文／常振廷 謝振東 董志國

在國家政策的大力支持下，國內(nèi)各城市都在積極推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同平臺公共服務(wù)屬性以及未來“一城一網(wǎng)一平臺”的發(fā)展研判，本文從城市公交車營運管理實際需要出發(fā)，利用車聯(lián)網(wǎng)提供的低延時通信能力、終端-邊緣-區(qū)域-中心的多級分布式計算能力和道路交通網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)，分析提出了車路協(xié)同十大場景應(yīng)用，提升城市公交行車安全和運行效率，以推動車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

車路協(xié)同（車聯(lián)網(wǎng)）是指依托城市車聯(lián)網(wǎng)（C-V2X）技術(shù)實現(xiàn)車與外部交通環(huán)境的全方位連接和信息交互，包括車輛與車輛、車輛與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與行人等弱勢交通參與者、車輛與云端平臺。C-V2X包括現(xiàn)有的LTEV2X應(yīng)用和5G-V2X的全新應(yīng)用，可以充分利用強大的3GPP 生態(tài)系統(tǒng)和完善的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是產(chǎn)業(yè)界承載“人、車、路、云”高度協(xié)同的最可能技術(shù)路徑。

車路協(xié)同（車聯(lián)網(wǎng)）將“人、車、路、云”等交通參與要素有機地聯(lián)系在一起，為車載信息服務(wù)、智能輔助駕駛和道路交通管理打開新的創(chuàng)新空間，其對汽車四化轉(zhuǎn)型、道路交通行業(yè)的影響將甚于GPS技術(shù)。目前，在工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會的大力支持下，北京、上海、天津、無錫、長沙等地結(jié)合本地情況開展了C-V2X測試驗證與示范應(yīng)用工作，初步建立了城市車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)運營管理機制。結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同平臺公共服務(wù)屬性以及未來“一城一網(wǎng)一平臺”的發(fā)展研判，本文以城市公交車營運管理實際需要出發(fā)，利用車聯(lián)網(wǎng)提供的低延時通信能力以及終端-邊緣-區(qū)域-中心的多級分布式V2X計算能力，分析提出了車路協(xié)同十大場景應(yīng)用，提升城市公交行車安全和運行效率，以推動車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

一、整體框架

整體框架由智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同公共服務(wù)平臺和公交車路協(xié)同應(yīng)用示范組成。整體框架如圖所示：

（一）智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同公共服務(wù)平臺

智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同公共服務(wù)平臺主要包括車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施、車路協(xié)同車載單元和決策控制云平臺。其中，車路協(xié)同路側(cè)設(shè)施主要包括路側(cè)單元（RSU）、感知單元、邊緣計算單元、路側(cè)感知傳感器和道路交通路側(cè)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化改造；車路協(xié)同車載單元（OBU，前裝也叫T-Box）主要包括通信芯片、通信模組、終端設(shè)備、V2X協(xié)議棧及V2X 應(yīng)用軟件；決策控制云平臺主要由地圖（含場景化高精度地圖）、路側(cè)設(shè)施與車載單元的狀態(tài)管理和數(shù)據(jù)交互、交通管理平臺間信息交互、道路交通環(huán)境協(xié)同感知管理、行車安全協(xié)同控制策略管理、交通運行效率協(xié)同管理策略、交通信息服務(wù)協(xié)同發(fā)布策略、智能網(wǎng)聯(lián)可視化應(yīng)用分析和數(shù)據(jù)開放管理等組成，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車、C-V2X基礎(chǔ)設(shè)施、通信網(wǎng)絡(luò)、交通運行指揮等提供平臺側(cè)服務(wù)，實現(xiàn)車路協(xié)同的全局管控和運行態(tài)勢監(jiān)測；該部分建設(shè)內(nèi)容通常由車聯(lián)網(wǎng)運營商負(fù)責(zé)運營維護(hù)，主要包括平臺和路側(cè)設(shè)施維護(hù)、業(yè)務(wù)運營服務(wù)和客戶服務(wù)等。

（二）公交車路協(xié)同應(yīng)用示范

公交車路協(xié)同應(yīng)用示范主要利用智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同公共服務(wù)平臺提供的低延時通信能力、終端-邊緣-區(qū)域-中心的多級分布式V2X計算能力和道路交通網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)，提升公交運行效率和行車安全。主要包括交通信號燈相位提醒、公交車速智能引導(dǎo)、公交車信號優(yōu)先通行、行人檢測與安全預(yù)警、車輛檢測與防碰撞預(yù)警、橋隧水浸監(jiān)測與危險預(yù)警、公交車進(jìn)出場站聯(lián)動管理、站臺泊位引導(dǎo)與信息服務(wù)、公交運營管理與輔助安全、數(shù)字化交通標(biāo)志標(biāo)線應(yīng)用等十大場景。該部分建設(shè)內(nèi)容通常由車輛運營單位負(fù)責(zé)維護(hù)使用。

圖1 城市車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)運營管理框架

二、主要應(yīng)用場景

（一）道路交通信號燈數(shù)據(jù)應(yīng)用場景

1.交通信號燈相位提醒

交通信號燈相位提醒為輔助駕駛安全措施，相位提醒對象包括當(dāng)前車輛司機、跟車司機。車輛接收到路側(cè)設(shè)備發(fā)來的紅綠燈狀態(tài)信息，顯示在公交車中控臺司機屏和車尾播報屏上，從而減少交通安全隱患。主要解決如下安全問題：當(dāng)小型機動車前面有中、大型車輛遮擋視線導(dǎo)致無法看清楚交通信號燈而誤闖紅燈；當(dāng)交通環(huán)境能見度較低情況下，車主因看不清楚交通信號燈容易誤闖紅燈；當(dāng)交通信號燈沒有讀秒功能，導(dǎo)致車主闖黃燈或者在信號燈前車速過快來不及急剎車而闖紅燈，或者因急剎車導(dǎo)致車輛追尾事故；自動駕駛車輛依賴車載攝像頭來識別紅綠燈信號，如果環(huán)境能見度較低情況下，誤讀信號燈，導(dǎo)致自動駕駛車輛闖紅燈。

2.公交車車速智能引導(dǎo)

公交車車速智能引導(dǎo)為交通效率措施，智能引導(dǎo)包括路段車速、綠波車速，可以減少公交車輛的延誤及停車次數(shù)，提升公交車輛的運行效率，還具有起到促進(jìn)節(jié)能減排的目的。車輛接收到路側(cè)設(shè)備發(fā)來的紅綠燈狀態(tài)、周期與倒計時信息，在不改變交通信號控制方案的情況下，根據(jù)當(dāng)前車輛的速度、位置、信號相位剩余時間，依托平臺端-邊-云的協(xié)同計算出對車輛駕駛員提示的建議行駛速度，實時為駕駛員提供動態(tài)優(yōu)化后的車速提示信息，在保證不對道路其他社會車輛產(chǎn)生影響的前提下，實現(xiàn)公交車輛進(jìn)站停靠，完成上下客并啟動后“綠波”通過交叉口。當(dāng)遇到緊急情況，車載終端可通過告警聲音信號提醒車主，避免交通安全違規(guī)行為的發(fā)生，極大降低事故發(fā)生概率。

利用路側(cè)安裝的攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、環(huán)境傳感器等傳感器識別的交通環(huán)境數(shù)據(jù)，通過路側(cè)RSU交互到車輛上，提醒司機安全行車，主要為輔助駕駛安全措施。

3.公交車信號優(yōu)先通行

公交車信號優(yōu)先通行為交通效率措施，可以提升公交車紅綠燈路口通行效率。公交車在經(jīng)過有信號控制的交叉口時，車輛與路側(cè)系統(tǒng)之間自動發(fā)生信息交互，通過發(fā)送優(yōu)先通行請求使信號燈主動調(diào)整，路側(cè)系統(tǒng)識別請求車輛為需要優(yōu)先通行的車輛，授權(quán)優(yōu)先通行權(quán)，對路口信號燈進(jìn)行相位觸發(fā)“信號優(yōu)先”干預(yù)，信號優(yōu)先策略主要采用紅燈早斷和綠燈延長的的方式，保證主車快速、便利的通行。當(dāng)車載系統(tǒng)識別到公交車通過交叉口時，將自動發(fā)送優(yōu)先通行結(jié)束信息至路側(cè)系統(tǒng)，路口信號控制方案則恢復(fù)為正常狀態(tài)。

（二）安全行車交通環(huán)境數(shù)據(jù)應(yīng)用場景

利用路側(cè)安裝的攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、環(huán)境傳感器等傳感器識別的交通環(huán)境數(shù)據(jù)，通過路側(cè)RSU交互到車輛上，提醒司機安全行車，主要為輔助駕駛安全措施。

1.行人檢測與安全預(yù)警

路側(cè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)識別到有行人、非機動車等目標(biāo)闖入車道，存在碰撞危險時，就將安全預(yù)警信息發(fā)送給路側(cè)設(shè)備。路側(cè)設(shè)備實時將預(yù)警信息交互給車輛，提醒司機有碰撞危險，建議進(jìn)行減速和避讓，有效避免交通事故的發(fā)生。路側(cè)設(shè)施主要部署在學(xué)校門口、商業(yè)中心等行人過街地點。

2.車輛檢測與防碰撞預(yù)警

公交車輛行駛過程中可能存在視覺盲區(qū)，路側(cè)設(shè)施根據(jù)車輛位置、速度、方向、加速度等信息計算是否存在碰撞可能，將碰撞危險以及是否安全超車信息發(fā)到車上，降低車輛因視線不佳（如霧天、彎道、遮擋等）或駕駛注意力不集中、駕駛員距離速度估計錯誤等因素引發(fā)而發(fā)生事故的風(fēng)險。路側(cè)設(shè)施主要部署在高速公路、快速路出入口匝道的彎道，道路交通樞紐的彎道或出入口，復(fù)雜交通環(huán)境交叉口，跟車距離異常碰撞提醒等具有交通事故高發(fā)高風(fēng)險環(huán)境特征地點。

3.橋隧水浸監(jiān)測與危險預(yù)警

路側(cè)水侵傳感器監(jiān)測橋隧路段涉水情況異常后，將異常數(shù)據(jù)安全預(yù)警信息發(fā)送給路側(cè)設(shè)備，實時將預(yù)警信息通過V2X廣播提醒給車輛，并進(jìn)一步發(fā)送至管理后臺，由管理后臺統(tǒng)一下發(fā)天氣環(huán)境異常提醒信息給相應(yīng)路側(cè)設(shè)備，以提示相應(yīng)路段車輛駕駛員謹(jǐn)慎駕駛。

（三）公交運營管理數(shù)據(jù)聯(lián)動應(yīng)用場景

1.公交車進(jìn)出場站聯(lián)動管理

公交車進(jìn)出停車場出入口時，通過布設(shè)在進(jìn)出口的路側(cè)設(shè)備與車載設(shè)備通信，后臺自動記錄該車輛的詳細(xì)信息，如駕駛員、車輛編號、發(fā)車計劃時間、進(jìn)出場事件等信息，以判斷該公交車輛是否具有進(jìn)出權(quán)限，符合進(jìn)出權(quán)限后，自動控制進(jìn)出口道閘放行。

2.站臺泊位引導(dǎo)與信息服務(wù)

當(dāng)公交車距離站臺一定距離時，由車輛主動發(fā)起與站臺路側(cè)設(shè)備的交互，感知公交車的實時位置與運行速度，經(jīng)過邊緣計算預(yù)測到站時間，車站根據(jù)此時站臺泊位的占用情況，為即將進(jìn)站的車輛指定?？课恢貌l(fā)送到車載終端，同時，后臺將相關(guān)泊位信息提前呈現(xiàn)在站臺電子顯示屏上，或者進(jìn)行廣播提醒，以便乘客提前做好準(zhǔn)備。車輛進(jìn)站后即按照路側(cè)設(shè)備的指示進(jìn)行?？?，以避免乘客在車輛進(jìn)站后“追著車跑”的情況，優(yōu)化乘客上車過程，避免站臺擁堵。

3.公交營運調(diào)度與輔助安全

通過車載OBU將車路協(xié)同數(shù)據(jù)顯示到公交車內(nèi)部中控屏上，讓駕駛員在駕駛過程中可以實時獲取路側(cè)行人檢測、車輛檢測、橋隧水浸、信號燈狀態(tài)、數(shù)字標(biāo)牌等信息提示，實現(xiàn)車輛安全防碰撞、安全?？空尽⑿盘枱魠f(xié)同等方面智能網(wǎng)聯(lián)輔助安全駕駛，增強車輛安全感知能力，大幅度降低駕駛員的工作強度，有效杜絕安全事件的發(fā)生。

通過調(diào)度系統(tǒng)后臺，直觀了解到線路車路協(xié)同概況，包括車身數(shù)據(jù)、路側(cè)設(shè)備的分布、上行和下行流量實況、車路協(xié)同實時交互數(shù)據(jù)（信號燈狀態(tài)、安全預(yù)警信息等）等，將當(dāng)前時刻所有網(wǎng)聯(lián)車輛的情況（如觸發(fā)主動安全告警的地點和時間）進(jìn)行全面展示，方便對車輛進(jìn)行營運調(diào)度管理。

（四）數(shù)字化交通標(biāo)志標(biāo)線應(yīng)用場景

數(shù)字化交通標(biāo)志標(biāo)線應(yīng)用場景包括靜態(tài)數(shù)字化交通標(biāo)志標(biāo)線和動態(tài)數(shù)字化交通標(biāo)志標(biāo)線，主要是為了更好的向公交車輛明示公路的交通禁止、限制、遵行狀況，告知道路狀況和交通狀況信息，將現(xiàn)有交通標(biāo)志標(biāo)線所承載的信息，以及自動駕駛公交所需的專有信息通過數(shù)字交通標(biāo)志牌、可變情報板等方式發(fā)布給公交車輛，提醒駕駛員安全出行。典型應(yīng)用包括智能網(wǎng)聯(lián)標(biāo)志標(biāo)牌、數(shù)字潮汐車道、公交專用道柔性管理等。

三、發(fā)展展望

在各城市新基建以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車（車聯(lián)網(wǎng)）政策的大力推動下，車路協(xié)同平臺將逐步形成城市級規(guī)模應(yīng)用，成為機動車與通信網(wǎng)絡(luò)的新型基礎(chǔ)設(shè)施——車聯(lián)網(wǎng)（C-V2X）。除公交車外，出租、貨運、客運、私家車等各類型機動車均可利用車聯(lián)網(wǎng)提供的低延時通信能力以及終端-邊緣-區(qū)域-中心的多級分布式V2X計算能力和道路交通網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)，逐步建立“協(xié)同感知、協(xié)同控制、協(xié)同決策”的新一代智慧交通管控體系，提升城市交通行車安全和運行效率。