國家級車聯網先導區的 V2X車路協同架構研究及應用探索

朱曦寧 楊輝 翟英鴻 張創

【摘要】? ? 車聯網產業是電子信息通信、道路交通運輸等行業深度融合的新興產業，也是全球創新的熱點，是未來5G賦能行業的重點方向。傳統自動駕駛等智慧交通技術的發展依賴于車廠主導的單車智能技術研發，存在感知盲區和算力受限的瓶頸，而車路協同是解決單車智能技術發展瓶頸的根本手段。本文依托國家級車聯網先導區建設運營經驗，重點分析5G引入對車聯網的影響，探究車路協同的整體架構、硬件設計、場景應用等。

【關鍵詞】? ? 車路協同? ? V2X? ? 車聯網

引言：

隨著5G時代到來，C-V2X路線逐漸明確，5G和邊緣計算給車聯網應用帶來了更多的可能。車聯網產業是電子信息通信、道路交通運輸等行業深度融合的新興產業，也是全球創新的熱點，對現階段相關技術、標準、應用等的研究具有一定價值。本文主要依托國家車聯網先導區試點情況，總結相關經驗，對車路協同系統架構、部署方案及應用場景等進行探討。

一、系統架構

傳統智能交通主要圍繞單車智能技術進行研發，如輔助駕駛，碰撞安全系統等。但單車智能依賴于車輛自身的傳感器和計算處理能力，存在感知盲區、算力有限、協同性弱等問題。為從根本上解決基于傳統單車智能的自動駕駛技術存在的問題，需要結合5G通信、大數據、物聯網、人工智能技術實現智能車聯，打造車路協同的智慧交通?，F階段采用的車路協同架構如下圖所示，主要分為4個層級：

基礎設施層：車輛集成的5G通信模塊、車載傳感器，路側部署的各種傳感器、攝像頭、RSU等，以及GPS視覺感知融合的高精度定位技術，實現對車輛、道路環境數據的感知收集和基礎計算功能。

網絡層：連接車輛、路側傳感器、MEC等設備，利用5G高速率、低時延、海量連接的特性實現環境信息、車輛信息、控制信息的實時傳輸。

平臺層：在采集數據的基礎上，實現區域內道路、基礎設施、車輛等信息的匯集，構建五維時空模型（三維+時間+環境），實現車聯網相關應用決策的制定與下發。

應用層：承載具體應用，為政府、車企、大眾等提供個性化的平臺接入能力和應用服務。

1.1網絡架構

車聯網以車輛信息交互為核心，通過C-V2X網絡形成車-車（V2V）、車-路（V2I）、車-人（V2P）等之間協同感知、決策與控制。核心包括V2X網絡、路側單元、車載終端、云平臺等。得益于5G網絡的引入，車聯網的實時性、可靠性得到保障，融合大數據、云計算等技術后，車路協同的智慧交通能力可以得到大幅提升。具體端到端架構如圖：

1.2 V2X平臺

1.2.1 V2X平臺功能

V2X是車聯網技術的核心，通過車-車（V2V）、車-路（V2I）、車-人（V2P）、車-云（V2N）等信息交互和共享，使車和周圍環境協同與配合，實現智能交通管理控制、車輛智能化控制和智能動態信息服務的一體化網絡。V2X平臺的核心功能通過V2X服務器實現，主要包括V2X服務、車路協同策略、交通及網絡數據獲取推送及MEC功能。并與外部交通數據平臺如交通大數據平臺、交通設備管理系統、車企聯網平臺、交通監控平臺等實現互通。

1.2.2多級V2X平臺部署

針對路側智能感知的海量、超低時延數據計算與傳輸需求，具體部署建議采用分級的方式進行，分層提供不同的服務能力：

V2X中心平臺提供終端管理、用戶管理、計費管理、業務管理、安全管控功能，具有全局管理、數據分析以及跨區域業務和數據調度能力;

V2X區域平臺提供區域終端數據接入、區域交通數據匯聚、區域交通數據分析、邊緣節點資源調度等功能，并為第三方應用廠商提供應用托管;

V2X邊緣節點提供車輛終端實時接入、路側傳感數據融合計算、分析及邊緣側應用托管等功能，同時，支持邊緣節點間數據同步、計算協同、業務連續性保持等能力，以滿足V2X邊緣側業務需求。

各級平臺除支撐紅綠燈信息推送、交通事件提醒等輔助駕駛應用外，三級平臺協同可實現更高等級的自動駕駛。

1.3路側智能設備

路側智能設備包括路側通信單元（RSU）、道路智能感知交通基礎施（傳感器等）、智能交通基礎設施（信號機等）。其中RSU是部署在路側的通信網關，匯集道路智能感知設備和智能交通基礎設施的信息，上傳至V2X平臺并將交通信息下發至車輛。

1.4車載終端

車載終端（OBU）主要實現信息的采集、處理和通信，同樣也支持移動蜂窩網Uu口和PC5直連。一般通過Uu口與V2X平臺互聯，通過PC5口與RSU相連。OBU可上傳車輛位置等信息至V2X平臺，V2X平臺下發交通信號、路況、控制等信息至車輛，OBU還可以通過PC5接口獲取RSU的廣播數據，實現紅綠燈信息推送、車速引導等車路協同應用場景。

1.5 C-V2X網絡

C-V2X是基于蜂窩移動通信技術的車用無線通信技術，車路協同中常用的通信有兩種方式，基于直連和基于蜂窩網絡?；谥边B方式的通信：RSU基于直連信道（采用PC5接口）與其附近（視距覆蓋范圍內）搭載了V2X OBU的車輛進行通信，實現車路協同。車輛間也可通過PC5口進行通信，受益于直連方式，可以實現低時延、高可靠事關的特性?；?/5G網絡的通信：RSU、車輛均通過4/5G信道（采用Uu接口）與V2X平臺相連，實現車路協同通信。此方式借助覆蓋良好的移動網絡可實現更大范圍的可靠通信，但移動網絡時延方面需要進行優化。V2X路側終端一般采用連續覆蓋鋪設方式打造車路協同網，根據現有經驗，按約400米間距部署RSU可實現PC5全程V2X通信功能，但暫無系統性部署規范。在實際項目中，RSU路側單元的部署應考慮業務和路段環境等多方面的影響。

二、應用探索

車路協同的發展方向是推進交通管理信息進一步開放，融合智慧交通管理系統與C-V2X技術，促進車聯網平臺與城市大數據中心互聯互通，建立“人-車-路-云”協同的城市智慧交通體系建設，改善交通出行體驗。目前較典型的應用有以下幾種。1.道路危險狀況提示：通過路側感知設備探測到道路存在潛在危險狀況，如橋下存在較深積水、路面有深坑、前方急轉彎等，路側單元（RSU）周期性對外廣播道路危險狀況提示信息，車輛依據自身位置信息和危險狀況提示信息，對駕駛員進行預警。2.弱勢交通參與者碰撞預警：車輛在行駛中因視線盲區與周邊弱勢交通參與者存在碰撞危險時，應用將對車輛駕駛員或行人進行預警。主要有行進視覺盲區預警和倒車盲區預警兩個應用場景，此場景要求車輛及行人具備短程通信能力。3.遠程駕駛：車內攝像頭和傳感器作為駕駛員的感知采集設備，借助5G車聯網的低時延、大帶寬，通過實施現場視頻的回傳及控制信息的下發，實現遠程駕駛?？梢詰迷诰葹?、搶修等特殊場景，降低工作的危險性，提高工作效率。4.前向碰撞預警：車輛之間通過PC5口通信獲得彼此的位置、速度、加速度等實時行駛狀態信息，OBU通過計算分析后提醒用戶是否存在碰撞危險。5.紅路燈信息推送：OBU將車輛行駛信息實時上傳至V2X平臺，RSU將紅綠燈信息上報至V2X平臺，V2X平臺將紅綠燈信息推送至車載終端（OBU）進行顯示，引導車輛高效通行。6.車輛編隊行駛：自動控制一隊緊密聯系的車輛，車輛間建立連接，保持特定的距離，共享速度、方向、加速、制動等信息。通過該技術可以減少車輛間的距離，提高道路容量，減少風阻并降低燃料消耗，減少司機需求。除以上列舉典型應用外，車聯網還有著豐富的應用探索方向，如超視距環境感知、潮汐車道提醒、緊急車輛通行提示等等。最終車路協同將向高等級自動駕駛方向演進。

三、結束語

車聯網是工業互聯網極具潛力的行業應用方向，尤其在5G引入后，基于高可靠、低時延、大帶寬的車路協同網建設，可以打通基于單車智能的智能交通發展瓶頸，提升車路協同能力，加速自動駕駛時代的來臨。但目前車聯網行業仍處于發展階段，在政策、終端、網絡、系統對接上均仍有大量問題待解決。一是網絡規劃建設標準仍在梳理中。二是跨部門協同需要不斷深入。三是產業鏈發展相對滯后。后續應聯合政府行政能力與各方面專業力量，共同推進車路協同系統成熟，真正實現5G賦能交通，實現智慧生活的愿景。

參? 考? 文? 獻

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