五峰山未来高速公路广义车路协同技术探索与实践

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编者按：近日，2021全国智慧高速公路技术研讨会暨江苏五峰山未来高速现场会在南京召开，本次会议由中国公路学会主办，《中国交通信息化》杂志承办。中路未来（北京）交通技术研究院有限公司智能交通研究中心主任徐陈群作题为《五峰山未来高速公路广义车路协同技术探索与实践》的报告，对五峰山未来高速公路的项目背景、总体方案、技术实现进行了介绍。 以下为徐陈群的部分报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。

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项目背景

车路协同作为智能交通运输系统的重要组成部分，是未来交通发展的必然趋势，也是高速公路智能化的必由之路，已成为公路交通领域交通强国建设的重要抓手。目前国内外有很多机构、组织开展了车路协同相关研究，但多局限于封闭式测试环境和小范围应用测试，场景定义也有待于进一步完善细化。当前针对高速公路交通环境的研究和验证还很缺乏，高速公路车路协同的体系框架、应用场景也未形成标准和规范。

五峰山未来智慧高速车路协同技术研究，是江苏省在国家建设交通强国的战略目标下，以车路协同应用技术研究及应用为抓手，面向未来的高速公路智慧交通技术的积极探索实践，打造一流设施、一流技术、一流管理、一流服务，建设人民满意、保障有力、世界前列的交通强省的主动积极响应。

车路协同作为智能交通运输系统（ITS）的重要子系统，是世界交通发达国家的研究、发展与应用热点，也是建设交通强国的重要组成部分。目前国内开展的车路协同技术研究为起步阶段，特别是对于高速公路的车路协同系统研究刚刚开始，需要对高速公路车路协同的技术路线、系统架构、场景应用、智能路侧设备、边缘计算、推广模式等进行积极研究和探索实践。

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总体方案

五峰山高速公路是江苏省首条新建双向八车道标准高速公路，是江苏省 “十五射六纵十横”高速公路网规划中“纵四”的重要组成部分，也是交通运输部品质工程攻关行动试点示范项目，围绕“绿色、平安、智慧”理念将建设成国内首条面向未来的智慧高速公路。车路协同具体实施范围为：滨江新城互通至头桥互通之间，即K6+300至K13+840，全长约7.5km，测试段外向两端扩展约5km作为缓冲段。

系统总体框架和物理架构

高速公路车路协同系统应围绕感知、信息交互与传输（通信）、决策、协同控制开展，总体框架体系可划分定义为：感知层、网络层、知识层和应用层。结合我国高速公路运行环境，提出并定义了广义车路协同体系，认为凡是车路之间的信息交互均可作为车路协同的手段，包括但不限于C-V2X、手机APP、可变情报板、广播等等。在广义车路协同的体系下，确定了五峰山高速公路车路协同系统“车-路-云”的总体架构。

系统逻辑架构

车路协同系统作为五峰山未来智慧高速的组成部分，部署于智慧高速管控平台下，设置V2X和手机APP两套云控平台，分别服务与装备V2X车载终端的车辆和安装手机APP终端的车辆。两个平台与智慧高速管控平台之间共享数据和管控方案。

异构多源数据融合算法

根据高速公路车路协同系统中的数据特征，细致分析研究了高速公路车路协同系统中各数据的来源、类型及传输方式，并在此基础上研究并构建了以神经网络方法为核心，基于网络QoS的多元数据传输网络高速公路车路协同异构多元数据融合算法和融合体系，为车路协同系统实施解决方案提供了算法基础。

高速公路车路协同系统中的数据主要来源于以下三个方面：

• 路侧高精度感知采集系统：由路侧感知设备采集，通过路段局域网传输的交通状态、事件、气象环境等数据，主要包括：高清摄像头数据、雷达数据、气象传感器数据、微阵列雷达数据、道路/桥梁状态检测器数据等。
  

• 车载传感系统：由车载传感设备采集，通过C-V2X或4G/5G网络传输的系统范围内车辆的运行及周围环境数据，主要包括：车载摄像头数据、雷达数据、车辆CAN数据、手机App上传数据等。

• 中心平台系统：来源于第三方管理控制系统，由光纤网络接入车路协同控制平台的数据，主要包括：道路限速数据、道路施工/养护计划数据、交通流量控制数据、道路封闭数据、服务区状态数据、特需车辆出行数据等。

高速公路车路协同路系统数据字典

在高速公路车路协同路系统中的异构多源数据体系的基础上，针对数据融合的要求，根据传感器的数据类型，对数据进行标准格式的定义，从而形成高速公路车路协同路系统数据字典（气象检测传感器字典、视频检测传感器字典、激光雷达传感器字典、传感器设备字典等），为五峰山车路协同系统的搭建奠定了基础。

路侧感知系统数据采集指标

在高速公路车路协同应用中，面对不同的场景，其对数据的时效性、精确性和空间性的要求是不同的，通过对高速公路车路协同的场景分析，对不同场景不同信息的具体采集指标要求进行了定义。全时空、全天候、全要素的数据感知采集指标的定义以及信息数据内容；从时效性、精确性、空间性3个维度，描述了高速公路车路协同应用场景的采集数据的具体指标要求。

高速公路车路协同路侧感知系统布设

辅助决策系统

比较分析了基于图论的感知设备优化布局法和基于相似性的感知设备优化布局法，提出了基于AHP法的交通参数修正的车路协同路侧感知优化布设模型，用于指导五峰山未来智慧高速协同系统的感知设备布设。

五峰山高速车路协同路侧设施部署

• RSU：测试路段每隔600米1台，RSU均在道路一侧，共12台；测试段外的缓冲路段每隔1000米左右1台，与道路监控摄像机共杆安装，共10台；
  

• 高清固定摄像机：在集中测试路段双侧安装，每隔600米2台固定高清摄像机，视野一前一后，共44台，与RSU或监控设施共杆安装；缓冲路段视频由监控系统设置。

• 遥感路面状态检测器：在集中测试路段桥梁背阴面安装，与RSU共杆，共8台；

• 毫米波雷达：利用监控系统已设置的毫米波雷达。

高速公路车路协同云端管理平台

处理采集感知数据：云端管理平台需将路侧采集及边端处理的数据进行实时汇总分析，在云端实现高速公路的实时数字镜像。

分级决策控制：需在汇聚全局数据分析的基础上，实现快速准确的分析与数据评估处理，为制定合理的交通控制管理决策提供数据支持，最终达到实现全局分级交通流管控的目标。

实时交通信息交互：需实现车辆、路侧设备与平台之间数据快速、准确的传输交互，将交通信息数据或车载设备处理后的异常信息实时准确地上传，并将通控制策略发送到手机APP、车载、可变情报板等底层设备。

交通异常状况预警：需通过数据分析和计算判定路网中的潜在和已发生的交通异常，及时发布预警信息，并在电子地图中显示危险目标及应该采取的管制及联动救援方案；实时监控路网中关键车辆的行驶轨迹和可能存在的违章行为，及时发布预警信息。

高速公路车路协同云端平台总体设计

结合前述车路协同云端管理平台的需求分析，以及高速公路车路协同建设要求，参考云计算分层模型横向上，云端管理平台的软件架构在数据信息源的基础上，基础设施服务(IaaS)层、平台服务（PaaS）层和行业应用层（SaaS）3层，并在此基础上，确定了云端的逻辑架构。

高速公路车路协同云端平台设计

高速公路车路协同云控平台软件功能

框架

高速公路车路协同云控平台软件功能框架

云控平台主要包括：V2X功能模块、GIS功能模块、车辆监控功能模块、信息发布功能模块，以及查询统计和系统管理模块。GIS功能模块包括：地图显示、操作、测量，以及实时路况、交通事件、限速、拥堵、施工、服务区等的显示。

高速公路车路协同手机App应用场景

在对17个标准车路协同应用场景的信息发布，从通信类型、频率、时延、精度、通信范围及技术方式的维度进行分析研究的基础上，最终得出高速公路车路协同手机App实施的应用场景。

手机端App功能

五峰山未来智慧高速车路协同手机App，以高德SDK为基础，在为驾乘者提供实时导航的基础上，提供增强的车路协同信息服务，主要包括导航功能模块、发布信息提供模块，通过文字、图标和语音提示，在高德导航数据的基础上，结合车辆实时位置信息、车速信息，向用户提供增强的车路协同信息服务。

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技术实现

项目的主要技术实现包括以下几方面：

• 建设了五峰山未来高速总里程约15公里的智能车路协同集成应用示范路段；

• 系统部署了交通运行状态、交通气象、基础设施状态、车辆微观行为状态4类信息采集的智能路侧终端；

• 实现车路协同V2X车载终端应用，包括道路遗洒(轮胎) 、道路施工、道路拥堵、匝道汇入、交通事故预警、限速、异常天气提示(大雾预警)等场景；

• 实现车路协同手机终端应用，包括道路遗洒(轮胎) 、道路施工、道路拥堵、交通事故预警、限速、异常天气提示(大雾预警)、智慧服务区等场景；

• 实现了基于车路协同的货车编队自动驾驶应用，包括形成编队、道路施工、拥堵、道路遗洒(轮胎) 、匝道汇入、限速预警、交通事故预警等7个车路协同自动驾驶场景（货车编队时速80km/h，最小车间距20m。）

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来源 | 2021全国智慧高速公路技术研讨会暨江苏五峰山未来高速现场会

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