V2X综合管控平台的功能及应用

Posted 2022-08-29 爱是与世界平行

• V2X综合管控平台的功能及应用_测试 (sohu.com)

当前，国内外在进⾏车路协同V2X的研究与测试时通常包括五个部分，即：智能⽹联汽车、车载设备、路侧设备、测试
场地以及V2X综合管控平台。在进⾏V2X项⽬相关的研究测试中，⽆论是智能⽹联⽰范区还是⽆⼈驾驶测试场，如果测
试对象仅仅局限于车载设备和路侧设备，其结果是⽆法系统性对所有测试设备进⾏数据统计、分析、⽐较，也⽆法完成
对所有测试车辆的监管，⽆法实现多种智能设备的融合感知及车路协同功能，对测试过程⽆法有效评估，因此建⽴⼀套
能够统⼀监控、管理、评估的中⼼平台显得尤为重要，这个中⼼平台就是V2X综合管控平台，本⽂将着重分析⼀下V2X
综合管控平台的功能及应⽤。

V2X综合管控平台基于车路协同通信应⽤协议栈、智能车载设备、路侧设施硬件等，通过以LTE-V通信或DSRC通信的
多种信息通信⽹络，将汽车周围及测试路段信息进⾏采集，经由边缘计算单元为智能⽹联汽车提供数据处理、存储、融
合、分析，从⽽使汽车做出更加⾼效准确的路径规划和⾏为控制决策。总体上讲包括“感知、决策、控制”三个层⾯，其
中“感知”是指道路基础设施的数字化、⽹联化和协同化；“决策”和“控制”是相辅相成的，是基于规则的专家系统、因果推
理和⾏为预测，它包括单车控制、协作控制和全域控制。这些功能的实现，需要由V2X综合管控平台统⼀决策，平台通
常采⽤“1+X”的架构来实现，即：⼀个主控平台加若⼲⼦系统，“⼦系统”根据实际的功能需求以模块化的形式定制开发。

1 基于V2X的路侧管理系统

基于V2X的路侧管理包括多种⽹络⽅式的互联，不同场景下标准化的路侧感知，在感知的基础上把车和路侧感知进⾏快
速信息流的整合，然后在这个基础上基于需求进⾏模型计算。因此路侧管理系统主要包括设备管理模块、数据交互模
块、融合感知模块、场景配置模块，每个模块为其他⼦系统提供了底层数据⽀撑。

1.1 设备管理模块

设备管理模块主要对测试区内智能⽹联设备进⾏统⼀管理，包括信号机、RSU、毫⽶波雷达、激光雷达、视频监控、诱
导屏、RFID读写器、⾏⼈检测器等，可分别对每⼀个设备进⾏新建、修改、删除，设备参数可根据测试需要进⾏调
整。

1.2 数据交互模块

V2X综合管控平台从上到下定义了完全标准化的功能模块和接⼝界⾯，⽤户在实际应⽤过程中，可将整个应⽤系统看成
⼀个功能强⼤的管理⼯具，在对平台原理、规范和应⽤技巧的充分理解基础上，针对不同⼦系统、不同功能模块、不同
设备可进⾏数据的调⽤和数据接⼝的配置，系统采⽤应⽤程序编程接⼝API⽅式，⽤于接收实时数据并可进⾏转发。

1.3 融合感知模块

数据融合就是将不同传感器（如毫⽶波雷达、激光雷达、摄像头）数据进⾏智能化合成，实现不同信息源的互补性、冗
余性和合作性，从⽽做出更好、更安全的决策。通过建⽴全天候、全天时、全要素的⽴体感知体系，应⽤多传感器预处
理算法，实现对测试区域与周边地理信息的全⾯探测感知，融合感知数据将实时上传给V2X综合管控平台，在平台界⾯
上能够显⽰车辆预警、⾏⼈预警、轨迹追踪（锁定）、视频实时监控等，同时融合感知数据还可以通过MEC边缘计算单
元传送给车载单元。

1.4 场景配置模块

智能⽹联测试场场景设计与建模，包含基础测试场景建模、测试场景设计、测试场景标定等功能。测试场景设计包括⼗
字路⼝场景、⼈⾏横道场景、车速和加减速、车辆碰撞（防碰撞）、直⾓转弯道⼝场景、夜间场景等。通过与V2X相关
设备之间配置接⼝，按照系统场景需求进⾏参数配置，并下发到各感知和通信设备，测试不同场景下智能⽹联车辆的控
制⽔平。

2 基于V2X的车路协同系统

智能车路协同系统(Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems，即IVICS)，简称车路协同系统，是智能交通
系统（ITS）的最新发展⽅向。系统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。

路侧单元与车载单元建⽴连接后，车载单元向路侧单元发送包括车辆速度、车辆位置的车辆状态消息。路侧单元收到车
辆状态消息后进⾏解析处理，实现对车辆运⾏参数的实时监测，然后根据监测数据判定交叉⼝当前安全等级，并将判定
结果与当前交叉⼝动态信息（当前信号灯状态、信号保持时间等）打包为交叉⼝状态消息或预警消息后实时向处于其通
信队列的车载单元发送，其中预警消息定向发布⾄潜在事故车辆，提醒其调整驾驶⾏为，避免事故发⽣；状态消息以⼴
播⽅式发布，接收到消息的⾮事故车辆根据状态消息调整驾驶⾏为。

基于V2X的车路协同系统主要⽬的在于为联⽹车辆出⾏提供辅助，例如公共汽车或特勤车辆在经过路⼝时会获得⾼优先
级，从⽽减少等待红灯时间，驾驶员也可以在车上查看路⽹的交通信息，从⽽对出⾏进⾏规划。该系统主要实现以下功
能：

• 路侧感知融合计算，设备采集道路信息并加以分析处理，从而生成更加详细的交通信息；

• 分发与管理，交通数据将安全高效地分发给各个需要的模块；

• 信号辅助、信号优先，特定车辆将获得更高的绿信比，优化出行体验；

• 巡航速度提示、超速提示，减轻司机驾驶压力；

• 道路服务水平查询，汇总各个道路实时状态，方便驾驶员提前规划出行方案或及时改变原有方案；

• 行人预警、事件预警及紧急车辆预警，通过大数据技术的应用，对事故进行预测，有效减少事故发生率。

3 基于V2X的测试监控与评估系统

系统主要对测试进行监控与评估，目的在于辅助测试AV（Autonomous Vehicles，自动驾驶汽车）车辆，主要实现的功能包括：GIS展示、AV车辆监控、AV车辆注册管理、轨迹追踪、故障报警、统计分析、测试场景重现、测试数据分析与评估、系统管理、用户管理等。

所有测试车辆都被注册到系统中，包括车牌号、车辆名称、型号、测试单位等信息，方便进行统一管理。录入到系统后，其动态信息（包括实时位置、速度、故障状况）都会汇总到测试系统中，车辆的位置会在GIS地图中实时显示，故障车辆不但会直接在地图中标识出来，还会以特别方式（提示框、警报）进行告警，方便第一时间进行处理；测试车辆的所有实时状态也会存入数据库中，以便进行统计分析，后期还能通过再现测试过程中车辆的所有状态来对测试结果进行论证。测试评估与分析具体包括以下内容：

（1）测试数据分析，具体功能包括：为智能网联车辆提供认证机制以及故障车辆的实时警告；实现所有历史数据在数据库中的存储机制，以供将来参考和分析；提供监控报告并生成仪表盘用户界面（UI）实体模型。

（2）统计分析，具体功能包括：自动驾驶模式下测试车辆脱离电子围栏的实例；每辆参与测试的智能网联车测试总里程；每月自动驾驶测试事件报告；不同交通测试场景的实例数量；测试路线偏差统计。

（3）测试场景重现功能，通过中心数据库存储的OBU数据、RSU数据、车载雷达数据、路侧监控视频、毫米波雷达数据、激光雷达数据、信号机数据等，对测试过程和场景进行重现，便于进行后续测试过程的评估、分析和回溯。

4 基于V2X的高精地图应用

高精地图作为自动驾驶的必备组件，可以在误差不大于10厘米的前提下准确显示周围路况。利用实时更新的道路交通数据以及街景数据实现自动导航，提供最优化的路径规划，帮助汽车准确到达目的地。通过高精地图建设实现车道级路径规划与监控，同时还能在V2X综合管控平台实现三维高精度地图展示功能。

自动驾驶车辆可通过人工智能算法决策做出车道及路径规划，给制动、转向、加速等控制器下达指令，控制车辆开往目的地。在自动驾驶过程中，高精地图起到了高精度定位、辅助环境感知、规划与决策等功能，包括：

• 高精度定位：通过将自动驾驶汽车上传感器感知到的环境信息与高精地图对比，得到车辆在地图中的精确位置，这也是路径规划与决策的前提。

• 辅助环境感知：在高精地图上可标注详细道路信息，辅助汽车在感知过程中进行验证。例如车辆传感器感知到前方道路上的坑洼，可以在跟高精地图中数据对比，如果地图中也标记了同样的坑洼，就能起到验证判断的作用。

• 规划决策：利用云平台了解传感器感知不到区域（例如几公里外）的路况信息，可以提前避让。

高精地图分为两个层级，最底层的是静态高精地图，静态高精地图中包含了车道模型、道路部件、道路属性和其他的定位图层。由于要满足车道级的自动驾驶导航，因此静态高精地图需要包含道路的详细信息，例如车道线、车道中心线、车道属性变化等。此外车道模型中还需要包含道路的曲率、坡度、航向、横坡等数学参数，好让车辆能够准确的转向、制动、爬坡等。

在静态高精地图之上，还需要增加动态高精地图，例如道路拥堵情况、施工情况、是否有交通事故、交通管制情况、天气情况等动态交通信息。由于路网每天都有变化，例如整修、道路标识线磨损、交通标示改变等，这些变化需要及时反映在高精地图上，以确保网联车行驶安全。

以下是基于V2X的高精地图三种典型的应用：

4.1 感知系统+高精地图

高精地图在自动驾驶里有很多应用，首先是与感知系统相结合。例如，高精地图里会描述红绿灯所在位置，当自动驾驶车辆到达路口后，可以根据当前的位置，更加准确地识别前方的红绿灯。

4.2 决策规划+高精地图

当自动驾驶车辆在经过一段有绿化带的道路时，高精地图里描述了绿化带的位置，自动驾驶车辆能够提前识别旁边是绿化带，它便可以提前做一些决策，例如可以提前判断在行驶中是否有行人、车辆直接从对向车道穿过来。这不仅提升了决策的准确性，也使得系统性能得到提升。

4.3 三维展示+高精地图

通过智能网联测试区的三维高精地图，在三维地图空间中可重现路口红绿灯信息、毫米波雷达感知数据、激光雷达感知数据以及车辆实时位置，实现对特定场景的功能展示，例如VIP车辆优先、车辆防碰撞预警、路面障碍物预警等。

5 V2X综合应用与体验门户

V2X综合应用与体验门户主要为参与智能网联测试的企业和人员提供一个信息共享和信息交互的平台，主管部门可以通过门户网站发布V2X相关的政策法规、行业动态、新闻资讯、科技成果，测试企业可以从门户网站查询测试车辆信息、测试里程、测试用例、测试绩效评估等，同时还能通过门户网站及时反馈用户体验、测试建议以便于完善V2X综合管控平台的功能，由此可以进一步促进智能网联测试区及智能网联产业的可持续性发展。

V2X综合应用与体验门户的主要功能包括：

• 网页的登录服务功能；

• 系统管理，包括组织管理、用户管理、日志管理、参数配置管理；

• 网页门户服务，供智能网联测试人员和管理部门用户提供相应服务；

• 信息发布，政策法规宣传；

• 信息反馈，可显示用户反馈信息和管理员的回复信息。

V2X综合应用与体验门户的功能特点如下：

• 安全可靠：基于JAVA SSH2架构开发，采用系统工程模式设计，整体规划、结构化分解；

• 灵活拓展：系统可提供完备、友好、开放的结构、数据、事件接口，可与智能交通信号系统、智慧园区系统、数字警务平台等各类上层或平级应用系统交互应用；

• 面向用户的智能化：提供图形化配置定义管理模块。

6 V2X综合管控平台的前景

随着C-V2X及5G技术发展，与之而来的更大数据吞吐量、更低时延、更高安全性和更海量连接等特性，极大地促进了智能驾驶和智慧交通发展。通过“车-路-云”协同，一方面推动智能网联汽车快速发展，提供更安全、更智能的出行方式；另一方面赋能智能路况综合感知、动态协同交通控制等功能，为智能交通进一步发展奠定基础。

将来V2X的整体架构是一个包括了“端-边-云”的整体结构，通过三者协同提高交通安全和交通效率，系统架构如下图所示：

图：V2X平台未来架构

目前正从信息服务类应用向交通安全和效率类应用发展，并将逐步向支持实现自动驾驶的协同服务类应用演进。V2X综合管控平台的角色和功能也将得到有力提升，具体可表现在以下几个方面：

6.1 提升行驶安全

通过 C-V2X 车载终端设备及智能路侧设备的多源感知融合，对道路环境实时状况进行感知、分析和决策，在可能发生危险或碰撞的情况下，智能网联汽车进行提前告警，为车辆出行提供更可靠、安全、实时的环境信息获取，例如：交叉路口来车提醒、前方事故预警、盲区监测、道路突发危险情况提醒等。

6.2 提高交通效率

通过 C-V2X 增强交通感知能力，实现交通系统网联化、智能化，构建智慧交通体系，通过动态调配路网资源，实现拥堵提醒、优化路线诱导，为城市大运量公共运输工具及特殊车辆提供优先通行权限，提升城市交通运行效率，进一步提高交通管理效率，特别是区域化协同管控的能力，例如：前方拥堵提醒、红绿灯信号播报和车速诱导、特殊车辆路口优先通行等。

6.3 实现自动驾驶

通过本地信息收集、分析和决策，为智能网联汽车提供碰撞预警、驾驶辅助、信息提醒等服务，为自动驾驶提供辅助决策能力，提升自动驾驶的安全性，并降低车辆适应各种特殊道路条件的成本，加速自动驾驶汽车落地，例如：远程遥控驾驶、自动泊车、车辆编队行驶等。