车路协同在高速公路应用的探讨

姚良金

（广东新粤交通投资有限公司，广东广州 510700）

0 引言

基于智能交通系统的发展背景下，车路协同技术在高速公路运营管理中的作用逐渐凸显，其融合物联网、云计算、5G通信等技术，实现了人、车、路、环境等要素的一体化和谐发展，形成安全、高效、环保的交通系统。目前我国正在不断探索车路协同在高速公路应用，本文主要围绕此展开分析。

1 车路协同发展背景

智能交通系统（ITS），是一种集信息技术、网络通信技术、数据采集与电子传感等技术为一体的管理系统，可实现对交通运输过程的实时、高效、准确管理。近年来，我国出台了不少政策鼓励交通运输行业智慧化建设，并推进相关试点工作，充分体现北斗高精度定位、物联网、大数据、人工智能、智能驾驶、车路协同等技术在交通运输管理和服务方面的创新应用。

车路协同，主要是利用无线通信、传感探测技术等获取车路信息，通过车车、车路信息交互与共享，实现车辆与基础设施、车辆与车辆智能协同与配合，达到对系统资源的优化利用、提高交通安全、缓解拥堵的效果。目前，根据不同组织定义，可将车路协同应用场景分为安全、效率、信息服务三大类，并逐渐朝着支持实现自动驾驶的协同服务类应用发展，具体如表1所示。

表1 车路协同应用场景

2 车路协同系统建设思路

广东省是交通运输部新一代国家交通控制网、智慧公路试点工程的第一批试点省份，下文依托广乐高速，基于“云—网—节—端”的新型技术体系，探索车路协同系统建设思路如下。

2.1 云端

搭建公有云+私有云的混合云体系，为所有车路协同路运一体化系统和各类创新应用探索提供部署环境和应用支撑。云端主要由以下两个部分组成：

2.1.1 智慧公路操作系统

智慧公路操作系统是为前端应用系统提供数据、技术、业务支撑的公共组件平台，主要包括：

数据引擎：通过对多源异构的数据采集、治理、分析，梳理出高速公路行业的主数据标准，形成数据资产。

业务引擎：抽取前端应用系统的共性业务逻辑，将业务与业务逻辑剥离，实现前端业务系统的敏捷开发。

技术引擎：采集广乐高速南段约28km全要素高精度地图数据、搭建算法管理平台，为应用系统提供底层技术支撑。

2.1.2 云端部署的业务系统

路运一体化平台（智慧公路版）：包括平台门户、交通事件管理、视频管理、路网运行监测、收费运行监测、应急指挥调度、大数据路网综合决策分析、可视化展示8个功能模块。针对车路协同、北斗高精度、互联网+等方面应用展开探索。

2.2 网端

本项目的网络建设包括高速公路通信网、移动通信网、互联网等，主要是提供通信链路和传输媒介。

2.3 节端

节端主要是在路侧部署智慧通信站，用于前端多种设备的接入、AI智能分析、多种信息融合感知及边缘计算。智慧通信站主要由交换机、防火墙、边缘计算节点、智能网联节点终端、智能机柜等组成。

2.4 端侧

端指本项目路侧部署的各类感知、信息诱导等外场设备，端侧主要为应用系统提供各类状况感知、信息发布等功能。

3 实例探析车路协同在高速公路应用

3.1 工程概况

广州至乐昌高速公路是京港澳高速公路的复线，本项目选取广乐高速公路桩号范围K242+000～K269+840作为试点路段，包括4处收费站/通信站、两处长大下坡、隧道、服务区等设施构造物，应用场景丰富。

3.2 车路协同系统构建

本项目按照模块化、体系化的思路，构建了基于“云—网—节—端”的新型智慧公路技术架构体系（如图1所示）。通过采用算力下沉、服务上移的方式，达到智慧高速在敏捷联接、实时响应、数据优化、应用智能、服务精准等方面的关键需求。

图1 “云—网—节—端”架构

3.3 车路协同应用探索

车路协同应用主要实现下述场景下的应用探索：

3.3.1 V2I场景

（1）交通拥堵提示：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生了真实的、可由视频检测的交通拥堵场景。智慧通信站获取交通拥堵事件后，将数据进行封装分别下发RSU和上报云平台。

（2）物检测：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生了可由视频检测的抛洒物场景。智慧通信站获取抛洒物事件后，将数据进行封装分别下发RSU和上报云平台。

（3）应急车道非法占用：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生了可由视频检测的应急车道非法占用事件场景。

（4）交通事故检测：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生了真实的、可由视频检测的交通事故场景。智慧通信站获取交通事故事件后，将数据进行封装分别下发RSU和上报云平台。

（5）常规交通信息发布：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生虚拟的、无视频检测设备可用的常规交通场景，如匝道提示、收费站提示、前方并线提示、横风提示、团雾提示、天气预警提示等。

（6）适遇危险品车辆提醒：路侧智慧节端设备所覆盖的监测范围内，发生拟的适遇危险品运输车辆提醒场景。

（7）高速汇流车辆通行辅助：主要对于高速汇入汇出点提供一种碰撞预警机制。

（8）隧道安全提示：路侧智慧节端设备所覆盖的监测的隧道内，发生了真实的、可由视频检测的火灾等安全事故。智慧通信站获取火灾事件后，将数据进行封装分别下发RSU和上报云平台。

（9）服务区信息推送等服务：服务区基础信息推送，把车辆前方服务区的基础信息，包括服务区停车位、加油等基础信息通过RSU广播给接近的车辆。

（10）道路交通标识牌提示：道路交通标识牌提示是将道路旁边的交通标识通过RSU广播给接近标识牌的车辆，并将这些标识牌在车内呈现给驾驶员。

3.3.2 V2V场景

（1）盲区预警：车辆A通过V2X车联网获取周围车辆的位置、速度、航向角等信息，当车辆A需要进行变道且车辆A的拟变道方向的盲区存在车辆B时，则系统会自动通过HMI语音对车主进行变道预警，提醒驾驶员不要变道，避免与侧后方车辆发生碰撞。

（2）前向避碰预警：车辆A通过V2X车联网接收前车车辆信息并根据本车的位置、速度等信息计算出本车与静止或者慢速或者减速行驶的车辆的距离、碰撞时间等信息。当车辆A计算出其与道路上的静止或者慢速或者减速行驶的车辆存在碰撞风险时，则系统会自动通过HMI语音对车主进行前向避碰预警，提醒驾驶员提前采取措施避免与前车发生碰撞。

（3）紧急制动预警：车辆A通过V2X车联网接收到紧急制动车辆B的位置、速度、航向角等信息；车辆A计算出紧急制动车辆B相对于本车的位置；当车辆A计算出本车与紧急制动车辆B的距离或者碰撞时间小于一定阈值时，则系统会自动通过HMI对主车驾驶员进行预警，提醒驾驶员提前采取避让措施。

4 结语

综上所述，车路协同系统是当前智慧高速公路建设的重点内容之一，在解决交通拥堵、保障交通安全等方面发挥重要作用。车路系统系统集各种先进的信息、智能技术于一体，实现交通信息时空融合与分析，对交通要素进行协同控制，有效保证交通安全性、高效性等方面发挥重要作用，切实促进交通系统稳定、持续发展。