當(dāng)前，車聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展迅速，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢(shì)銳不可當(dāng)。但是單車智能發(fā)展正面臨技術(shù)和法律上的瓶頸，國(guó)內(nèi)外關(guān)注點(diǎn)更多的開(kāi)始轉(zhuǎn)向車路協(xié)同的突破，特別是近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為車路協(xié)同發(fā)展提供了智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境，車路協(xié)同已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。

車路協(xié)同技術(shù)的研究，不僅可以推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升我國(guó)智能駕駛發(fā)展水平，還可以改善駕乘體驗(yàn)，滿足人們對(duì)美好交通出行的新期待。

目前，全國(guó)層面的車聯(lián)網(wǎng)和車路協(xié)同應(yīng)用測(cè)試基地/試點(diǎn)示范區(qū)共有10處，包括無(wú)錫、上海、北京-河北、重慶、長(zhǎng)沙、浙江、廣州、長(zhǎng)春、武漢和成都。其中，無(wú)錫、上海、北京-河北、重慶和長(zhǎng)沙目前的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一定規(guī)模，在全國(guó)具有一定影響力。

總體上來(lái)看，針對(duì)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用仍然是彼此獨(dú)立，技術(shù)協(xié)同仍然有限，更多地是試點(diǎn)或試驗(yàn)類項(xiàng)目，開(kāi)放道路的大規(guī)模應(yīng)用落地項(xiàng)目少。另一方面，技術(shù)路徑和運(yùn)營(yíng)模式還不明確，特別是公安交管在車路協(xié)同中的定位和作用還不清晰，跨部門協(xié)作仍有待進(jìn)一步探索?；诖?，本文擬立足于公安交管角度，研究探討車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用突破，推動(dòng)智慧交管技術(shù)的發(fā)展。

01.智能網(wǎng)聯(lián)下公安交管數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

從物聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，再到車聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)前正處于智能網(wǎng)聯(lián)的大環(huán)境下，從公安交管領(lǐng)域，主要包括路側(cè)前端物聯(lián)和中心系統(tǒng)互聯(lián)兩個(gè)層面。

路側(cè)前端物聯(lián)是通過(guò)以信號(hào)機(jī)為核心的管控設(shè)備的橫向直連和開(kāi)放互通，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)匯總、處理和使用，在前端處理成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)并且將信息推送出去，突破橫向數(shù)據(jù)交互壁壘，提高數(shù)據(jù)交互的時(shí)效性。主要數(shù)據(jù)項(xiàng)包括來(lái)源于交通檢測(cè)設(shè)備的流量、速度、排隊(duì)長(zhǎng)度等，來(lái)源于控制設(shè)備的信號(hào)燈色、周期、相位時(shí)間等，來(lái)源于車載設(shè)備的車輛位置、速度、狀態(tài)等。


圖1 以信號(hào)機(jī)為核心的前端設(shè)備物聯(lián)接入

中心系統(tǒng)互聯(lián)是通過(guò)以信號(hào)控制系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)橫向互聯(lián)和開(kāi)放共享，打通交管系統(tǒng)、公交運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)出行服務(wù)平臺(tái)等數(shù)據(jù)流交互各環(huán)節(jié)，提高數(shù)據(jù)匯聚和交換的連通性，打破系統(tǒng)內(nèi)部封閉、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放共享。主要數(shù)據(jù)項(xiàng)包括來(lái)源于信號(hào)控制系統(tǒng)的控制方案、策略及方式等，來(lái)源于交警指揮系統(tǒng)的違法車輛、交通事件等，來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的擁堵指數(shù)、行程時(shí)間等。


圖2 以信號(hào)控制系統(tǒng)為核心的中心互聯(lián)接入

02.車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

基于公安交管大數(shù)據(jù)，形成了車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用路徑。在路口側(cè)（端），基于以信號(hào)機(jī)為核心的路側(cè)智慧節(jié)點(diǎn)，匯聚交通感知、信號(hào)控制、網(wǎng)聯(lián)通信、數(shù)據(jù)交換等于一體；通過(guò)C-V2X網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在邊緣側(cè)（邊）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，降低數(shù)據(jù)通信延時(shí)，同時(shí)將相關(guān)管控信息推送給網(wǎng)聯(lián)汽車，提供個(gè)性定制信息服務(wù)；在中心層（云），交通管理平臺(tái)接入前端感知數(shù)據(jù)和交管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并與V2X服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行平臺(tái)級(jí)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)將相關(guān)信息提供給互聯(lián)網(wǎng)、車企等出行服務(wù)TSP平臺(tái)，服務(wù)于汽車產(chǎn)業(yè)及車生活服務(wù)領(lǐng)域。從而構(gòu)成“端-邊-云”的技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)，突破不同行業(yè)協(xié)同應(yīng)用，推動(dòng)智慧交管發(fā)展。


圖3 “端-邊-云”一體化技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

信息交互架構(gòu)

車路協(xié)同應(yīng)用立足公眾出行精準(zhǔn)服務(wù)、重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用、輔助安全駕駛等功能，以應(yīng)用場(chǎng)景為切入點(diǎn)，基于城市交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從路側(cè)設(shè)施、系統(tǒng)平臺(tái)層面，重點(diǎn)打造以車輛信息為主的V2X數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，以交管運(yùn)行信息為主的公安交管賦能平臺(tái)，以路網(wǎng)交通診斷為主的路況診斷與信息發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)間的信息交互，推動(dòng)行業(yè)車輛管理平臺(tái)、交通出行服務(wù)平臺(tái)升級(jí)，形成跨行業(yè)、跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)信息交互及應(yīng)用的技術(shù)解決方案。


圖4 跨行業(yè)、跨平臺(tái)的信息交互架構(gòu)

03.關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)研發(fā)

路側(cè)信息交互技術(shù)

在路側(cè)管控設(shè)備層面，依托具有車聯(lián)網(wǎng)信息交互功能的信號(hào)機(jī)，增設(shè)支持Uu模式和PC5模式的RSU，信號(hào)機(jī)通過(guò)RSU直連接入LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)機(jī)推送數(shù)據(jù)包括信號(hào)燈色、交通狀態(tài)、交通事件等信息，發(fā)送給車載終端設(shè)備和V2X服務(wù)平臺(tái)?；谶吘墏?cè)信息實(shí)時(shí)交互方案，充分發(fā)揮邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)處理能力，降低了V2X平臺(tái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)壓力，保障了信息傳輸?shù)牡蜁r(shí)延、高可靠。


圖5 路側(cè)管控設(shè)備互聯(lián)交互物理架構(gòu)

管控設(shè)備安全認(rèn)證

行駛車輛與路側(cè)信號(hào)控制機(jī)等管控設(shè)備進(jìn)行V2I交互通信時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行雙向身份鑒別，進(jìn)行合法性/完整性驗(yàn)證后的消息才是可信的相關(guān)操作。GB25280《道路交通信號(hào)控制機(jī)》增加了信號(hào)控制機(jī)唯一編碼要求，增加了對(duì)接入設(shè)備身份鑒別、控制指令驗(yàn)證等安全要求。

基于內(nèi)嵌安全芯片的信號(hào)機(jī)及路側(cè)單元，通過(guò)安全芯片對(duì)信息數(shù)字簽名和驗(yàn)簽，構(gòu)建以電子標(biāo)識(shí)為信任根的車聯(lián)網(wǎng)安全認(rèn)證機(jī)制，實(shí)現(xiàn)發(fā)布和采集信息真實(shí)性和完整性保護(hù)，保證身份認(rèn)證過(guò)程完全自主可控。


圖6 以信號(hào)控制為核心的管控設(shè)備安全認(rèn)證

公安交管賦能平臺(tái)

立足于交通大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的部署，以運(yùn)行監(jiān)測(cè)、狀態(tài)診斷、信號(hào)優(yōu)化、信息發(fā)布等為核心突破，融合互聯(lián)網(wǎng)/車聯(lián)網(wǎng)等交通大數(shù)據(jù)，對(duì)交叉口、路段和區(qū)域交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)公安交管系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)共享、交互及深度應(yīng)用，打破系統(tǒng)各自獨(dú)立的壁壘，推動(dòng)交管系統(tǒng)向具有數(shù)據(jù)思維、智慧決策的方向革新發(fā)展，豐富信息應(yīng)用服務(wù)。


圖7 公安交管賦能平臺(tái)功能框架

04.示范應(yīng)用驗(yàn)證

為驗(yàn)證車路協(xié)同應(yīng)用效果，依托江蘇（無(wú)錫）車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)示范項(xiàng)目，結(jié)合無(wú)錫智慧城市建設(shè)，大范圍改造了240個(gè)路口路側(cè)管控及通信設(shè)施，覆蓋主城區(qū)、太湖新城近170平方公里范圍、道路總長(zhǎng)280公里，應(yīng)用大數(shù)據(jù)和云端計(jì)算新技術(shù)，建成“人-車-路-云”系統(tǒng)協(xié)同平臺(tái)。

在出行信息服務(wù)方面，讓駕駛車輛先知先覺(jué)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)獲取前方路況、道路施工情況，在出行之前或者過(guò)程中可以第一時(shí)間獲取可變車道、潮汐車道、可變限速等動(dòng)態(tài)信息。服務(wù)公交車、120救護(hù)車等行業(yè)車輛，實(shí)現(xiàn)公交車優(yōu)先，120救護(hù)車一路綠燈，同時(shí)也把優(yōu)先信息推送給周邊車輛，打通生命綠色通道。


圖8 出行信息服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

在輔助安全駕駛方面，路側(cè)斑馬線上的攝像頭檢測(cè)到有行人，即時(shí)推送信息至車輛，提前進(jìn)行避讓決策；提前獲取交通事故等事件信息，選擇最佳通行路線；路口盲區(qū)會(huì)車/變道時(shí)，發(fā)送預(yù)警信息，為車輛輔助駕駛提供支撐。


圖9 輔助安全駕駛應(yīng)用場(chǎng)景

05.結(jié)語(yǔ)

依托無(wú)錫車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)性應(yīng)用示范項(xiàng)目，全面構(gòu)建了“人-車-路-云”全域數(shù)據(jù)感知的車路協(xié)同體系，設(shè)計(jì)了以信號(hào)控制為核心的車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)和開(kāi)放數(shù)據(jù)交互共享體系，探索了車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)，驗(yàn)證了涵蓋交通出行全過(guò)程的車路協(xié)同應(yīng)用服務(wù)場(chǎng)景。