车路协同技术在智慧高速建设中的应用展望

Posted 2021-10-13 爱是与世界平行

一、系统架构

现阶段的高速道路建设，主要以保证交通安全、强化输送能力、提升服务水平为主，以车路协同为建设方向，开展高速道路的高精度定位、智能视频监控、交互式交通标志、高速道路云控平台、公众出行服务平台等内容的建设工作。

根据初步建成的路侧感知设备，搭建管控、调度、服务平台，为道路使用者提供车道级导航、无停留收费、前方事故预警、抛洒物预警、特殊车辆避让、匠道口预警、气象环境推送、标志标牌信息数字化发布等车路协同功能。车路协同基础设施架构如图1所示。

自定义路侧设备类型：定义各种路侧设备的能力，包括路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等的设备属性，为路侧设备提供统一的设备模型、发放、认证、注册鉴权、设备升级、配置、数据订阅、命令、数据存储归档服务等，确保合法设备的相互通信及信息安全。

支持多种路侧设备的管理：支持智能路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等路侧设备的接入，接收到路侧设备上报的数据后，平台计算可能存在的风险，并向车辆下发预警信息或调度指令。

实现基础设施的智能化管控：提供大容量多类别的设备认证、接入、管理、状态监控功能；管控车路协同传感系统、路侧设备，服务智能网联汽车运行。

提供开放的开发接口服务：与交通和交管部门的平台实现互联互通，开放数据接口，接入道路管理系统、交通信号管理系统、实时路况、视频监控、高精度地图等交通信息，并提供API访问接口。

支持V2X应用信息交互：闯红灯预警、基于信号灯的车速引导、道路危险状况提示、超速告警、限速预警、交叉路口碰撞预警、行人盲区预警/电单车出没预警、匠道车辆汇入预警、车内标牌等。

传统智能交通系统是依托中心云平台，在前端实时采集数据，通过有线/无线网络上传至云端，在云端上进行计算、分析，并将结果发布至智能路侧单元和移动终端上，实现云端和终端设备的协调控制。但随着车路协同技术的发展，智能终端产生海量的实时数据需要处理，车辆行驶安全服务需要毫秒级延时，以便通知驾驶员或控制车辆采取措施。

基于车路协同的智慧交通系统层次结构如图2所示。然而中心云平台计算方式无法满足低延迟的要求，保证车路协同的时效性。于是出现了边缘计算，它可以将云端的计算能力移动到边缘层，在边缘设备上完成绝大部分的计算，并通过智能路侧单元等传输手段，实时将结果发送给装置车载单元的车辆，满足车路协同的低延迟需要。边缘计算架构如图3所示。

二、V2X应用场景设计

（一）交通标志数字化发布

交通标志摆脱实体的束缚，以数字化的形态存在于道路交通环境中。

每一块标志都会有一个唯一的身份识别码（类似人的身份证号码）,通过无线广播的方式向道路上行驶的车辆发送识别码，车载设备通过解码获取标志的内容，从而采取相应的措施。同时可以拓展标线数字化、信号数字化、护栏数字化等，从而构建一个数字化的道路交通环境，基于此来实现车路协同。

(二）气象环境监测与车速引导

依托高速部分路段的气象监测站，将检测到的环境条件（如雨、团雾、沙尘）气象信息上报V2X平台，按照事先设定的原则变换限速值，同时将变化的限速值通过APP或者OBU发送给车辆，结合已有的视频监控分析部分路段车流量情况，通过可变限速标牌、信息提示屏等，对车辆进行车速引导。

(三）道路危险状况提醒

交通管理部门对特定路段进行道路危险状况事件下发，包括：道路施工、大雾、雨雪、滑坡等。当车辆行驶至事件推送范围内路段，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员谨慎驾驶。
限速提醒/超速告警：交通管理部门对特定路段进行限速下发，当车辆行驶过程中，超出该路段限定速度，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员减速行驶，适用于普通道路及高速公路等有限速的道路。

(四）匠道车辆汇入预警

车辆在高架或高速道路上正常行驶并接近匠道时，智能路侧单元将闸道汇入的车辆信息发送给直行车辆终端，对直行车辆驾驶员进行提醒，避免碰撞事故的发生。

(五）事故区域警示

当事故发生后，由事故车辆、经过车辆的车载设备、临时警示交通标志、高速安全监控等多种数据来源向V2X车路协同平台上报事故精确地点、占用车道等事故信息，联系救援中心，并通过路侧设备（RSU)向后方来车广播推送事故信息，避免损失的扩大。

(六）车辆故障上报

结合车载设备，在故障发生时自动上报车辆故障信息和位置信息等，为故障车辆提供汽车维修和拖车服务，通过V2X车路协同平台传输至智能路侧单元，同步向周围车辆广播前方车辆故障，避免二次险情。

(七）道路养护提示

结合高精度定位、一键事件上报、警示安全锥桶、警示三角牌等，通过对传统的交通安全设施进行物联网化改造，并与APP数据平台无缝对接，实现道路施工和封闭管制信息的实时精准采集和发布，提升用户出行效率和安全水平。