智慧高速公路车路协同系统构建方案研究.pdf

文章编号:():./.智慧高速公路车路协同系统构建方案研究张国锋李 宁秦 通(.山东高速日照发展有限公司 日照市 .山东高速集团有限公司 济南市)摘 要:车路协同是目前智慧高速公路发展的重要研究方向 从智慧高速中车路协同系统的整体框架、构建方案及应用场景等方面进行探讨以路侧感知系统、信息传输系统、边云协同计算及智能车载终端等构成基于 的车路协同系统方案为高速公路车路协同系统的构建提供参考 关键词:智慧高速公路车路协同 场景应用中图分类号:文献标识码:引言近年国家及有关部委陆续出台交通强国建设纲要国家综合立体交通规划纲要数字交通发展规划纲要关于加强推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知等文件为不断提升高速公路安全水平、通行能力和服务品质推动智慧高速公路建设高质量发展做出战略部署 所谓智慧高速公路是指基于业务需求以数据为核心充分利用现代技术提升路网多源感知、融合分析以及决策支持能力实现建设、管理、养护、运营、服务全过程数字化和智能化的更加安全高效、便捷舒适、科学智能、绿色低碳的高速公路 其中车路协同系统是智慧高速公路建设中的重要部分也是目前智能交通的重要研究方向 车路协同系统是基于感知、通信、计算等技术以智能路侧设备为节点获取车辆和道路信息利用泛在高效的无线通信网络通过“车 车、车 路、车 云”之间的高可靠信息交互与智能管控提高道路交通安全水平优化交通资源利用提升路网的交通承载能力提升出行效率和驾乘体验 年 月国家发改委等 个部委联合发布智能汽车创新发展战略提出到 年车用无线通信网络(等)实现区域覆盖新一代车用无线通信网络()在部分城市、高速公路逐步开展应用高精度时空基准服务网络实现全覆盖 随着国家系列政策的引导推动及相关技术的发展应用智能车路协同技术已从研究阶段向示范应用阶段迈进 高速公路相对于城区复杂道路状况交通环境更为封闭、简单 同时高速公路道路条件优良、路面平整、线型简洁场景有利于车路协同系统的部署应用 从架构方案及应用场景等维度对车路协同系统在智慧高速公路建设中的部署应用进行探讨 车路协同系统整体框架构成在智慧高速公路建设中面向行车安全与效率提升的车路协同作用构建“全时空动态信息感知 泛在无线通信网络 边云协同计算平台 车载信息交互终端”的车路协同体系具有“感知、通信、计算”三大核心功能通过车、路、网、云的协同支持(车辆与路端设备)、(车 辆 与 车 辆)及(车辆与网络/云)信息交互场景实现 方案中车路协同系统包括路侧感知系统、信息传输系统、边云协同计算系统及车载智能终端整体架构如图 所示 车路协同系统构建方案()路侧感知系统路侧感知系统通过安装在道路上的毫米波/激光雷达、视频检测器、气象感知模块、路面状况检测器等智能感知设备采集当前道路状况及交通状况等信息对道路环境进行精确感知并具备低延迟、高可靠的通信能力 年 第 期 北方交通图 车路协同系统整体架构 智能感知设备包括道路交通感知模块、道路气象感知模块和路面状况感知模块 道路交通感知模块主要采集流量、车速、占有率、车头时距等交通流参数道路气象感知模块主要采集道路沿线的气象信息如冰、雪、雨、雾、强风等道路路面状况感知模块主要采集路面的结冰、湿度、凹凸、障碍物等信息 路侧通信单元支持 (基于蜂窝网络的车联网技术)通信协议具备 及 接口设备布设采用中央分隔带背靠背方式以毫米波雷达及卡口相机为主视频监控为辅对道路进行连续覆盖监测路侧边缘计算设备处理分析高实时性数据布设情况见表 表 路侧设备布设设备数量安装位置主要功能 短焦摄像机横杆 处车牌识别每个摄像头覆盖单向 车道长焦摄像机横杆 处视频云联摄像头全景可覆盖 覆盖单向 车道雷达横杆 处覆盖双向 车道横杆 处覆盖半径边缘计算单元杆下机柜算力需求:摄像头 雷达:()信息传输系统 主要包括、之间的连接性包含两种通信接口:(直连通信接口):车与路端设备之间的短距离直接通信接口可实现低时延、高可靠通信在无蜂窝网络覆盖时也可用 接口进行 通信(蜂窝网络通信接口):车与基站之间的通信接口处于基站的蜂窝网络覆盖范围内方可使用可实现长距离和大范围的可靠通信 将 接口和 接口形成有效冗余实现低时延(小于)、高可靠(.以上)通信 其中、通信均通过 模式工作在.专用频段用于局部的、即时性的信息提示、预警等 通信通过 模式工作在运营商蜂窝网络频段由云端对交通事件、道路信息等进行数据分析、态势评估后生成交通策略进行全局的、综合性的信息发布随着 技术的商用落地 可由 向 演进基于 新空口的 可实现高吞吐量、高带宽、超低时延、无缝移动和高可靠性协助解决车辆感知、协同驾驶、远程控制等问题 同时 网络还将满足灵活部署和高效运维的需求大幅提升频谱使用效率、降低能耗成本带来车路协同通信网络的技术变革()边云协同计算系统面向车路协同智能交通应用场景建立基于多接入边缘计算网络架构同云端计算组成边云协同的数据计算系统协同处理道路交通数据分析计算北方交通 年 第 期交通状态进行智能交通调度等 云端计算平台进行较大范围内交通数据的分析处理实现整体区域的交通组织与优化提供综合交通服务等边缘计算系统汇集一定区域内的道路环境感知信息对数据进行计算、融合将处理后的信息进行分发、存储和上报云端计算云端计算系统包括基础设施层、数据处理层、设备接入层及业务应用层 基础设施层构建高性能、可扩展、安全性强的 业务运行底座数据处理层对高速业务场景中的各要素数据进行实时分析为应用层提供统一服务使上层应用与底层数据解耦并提供开放的数据接口设备接入层进行设备接入管理、拓扑管理及运维管理定义视频检测器、交通电子标志等路侧设备属性为路侧设备提供统一的认证、配置、状态监控、升级、数据订阅、数据存储等确保设备合法接入及通信安全业务应用层提供 应用服务及信息交互包括地图管理、交通事件管理、运行监测与预警、应急指挥调度、算法管理等应用模块之间松耦合、高内聚边缘计算按照算法云端训练、边缘执行的方式将通信认证、端到端通信及部分计算下沉到边缘计算系统通过边缘侧的轻量级智能推理、区域多源数据融合分析、专用交通智能算法库的本地化部署应用及/的直接连接减少信息传输的路由节点降低单一 模式通信时延()智能车载终端开发智能车载终端 ()支持移动蜂窝通信网络及 通信协议具备 接口支持 定位同车辆 总线网络连接对 数据进行读取解析 车载终端可感知并获取路侧设备及周围车辆信息具备远程通信功能可实现、及 动态信息交互并根据接收的信息结合车辆自身行驶状态及高精度定位进行智能判断对驾驶人员进行消息展示及安全辅助提醒 车路协同在高速公路中的应用场景现阶段车路协同系统在高速公路中的主要应用场景包括主动安全类和提升效率类具体应用场景见表 表 车路协同在智慧高速中的应用场景类别名称描述主动安全类限速预警在弯道、连续下坡、恶劣天气等状况下提醒驾驶员按照安全车速行驶合流区预警系统经过感知分析向正在驶向主线合流区的匝道车辆发布合流预警信息施工区预警及时发布道路施工区的具体信息引导车辆安全通行气象预警基于路侧气象监测感知设备进行气象预警信息发布如团雾、横风等实时交通事件预警基于高清视频、毫米波雷达和边缘计算设备实时感知交通事件并发布预警信息包括异常车辆预警(车辆停止、逆行、超速、低速、连续变道等)等路面状态预警系统基于路面状态检测数据发布路面湿滑、积水和结冰等预警信息隧道等场景安全预警对隧道内异常停车、逆行、交通事故、行人、抛洒物等进行检测预警对隧道外车辆进行安全行车引导提升效率类道路信息服务基于车辆的实时位置向车辆发布道路标志、标线等交通基础设施信息交通状态服务系统将感知的交通流量、平均行驶速度、拥堵路端起止位置等交通状态信息进行发布车辆编队行驶协作式车队管理包括自适应编队编队加/减速提醒换道提醒驶入/驶出提醒等 结语结合当前智慧高速建设发展实际形成了车路协同系统整体架构方案为进行高速公路车路协同路段建设部署提供参考 车路协同系统按照“统筹设计、因路制宜、先进适用、分步实施”的原则初期宜选择车流量适宜、不影响通行、利于保证安全的高速公路路段开展结合实际情况部署应用场景由路段逐渐汇成路网未来智慧高速将持续提升通行效率提高行车安全保障和出行信息服务水平大幅降低能源消耗和事故发生率提供更加安全高效和高品质的交通服务更好地满足便捷出行及高效运输的需求 其中全面提升高速公路车路控制和协同能力是智慧高速发展的重要部分 与此同时智慧高速的经济效益也是关注的重点通过动态高精度定位、实时可靠通信、车载端高精度导航、高性能控制系统、周边 年 第 期 张国锋等:智慧高速中车路协同系统构建方案研究环境实时感知等车路协同关键技术实现常规车道编队自动巡航行驶、路况动态响应、车队组合及拆分、应急救援模拟及紧急安全控制并逐步实现高速公路货车编队行驶提升高速公路物流运输效能参考文献 李昱岐.智慧高速公路建设探讨.中国交通信息化():.张毅.智能车路协同系统关键技术与应用.交通运输系统工程与信息():.蔡志理.基于车联网技术的车路协同系统设计.山东交通学院学报():.刘志.车路协同技术在智慧高速建设中的应用展望.中国交通信息化():.吴冬升.高速公路 智能网联技术、方案和应用.电信科学():.张太杰.基于 的物联网应用.通信设计与应用():.王伟力.面向车路协同关键通信技术的研究.交通工程():.刘伟.面向道路交通的 车路协同应用研究.集成电路应用():.安泽萍.高速公路智能车路协同系统应用场景库构建研究.公路():.(.).(上接第 页).:.北方交通 年 第 期