［嚴(yán)炎］

1 引言

隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，國內(nèi)在政策、產(chǎn)業(yè)層面不斷推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)逐步向成熟發(fā)展。2018 以來，工信部、發(fā)改委等有關(guān)部門陸續(xù)發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃》、《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》、《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》、《工業(yè)和信息化部關(guān)于推動5G 加快發(fā)展的通知》等文件，極大促進(jìn)了C-V2X 產(chǎn)業(yè)發(fā)展。到2025 年，車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE-V2X 等）實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋，新一代車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（5G-V2X）在部分城市、高速公路逐步開展應(yīng)用，智能化道路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃要結(jié)合5G 商用部署，推動5G 與車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同建設(shè)。C-V2X 技術(shù)將成為我國智能汽車發(fā)展的重要一環(huán)[1]。

各地在推動車路云協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)，探索車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的同時，也暴露出當(dāng)前系統(tǒng)建設(shè)存在諸多需要改善的地方，例如路側(cè)設(shè)施缺乏場景化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，云端消息接口及架構(gòu)尚未統(tǒng)一，網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證體系需要完善等。本文首先簡要回顧C(jī)-V2X 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，然后給出車路云協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容，提出基于C-V2X 的車路云協(xié)同總體架構(gòu)，重點(diǎn)分析不同場景下系統(tǒng)設(shè)施部署的設(shè)計(jì)原則及方法，最后進(jìn)行總結(jié)。

2 C-V2X 標(biāo)準(zhǔn)概述

C-V2X 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展經(jīng)歷了3 個階段，第一階段支持LTE-V2X 的3GPP Release14 版本標(biāo)準(zhǔn)于2017 年3 月正式完成，引入了工作在5.9GHz 頻段的直通鏈路（PC5 接口）通信方式[2]；第二階段支持LTE-V2X 增強(qiáng)（LTE-eV2X）的3GPP Release15 版本標(biāo)準(zhǔn)于2018 年6 月正式完成，主要在Release14 版本標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上針對直通鏈路引入了載波聚合、高階調(diào)制等技術(shù)；第三階段支持NR-V2X 的3GPP Release16 版本標(biāo)準(zhǔn)于2020 年7 月凍結(jié)，面向高級別自動駕駛等更先進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（傳感器共享、自動駕駛、遠(yuǎn)程駕駛、高級編隊(duì)等），主要對于PC5 接口支持單播、組播和廣播3 種模式，提供不同的業(yè)務(wù)能力。NR-V2X 將與LTE-V2X 形成互補(bǔ)關(guān)系并長期共存[3]，共同為各類車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供無線通信支撐。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方面，圍繞互聯(lián)互通和基礎(chǔ)支撐，我國也已發(fā)布多項(xiàng)基于LTE-V2X 的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋接入層、網(wǎng)絡(luò)層、消息層、安全等技術(shù)要求及測試方法。交通及公安標(biāo)準(zhǔn)部門也相繼發(fā)布了《公路工程適應(yīng)自動駕駛附屬設(shè)施總體技術(shù)規(guī)范》和《道路交通信號控制機(jī)信息發(fā)布接口規(guī)范》等相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)車路云協(xié)同技術(shù)在汽車駕駛服務(wù)、交通基礎(chǔ)設(shè)施以及交通管理方面的實(shí)際應(yīng)用。

3 車路云協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

基于C-V2X 的車路云協(xié)同系統(tǒng)以車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)和業(yè)務(wù)推廣為目標(biāo)，對城市部署區(qū)域內(nèi)路側(cè)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化升級改造，依托通信網(wǎng)絡(luò)、感知網(wǎng)絡(luò)、定位網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)能力。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建涵蓋面向政府的交通管理、面向企業(yè)的V2X 基礎(chǔ)服務(wù)、面向個人的多元出行服務(wù)等有機(jī)整合的綜合服務(wù)平臺，打通公安交警、互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建跨行業(yè)跨部門多源數(shù)據(jù)平臺的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)平臺對外信息共享服務(wù)。

由此，車路云協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)主要包括。

（1）路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

包括攝像機(jī)、雷達(dá)、道路檢測器、氣象檢測器等基礎(chǔ)傳感設(shè)備；融合感知單元，多接入邊緣計(jì)算設(shè)備（Multiaccess Edge Computing，MEC）；路側(cè)單元（Road Side Unit，RSU），基站等路側(cè)通信單元；電子屏，信號顯示燈等交通誘導(dǎo)設(shè)備。同時還包括對現(xiàn)有道路的信號機(jī)改造。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

包括路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間的網(wǎng)絡(luò)連接，包括基礎(chǔ)傳輸線路的建設(shè)改造及交換單元的部署。

（3）平臺建設(shè)

平臺建設(shè)根據(jù)車路云協(xié)同核心功能及配套功能，包括V2X 云控平臺、運(yùn)維平臺、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure，PKI）系統(tǒng)等建設(shè)，以及平臺部署規(guī)模及對應(yīng)的計(jì)算，存儲網(wǎng)絡(luò)資源要求。

（4）終端選型

結(jié)合業(yè)務(wù)場景考慮終端能力和規(guī)模，包括應(yīng)具備的應(yīng)用功能以及裝車形式的要求。

4 總體架構(gòu)

基于C-V2X 的車路云協(xié)同整體系統(tǒng)邏輯上可以分為應(yīng)用服務(wù)、感知網(wǎng)、定位網(wǎng)、通信網(wǎng)和終端五大功能，如圖1 所示。

圖1 車路云協(xié)同總體架構(gòu)

其中感知網(wǎng)提供對道路目標(biāo)，道路事件以及道路環(huán)境信息進(jìn)行精準(zhǔn)感知、檢測及分類。定位網(wǎng)對道路目標(biāo)物（自身及周邊目標(biāo)）進(jìn)行高精度的定位。感知和定位基于實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以作為一張網(wǎng)絡(luò)存在，也可以作為獨(dú)立兩張網(wǎng)絡(luò)存在，相互配合。通信網(wǎng)基于有線或無線的方式完成系統(tǒng)中各網(wǎng)元的信息交互，例如車車，車路，車云之間信息的可靠傳輸。應(yīng)用服務(wù)集中提供車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，根據(jù)部署單位，部署地域的不同存在多個層級。

結(jié)合實(shí)際部署情況，本文在總結(jié)各地實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，并確保方案在跨技術(shù)領(lǐng)域、跨系統(tǒng)集成、跨行業(yè)融合、跨平臺開放等前提下，細(xì)化車路云協(xié)同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 車路云協(xié)同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

實(shí)際部署時，新建場景由于建設(shè)運(yùn)營方的不同，設(shè)備會歸屬于不同網(wǎng)絡(luò)，部分場景可復(fù)用現(xiàn)有設(shè)備。例如RSU由運(yùn)營商統(tǒng)一建設(shè)運(yùn)營時隸屬于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，由政府或行業(yè)運(yùn)營方建設(shè)運(yùn)營時則隸屬于車路云協(xié)同專網(wǎng)。攝像機(jī)可以同已有視頻監(jiān)控網(wǎng)攝像機(jī)復(fù)用也可以進(jìn)行獨(dú)立部署。

5 基礎(chǔ)設(shè)施部署

為滿足車路云協(xié)同建設(shè)“兩率一感”（“兩率”即路側(cè)設(shè)備及車載設(shè)備滲透率，“一感”即使用者獲得感）的持續(xù)提升，路側(cè)設(shè)施投資非常巨大。依據(jù)一定的部署設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有目標(biāo)、有策略、有節(jié)奏進(jìn)行路云基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是需要重點(diǎn)考慮的因素。

云端設(shè)施基于云平臺的架構(gòu)，核心業(yè)務(wù)均部署在公有云或混合云平臺上。云平臺對全路段資源、數(shù)據(jù)、事件進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)行監(jiān)測，整體管控并可進(jìn)行多區(qū)域聯(lián)合管制、通知、協(xié)同作業(yè)。各區(qū)域可以依靠云平臺的云服務(wù)能力進(jìn)行業(yè)務(wù)場景定制化開發(fā)。

路側(cè)設(shè)施主要包括移動通信云網(wǎng)和車路協(xié)同專網(wǎng)。移動通信云網(wǎng)用于通信和回傳，車路協(xié)同專網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)用于感知路側(cè)信息，并進(jìn)行融合分析，通過RSU 給車輛廣播。在獲取公安交警授權(quán)情況下，可以對接交警信號機(jī)獲取紅綠燈信息，共用部分交警攝像機(jī)。

車載單元（On-Board Unit，OBU）可以采用前裝、后裝方式部署；前裝OBU 連接車輛控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）接口，能和車進(jìn)行交互，同時連接車載中控顯示，支持應(yīng)用展示和提醒。后裝OBU 可以采用后視鏡、手機(jī)支架等多種方式和形態(tài)，方便推廣，快速擴(kuò)大用戶規(guī)模。車載單元可以優(yōu)先在行業(yè)（貨運(yùn)集卡、工程車等）、公共服務(wù)特種車輛（環(huán)衛(wèi)車、公交車、出租車、警車、救護(hù)車等）部署，實(shí)現(xiàn)特種車輛管控和效率提升功能。

5.1 路側(cè)通信感知設(shè)備部署

（1）十字路口部署

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖3 所示，根據(jù)十字路口周圍建筑物、植被等環(huán)境情況部署，建議采取如表1 所述的場景分類原則部署。

表1 不同場景十字路口RSU 部署原則

感知設(shè)備部署原則：如圖3 所示，感知設(shè)備包括雷達(dá)（R）和攝像機(jī)（C），照射車尾方向，宜采用橫桿延伸到道路中間安裝。

圖3 十字路口設(shè)備部署示意

（2）丁字路口部署方案

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖4 所示，無遮擋情況下，丁字路直道處部署1 個RSU，覆蓋整個丁字路口。實(shí)際部署時，可以根據(jù)桿位情況調(diào)整，確保丁字路口各個方向無遮擋。

感知設(shè)備部署原則：如圖4 所示，照射車尾方向，丁字路口共計(jì)4 個方向部署，宜采用橫桿延伸到道路中間安裝。

圖4 丁字路口設(shè)備部署示意

（3）長直道路部署方案

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖5 所示，根據(jù)滲透率和可靠性要求確定，部署間距200～800 m，采用抱桿安裝?？筛鶕?jù)道路遮擋情況和安裝條件，確定在道路單邊安裝或者對向安裝。在彎道、高架、橋梁等因遮擋問題導(dǎo)致信號覆蓋不足（建議值：信號強(qiáng)度RSRP<-110 dBm）區(qū)域，需要單獨(dú)規(guī)劃RSU 補(bǔ)充覆蓋。公路建設(shè)規(guī)劃時，建議每200 m 左右預(yù)留路側(cè)設(shè)施安裝點(diǎn)位，便于后續(xù)加強(qiáng)覆蓋。具體可參考表2 所述間距部署。

表2 長直道路RSU 部署間距

感知設(shè)備部署原則：如圖5 所示，長直道路延伸方向，部分場景需要提前感知車輛信息，需在延伸道路上部署雷達(dá)和感知設(shè)備。城市道路路況復(fù)雜，雷達(dá)宜按照200 m 密集間距部署，攝像機(jī)根據(jù)其覆蓋能力部署，一般按照100 m 間距部署。雷達(dá)和攝像機(jī)部署，延道路行駛方向，每個行駛方向單項(xiàng)部署，采用追打方式連續(xù)覆蓋，照射車尾。

圖5 長直道路設(shè)備部署示意

（4）環(huán)島部署方案

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖6 所示，根據(jù)環(huán)島區(qū)域遮擋情況確定RSU 數(shù)量。如果環(huán)島內(nèi)無遮擋或存在高桿，則只需要部署1 個RSU。如果存在樹木遮擋，則需要在每個路口方向部署1 個RSU。其他復(fù)雜環(huán)島，如高架下環(huán)島、6 路口等多個路口環(huán)島，根據(jù)實(shí)際遮擋和安裝條件情況調(diào)整數(shù)量和安裝位置，確保RSU GPS 信號和覆蓋信號無遮擋。同時確保相鄰RSU 間無遮擋，且間距<800 m，否則需要增加RSU 部署。

感知設(shè)備部署原則：如圖6 所示，按照道路行進(jìn)方向部署雷達(dá)+攝像機(jī)，照射車尾方向，每條道路入口方向進(jìn)行傳感器部署，在無遮擋，且環(huán)島較小的場景，可與十字路口使用相同部署方案。一般性中間帶綠化的環(huán)島部署，需要按照每個道路行進(jìn)方向進(jìn)行部署，同時，在環(huán)島出口處需要與直行道路采用同樣部署方案，如圖6 所示。

圖6 環(huán)島設(shè)備部署示意

（5）匝道路口部署方案

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖7 所示，匝道一般無遮擋，交叉口部署1 個RSU，覆蓋匝道口，確保匝道和主道匯入位置信號覆蓋良好?？筛鶕?jù)立桿情況和遮擋情況，適當(dāng)調(diào)整部署位置。

感知設(shè)備部署原則：如圖7 所示，按照道路行進(jìn)方向部署雷達(dá)+攝像機(jī),匝道感知設(shè)備部署位置距離匝道口100 m 左右，直到距離匝道口50 m。雷達(dá)攝像機(jī)覆蓋匝道匯入車輛，照射車尾方向。

圖7 匝道路口設(shè)備部署示意

（6）急轉(zhuǎn)彎等部署方案

RSU 通信設(shè)備部署原則：如圖8 所示，轉(zhuǎn)彎路口部署1 個RSU，覆蓋整個彎道。

感知設(shè)備部署原則：如圖8 所示，每個路段使用1 臺雷達(dá)+1 臺攝像機(jī)，距離路口100 m。彎道2 條路段，共計(jì)2 臺雷達(dá)+2 臺攝像機(jī)，檢測為車尾方向。

圖8 彎道設(shè)備部署示意

5.2 融合感知計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署

路側(cè)融合感知計(jì)算單元根據(jù)設(shè)備選型和算力情況在路口配置，融合感知設(shè)備AI 算力需要具備擴(kuò)展能力。

（1）在低于8R+8C 以下的場景，建議以低性能緊湊型融合感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

（2）對于大于8R+8C 的場景建議使用大算力設(shè)備集中處理。

（3）根據(jù)算力和傳輸條件不同，1～2 個路口部署1個融合感知計(jì)算單元。

（4）宜就近安裝到路邊空調(diào)機(jī)柜中或部署到機(jī)房。

5.3 傳輸部署

傳輸設(shè)備部署優(yōu)先考慮車路協(xié)同，同時兼顧安全駕駛場景，部署原則如下。

（1）RSU、融合感知節(jié)點(diǎn)、各類傳感器（攝像機(jī)、氣象儀器）等設(shè)備之間通過本地交換機(jī)完成站點(diǎn)組網(wǎng)，多個站點(diǎn)通過匯聚交換機(jī)或路由器組成光纖環(huán)網(wǎng)。光纖環(huán)網(wǎng)通過路由器與云平臺連接，例如V2X 云控、運(yùn)維平臺、安全平臺等。

（2）RSU 和運(yùn)維平臺，安全平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸小，對傳輸帶寬的需求可忽略。RSU 和V2X 云控之間需要傳輸大量應(yīng)用消息，傳輸部署時，需要滿足對傳輸帶寬的需求。

（3）RSU 向V2X 云控發(fā)送消息時，單個RSU 對傳輸帶寬的需求：RSU 連接V2X 云控的上行帶寬需求約10 Mbit/s。

注意以上涉及RSU 的帶寬估算僅限支持DAY I[4]、DAY II[5]應(yīng)用場景的RSU。

5.4 云平臺部署

如圖9 所示，云平臺建設(shè)宜采用分層建設(shè)方式，建設(shè)部級（根CA 中心）、省級（綜合平臺負(fù)責(zé)監(jiān)管和呈現(xiàn)、顯示區(qū)域狀態(tài)、比如車輛數(shù)、事故數(shù)等；中間證書機(jī)構(gòu)；圖商地圖平臺；運(yùn)維監(jiān)控中心等）、地市級（負(fù)責(zé)具體車路協(xié)同應(yīng)用和業(yè)務(wù)）云服務(wù)平臺。

部署原則如下：（1）地市給省中心上報北向數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)北向和運(yùn)維北向數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)北向數(shù)據(jù)提供地市交通統(tǒng)計(jì)、監(jiān)管統(tǒng)計(jì)、事故統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，由省中心匯總，集中管理和展示交通情況。運(yùn)維北向數(shù)據(jù)上報設(shè)備數(shù)量、設(shè)備狀態(tài)等信息，由省中心對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中管理。

（2）按照公里數(shù)和數(shù)據(jù)計(jì)算量購買服務(wù)器資源和計(jì)算資源?？墒褂霉性苹蛘咚接性品?wù)。

圖9 云平臺分層分級架構(gòu)

6 小結(jié)

基于C-V2X 的車路云協(xié)同系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動駕駛、智慧交管、智慧出行服務(wù)等應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，與國外發(fā)展單車智能的方向不同，我國發(fā)展智能交通的技術(shù)路線為基于車路協(xié)同的“單車智能+網(wǎng)聯(lián)賦能”。截止2021 年，國內(nèi)實(shí)現(xiàn)通車的公路里程達(dá)到519 萬公里（含16 萬公里的高速），如何通過規(guī)劃、設(shè)計(jì)實(shí)踐積累，做好車路云協(xié)同建設(shè)規(guī)范和指南，是未來大規(guī)模推廣車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)施的關(guān)鍵任務(wù)之一。本文所提的基礎(chǔ)設(shè)施部署方法按照道路的基本形態(tài)進(jìn)行場景劃分，所給出的部署參數(shù)、間隔范圍等建議較為寬泛。隨著更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累、系統(tǒng)仿真優(yōu)化和業(yè)務(wù)需求驅(qū)動，探索基于服務(wù)需求、更多道路環(huán)境因素考量的場景化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)將是下一步主要工作。