车路协同技术在智慧高速建设中的应用展望

作者：刘志（苏交科集团股份有限公司）

摘要：现代交通面临的两大挑战是交通安全和通行效率。传统的解决方法是采用车辆安全保障、控制诱导等方法，但随着近年来我国汽车总量不断增长，交通问题日益严重，传统解决方法处理起来存在很大的局限性。近年自动驾驶和车路协同技术的出现，为解决交通安全和通行效率问题提供了根本性解决方案。然而目前受制于技术和成本的限制，无法满足多种复杂情况下无人驾驶，而对于一些稍微简单、结构化的场景，借助车路协同技术有望实现无人驾驶。我国高速公路基本属于封闭式道路，人对交通不利影响得到大幅度遏制，相对环境简单；其次是高速公路道路条件优良，相对具有平整的路面、简捷的线性、简单的互通结构；最后高速公路经过三十多年的发展，包括收费、监控、通信等机电设施比较齐全，这些条件更有利于车路协同自动驾驶在智慧高速中的实现。

2016年国家发展改革委、交通运输部印发的《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》《推进智慧交通发展行动计划》等相关政策文件，与2019年9月国务院印发的《交通强国建设纲要》，都明确提出了车路协同作为核心技术支撑，到2035年基本建成交通强国，加强智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）研发，形成自主可控完整的产业链；在智慧交通创新方面，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合；推进数据资源赋能交通发展，加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展，构建泛在先进的交通信息基础设施。

车路协同技术应用推广开始加速，与之相关配套政策出台，刺激了交通基础设施智能化市场需求和产业链的发展。随着技术和产业的发展，在无人驾驶探索过程中，技术、产业链和法规成熟存在较长的周期，但面向安全和交通效率的智慧公路，自动驾驶应用，车路协同的技术、产品和应用已经具备起步条件。高速公路对车路协同自动驾驶的优势体现在车路协同的运行环境较简单、主体权责清晰、设施建设等较为齐全等方面^[1]。然而，高速道路单一的行驶环境、较长的行驶里程，使得疲劳驾驶成为高速事故的主要原因，事故后的现场警示及救援力量的响应速度也不尽如人意。车路协同技术的应用，可以极大减少高速道路交通事故发生率，提高部分路段车辆行驶速度，提高车辆的通行效率，强化高速道路的输送能力。当高速公路突破每小时120公里时，也能提升运行效率^[2]。此外，还能以车路协同道路条件要求，促进前装车载终端、后装车载设备、道路实况APP的普及推广，从而形成驾驶者的使用粘性，促进产业的良心循环和商业模式的衍生。

一、系统架构

现阶段的高速道路建设，主要以保证交通安全、强化输送能力、提升服务水平为主，以车路协同为建设方向，开展高速道路的高精度定位、智能视频监控、交互式交通标志、高速道路云控平台、公众出行服务平台等内容的建设工作。根据初步建成的路侧感知设备，搭建管控、调度、服务平台，为道路使用者提供车道级导航、无停留收费、前方事故预警、抛洒物预警、特殊车辆避让、匝道口预警、气象环境推送、标志标牌信息数字化发布等车路协同功能。车路协同基础设施架构如图1所示。

自定义路侧设备类型：定义各种路侧设备的能力，包括路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等的设备属性，为路侧设备提供统一的设备模型、发放、认证、注册鉴权、设备升级、配置、数据订阅、命令、数据存储归档服务等，确保合法设备的相互通信及信息安全。

支持多种路侧设备的管理：支持智能路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等路侧设备的接入，接收到路侧设备上报的数据后，平台计算可能存在的风险，并向车辆下发预警信息或调度指令。实现基础设施的智能化管控：提供大容量多类别的设备认证、接入、管理、状态监控功能；管控车路协同传感系统、路侧设备，服务智能网联汽车运行。提供开放的开发接口服务：与交通和交管部门的平台实现互联互通，开放数据接口，接入道路管理系统、交通信号管理系统、实时路况、视频监控、高精度地图等交通信息，并提供API访问接口。支持V2X应用信息交互：闯红灯预警、基于信号灯的车速引导、道路危险状况提示、超速告警、限速预警、交叉路口碰撞预警、行人盲区预警/电单车出没预警、匝道车辆汇入预警、车内标牌等。

传统智能交通系统是依托中心云平台，在前端实时采集数据，通过有线/无线网络上传至云端，在云端上进行计算、分析，并将结果发布至智能路侧单元和移动终端上，实现云端和终端设备的协调控制。但随着车路协同技术的发展，智能终端产生海量的实时数据需要处理，车辆行驶安全服务需要毫秒级延时，以便通知驾驶员或控制车辆采取措施。基于车路协同的智慧交通系统层次结构如图2所示。然而中心云平台计算方式无法满足低延迟的要求，保证车路协同的时效性。于是出现了边缘计算，它可以将云端的计算能力移动到边缘层，在边缘设备上完成绝大部分的计算，并通过智能路侧单元等传输手段，实时将结果发送给装置车载单元的车辆，满足车路协同的低延迟需要。边缘计算架构如图3所示。

二、V2X应用场景设计

（一）交通标志数字化发布 

交通标志摆脱实体的束缚，以数字化的形态存在于道路交通环境中。每一块标志都会有一个唯一的身份识别码（类似人的身份证号码），通过无线广播的方式向道路上行驶的车辆发送识别码，车载设备通过解码获取标志的内容，从而采取相应的措施。同时可以拓展标线数字化、信号数字化、护栏数字化等，从而构建一个数字化的道路交通环境，基于此来实现车路协同。

（二）气象环境监测与车速引导

依托高速部分路段的气象监测站，将检测到的环境条件（如雨、团雾、沙尘）气象信息上报V2X平台，按照事先设定的原则变换限速值，同时将变化的限速值通过APP或者OBU发送给车辆，结合已有的视频监控分析部分路段车流量情况，通过可变限速标牌、信息提示屏等，对车辆进行车速引导。

（三）道路危险状况提醒

交通管理部门对特定路段进行道路危险状况事件下发，包括：道路施工、大雾、雨雪、滑坡等。当车辆行驶至事件推送范围内路段，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员谨慎驾驶。

限速提醒/超速告警：交通管理部门对特定路段进行限速下发，当车辆行驶过程中，超出该路段限定速度，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员减速行驶，适用于普通道路及高速公路等有限速的道路。

（四）匝道车辆汇入预警

车辆在高架或高速道路上正常行驶并接近匝道时，智能路侧单元将闸道汇入的车辆信息发送给直行车辆终端，对直行车辆驾驶员进行提醒，避免碰撞事故的发生。

（五）事故区域警示

当事故发生后，由事故车辆、经过车辆的车载设备、临时警示交通标志、高速安全监控等多种数据来源向V2X车路协同平台上报事故精确地点、占用车道等事故信息，联系救援中心，并通过路侧设备（RSU）向后方来车广播推送事故信息，避免损失的扩大。

（六）车辆故障上报

结合车载设备，在故障发生时自动上报车辆故障信息和位置信息等，为故障车辆提供汽车维修和拖车服务，通过V2X车路协同平台传输至智能路侧单元，同步向周围车辆广播前方车辆故障，避免二次险情。

（七）道路养护提示

结合高精度定位、一键事件上报、警示安全锥桶、警示三角牌等，通过对传统的交通安全设施进行物联网化改造，并与APP数据平台无缝对接，实现道路施工和封闭管制信息的实时精准采集和发布，提升用户出行效率和安全水平。

三、结束语

车路协同系统是当前解决自动驾驶短期内难以实现无人驾驶和交通拥堵问题的主要解决方法之一，通过采用低延迟高带宽的无线通信和新一代互联网技术，可以全方位实施车车、车路动态实时信息交互，扩展交通信息的时空范围，丰富其获取手段，提供感知的超视距信息，能够大范围开展车辆主动安全控制和道路协同控制。

车路协同是人工智能、大数据、云平台、无线通信、高性能计算等新一代信息技术深度融合的产物，是当前全球汽车与交通出行领域智能化和网联化深度结合发展的产物，已成为各国科技争抢的战略制高点。

车路协同将发展成未来智能交通核心技术，将实现交通信息时空的采集和融合，完成汽车安全控制从自主模式向协同模式的转变。这种基于车车、车路、车人信息交互，建立人、车、路一体的车路协同系统，对提高交通运输系统的效率和安全性、实现交通系统的可持续性发展具有十分重要的意义。同时车路协同技术的发展将带来全面的社会和经济影响，重塑如今的城市和公众出行，能够大大提高交通领域的安全性和效率。

参考文献

[1] 杨晓寒.高速公路车路协同自动驾驶条件及技术研究[J].交通工程,2019(2)：262-266.

[2] 陈晓玲.基于模糊理论的高速公路智能控制系统探讨[J].工程建设与设计,2016(7)：132-137.

（原文刊载于2020年第4期《中国交通信息化》）

---

微信编辑 | 户利华

责任编辑 | 彭翔