智能 联先导区道路交叉口车路协同系统设计

• 智能 联先导区道路交叉口车路协同系统设计 – 科学猫 (scicat.cn)

董金玮　苑寿同　胡鑫

关键词：先导区 车路协同 道路交叉口 无线通信

Design of Vehicle Road Coordination System for Intelligent Network Leading Area Road Intersection

Dong Jinwei Yuan Shoutong Hu Xin

Abstract：In recent years， vehicle-road coordination has been one of the important directions for the development of the automobile and transportation industries， and the construction and promotion of the vehicle-road coordination environment has also become the top priority in the construction of the pilot zone. The vehicle-road collaboration system uses wireless communication， sensor detection， high-precision map positioning， artificial intelligence， computers， and many other technologies to obtain vehicle and road information. While achieving full collaboration between people， vehicles， and roads， it can actively improve road traffic safety. The goal is to optimize the use of system resources and alleviating traffic congestion to form a safe， efficient， and environmentally friendly road traffic system. The pilot area is generally located in an area with a large traffic volume， a complex road environment， and a densely populated area nearby. In the pilot area， vehicle intelligence and networked testing， and the realization of V2X scenarios all require the aid of a vehicle-road collaborative system environment. This article introduces the technologies covered by the vehicle-road collaboration system at road intersections in the pilot zone， as well as the realized functions and information service scenarios， and provides solutions for the corresponding scenarios from the vehicle and the road.

Key words：demonstration area， cooperative vehicle infrastructure， road intersection， wireless communication

1 前言

隨着新一代无线通信技术、高精尖制造技术、人工智能技术的发展，我国车路协同技术产业进入快车道，技术创新日益活跃，新兴行业与技术的发展，产业规模不断扩大，但也存在相关核心技术有待提高、产业生态尚需完善以及政策法规亟待完善等问题。

一是技术核心产品还未完全达到落地水平，车路协同核心产品如车载设备芯片、车载终端、路侧基础通信设备等在我国虽已获得巨大进展，但产品本身离商业化的部署还有较大的距离。

二是车路协同商业运作模式尚不清晰，拓扑 络部署方案不明确，还由于车路协同涉及的产业链较长，上下游相关的不同行业厂商众多，目前尚未形成强有力的行业主导方，整体未有统一的 络部署方案，缺乏核心凝聚力与竞争力，产业推动力量发散。

为解决上面的问题，国家和地方政府均大力推广建设智能 联汽车先导区，开展规模化试应用，推动核心技术研发迭代、车路协同与其他行业的协作融合，探索车路协同产业成长和商用部署途径，加速我国车路协同产业规模化应用：

一需标准化车路协同应用基础环境建设[1]。由于场景实现需进行车-车、车-路、车-云等不同主体的信息交互，但目前面临多源主体间信息交互格式标准不统一以及信息孤岛问题，仍需探索标准化的车联 应用环境建设模式;

二是V2X应用场景有待补充丰富。目前车路协同系统场景覆盖范围有限，经济效益和 会效益的转化并不明显，需要发掘车路协同在出行以及交通运输领域的应用场景，发挥车路协同在智慧城市建设中的作用。

三是车路协同行业服务质量有待提高。目前主机厂均已制定车路协同相关产品的量产计划，仍需开展行业服务能力建设助力车路协同新产品开发、落地应用。

四是车路协同商业模式缺失。车路协同产业推进发展需要大量RSU、高精度定位基站与高精度地图采集和数据服务器的投入。因此如何找到合理的商业模式，推动车路协同应用发展，使得产业链参与方得到一定的利润回 ，是当前车路协同产业发展急需解决的问题，也是促进產业进一步发展的保障。

国内外对车路协同系统及其技术的相关研究已有多年，2015年底，日本开始着力推行 ETC2.0。2017年2月，新加坡LTA组织宣布MHI和NCS公司联合体中标ERP2.0，基于V2X技术，2021年正式实施。2018年12月，美国交通部发布标准要求，要求新上市轻型车辆安装车路协同设备。各国大力推动车路协同系统的发展目的都在于解决汽车的安全、能效和环境保护等问题。

我国的车路协同行业技术研究相对国外起步较晚，为抢占市场先机，近几年国内也积极开展智能 联汽车测试示范区的建设工作。目前各地测试环境建设已初具成效，各地充分利用地形、气候差异，实现测试环境建设的差异化发展[2]。但在推进测试示范区建设中，提供大规模实际应用与切实为行业服务等方面的环境建设仍存在不足，需要以先导区为建设为契机，全面发展车路协同产业生态链。

2 先导区车路协同系统功能分析

对基于先导区交叉口车路协同系统功能需求分析，得知该系统基本实现6类功能：V2X综合管理、路口车辆环境感知、路口智能设备运维、特殊车辆优先通行、路口预警与提醒、信息数据 络服务。

V2X综合管理：V2X 综合管理可以接入RSU和车载终端（车载后视镜、OBU），手机APP和车载端数据，为用户提供V2X基础数据服务，支撑车载终端/手机APP上的V2X应用。

路口车辆环境感知：对道路运行的车辆进行实时监测， 同时对车道线以外行驶的其他车辆、路边行人以及周边的静止物体等进行信息采集，对车道线内行驶的车辆位置、速度和交通流信息进行分析统计，对于恶劣天气条件下道路的路况信息进行管控。

路口智能设备运维：智能终端设备管理平台建设主要围绕设备的实时监测进行智能监管，这能更全面地管理先导区内的路侧设备。设备管理平台需汇集所有路侧设备的状态数据，对接口数据进行脱敏、封装、存储处理[3]。

特殊车辆优先通行：当有特勤车辆如消防车、救护车、警车或其他紧急呼叫车辆等需要优先通行时，能够通过车载OBU向道路其他车辆进行广播，同时附近路侧RSU能够实时获取其行驶位置，通过车路协同系统控制车辆行驶路线上的信控路口配时，优先通行该车辆。

路口预警与提醒：前向碰撞预警、交叉路口碰撞告警、逆向行驶预警、车辆失控预警、闯红灯预警、静止车辆预警、左转辅助预警等。

信息数据 络服务：以路侧端和车端的多传感器、摄像头毫米波雷达等设备的数据为数据源，提供动态感知、融合定位等技术以及全面覆盖、泛在互联、智能应用等信息服务。

3 车路协同系统架构

5.2 硬件设备组成

车载端设备：OBU（On Board Unit），是一种安装在车辆上的可实现V2X通信，支持V2X应用的硬件单元，是车载终端的核心单元。

OBU的部署是实现V2X产业化落地应用的前提与关键环节。OBU支持数据的接收，包括通过PC5接收RSU广播的数据。

车载智能终端搭载 GPS 的定位模块、信 发射天线、接收天线、加速度和陀螺仪等传感器模块，可充分获取车辆运动状态信息。作为车载设备，可以通过导航 APP 实现对车辆的位置识别、速度引导、地图导航和交通状况查询。GPS 定位模块主要用于车辆运行位置、行车时间、行驶速度等数据的采集。

路侧端设备：RSU（Road Side Unit），RSU的基本功能包括业务、管理和安全三类，其中业务能力围绕V2X业务的实现，汇集路侧交通设施和道路交通参与者的信息，并将V2X消息广播给道路交通参与者;管理功能负责完成设备的认证、管理与维护;安全功能负责实现RSU设备自身，以及RSU与其他交互对象之间信息交互的安全保护。

毫米波雷达主要应用于先导区路口路况监测，可探测前方200米道路上违章停车、超速、违规并线、应急车道行驶等事件，获取当前监视场景中各个车辆的位置并跟踪所有车辆行驶轨迹，同时支持车速、车流量、车道占有率、平均车速等信息，并实时获悉路况信息，从而判别出交通道路拥堵、异常等事件等。高清摄像机架设在路口或路段上，实现对路口停靠区域的行人、非机动车等闯入目标进行检测，并发送给边缘计算节点MEC服务器，提取视频中的交通目标，包括行人、非机动车、机动车，并将处理之后的结构化数据反馈至智能路侧设备。

激光雷达为道路大量运动物体，包括车辆、行人、自行车、摩托车等，提供高精度的速度、位置、方向等，以及运动状态、姿态、形状等信息，相比于毫米波雷达与传感器，激光雷达的辐射范围、覆盖角度更广、测距更准确。

5.3 软件系统框架及组成

车路协同软件系统框架由云控平台、手持终端软件组成，其系统连接图如图3所示：

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