許幸榮，劉 琪，宋 蒙（中國聯(lián)通智能城市研究院，北京 100048）

0 前言

車聯(lián)網(wǎng)是指通過5G和C-V2X通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車、路邊基礎(chǔ)設(shè)施、行人以及互聯(lián)網(wǎng)之間通信和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)車輛智能控制、交通智能管理以及動(dòng)態(tài)信息交互的綜合化一體網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)的提出和發(fā)展，可以在很大程度上提升交通網(wǎng)絡(luò)的安全水平、交通效率和環(huán)保水平，并有可能徹底改變?nèi)藗兾磥淼某鲂心Ｊ?，是?shí)現(xiàn)智慧城市和綠色城市的有效途徑之一［1］。車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)）產(chǎn)業(yè)受政策、資金和技術(shù)三重因素疊加驅(qū)動(dòng)，尤其是5G商用時(shí)代提前來臨，給車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)提供了良好契機(jī)。工信部在《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展年行動(dòng)計(jì)劃》中，明確提出到2020年，車聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率達(dá)到30%以上，新車駕駛輔助系統(tǒng)（L2）搭載率達(dá)到30%以上，聯(lián)網(wǎng)車載信息服務(wù)終端的新車裝配率達(dá)到60%以上，構(gòu)建涵蓋信息服務(wù)、安全與能效應(yīng)用等的綜合應(yīng)用體系。

截至2019年10月31日，我國已經(jīng)初步建成了16個(gè)國家級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試示范區(qū)，同時(shí)推動(dòng)開放路試工作。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國共有20余個(gè)省、市、區(qū)出臺(tái)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試管理規(guī)范或?qū)嵤┘?xì)則，其中有20多個(gè)城市發(fā)出測試牌照，牌照數(shù)量總計(jì)近300張［2］。國家層面推動(dòng)的國家級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)建設(shè)，加速了5G+車聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)化進(jìn)程。

但目前來看整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式仍然處于設(shè)計(jì)階段，尚需進(jìn)行有效驗(yàn)證，主要存在用戶需求不強(qiáng)烈、投資規(guī)模巨大、運(yùn)營模式不清晰三大挑戰(zhàn)［3］。要實(shí)現(xiàn)普遍意義的自動(dòng)駕駛，將是長期過程，可能需要20年，甚至30年的發(fā)展歷程。但是短周期來看，封閉和半封閉場景的園區(qū)出行、礦卡自動(dòng)駕駛、港口車輛自動(dòng)駕駛因其行駛路線、路況、網(wǎng)絡(luò)條件等相對(duì)穩(wěn)定，交通主體相對(duì)固定，重復(fù)性高并且可通過獨(dú)立的園區(qū)云端平臺(tái)協(xié)同調(diào)度。因此園區(qū)出行的應(yīng)用落地具備明顯的先發(fā)優(yōu)勢，此外園區(qū)的運(yùn)營主體相對(duì)明確、商業(yè)模式相對(duì)清晰、目前來看面向封閉場景的交通出行場景，可以快速形成可復(fù)制、推廣的商業(yè)模式。

1 業(yè)務(wù)分析

首鋼冬奧園區(qū)共占地2.91 km2，建筑面積182萬m2，是北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)組織委員會(huì)駐地，也是北京2022年冬奧會(huì)正式比賽項(xiàng)目—單板滑雪大跳臺(tái)比賽所在地和多項(xiàng)世界級(jí)體育賽事所在地，還是短道速滑、花樣滑冰、冰壺、冰球、攀巖、滑板等國家級(jí)訓(xùn)練場地。2018年10月中國聯(lián)通和首鋼集團(tuán)完成戰(zhàn)略合作伙伴簽約，將聯(lián)手把首鋼園區(qū)打造成國內(nèi)首個(gè)5G示范園區(qū)，并在建設(shè)5G產(chǎn)業(yè)園區(qū)、推動(dòng)智慧園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和示范應(yīng)用、自動(dòng)駕駛等方面展開戰(zhàn)略合作［4］。目前中國聯(lián)通已經(jīng)在首鋼園北區(qū)完成5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。首鋼園區(qū)作為國家級(jí)訓(xùn)練場和冬奧會(huì)比賽所在地，在比賽期間會(huì)有大量的工作人員、運(yùn)動(dòng)員、觀眾等承載接駁車、小轎車出行，同時(shí)也會(huì)有日用品采購和派送需求。此外在園區(qū)清潔管理上也面臨著一些挑戰(zhàn)，尤其是比賽大都集中在冬季，采用傳統(tǒng)的人工清掃模式，長時(shí)間在戶外低溫環(huán)境下工作也會(huì)對(duì)環(huán)衛(wèi)工人身體產(chǎn)生傷害，增大清潔成本?；谝陨暇C合分析，作為典型的大規(guī)模體育賽事園區(qū)，首鋼園區(qū)交通出行的業(yè)務(wù)示范作用有助于園區(qū)交通出行模式的復(fù)制和推廣。

經(jīng)過對(duì)首鋼冬奧園區(qū)的場地、比賽特點(diǎn)分析，本文認(rèn)為首鋼冬奧園區(qū)的典型無人駕駛業(yè)務(wù)的需求特點(diǎn)如表1所示。

車聯(lián)網(wǎng)按業(yè)務(wù)類型可以分為汽車行駛安全、交通效率提升和信息服務(wù)三大類。3GPP TR 22.885提供了27個(gè)典型的應(yīng)用場景，其中針對(duì)交通安全的有包括碰撞預(yù)警、車輛失控預(yù)警、行人防碰撞等13個(gè)應(yīng)用場景，車輛協(xié)作巡航、道路排隊(duì)信息、車輛遠(yuǎn)程診斷等14個(gè)為車輛提供信息服務(wù)和提升交通效率的應(yīng)用場景［9］。根據(jù)3GPP TR22.886中發(fā)布的對(duì)5G-V2X定義的25種應(yīng)用場景（主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能如高級(jí)駕駛、車輛編隊(duì)行駛、遠(yuǎn)程駕駛、擴(kuò)展傳感器傳輸?shù)龋?］。

表1 首鋼園區(qū)典型無人駕駛業(yè)務(wù)需求

根據(jù)園區(qū)出行需求和車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特征，表2和表3分別給出了園區(qū)典型出行業(yè)務(wù)對(duì)通信時(shí)延、可靠性、定位等的指標(biāo)要求［5-6］。

表2 園區(qū)智慧出行對(duì)智能駕駛類業(yè)務(wù)技術(shù)要求

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本方案面向首鋼冬奧園區(qū)交通出行業(yè)務(wù)場景，利用5G和V2X技術(shù)、車路協(xié)同技術(shù)、高精度定位技術(shù)、遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)、車輛主動(dòng)安全技術(shù)以及AR技術(shù)，構(gòu)建5G+C/V2X園區(qū)出行“人-車-路-網(wǎng)-云”一體化系統(tǒng)，提高園區(qū)交通出行效率、降低能源消耗，提高園區(qū)的綜合管理效率。系統(tǒng)架構(gòu)分為4層：端層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺(tái)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 終端層

終端層包括車載終端（OBU）、路側(cè)單元（RSU）、路側(cè)感知設(shè)施（攝像頭、雷達(dá)等）和路側(cè)交通基礎(chǔ)設(shè)施（信號(hào)燈、指示牌等）。RSU和OBU具備基于V2X直連通信能力、本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理、駕駛環(huán)境信息感知能力。OBU可以將車輛自身情況通過V2X通信實(shí)時(shí)傳遞給周圍的車輛和RSU，RSU可以對(duì)接路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，能夠接收和處理從路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施傳遞的信息，也可將云端信息和路側(cè)交通信息通過V2X下發(fā)給車端。此外RSU和OBU都集成了5G通信能力，可以與云端實(shí)時(shí)通信。車和基礎(chǔ)設(shè)施之間協(xié)同感知與協(xié)同控制，促進(jìn)智能交通信息感知、管理控制、車輛智能化控制和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息服務(wù)。

表3 園區(qū)智慧出行車路協(xié)同類業(yè)務(wù)技術(shù)要求

圖1 園區(qū)智慧出行系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包括核心網(wǎng)絡(luò)、邊緣網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)三大部分。核心網(wǎng)絡(luò)主要支撐云平臺(tái)的通信，提供數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用、安全和隱私保護(hù)等業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)應(yīng)用；邊緣云具備多接入能力和本地業(yè)務(wù)處理能力：能夠接收和處理多來源感知信息，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求輸出本地業(yè)務(wù)控制策略，并輸出給車載子系統(tǒng)和路側(cè)單，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)下沉，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。邊緣云還可以通過網(wǎng)絡(luò)切片保證不同的業(yè)務(wù)流服務(wù)能力，鑒權(quán)與認(rèn)證機(jī)制保證車聯(lián)網(wǎng)通信的安全性。無線網(wǎng)絡(luò)主要支撐車載終端、路側(cè)終端和智能手機(jī)的通信。

2.3 平臺(tái)層

為了便于園區(qū)交通運(yùn)營的統(tǒng)一化、規(guī)范化管理，需要在云端建立統(tǒng)一的園區(qū)出行管理云平臺(tái)，云平臺(tái)基于車端和路側(cè)感知得到信息，進(jìn)行融合分析后，面向不同應(yīng)用場景提供聯(lián)合決策和協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)、遠(yuǎn)程駕駛、自動(dòng)駕駛、路況監(jiān)控的業(yè)務(wù)管理。云平臺(tái)作為應(yīng)用的總?cè)肟?，承接各類信息回傳和指令下發(fā)，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行全方位監(jiān)測，實(shí)時(shí)為業(yè)務(wù)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)路徑，提供可靠的保障。根據(jù)功能的不同，可以分為4個(gè)子平臺(tái)。分別是：地圖和定位服務(wù)平臺(tái)、自動(dòng)駕駛服務(wù)平臺(tái)、車路協(xié)同平臺(tái)、綜合管理平臺(tái)。

基礎(chǔ)地圖與定位服務(wù)平臺(tái)匯聚車端、路端動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并在云端結(jié)合高靜態(tài)地圖數(shù)據(jù)，完成動(dòng)態(tài)信息的清洗、分類、計(jì)算及靜態(tài)地圖數(shù)據(jù)的匹配計(jì)算，為自動(dòng)駕駛車輛提供高精度動(dòng)態(tài)交通信息服務(wù)、高精度位置服務(wù)、動(dòng)態(tài)信息態(tài)勢服務(wù)及高精度地圖數(shù)據(jù)編譯和發(fā)布服務(wù)。自動(dòng)駕駛服務(wù)平臺(tái)充分利用5G+V2X技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)駕駛車輛的遠(yuǎn)程駕駛、智能調(diào)度、路徑規(guī)劃、自動(dòng)報(bào)警、智能預(yù)測、數(shù)據(jù)分析等功能。車路協(xié)同平臺(tái)利用5G+V2X網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)車載設(shè)備、路側(cè)單元、MEC平臺(tái)的通信和管理；具備全局?jǐn)?shù)據(jù)接收，存儲(chǔ)處理、分發(fā)能力，負(fù)責(zé)全局信息感知以及全局業(yè)務(wù)策略控制。可實(shí)現(xiàn)智能信號(hào)服務(wù)、道路環(huán)境監(jiān)控、流量分析、基礎(chǔ)設(shè)施故障監(jiān)控等功能。綜合管理平臺(tái)包括用戶管理功能、車輛調(diào)度管理功能、終端管理功能。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要包括無人接駁擺渡、無人物流派送、無人清掃等基于5G+V2X的園區(qū)典型低速出行業(yè)務(wù)。園區(qū)無人車均具備自動(dòng)駕駛、自動(dòng)避障、路況識(shí)別、自主停靠、能源監(jiān)控、自動(dòng)預(yù)警、遠(yuǎn)程接管等能力。無人接駁擺渡主要滿足園區(qū)人流出行業(yè)務(wù)的需求，可以實(shí)現(xiàn)循跡行駛、遠(yuǎn)程預(yù)約等功能。無人物流派送主要滿足園區(qū)派送類業(yè)務(wù)的需求，可以實(shí)現(xiàn)巡航配送、定制配送、快速配送等功能。無人清掃業(yè)務(wù)主要滿足園區(qū)清掃作業(yè)任務(wù)需求，可以實(shí)現(xiàn)自主清掃、不同清潔模式切換等功能。

3 解決方案

3.1 無人接駁擺渡解決方案

根據(jù)無人接駁擺渡應(yīng)用場景的需求特點(diǎn)，無人接駁擺渡解決方案在園區(qū)智慧出行系統(tǒng)整體架構(gòu)下，需要在以下幾個(gè)核心組件做差異化設(shè)置。整體解決方案如圖2所示。

圖2 無人接駁擺渡解決方案

車載智能終端：自動(dòng)駕駛車輛中的智能車載終端除了可以實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛功能如車速控制、航向控制、車輛自動(dòng)直道/彎道行駛、自動(dòng)車輛跟隨、自動(dòng)緊急制動(dòng)功能外，還具備5G和C-V2X通信能力；5G通信能力可以實(shí)現(xiàn)車周和車內(nèi)視頻的實(shí)時(shí)回傳以及高精度地圖的下載。C-V2X通信能力可以讓車實(shí)時(shí)接收路側(cè)RSU下發(fā)的路況信息、交通基礎(chǔ)信息，識(shí)別紅綠燈、自動(dòng)避讓障礙物及行人，對(duì)于異常路段能夠自動(dòng)避讓、對(duì)擁堵或異常路況實(shí)現(xiàn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)協(xié)作式安全駕駛。

邊緣云平臺(tái)：在邊緣網(wǎng)絡(luò)側(cè)部署邊緣云平臺(tái)，通過對(duì)接車路協(xié)同平臺(tái)可以匯聚多源環(huán)境數(shù)據(jù)和V2X各類應(yīng)用數(shù)據(jù)并進(jìn)行深入分析、挖掘，提取關(guān)鍵信息，作出決策，并將決策指令及時(shí)推送到車載單元和路側(cè)單元，提供實(shí)時(shí)的安全、高效的駕駛體驗(yàn)。此外，通過MEC邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)下載地圖，減少時(shí)延并降低對(duì)核心網(wǎng)傳輸帶寬壓力，同時(shí)當(dāng)車輛傳感器檢測到偏差，地圖必須能夠?qū)崟r(shí)更新，傳回給MEC云平臺(tái)［10］。

無人接駁擺渡云平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)乘車管理、車輛管理和運(yùn)營管理三大功能。

招標(biāo)的過程中，政府經(jīng)常會(huì)綜合考慮到項(xiàng)目的各個(gè)方面的因素，但是常常以經(jīng)濟(jì)為重要的選擇因素，因此也會(huì)有公司在招標(biāo)過程中一味壓低價(jià)格奪標(biāo)，但是接手工程后沒有達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，便開始在合同規(guī)定的元素中投機(jī)取巧，甚至隨意變更項(xiàng)目要求和規(guī)定，不按照既定的程序走，也是直接關(guān)乎到項(xiàng)目質(zhì)量的重要因素。

乘車管理模塊可通過小程序等方式開放給乘客?？梢詫?shí)現(xiàn)乘客注冊(cè)、登陸等基礎(chǔ)信息管理，車輛的軌跡查詢、距離當(dāng)前位置最近可乘車的站臺(tái)、歷史乘車記錄查詢等查詢功能；用戶可實(shí)現(xiàn)接駁車的整車或座位的在線預(yù)定和支付，云平臺(tái)會(huì)通過車輛調(diào)度模塊實(shí)現(xiàn)車輛分配，并發(fā)送車輛和座位信息及乘車二維碼給乘客，乘客在乘車前出具二維碼實(shí)現(xiàn)快速乘車。對(duì)于非預(yù)定用戶，也可在站臺(tái)掃描支付并乘車。

車輛管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的調(diào)度管理、狀態(tài)監(jiān)控、信息發(fā)布控制等。車輛的調(diào)度管理根據(jù)用戶的實(shí)時(shí)預(yù)定需求量和車輛的運(yùn)行情況為各個(gè)站臺(tái)和乘客分配車輛。此外該模塊還可以對(duì)接遠(yuǎn)程駕駛平臺(tái)，當(dāng)車輛出現(xiàn)行駛故障時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端接管。車輛管理模塊還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行車輛的能量、車內(nèi)客流、環(huán)境、危險(xiǎn)等情況，在識(shí)別到危險(xiǎn)情況后可快速采取預(yù)案。此外，車輛管理模塊還通過對(duì)接園區(qū)賽況平臺(tái)、天氣預(yù)報(bào)信息、娛樂廣告平臺(tái)等，可在車輛內(nèi)滾動(dòng)播放園區(qū)賽事、天氣情況及娛樂信息等。

運(yùn)營管理模塊主要實(shí)現(xiàn)園區(qū)地圖采集、車輛站點(diǎn)的設(shè)置、充電設(shè)置等，并通過對(duì)車輛管理模塊、乘車管理模塊實(shí)時(shí)信息的統(tǒng)計(jì)分析，支撐系統(tǒng)準(zhǔn)確、高效運(yùn)行。

3.2 無人物流派送

根據(jù)無人物流派送應(yīng)用場景的需求特點(diǎn)，無人物流派送解決方案在智能車載終端（智能駕駛，5G+CV2X通信能力）、邊緣云平臺(tái)功能和中心云平臺(tái)的功能與無人接駁擺渡車的功能有共同之處，本段落不再贅述。圖3給出了無人物流派送的使用場景和流程。包括寄貨人車輛預(yù)約、寄件&支付、車輛配送、收貨人取貨等流程。

圖3 無人物流派送業(yè)務(wù)場景圖

其中在付費(fèi)方式上有2種選擇：預(yù)支付方式和到付方式。圖3所示為預(yù)支付方式，寄件人完成貨物寄存后，平臺(tái)將收款鏈接推送給收件人，收件人完成在線支付后，平臺(tái)下發(fā)取貨碼給收件人。平臺(tái)也可待車輛到達(dá)收件人目的地后，通過車載顯示屏顯示收款二維碼，收件人支付完成后打開車門取貨。

3.3 無人清掃

無人清掃車解決方案對(duì)車端智能終端（智能駕駛，5G+C-V2X通信能力）、邊緣云平臺(tái)的需求和其他場景類似，但是該車屬于工程車輛，不屬于面向公眾的消費(fèi)車輛，因此在云平臺(tái)的功能模塊上與無人接駁擺渡解決方案、無人派送解決方案會(huì)有所區(qū)別。無人清掃車解決方案的云平臺(tái)主要包括用車管理和運(yùn)營管理。

工作業(yè)務(wù)流程如圖4所示，分為車輛管理員觸發(fā)（管理員發(fā)起清掃作業(yè)需求）和車輛觸發(fā)（車輛和平臺(tái)發(fā)起，需要平臺(tái)和人工干預(yù)）。

車輛管理員觸發(fā)流程主要指，車輛管理將需要清掃的作業(yè)需求通過小程序?qū)崟r(shí)發(fā)送給云平臺(tái)，云平臺(tái)根據(jù)需求和當(dāng)下的作業(yè)情況，完成作業(yè)任務(wù)安排并將結(jié)果傳遞給車輛管理員，而接到作業(yè)任務(wù)的車輛則會(huì)按照平臺(tái)指定的時(shí)間、地點(diǎn)自動(dòng)駕駛前往并執(zhí)行清掃作業(yè)。同時(shí)平臺(tái)和車輛還可以設(shè)置日、夜不同的清掃模式，還可以根據(jù)當(dāng)日?qǐng)@區(qū)客流大小科學(xué)地調(diào)整作業(yè)任務(wù)和排期，保障園區(qū)出行效率不受影響。

圖4 無人清掃作業(yè)流程圖

4 結(jié)束語

在5G商業(yè)化快速落地和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，智慧交通的建設(shè)已成為國家的重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，智慧園區(qū)的交通建設(shè)因其行使路線相對(duì)穩(wěn)定、交通主體相對(duì)固定、建設(shè)運(yùn)營主體相對(duì)明確有助于快速建立商業(yè)模式、并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。對(duì)未來的智慧城市的智慧交通商業(yè)化落地有重要的參考意義。

此外，本方案依托于科技部2019年重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持的科技冬奧“面向冬奧的高效、智能車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究及示范”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目組將在首鋼園區(qū)的測試賽和冬奧會(huì)正式賽期間開展智能車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)示范，不僅僅可以為冬奧會(huì)的運(yùn)動(dòng)員、觀眾等所有園區(qū)出行者提供安全、便捷、綠色的出行方式，還可以將“5G+V2X園區(qū)智慧出行”打造成冬奧會(huì)的一張名片，向全世界人民展示中國的科技實(shí)力，并以此契機(jī)，打造示范性園區(qū)交通出行示范工程，推動(dòng)其在智慧交通領(lǐng)域的大規(guī)模復(fù)制和應(yīng)用。