人駕駛物流等功能模塊。該系統(tǒng)具有多項(xiàng)特點(diǎn)：（1）通過(guò)統(tǒng)計(jì)運(yùn)營(yíng)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)聯(lián)車輛的接入數(shù)量、實(shí)時(shí)在線網(wǎng)聯(lián)車輛數(shù)量以及累計(jì)路側(cè)設(shè)備的接入數(shù)量，可以全面了解整體數(shù)據(jù)信息的發(fā)展趨勢(shì)；（2）通過(guò)統(tǒng)計(jì)今日交互信息條數(shù)，能夠及時(shí)獲取交通運(yùn)行情況；（3）該平臺(tái)還提供車路協(xié)同運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)指數(shù)，反映了路端檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景的布設(shè)情況，包括針對(duì)十字路口、隧道、城市道路和環(huán)島匯入等交通場(chǎng)景的拆分統(tǒng)計(jì)情況，以及發(fā)布的交通運(yùn)行事件類型和數(shù)據(jù)來(lái)源分布的數(shù)量占比；（4）該平臺(tái)還具備設(shè)備運(yùn)維服務(wù)分析指數(shù)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)設(shè)備的在線分布率和數(shù)量，并分析累計(jì)運(yùn)維任務(wù)的狀態(tài)以及運(yùn)維類型的分布趨勢(shì)。通過(guò)這些關(guān)鍵指標(biāo)，用戶可以全面了解車路協(xié)同系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)狀況和設(shè)備運(yùn)維情況。

2.2 車路協(xié)同系統(tǒng)路側(cè)設(shè)備介紹

車路協(xié)同系統(tǒng)由道路感知子系統(tǒng)、邊緣計(jì)算處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智慧小站四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。道路感知子系統(tǒng)通過(guò)在路側(cè)新建或利舊桿件上部署多源傳感器，如毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、視頻檢測(cè)器等，將桿件部署的設(shè)備配套網(wǎng)線電源線經(jīng)抱箱匯聚至該路口節(jié)點(diǎn)機(jī)柜，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線回傳至應(yīng)用服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)交通數(shù)據(jù)采集。邊緣計(jì)算處理子系統(tǒng)通過(guò)路側(cè)部署邊緣計(jì)算單元（MEC），完成傳感器數(shù)據(jù)的接入與處理，實(shí)現(xiàn)交通目標(biāo)的檢測(cè)。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)通過(guò)RSU（路邊單元）通過(guò)C-V2X技術(shù)廣播V2X消息至車端OBU（Ont-BoardUnit），實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)感知結(jié)果信息、信號(hào)機(jī)狀態(tài)信息等信息的傳遞，并與平臺(tái)對(duì)接實(shí)現(xiàn)信息下發(fā)。如圖5所示，車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智慧小站則是一種移動(dòng)式一體化MEC基站，集成邊緣計(jì)算單元、RSU、低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)相機(jī)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、GNSS接收終端、智能信號(hào)燈系和可充電源，可支持打造面向車企、高校的V2X柔性測(cè)試場(chǎng)景。該產(chǎn)品具有零作業(yè)施工、零標(biāo)定協(xié)調(diào)，開(kāi)機(jī)即用的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)須通電通網(wǎng)。可以在極簡(jiǎn)條件下，直接將設(shè)備充好電放置路邊，一個(gè)動(dòng)態(tài)廣場(chǎng)即可模擬多種測(cè)試場(chǎng)景，支持個(gè)性化選配感知方案，定制化連續(xù)V2X測(cè)試場(chǎng)景方案。該車路協(xié)同系統(tǒng)具有快速部署和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，能夠提升交通運(yùn)行效率和安全性。

2.3 無(wú)人駕駛配送及售貨車

如圖6所示，無(wú)人駕駛物流車面向末端物流場(chǎng)景打造，可實(shí)現(xiàn)到用戶手中的最后一公里配送，解決目前配送成本、配送效率、配送時(shí)效等行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)云端調(diào)度平臺(tái)在最短時(shí)間內(nèi)提供最優(yōu)配送方案，提升用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)室外場(chǎng)景的無(wú)人物流配送。該車集激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器于一體，實(shí)現(xiàn)了特定場(chǎng)景下的無(wú)人駕駛配送，讓物資轉(zhuǎn)運(yùn)和配送不再只依賴人力，可以自主完成指定目的地之間的運(yùn)輸工作。無(wú)人駕駛物流車具有7×24 h全天候、全流程作業(yè)，云端大數(shù)據(jù)智慧管理，優(yōu)化物流成本結(jié)構(gòu)，多重安全機(jī)制，自動(dòng)駕駛和手柄遙控模式，人機(jī)交互、精確靠站、定點(diǎn)接駁、循跡行駛、緊急響應(yīng)、行李貨物防護(hù)，靈活的收寄件時(shí)間和地點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)接口平臺(tái)，快速充電和全自動(dòng)任務(wù)排序送達(dá)等功能。

無(wú)人物流小車調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)小程序呼叫車輛，也可以制定固定路線，在指定地點(diǎn)?？浚∝浳?。統(tǒng)計(jì)平臺(tái)通過(guò)后臺(tái)配送數(shù)據(jù)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 車路協(xié)同系統(tǒng)路徑規(guī)劃

物流車路徑規(guī)劃算法是為了最優(yōu)化物流配送過(guò)程中的路徑選擇而設(shè)計(jì)的，如圖7所示，無(wú)人駕駛物流及售貨運(yùn)營(yíng)示范線路，設(shè)有5個(gè)站點(diǎn)，合理規(guī)劃物流車運(yùn)營(yíng)路線能夠提高物流運(yùn)輸效率，減少時(shí)間和成本，提高服務(wù)質(zhì)量，滿足客戶需求。常用的物流車路徑規(guī)劃算法包括最短路徑算法（如Dijkstra算法和A*算法）、蟻群算法、遺傳算法、禁忌搜索算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、路徑交換算法和貪婪算法等［4］。最短路徑算法通過(guò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的距離或時(shí)間來(lái)確定最短路徑，適用于無(wú)須考慮動(dòng)態(tài)因素的場(chǎng)景。蟻群算法模擬螞蟻的行為，通過(guò)信息素傳播來(lái)找到最優(yōu)路徑。遺傳算法通過(guò)基因編碼和演化過(guò)程來(lái)搜索最優(yōu)路徑，適用于復(fù)雜場(chǎng)景。禁忌搜索算法利用記憶搜索歷史決策，避免陷入局部最優(yōu)解。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法適用于無(wú)環(huán)有向圖的最短路徑問(wèn)題。路徑交換算法通過(guò)節(jié)點(diǎn)交換來(lái)優(yōu)化路徑效率。貪婪算法每次選擇最優(yōu)路徑，逐步構(gòu)建整體路徑。選擇合適的算法取決于實(shí)際需求和場(chǎng)景，可以根據(jù)距離、時(shí)間、成本等因素進(jìn)行優(yōu)化，以提高物流效率和降低成本。綜合考慮算法計(jì)算量和時(shí)效性，本項(xiàng)目選擇A*算法作為路徑優(yōu)化算法。

A*算法是一種常用的啟發(fā)式搜索算法，用于求解圖形中最短路徑或最佳路徑問(wèn)題。它結(jié)合了貪婪搜索和Dijkstra算法的思想，在搜索過(guò)程中綜合考慮了實(shí)際代價(jià)和啟發(fā)式函數(shù)的估計(jì)代價(jià)［5］。A算法的核心是根據(jù)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)代價(jià)選擇下一個(gè)要擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有實(shí)際代價(jià)（G值）和啟發(fā)式函數(shù)的估計(jì)代價(jià)（H值），A算法選擇的節(jié)點(diǎn)是實(shí)際代價(jià)和啟發(fā)式估計(jì)代價(jià)之和最小的節(jié)點(diǎn)。

本項(xiàng)目中涉及路網(wǎng)較為復(fù)雜，為簡(jiǎn)化地圖模型，提高路徑規(guī)劃效率，僅在路網(wǎng)分叉處和拐彎處設(shè)定柵格節(jié)點(diǎn)。實(shí)踐表明，該方法能顯著減少系統(tǒng)路徑規(guī)劃時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要探討了廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的智能網(wǎng)聯(lián)示范運(yùn)營(yíng)中心建設(shè)方案，實(shí)現(xiàn)特殊區(qū)域路側(cè)智能交通設(shè)備設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化建設(shè)，推動(dòng)道路智能化網(wǎng)聯(lián)化建設(shè)工作。本項(xiàng)目包含車路協(xié)同信息服務(wù)平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)和無(wú)人駕駛配送及售貨車三個(gè)部分。車路協(xié)同信息服務(wù)平臺(tái)與車聯(lián)網(wǎng)智能終端進(jìn)行協(xié)同配合，提供事件感知、態(tài)勢(shì)評(píng)估、交通優(yōu)化、車輛管理、數(shù)據(jù)交互等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)接不同廠家設(shè)備的統(tǒng)一接入和管理，實(shí)現(xiàn)多協(xié)議適配。無(wú)人駕駛配送及售貨車集激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器于一體，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛配送，提升物流運(yùn)力與效率，降低成本，優(yōu)化物流成本結(jié)構(gòu)。

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