李爽

（貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 貴州省貴陽(yáng)市 550003）

1 引言

車(chē)路協(xié)同，是應(yīng)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與信息技術(shù)開(kāi)展智能化的車(chē)輛主動(dòng)安全控制和道路協(xié)同管理，將這一技術(shù)應(yīng)用于交通安全管理中，能減少人力資源的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的智能化管理。路側(cè)設(shè)備RSU 軟件是采集路況信息、交通信息，然后將智能的判斷應(yīng)用輸出設(shè)備呈現(xiàn)出來(lái)的軟件。它的設(shè)計(jì)影響車(chē)路協(xié)同管理是否能夠?qū)崿F(xiàn)。

國(guó)內(nèi)外很早就開(kāi)始研究車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)，2015，日本已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用ETC2.0。2017 年，新加坡開(kāi)始應(yīng)用ERP2.0，它是基于V2X 技術(shù)，2021 年正式應(yīng)用的車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)。2018 年，美國(guó)要求交通系統(tǒng)統(tǒng)一應(yīng)用車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，并且智能終端也支持協(xié)同設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)前先進(jìn)國(guó)家均應(yīng)用車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)解決汽車(chē)的安全、能效和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。

我國(guó)的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用得比較晚，然而普及得卻十分迅速。當(dāng)前我國(guó)各個(gè)城市已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用了車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)開(kāi)展交通管理，并且應(yīng)用的效果也比較顯著。從總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)各地發(fā)展差異較大，車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)應(yīng)用的水平也存在差異。

我國(guó)的車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)研發(fā)的背景是在智能化城市建設(shè)還沒(méi)有開(kāi)始的時(shí)候，這種系統(tǒng)應(yīng)用三層運(yùn)維管理的方式。比如城市建立主體統(tǒng)一管理平臺(tái)，采集各廠家管理平臺(tái)數(shù)據(jù)，而各廠家管理平臺(tái)則控制設(shè)備。RSU 是車(chē)路協(xié)同的核心單元，隨著社會(huì)向前發(fā)展，路面交通越來(lái)越復(fù)雜，人們要求能夠自動(dòng)化、批量化、智能化、遠(yuǎn)程化的完成RSU的控制。然而在三層運(yùn)維管理系統(tǒng)中，各廠家的設(shè)備管理是各自為政的。主體統(tǒng)一管理平臺(tái)只能夠采集和監(jiān)控各平臺(tái)的數(shù)據(jù)，去不能對(duì)它進(jìn)行集約化、智能化的管理。為了讓運(yùn)營(yíng)管理達(dá)到現(xiàn)代化的要求?，F(xiàn)改變傳統(tǒng)的車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)，采用二層運(yùn)維管理系統(tǒng)。

2 車(chē)路協(xié)同RSU軟件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

2.1 系統(tǒng)平臺(tái)建立

第一層，結(jié)合智慧化城市的發(fā)展，建立面向車(chē)路協(xié)同路邊設(shè)備RSU 運(yùn)維管理平臺(tái)。第二層，讓平臺(tái)直接采集不同設(shè)備廠家的RSU 設(shè)備。這種方式簡(jiǎn)化了平臺(tái)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用集中化、規(guī)范化、批量化、智能化的方式開(kāi)展管理。在平臺(tái)中應(yīng)用軟件集中、統(tǒng)一的管理RSU 路側(cè)設(shè)備，讓路側(cè)設(shè)備發(fā)揮功能，這是建立車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)的目標(biāo)。

2.2 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

參看圖1，車(chē)路協(xié)同同RSU 軟件系統(tǒng)平臺(tái)將將采集交通信號(hào)機(jī)、高清攝像機(jī)、基站定位、智能路測(cè)終端、其他路側(cè)設(shè)備信息，并將信息上傳到由云控平臺(tái)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)組成的運(yùn)維管理系統(tǒng)中，然后由運(yùn)維管理系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，人們可以應(yīng)用車(chē)輛監(jiān)控狀態(tài)、車(chē)輛GPS、手持設(shè)備接收信息。

圖1： 車(chē)路協(xié)同RSU 軟件系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)示意圖

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 無(wú)V2X 車(chē)路協(xié)同通信技術(shù)

V2X 車(chē)路協(xié)同通信技術(shù)主要包括三種形式，即車(chē)車(chē)通信（V2V）、車(chē)路通信（V2I）、車(chē)人通信（V2P）。這種技術(shù)應(yīng)用的核心是以車(chē)輛信息作為與一切事物建立連接的通信技術(shù)。首先，人們將采集車(chē)輛的信息，然后通過(guò)車(chē)輛移運(yùn)的數(shù)據(jù)，給出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用了這樣的技術(shù)，人們能夠了解車(chē)輛向什么方向移動(dòng)、以什么樣的速度移動(dòng)等。從而人們能夠預(yù)測(cè)到車(chē)輛與其它車(chē)輛、與道路、與行人之間的關(guān)聯(lián)。這套系統(tǒng)，實(shí)際上是把汽車(chē)作為對(duì)象，然后采集對(duì)象形成的矢量信息，人們對(duì)矢量信息進(jìn)行分類(lèi)，建立數(shù)據(jù)集，然后給出數(shù)集分析的結(jié)果，得到預(yù)測(cè)的矢量信息。這一技術(shù)的應(yīng)用能夠讓車(chē)、路、人三者協(xié)調(diào)管理得以實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 智能感知技術(shù)

這是一種能夠通過(guò)識(shí)別圖像，來(lái)提取信息的技術(shù)。應(yīng)用了這一技術(shù)，人們能夠識(shí)別車(chē)牌信息、長(zhǎng)度信息、汽車(chē)類(lèi)型的信息等。了解了這些信息以后，人們能夠?qū)⑿畔⒎诸?lèi)處理。比如當(dāng)人們根據(jù)特殊的需求，需要尋找到某一輛汽車(chē)時(shí)，那么人們能夠根據(jù)智能感知技術(shù)得到的信息鎖車(chē)目標(biāo)汽車(chē)，然后能對(duì)汽車(chē)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別與跟蹤。智能感知技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)際上是提取具象化的圖像，然后建立圖像的抽象信息。這一技術(shù)的應(yīng)用，讓具象化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為抽象化的信息，而人們能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息作為數(shù)字化的信息進(jìn)行處理。

2.3.3 云邊緣控制技術(shù)

云邊緣控制技術(shù)，就是指把要處理的范圍以網(wǎng)格化的方式呈現(xiàn)。比如人們把一條道路的信息作為一個(gè)集合，那么云邊緣控制技術(shù)需要確立集合的范圍。通過(guò)應(yīng)用這一技術(shù)，人們能夠建立一套數(shù)字化的路面信息，而人們?cè)谔崛×塑?chē)、路、人信息以后，建立它們與數(shù)字化路面信息之間的關(guān)系——人們可以了解目標(biāo)車(chē)輛大概什么時(shí)候會(huì)進(jìn)入這條路面的入口，依當(dāng)前車(chē)輛移動(dòng)的速度什么時(shí)候?qū)㈦x開(kāi)這條路面的出口。這一技術(shù)的實(shí)施，讓數(shù)字化的車(chē)路協(xié)同建模應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，即局部交通協(xié)同的分布式、本地化部署，而根據(jù)模型的分析，人們可以通過(guò)V2X 技術(shù)為區(qū)域內(nèi)行駛的車(chē)輛提供低時(shí)延車(chē)路協(xié)同服務(wù)。

2.3.4 多傳感器信息融合技術(shù)

多傳感器信息融合是系統(tǒng)將采集多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)信息，然后根據(jù)需求對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。不同傳感器采集到的信息是不同的，應(yīng)用這一技術(shù)，可以讓傳感器采集的信息進(jìn)行互補(bǔ)與冗余，進(jìn)而產(chǎn)生某種優(yōu)化準(zhǔn)則而對(duì)觀測(cè)對(duì)象的客觀描述。

3 車(chē)路協(xié)同RSU軟件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

3.1 接口功能設(shè)計(jì)

對(duì)接口功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)維管理平臺(tái)將批量化、自動(dòng)化的采集數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的處理，該次的接口功能設(shè)計(jì)如下：

3.1.1 設(shè)備管理接口

它對(duì)設(shè)備的接口信息進(jìn)行管理。設(shè)備管理接口功能設(shè)施包含以下的內(nèi)容：設(shè)備列表查詢(xún)，它能自動(dòng)采集使用的設(shè)備信息，提供查詢(xún)的功能；設(shè)備分組，支持自定義設(shè)備分組，允許手動(dòng)更改分類(lèi)及提供分類(lèi)查詢(xún)功能；設(shè)備狀態(tài)管理，它將采集設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)信息，支持將設(shè)備狀態(tài)定義為在線(xiàn)、離線(xiàn)、異常三種；設(shè)備重啟，支持定備定時(shí)重啟功能，該功能支持遠(yuǎn)程操作。

3.1.2 配置管理接口

它對(duì)RSU 運(yùn)維管理參數(shù)的配置進(jìn)行管理，它包含以下幾個(gè)部分的內(nèi)容：配置參數(shù)設(shè)置，允許手動(dòng)設(shè)定和修改參數(shù)；配置參數(shù)查詢(xún)，允許應(yīng)用關(guān)鍵詞來(lái)查詢(xún)參數(shù)信息；配置參數(shù)變更上報(bào)，對(duì)于所有設(shè)定和更改過(guò)的參數(shù)均要上報(bào)，為記錄提供依據(jù)。

3.1.3 性能管理接口

它對(duì)RSU 的信能管理的接口進(jìn)行采集，它包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：性能數(shù)據(jù)采集，它定期采集RSU 信息數(shù)據(jù)，為了解系統(tǒng)信息提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)；性能測(cè)量任務(wù)定制功能，它提供了RSU 性能測(cè)試模板，系統(tǒng)可以定期的應(yīng)用此模板來(lái)測(cè)試系統(tǒng)性能；性能統(tǒng)計(jì)查詢(xún)，定期統(tǒng)計(jì)性能數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)性能參數(shù)異常則依規(guī)則給出告警。

3.1.4 告警管理接口

它是一套能夠分析異常數(shù)據(jù)并給出警報(bào)的采集接口，它包含的內(nèi)容如下：實(shí)時(shí)告警上報(bào)，如RSU 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，則給出實(shí)時(shí)告菟告警查詢(xún)，能夠依關(guān)鍵詞查詢(xún)歷史告警事件，并導(dǎo)出告警數(shù)據(jù)；告警同步，允許一邊給出告警，一邊完成與參數(shù)設(shè)置相關(guān)的相對(duì)處理，以讓平臺(tái)智能處理告警事故。

3.1.5 維護(hù)管理接口

它能夠?qū)ο到y(tǒng)軟件進(jìn)行維護(hù)管理，其內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：設(shè)備軟件升級(jí)，當(dāng)給出新的軟件升級(jí)以后，對(duì)舊的軟件及數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，然后系統(tǒng)提出手動(dòng)升級(jí)方案或自動(dòng)升級(jí)方案，完成升級(jí)后將備份的數(shù)據(jù)應(yīng)用在升級(jí)的系統(tǒng)中，如升級(jí)失敗則恢復(fù)舊系統(tǒng)；硬件版本升級(jí)，采集硬件設(shè)施廠商提供的升級(jí)軟件，允許手動(dòng)或自動(dòng)完成升級(jí)，升級(jí)規(guī)則如軟件升級(jí)規(guī)則；升級(jí)結(jié)果通知，當(dāng)完成升級(jí)后，發(fā)送消息，提醒升級(jí)成功或失敗的結(jié)果；日志管理，對(duì)每一次的升級(jí)進(jìn)行記錄，提供查詢(xún)和備份的功能。

3.1.6 安全管理接口

負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的安全功能，它包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：用戶(hù)管理，通過(guò)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行授權(quán)、認(rèn)證、賦予管理權(quán)限對(duì)用戶(hù)進(jìn)行管理。當(dāng)前系統(tǒng)同管理員、監(jiān)控員、用戶(hù)三種權(quán)限。這三種權(quán)限給予的權(quán)限范圍不同；權(quán)限管理，管理員擁有所有的權(quán)限，并可以賦予監(jiān)控員和用戶(hù)權(quán)限，根據(jù)需求賦予權(quán)限，并根據(jù)不同權(quán)限，要求不同等角的ID 做好管理工胙；數(shù)據(jù)備份，系統(tǒng)將定期自動(dòng)完成備份工作，被賦予用戶(hù)的權(quán)限也可手動(dòng)操作完成備份。

3.2 數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)

要求廠家提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)知情達(dá)理，這利于智慧化城市的建設(shè)，利于云信息平臺(tái)上的數(shù)據(jù)共享。車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)是基于無(wú)線(xiàn)通信，傳感器探測(cè)等技術(shù)獲取車(chē)輛和道路信息，然后可將數(shù)據(jù)信息分為車(chē)車(chē)通信（V2V）與車(chē)路通信（V2I）兩種，這意味著車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)要采集車(chē)端設(shè)備OBU 信息和路端設(shè)備RSU。數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)方法如下：

3.2.1 數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)結(jié)合一則具體的情境說(shuō)明建立路端設(shè)備RSU的方法?，F(xiàn)某城鎮(zhèn)有一條交通區(qū)域，該交通區(qū)域長(zhǎng)約487.7 米，它包含4 個(gè)帶有交通信號(hào)燈的路口，并且每個(gè)方向的道路包含3或者4 條車(chē)道。在該區(qū)域安裝攝像頭，每個(gè)攝像頭采集的原始視頻數(shù)據(jù)時(shí)常約9 個(gè)小時(shí)。那么車(chē)路數(shù)據(jù)的采集參數(shù)如表1，參看表1，應(yīng)用這種數(shù)據(jù)集的建立方法，能夠準(zhǔn)確無(wú)岐義的記錄一片區(qū)域內(nèi)任意一輛駛?cè)牖蛘唏傠x該區(qū)域的車(chē)輛軌跡。

表1： 車(chē)路通信（V2I）數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)結(jié)合一則具體的情境說(shuō)明建立車(chē)車(chē)通信（V2V）的方法。

現(xiàn)有一條交通大動(dòng)脈，攝像頭現(xiàn)采集數(shù)據(jù)區(qū)域長(zhǎng)度為640 米，包含五條車(chē)道（1～5 號(hào)車(chē)道）。6 號(hào)車(chē)道兩端連接7號(hào)和8 號(hào)車(chē)道，車(chē)輛軌跡點(diǎn)的保存周期為100ms （10Hz）那么車(chē)車(chē)通信（V2V）的數(shù)據(jù)采集方法如表2。

表2： 車(chē)車(chē)通信（V2V）的數(shù)據(jù)采集

3.2.3 數(shù)據(jù)集應(yīng)用示例

結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)車(chē)輛通過(guò)路口可能的運(yùn)動(dòng)模式（motion pattern）是存在規(guī)律的。結(jié)合日常生活將車(chē)輛可能行進(jìn)的方向進(jìn)行分類(lèi)，可分為8 類(lèi)運(yùn)動(dòng)模式。那么根據(jù)已經(jīng)分類(lèi)好的數(shù)據(jù)，就能完成車(chē)輛軌跡預(yù)測(cè)建模，通過(guò)調(diào)整軌跡算法，便能對(duì)車(chē)路協(xié)同管理進(jìn)行預(yù)測(cè)規(guī)劃。人們建立好的數(shù)據(jù)集，可以應(yīng)用各種方式導(dǎo)出，讓車(chē)路協(xié)同管理預(yù)測(cè)的結(jié)果可視化。

3.3 通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的通訊協(xié)議來(lái)完成數(shù)據(jù)采集的環(huán)節(jié)，結(jié)合運(yùn)維管理的要求該槳應(yīng)用HTTPS 和TR089 兩種通訊協(xié)議。

3.3.1 HTTPS 協(xié)議

結(jié)合系統(tǒng)及成本的限制，應(yīng)用短連接的方式建立HTTPS協(xié)議棧，數(shù)據(jù)應(yīng)用JSON 格式，建立方式如下：應(yīng)用層使用和表示層使用HTTP 協(xié)議，會(huì)話(huà)層和傳輸層使用SSL/TLS協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層使用IP 協(xié)議，數(shù)據(jù)錯(cuò)路層使用DL 協(xié)議，物理層使用PHY 協(xié)議。

上報(bào)信息包含接口信息的內(nèi)容和數(shù)據(jù)集里的內(nèi)容，該次上報(bào)定義的如表3。

表3： 上報(bào)信息的定義

3.3.2 TR069 協(xié)議

當(dāng)有線(xiàn)線(xiàn)路無(wú)法使用時(shí)，或者為了便于固定線(xiàn)路管理，該次也應(yīng)用了TR069 協(xié)議，這一協(xié)議目前已經(jīng)比較完善。TR069 協(xié)議棧表如下：應(yīng)用使用CPE/ACS Management Application 協(xié)議，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用、簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議、超文使用RPC Methods 協(xié)議，本傳輸協(xié)議使用SOAP，安全傳輸協(xié)議使用HTTP 協(xié)議，TCP/IP 協(xié)議使用SSL/TLS 及TCP/IP協(xié)議。車(chē)車(chē)通信（V2V）與車(chē)路通信（V2I）的信息均由無(wú)線(xiàn)路由發(fā)出，于是它也應(yīng)用TR069 協(xié)議協(xié)，該次應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型基于TR181 表達(dá)，它所涉及到的到達(dá)方式如表4。

表4： 車(chē)車(chē)通信（V2V）與車(chē)路通信（V2I）的信息據(jù)模型

4 總結(jié)

該次結(jié)合社會(huì)的發(fā)展，建立了一套基于二維管理平臺(tái)的車(chē)路協(xié)同RSU 軟件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)從接口，車(chē)車(chē)通信（V2V）與車(chē)路通信（V2I）數(shù)據(jù)集、通信協(xié)議這幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，這套平臺(tái)利于智慧化城市集中進(jìn)行車(chē)路協(xié)同RSU 管理，提高管理的質(zhì)量與效率。