代磊磊， 何廣進(jìn)， 劉東波， 徐 棱

(公安部交通管理科學(xué)研究所， 江蘇無錫 214151)

0 引言

當(dāng)前，車聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛技術(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，國內(nèi)外關(guān)注點(diǎn)更多地開始轉(zhuǎn)向車路協(xié)同的突破，特別是近年來互聯(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，不僅可以推動車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升我國智能駕駛發(fā)展水平，還可以改善駕乘體驗(yàn)，滿足人們對美好交通出行的新期待。

早在3G時(shí)代，國際通信業(yè)界已經(jīng)聯(lián)合整車廠開展了基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的V2V/V2I試驗(yàn)項(xiàng)目。啟動于2006年的CoCar項(xiàng)目，參與公司包括愛立信、沃達(dá)豐、MAN Trucks、大眾等，演示了在高速行駛的車輛之間通過沃達(dá)豐的3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳送關(guān)鍵安全告警消息的應(yīng)用，做到了端到端時(shí)延低于500 ms。德國奧迪公司于2016年底在新款A(yù)4和Q7上推出了一項(xiàng)V2I技術(shù)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)把紅綠燈相位信息推送給車載終端，提供駕駛?cè)思t燈等待時(shí)間以及綠燈剩余時(shí)間，并用于發(fā)動機(jī)的熄火和發(fā)動。德國聯(lián)邦公路所發(fā)起制定的道路交通控制系統(tǒng)開放式通信接口協(xié)議(OCIT)定義了交通信號控制系統(tǒng)內(nèi)外場設(shè)備的接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[1]。我國從2011年9月開始，由清華大學(xué)姚丹亞牽頭開展了“863”計(jì)劃項(xiàng)目“智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究”，實(shí)地驗(yàn)證了車車協(xié)同換道、車車/車路協(xié)同避撞、車輛主動安全輔助、行人避撞、盲區(qū)預(yù)警、障礙物預(yù)警、緊急車輛信號優(yōu)先、車隊(duì)控制與和速度引導(dǎo)、車隊(duì)協(xié)同路口通行等15個(gè)典型應(yīng)用場景[2]。2015年9月開始，工信部先后與浙江、京津冀、重慶、吉林、湖北5個(gè)區(qū)域的省市政府簽訂《基于移動寬帶物聯(lián)網(wǎng)的智能汽車和智慧交通應(yīng)用示范》合作協(xié)議，從國家層面確定我國車路協(xié)同的技術(shù)發(fā)展方向。2017年，工信部聯(lián)合20個(gè)部門聯(lián)合成立車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專委會，進(jìn)一步加強(qiáng)跨部門、跨行業(yè)協(xié)同推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2018年4月，工信部、公安部、交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)布了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范(試行)》。2018年6月，工信部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，明確包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車、信息通信、電子產(chǎn)品與服務(wù)、智能交通和車輛智能管理5個(gè)方面標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)容[3]。目前，全國層面的車聯(lián)網(wǎng)和車路協(xié)同應(yīng)用測試基地/試點(diǎn)示范區(qū)共有10處，包括無錫、上海、北京、河北、重慶、長沙、浙江、廣州、長春、武漢和成都。其中，無錫、上海、北京- 河北、重慶和長沙目前的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一定規(guī)模，在全國具有一定影響力[4]。

總體上來看，針對車路協(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，更多的是試點(diǎn)或試驗(yàn)類項(xiàng)目，開放道路的大規(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，推動智慧交管技術(shù)的發(fā)展。

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

從物聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(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)是通過以信號機(jī)為核心的管控設(shè)備的橫向直連和開放互通，對多源數(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)包括來源于交通檢測設(shè)備的流量、速度、排隊(duì)長度等，來源于控制設(shè)備的信號燈色、周期、相位時(shí)間等，來源于車載設(shè)備的車輛位置、速度、狀態(tài)等，如圖1所示。

圖1 以信號機(jī)為核心的前端設(shè)備物聯(lián)接入

中心系統(tǒng)互聯(lián)是通過以信號控制系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)橫向互聯(lián)和開放共享，打通交管系統(tǒng)、公交運(yùn)營系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)出行服務(wù)平臺等數(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)開放共享。主要數(shù)據(jù)項(xiàng)包括來源于信號控制系統(tǒng)的控制方案、策略及方式等，來源于交警指揮系統(tǒng)的違法車輛、交通事件等，來源于互聯(lián)網(wǎng)平臺的擁堵指數(shù)、行程時(shí)間等，如圖2所示。

圖2 以信號控制系統(tǒng)為核心的中心互聯(lián)接入

2 車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

2.1 技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

基于公安交通管理大數(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)，基于以信號機(jī)為核心的路側(cè)智慧節(jié)點(diǎn)，匯聚交通感知、信號控制、網(wǎng)聯(lián)通信、數(shù)據(jù)交換等于一體；通過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)平臺進(jìn)行平臺級數(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，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)，如圖3所示，突破不同行業(yè)協(xié)同應(yīng)用，推動智慧交通管理發(fā)展。

圖3 “端- 邊- 云”一體化技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

2.2 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)用場景為切入點(diǎn)，基于城市交通大數(shù)據(jù)平臺，從路側(cè)設(shè)施、系統(tǒng)平臺層面，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，以交通管理運(yùn)行信息為主的公安交通管理賦能平臺，以路網(wǎng)交通診斷為主的路況診斷與信息發(fā)布平臺[5]，實(shí)現(xiàn)不同平臺間的信息交互，推動行業(yè)車輛管理平臺、交通出行服務(wù)平臺升級，形成跨行業(yè)、跨平臺、跨網(wǎng)絡(luò)信息交互及應(yīng)用的技術(shù)解決方案。平臺之間信息交互架構(gòu)如圖4所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)及平臺研發(fā)

3.1 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機(jī)，增設(shè)支持Uu模式和PC5模式的RSU，信號機(jī)通過RSU直連接入LTE- V2X網(wǎng)絡(luò)。信號機(jī)推送數(shù)據(jù)包括信號燈色、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，如圖5所示?；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[6]。

圖4 跨行業(yè)、跨平臺的信息交互架構(gòu)

圖5 路側(cè)管控設(shè)備互聯(lián)交互物理架構(gòu)

3.2 管控設(shè)備安全認(rèn)證

行駛車輛與路側(cè)信號控制機(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，如圖6所示。GB25280《道路交通信號控制機(jī)》增加了信號控制機(jī)唯一編碼要求，增加了對接入設(shè)備身份鑒別、控制指令驗(yàn)證等安全要求?；趦?nèi)嵌安全芯片的信號機(jī)及路側(cè)單元，通過安全芯片對信息數(shù)字簽名和驗(yàn)簽，構(gòu)建以電子標(biāo)識為信任根的車聯(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)證過程完全自主可控。

圖6 以信號控制為核心的管控設(shè)備安全認(rèn)證

3.3 公安交管賦能平臺

立足于交通大數(shù)據(jù)云平臺的部署，以運(yùn)行監(jiān)測、狀態(tài)診斷、信號優(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)，如圖7所示。

圖7 公安交管賦能平臺功能框架

4 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(無錫)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)示范項(xiàng)目，結(jié)合無錫智慧城市建設(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，如圖8所示。

圖8 示范應(yīng)用范圍圖

在出行信息服務(wù)方面，讓駕駛車輛先知先覺，動態(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，如圖9所示。

圖9 出行信息服務(wù)應(yīng)用場景

在輔助安全駕駛方面，路側(cè)斑馬線上的攝像頭檢測到有行人，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)會車/變道時(shí)，發(fā)送預(yù)警信息，為車輛輔助駕駛提供支撐，如圖10所示。

圖10 輔助安全駕駛應(yīng)用場景

5 結(jié)語

依托無錫車聯(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)以信號控制為核心的車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)和開放數(shù)據(jù)交互共享體系，探索車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)，驗(yàn)證涵蓋交通出行全過程的車路協(xié)同應(yīng)用服務(wù)場景，從而推動公安交管數(shù)據(jù)開放，將封閉的管控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為服務(wù)信息推送給出行者，秉承了管理即服務(wù)的理念，對智慧交管發(fā)展意義重大。