车路协同在智慧高速领域的应用探索

　　世界各国都将发展安全、高效、绿色、智能的现代化交通体系作为未来交通发展的主导方向‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 建设交通强国也是党的十九大作出的重大战略决策，是建设现代化经济体系的先行领域‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 其中高速公路作为交通运输的大动脉，是交通强国战略的建设重点之一‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　智慧高速与智能网联汽车是当前推动经济发展的国家战略

　　交通在国民经济发展中的战略地位极为重要， 一个便捷、高效、畅通、绿色、平安的交通系统是国民经济可持续发展的重要保障。 交通运输的快速发展，为经济稳定增长、区域城乡协调发展、国土空间开发、生产力布局完善、产业结构优化等提供了战略支撑。 世界各国都将发展安全、高效、绿色、智能的现代化交通体系作为未来交通发展的主导方向。 建设交通强国也是党的十九大作出的重大战略决策，是建设现代化经济体系的先行领域。 其中高速公路作为交通运输的大动脉，是交通强国战略的建设重点之一。

　　交通运输论文范例：高速公路路基沉陷注浆施工技术研究

　　当前, 更加需要扩大内需拉动经济发展，车联网融合了通信、汽车、交通三大产业，是多重拉动手段的汇聚点。 车联网已经成为全球核心战略，我国也将智能网联汽车提升到国家战略的高度。 推动交通强国建设和智能网联汽车的发展也成为近期我国新基建的建设重点，相关政策密集出台，各地建设项目纷纷上马。 两者的融合发展也顺应潮流成为当前交通运输领域和智能网联汽车领域探索的热点。

　　国家各部委相继出台的《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》、《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》、《智能汽车创新发展战略》、《关于促进道路交通自动驾驶技术发展和应用的实施意见》、《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》等政策，都提及了推进车路协同在智慧公路上的试点。

　　高速公路是智能网联汽车落地的重要场景

　　2020 年11 月11 日， 中国智能网联汽车产业创新联盟发布的《智能网联汽车技术路线图2.0》( 以下简称《技术路线图2.0》)， 预测C-V2X 终端的新车装配率2025 年达50%，2030 年基本普及，并围绕乘用车、货运车辆、客运车辆，制定分阶段发展目标与里程碑。 《技术路线图2.0》指出2025 年之前实现：

　　·乘用车的智能网联应用重点是高速公路有条件自动驾驶及代客泊车自动驾驶场景。

　　·货运车辆的智能网联应用重点是高速公路有条件自动驾驶、高速公路列队行驶和限定场景自动驾驶(如物流配送等)。

　　·客运车辆的智能网联应用重点是限定场景有条件自动驾驶(如BRT 等)和限定场景自动驾驶(如封闭园区接驳等)。

　　由此可见，高速公路是智能网联汽车落地的重要场景。

　　各地建设的智慧高速项目中也开始包含与车路协同相关的建设内容，比较有代表性的包括：

　　·延崇高速

　　在其中长约17 公里的路段开展自动驾驶和车路协同示范应用，每500 米部署一套路侧设备，并建设智慧公路路网综合管理与服务平台。 2019 年12 月，在示范路段成功演示了双向四车道全封闭环境下、基于C-V2X 车路协同技术的L4 级自动驾驶和队列跟驰测试。

　　·杭绍甬高速

　　设置自动驾驶专用车道，并部署高速率、低延时、高可靠的全覆盖无线通信网络; 在道路两侧每200 米加装车路协同设备; 提供高精度定位和高精度地图服务, 建设智慧高速云控平台等。

　　·石渝高速

　　共建设了350 多台C-V2X RSU 设备，400 多套路侧感知、计算、显示设备，实现包含隧道等区域在内的C-V2X 网联全覆盖、定位全覆盖、重点区域感知全覆盖。 同时提供高性价比地图引擎; 车用路网地图自动转换、分片、分发工具; 提供一站式设备运维管控; 提供设备的远程升级、配置及告警。

　　·长沙绕城高速

　　测试段每150 米部署一套边缘感知设备; 每450 米部署一套边缘计算单元，满足车路协同自动驾驶车辆测试、网联辅助驾驶、高级别高速公路监管需求。 支持C-V2X，实现98 个智能网联汽车应用相关场景，满足智慧交通管理、智能网联汽车测试及网联辅助驾驶等功能。

　　智慧高速公路车路协同系统框架

　　智慧高速是具备数字化、网联化、智能化等特征的高速公路。 它通过多维状态感知、多源信息融合等手段，对高速公路行驶的车辆进行精准管控并为其提供运营服务，实现安全、高效、绿色的交通运行。

　　智慧高速在为满足车辆、交通出行提供管控和服务的同时，还面向交通管理者、政府管理部门提供智慧化的养护、运维、决策能力。

　　车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

　　车路协同系统分为车辆终端、路侧设备、通信网络、应用平台4个层级：

　　车载终端OBU

　　集成C-V2X、2G/3G/4G、GNSS、以太网、CAN、WIFI 等通信方式，支持车- 路、车- 车信息实时交互，支持车辆信息OBD监控与诊断、主要功能如下:

　　· 通过CAN 总线获取自车辆行驶数据，包括当前车速、行驶方向等;

　　· 通过V2X 通信方式向路侧设备或附近其他车辆发送自车当前行驶状态数据;

　　· 通过V2X 通信方式从路侧设备或附近其他车辆获取周边各交通元素的信息，包括行驶方向、速度、距离等;

　　·接收路侧设备发送的交通信号、交通管理的信息，达到危险预警、安全高效驾驶的目的。

　　路侧设备

　　路侧设备主要包括：路侧边缘计算设备MEC、路侧通信设备RSU、路侧感知设备、定位设备和电子标志标线。

　　路侧通信设备RSU 集成LTE-V2X 通信技术，提供路与车、路与人、路与云平台之间全方位、低延时的连接能力。 将来自MEC 或者应用平台的路况信息、预警信息、诱导信息共享给智能网联汽车，提升车辆的感知范围，提供超视距的路况感知能力，从而提升车辆行驶的安全性，促进自动驾驶发展，提高交通效率。

　　RSU 不只是一个单纯的路边通信设备，还支持路侧交通基础设施数据(传统智能交通设施、新型智能路侧感知设备、路侧边缘计算单元等)和道路交通参与者数据的收集，包括通过有线或无线收集路侧交通设备数据、通过PC5 接收车辆数据和弱势交通参与者数据、通过Uu 或光纤接收应用平台下发数据等。 RSU 与各类传统智能交通设施(交通信号灯、摄像头、微波检测器、可变信息板等)进行对接，将传统智能交通设施进行网联化，并能够基于边缘计算架构，接入地基差分、气象服务等新型交通信息源，从而提供覆盖行车安全、效率、信息服务等全方位的路侧智能网联服务。

　　由于RSU 收集的数据类型复杂多样，为保证数据的正确接收和解析，RSU 支持数据的协议转换，转换后的数据格式满足国标T/CSAE 53-2017《合作式智能交通系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》的要求。 此外，RSU 还具备定位、时钟同步、设备认证等功能。 通过RSU 技术，实现了现有智能交通设施的网联化，也利用现有的交通检测设施，拓展了车路协同系统本身的感知能力。

　　路侧边缘计算设备MEC 接收来自路侧感知设备的信息，对交通态势、交通事件、交通参与者等信息进行检测、识别、跟踪, 并结合来自车载终端、区域MEC 和应用平台等的多源信息进行一体化融合，进一步形成路况信息、预警信息,再通过RSU 将这些信息共享给智能网联汽车进行融合决策，提升车辆的感知范围，提供超视距路况感知能力和区域交通态势感知能力，有效弥补单车智能的感知盲点，提升车辆行驶的安全性和道路通行效率，助力自动驾驶规模化商用。

　　将C-V2X 业务部署在路侧边缘计算单元上，使部分计算功能下沉到移动接入网边缘侧，对路段感知信息进行融合，可以减少信息处理、传输时延，降低核心网的计算负荷及海量数据回传造成的网络负荷，让汽车自动驾驶系统反应速度更快、操纵精度更准确，提高自动驾驶的安全性。 可根据需要灵活配置网络中MEC 设备的层级数目， 部署多级MEC设备，以提高系统的灵活性，有助于提供具备本地特色的高质量服务。

　　路侧感知设备包括：摄像机、毫米波雷达、激光雷达等监测道路交通环境中的交通参与者的状态和道路状况的交通状态感知设备，光纤传感器、RFID 标签等监控检测桥梁、隧道、边坡等道路安全状态感知设备，以及监测机电设施分布和运行状态的基础设施感知设备，还有检测能见度、温度、湿度、风、路面湿滑状态等气象环境信息的气象环境监控设施等。

　　定位设备由若干基准站构成，能够采集常见GNSS 导航信号的载噪比、码伪距、载波相位、多普勒频移、导航电文数据，为智能网联车辆提供其所需的定位信息。

　　电子标志线包括数字化路侧标志牌、情报板，以及可穿越冰雪、雨水、尘土的车道标志设备等。

　　通信网络包括光纤、以太网等有线网络， 以及LTE、4G、5G、LTE-V2X、NRV2X、物联网等无线通信网络。

　　应用平台汇聚道路的交通状态信息、设备状态信息，并提供道路交通运营管理和应用服务。

　　根据路网规模和管理需求，应用平台可采用中心云和区域云两级设置，或者只设置一个中心云平台。 区域云主要进行本地车路协同调度和时延敏感的业务处理。

　　应用平台具备提供管理区域的道路的交通状态信息和管控信息、道路设施信息、车路协同信息以及车辆TSP 服务信息，支持交通状态分析、V2X 服务、交通管控服务。 可根据交通状态信息，生成交通事故、交通拥堵、自然灾害等预警信息，为运营方和交通管理部门发布限速、预警、事故提醒等信息提供决策依据，并支持通过无线电广播、有线和无线网络、交通信息发布设施、手机应用(APP)、车载智能终端等形式进行交通状态信息发布‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　应用平台还可基于统一的第三方服务应用接口为ITS 系统、交通管理系统、车企平台、地图导航应用、出行服务应用等提供数据服务和应用服务。

　　根据智慧高速车路协同系统能提供的功能和性能水平，进行智能化程度分级，便于道路运营、设计方进行梯度部署/ 升级，其中每一级都是在前一级基础上的增强配置和应用服务升级。

　　智慧高速和智能网联汽车是当前推动经济发展的国家战略，与此同时高速公路也是智能网联汽车落地的重要场景。 两者的融合发展成为当前交通运输领域和智能网联汽车领域探索的热点，近期不少智慧高速项目都加入了与车路协同相关的建设内容。 但是智慧高速车路协同能力打造并非一蹴而就，需要循序渐进发展，目前智慧高速车路协同项目的建设大多数还处于2 级(数字化道路)的水平，实现3 级(多源融合感知道路)还取决于NR-V2X 的产业化进程，要实现4 级(协同控制道路)则取决于智能网联汽车自动驾驶能力的提升。

　　另外， 智能网联产业商业模式尚未成形，在一定程度上制约了车路协同应用在智慧高速上的普及。 不过，按照《智能网联汽车技术路线图 2.0》的预测，C-V2X 终端的新车装配率2025 年将达到50%，2030 年能基本普及， 智能网联车辆数量将大幅提升，这将有利于推动智能网联产业形成闭环。

　　作者：李大成