智能交通系統(tǒng)在網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)管控平臺中的關(guān)鍵應(yīng)用

□文/董誠

基于機動車的增長量遠遠高于道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度這一實際情況，形成了只能依托智能交通來緩解和提升道路通行效率。智能交通是將感知技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、大數(shù)據(jù)存儲與計算技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)等有機整合到交通管理體系中的管理和控制系統(tǒng)，具備高效、準(zhǔn)確、實時和智能等特性，是改變傳統(tǒng)交通基礎(chǔ)設(shè)施，提高智能交通服務(wù)水平，優(yōu)化交通出行環(huán)境的最佳途徑。

本平臺立足服務(wù)測試和演示智能汽車、網(wǎng)聯(lián)通訊兩大類關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)DSRC（專用短程通信）、WIFI、LTE-V（車聯(lián)網(wǎng)專用通信）等全網(wǎng)絡(luò)覆蓋；通過道路、車輛、環(huán)境等全方位信息采集、處理和發(fā)布，實現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)汽車示范區(qū)的運行管理和監(jiān)控管理能力，并為運行管理部門提供決策支撐依據(jù)；通過道路智能化系統(tǒng)建設(shè)和測試環(huán)境的搭建，保障測試道路網(wǎng)絡(luò)可靠運行，營造良好的測試環(huán)境。完善道路智能化和車路一體化，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理；通過示范區(qū)建設(shè)，形成一個車輛測試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的平臺，數(shù)據(jù)分析與采集的平臺，產(chǎn)業(yè)孵化的平臺。實現(xiàn)“安全、效率、節(jié)能、舒適、智能”的發(fā)展目標(biāo)。

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能與架構(gòu)體系

面對當(dāng)前發(fā)展形式，智能交通發(fā)布處在增長式發(fā)展期。長時間以來，我們所關(guān)注的智能交通領(lǐng)域及技術(shù)主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)道路層面，如交通信號控制、電警、誘導(dǎo)板等。城市快速路與干線公路已經(jīng)建成了較為成熟的交通誘導(dǎo)與交通管控系統(tǒng)平臺。著眼未來，隨著智能交通技術(shù)的發(fā)展將逐步向以車為主體的新型管理模式轉(zhuǎn)變，然而車聯(lián)網(wǎng)正是建立在以車為載體的信息系統(tǒng)。將單個汽車作為一個信息主體，通過通信互聯(lián)手段將其連接到整個車聯(lián)網(wǎng)中，從而實現(xiàn)了對全國范圍內(nèi)接入該網(wǎng)絡(luò)的車輛進行統(tǒng)一規(guī)范化管理，并讓每輛入網(wǎng)的車輛共享到網(wǎng)絡(luò)上提供的所有信息資源和運維服務(wù)，形成了依托車輛建立的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

車聯(lián)網(wǎng)即通過多種無線終端通信技術(shù)和信息感知設(shè)備，利用無源標(biāo)簽RFID、高精度地圖、GPS定位、移動通信、5G網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支撐技術(shù)實現(xiàn)人、車、路的智聯(lián)協(xié)同，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車輛屬性、動態(tài)信息、靜態(tài)信息及道路環(huán)境信息，包括道路基礎(chǔ)設(shè)施信息、實時交通路況信息、服務(wù)信息等信息的共享，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和信息化服務(wù)。

▲圖1 車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)圖

從圖1所示的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖可以看出，要建立完整的車聯(lián)網(wǎng)體系，有幾大部分必不可少：車（核心部件的車載終端）-車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺-路側(cè)單元（智能傳感器網(wǎng)絡(luò)等）-本地局域網(wǎng)（或交通專網(wǎng)）-Internet互聯(lián)網(wǎng)等。當(dāng)然，在實現(xiàn)車與車、車與路側(cè)單元、車與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通，需要各種的無線通信技術(shù)，主要包括車內(nèi)通信、車外通信、車路通信及車車通信等四種無線通信技術(shù)。以下從兩個角度分析車聯(lián)網(wǎng)的功能與特性：

從交通管理部門的角度去看，車聯(lián)網(wǎng)具備以下功能和優(yōu)點：

將全國各地的獨立管理網(wǎng)絡(luò)納入規(guī)范化體系，實現(xiàn)統(tǒng)一的車輛管理；

可以全方位無死角的掌握管轄區(qū)內(nèi)的所有路口路段的機動車的動態(tài)數(shù)據(jù)，為交通指揮提供最有力的支撐；

形成對車輛年檢、是否套牌車、與公安盜搶庫進行實時數(shù)據(jù)對比；

實時獲取車輛運行狀態(tài)、道路突發(fā)事件，并第一時間為開展應(yīng)急救援提供輔助決策支撐；

對兩客一危等重點車輛實行全生命周期監(jiān)管，對涉及到的違法行為及時干預(yù)，避免發(fā)生二次事故；

從駕駛車主的角度上看，車聯(lián)網(wǎng)具備以下功能和優(yōu)點：

實時掌握出行路線的交通狀態(tài)，為最優(yōu)路徑提供方案；

實時掌握車輛的狀態(tài)信息，如年檢、保險、報廢時間和違章等信息；

全域接收交管部門的最新信息，了解最新突發(fā)事件，有效預(yù)防降低出行風(fēng)險；

實時查詢途經(jīng)沿線道路情況，如：隱患路段、施工路段、事故黑點等；

享受車聯(lián)網(wǎng)提供的各種無償或有償信息服務(wù)；

依據(jù)上述所提到的功能與特性，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的拓補架構(gòu)圖如圖2所示：

▲圖2 車聯(lián)網(wǎng)拓補架構(gòu)圖

智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)管控平臺建設(shè)

改善交通出行環(huán)境及體驗需要，封閉的交通疏導(dǎo)、控制等管控信息和突發(fā)事件，轉(zhuǎn)化為服務(wù)信息推送給公眾；車載終端的智能化，豐富交通信息采集手段，提高城市交通運行狀態(tài)的精準(zhǔn)認(rèn)知。

提升出行安全減少交通事故的需要，車輛通過V2X獲得大量實時信息（I2V），有助于判斷路況、制定精細化行進路徑，讓路更聰明，讓車更智能，讓出行更安全。

建設(shè)目標(biāo)

體現(xiàn)對真實城市道路基礎(chǔ)設(shè)施忠實還原

模擬城市智能交通系統(tǒng)建設(shè)，還原現(xiàn)實道路運行環(huán)境， 完成示范區(qū)規(guī)劃規(guī)模內(nèi)多場景應(yīng)用的演示和測試。通過搭建營造良好的測試環(huán)境，完善道路智能化和車路一體化建設(shè)。

頂層規(guī)劃、集約化建設(shè)，避免重復(fù)投入

以“安全、效率、節(jié)能、舒適、智能”為發(fā)展目標(biāo)，形成車輛測試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的平臺。本期平臺建設(shè)中充分考慮已建或擬建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接入，隨著二期、三期項目建設(shè)范圍的擴大，無須重復(fù)建設(shè)，減少投資。

探索未來城市智能交通管理方式的基礎(chǔ)

平臺在實現(xiàn)與路側(cè)設(shè)備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，逐步完善車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)。針對無人駕駛實際應(yīng)用，最終將在有人/無人混行的道路狀況下行駛，通過車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)，滿足“人-車-路” 一體化綜合監(jiān)控和管理，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理。

平臺規(guī)劃

▲圖3 平臺規(guī)劃圖

平臺功能定位

測試場地硬件統(tǒng)一管理 ，建設(shè)成一個中心、四個業(yè)務(wù)平臺、N個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。對場地設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一界面化管理；實時跟蹤并通過軟件大屏展示測試車輛運動狀態(tài)及車輛參數(shù)信息；V2X應(yīng)用場景通信過程可視化展現(xiàn)；安防管理系統(tǒng)。

▲圖4 平臺功能模塊圖

交通管控與服務(wù)需求

信號控制，路口交通狀態(tài)精準(zhǔn)判斷；

交通組織，靜動態(tài)交通標(biāo)志信息定點推送OD調(diào)查便捷與精準(zhǔn)；

事故預(yù)防，交通事件、事故信息的定點定向推送（事前預(yù)防）；

交通執(zhí)法，車輛軌跡信息實時獲取；

交通信息，交通狀態(tài)信息個性化推送緊急信息發(fā)布。

車路協(xié)同應(yīng)用框架

從路側(cè)信號機獲取數(shù)據(jù)，通過CPE回傳到V2X Server，應(yīng)用的核心主要有：

前端：車載終端OBU；

路口：信號控制機；

中心：交通信號控制系統(tǒng)；

通信：LTE-V2X/5G無線網(wǎng)絡(luò)。

V2X融合智能交通系統(tǒng)應(yīng)用

沿測試范圍內(nèi)道路網(wǎng)，需要布設(shè)常規(guī)道路配套智能化設(shè)備，包括交通信號控制設(shè)備、道路視頻監(jiān)控設(shè)備、交通事件檢測設(shè)備、交通誘導(dǎo)設(shè)備等。在測試范圍內(nèi)完善道路網(wǎng)的智能化配套。

▲圖5 V2X測試可視化展示

融合路口信號控制管理

信號機與車輛之間（I2V）建立基于LTE-V2X鏈路，向過往車輛實時推送前方路口交通信號狀態(tài)和視頻圖像等信息，為車速引導(dǎo)和控制提供出行輔助信息。

在示范區(qū)內(nèi)道路交叉口新建或改造交通控制信號機，通過管理監(jiān)控中心系統(tǒng)實時采集相關(guān)交叉口的信號控制狀態(tài)，包括：信號周期方案、相位相序方案、當(dāng)前執(zhí)行相位信息等，根據(jù)車輛實時定位信息以及當(dāng)前的交通信號相位狀態(tài)，生成實時的信號優(yōu)先感應(yīng)策略，自動協(xié)調(diào)整個控制區(qū)域內(nèi)交通信號燈的配時方案。

▲圖6 路口信息控制與車輛通信示意圖

融合誘導(dǎo)屏控制與管理

該系統(tǒng)是由道路上設(shè)置的交通信息誘導(dǎo)設(shè)備構(gòu)成，是實現(xiàn)信息實時發(fā)布的最基本單元。交通信息誘導(dǎo)屏是區(qū)內(nèi)管理系統(tǒng)中向社會信息發(fā)布的方式之一，主要作用為：管理監(jiān)控中心根據(jù)天氣、交通設(shè)施檢修、夜間封路、占掘道施工、應(yīng)急事件、交通事故等情況，顯示有關(guān)交通標(biāo)語、宣傳標(biāo)語、交通標(biāo)志等來提醒駕駛員的警覺性，減少突發(fā)情況下對行車測試的影響，保障車輛的安全行駛。該系統(tǒng)投入運行將對提高道路使用率和安全性起到明顯的作用。

▲圖7 誘導(dǎo)屏與車輛通信示意圖

融合視頻控制與管理

當(dāng)?shù)缆钒l(fā)生擁堵、故事等情況時，可通過視頻查看功能進行實時圖像調(diào)閱查看；用戶可對攝像機的預(yù)置位設(shè)置功能來進行指定場景設(shè)置，以便調(diào)閱時能快速查看；同時用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需要對道路路況通過視頻進行巡檢，以便發(fā)現(xiàn)問題能快速處置。

▲圖8 全景鷹眼監(jiān)控示意圖

融合電警卡口交通違法檢測

該功能主要是通過違法檢測設(shè)備來進行闖紅燈違法抓拍。在該項目中主要作用是檢測智能網(wǎng)聯(lián)汽車與DSRC、信號機在經(jīng)過路口時的情況。可以通過對監(jiān)測點采集的行車記錄及抓拍的特寫圖片，清晰的辨別車輛特征信息。

▲圖9 電子警察與車輛通信示意圖

車輛位置跟蹤與V2X通信場可視化

平臺在實現(xiàn)與路側(cè)設(shè)備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，逐步完善車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)。針對無人駕駛實際應(yīng)用，最終將在有人/無人混行的道路狀況下行駛，通過車路協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)，滿足“人-車-路” 一體化綜合監(jiān)控和管理，實現(xiàn)更深入的感知、更泛在的互聯(lián)、更智慧的處理。

基于GIS的車輛位置動態(tài)跟蹤及展示

智能汽車高精度定位系統(tǒng)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試評價體系的重要組成部分之一。目前汽車高精度定位系統(tǒng)對智能車輛的安全行駛起到舉足輕重的作用，智能車輛的定位精度要求一般至少為亞米級，在一些特殊場景中如：車輛防碰撞、車輛自動組隊行駛、自主泊車等，要求更高。利用高精度定位系統(tǒng)不僅可以給試驗車提供自身可靠的位置信息，還可以提供背景車的運行信息等，為測試場地建立一個時空基準(zhǔn)系統(tǒng)（包括高精度的定位系統(tǒng)和高精度的授時系統(tǒng)），從而為車輛安全行駛提供可靠的依據(jù)。

▲圖10 高精度電子地圖在車輛應(yīng)用示意圖

V2X通信場景可視化

DSRC在車路協(xié)調(diào)中的應(yīng)用（V2V）；

LTE-V在車路協(xié)調(diào)中的應(yīng)用（V2I）；

基于WIFI的通信場景可視化（V2P）；

GPS差分基站可視化；

測試運營與業(yè)務(wù)管理

RFID檢測場地管理

車進出刷RFID卡，結(jié)合車牌識別系統(tǒng)進行驗證，驗證通過后自動抬桿放行；外部車到指定地點領(lǐng)卡后才可以進入；現(xiàn)場不采用自助取卡方式。

入場車輛（含固定車及臨時車）免取卡不停車進入停車場，系統(tǒng)可準(zhǔn)確記錄車輛入場信息；提高通行效率；

固定車輛或無需收費的車輛出場時可不停車通行；

根據(jù)停車時間對臨時車輛進行收費，并能告知駕駛員出入場時間等出入信息；

提供多種繳費方式，支持收費抵用券功能；

系統(tǒng)提供圖片對比功能，出場車輛通行時實時顯示其入場圖片及時間，為收費糾紛提供有效依據(jù)；

后臺保留車輛通行的數(shù)據(jù)，包括抓拍圖片等；

系統(tǒng)黑白名單均實時下發(fā)到車道級控制設(shè)備，支持?jǐn)嗑W(wǎng)情況下的數(shù)據(jù)記錄和正常通行；

對車輛進行有序的分類管理，可自定義，內(nèi)部車、接送車、軍警車等具有對應(yīng)的管理手段；

按管理需求可統(tǒng)計多種報表，如收費人員收銀情況、各類型車輛通行情況、某車輛通行次數(shù)等；

管理運維人員可對車輛進行實時監(jiān)控進出場、收費等情況，并可對收費人員收費進行監(jiān)督核查；

收費人員對現(xiàn)場的異常操作，如非正常抬桿，后臺均形成相應(yīng)記錄；

提供系統(tǒng)日志功能，系統(tǒng)可記錄收費人員的每一步操作，同時，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可記錄故障數(shù)據(jù)以便事后分析處理。

系統(tǒng)支持車牌補錄功能，根據(jù)現(xiàn)場要求，對未識別車輛可以由人工輸入車牌；

系統(tǒng)具備防反串功能，RFID卡嚴(yán)格按照入-出-入-出的流程通行，同一張卡不允許出現(xiàn)多次入場或多次出場的情況；

基于電子圍欄的安防應(yīng)用

采用電子圍欄防范與視頻監(jiān)控相結(jié)合的方式，通過建立安全防范報警系統(tǒng)，能有效的保護網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)和在場工作人員的安全，有效的防范各種安全入侵，并提高處理各種突發(fā)事件的響應(yīng)速度，給工作人員提供一個良好的工作環(huán)境，確保整個示范區(qū)的安全。電子圍欄安全防范報警系統(tǒng)通過前端探測識別非法入侵者、通過警燈發(fā)出信號并控制報警，來提示安保人員，同時監(jiān)控能自動切換和記錄報警畫面，做到及時處理，提高了安保人員的工作效率，以高科技的技術(shù)防范最大程度的來確保示范區(qū)安全。

測試運營與業(yè)務(wù)管理

通過將測試運營管理流程化，開發(fā)相應(yīng)軟件功能模塊，支撐具體的業(yè)務(wù)過程。

▲圖11 測試運營業(yè)務(wù)功能圖

場地使用預(yù)約與收費管理子系統(tǒng)

可實現(xiàn)V2X測試場景50余種，并通過柔性設(shè)計保證了環(huán)境要素的多樣性，能夠復(fù)現(xiàn)多種交通場景，滿足自動駕駛測試的需要，可通過在線預(yù)約方式進行測試場景測試。

▲圖12 場地管理功能圖

服務(wù)流程：

擁有豐富的測試場地管理經(jīng)驗，建立了從測試接洽、入場測試到測試結(jié)束離場的全測試流程服務(wù)體系，保證客戶測試活動的順利進行。

▲圖13 場地預(yù)約流程圖

測試場地使用及過程管理子系統(tǒng)

對各個測試場景進行統(tǒng)計管理，通過各種測試設(shè)備，完善測試流程、測試數(shù)據(jù)的采集，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)及算法融合技術(shù)對測試數(shù)據(jù)進行分析并提供完整的測試報告。

▲圖14 場地過程管理ER圖

測試數(shù)據(jù)采集與評估子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)資源中心逐步形成了完善的數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)處理流程、特征提取方法、場景數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)規(guī)范、測試用例數(shù)據(jù)格式、駕駛場景虛擬仿真測試方法等。為充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資源中心現(xiàn)有駕駛場景數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，迎合企業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)驗證方面的場景需求，解決行業(yè)在本土化功能安全評價方面的痛點問題，數(shù)據(jù)資源中心擬基于駕駛場景數(shù)據(jù)建設(shè)方面的技術(shù)積累，從數(shù)據(jù)采集、處理分析、虛擬仿真和評價體系等多個層面對“智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛場景數(shù)據(jù)庫研究與應(yīng)用”。平臺基于 Kafka 接口從 IoT 平臺采集車輛事件信息，并在DAP 平臺完成消息數(shù)據(jù)的預(yù)處理、解碼和規(guī)整，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)業(yè)務(wù)的需要存儲在實時數(shù)據(jù)庫，并將詳單數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)平臺 Hadoop 進行存儲，在符合當(dāng)?shù)胤珊桶踩?guī)定的前提下開放給運營商內(nèi)部平臺或后期測試評估。

▲圖15 數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)功能圖

結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)+智慧交通是一種全新的網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通領(lǐng)導(dǎo)中的應(yīng)用體現(xiàn)，是新一代智能交通系統(tǒng)的和核心基礎(chǔ)。本文提出了車聯(lián)網(wǎng)的整體體系架構(gòu)，并初步探討了車聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用。通過集成化設(shè)計，滿足人-車-路一體化運行，實現(xiàn)管理監(jiān)控中心對各系統(tǒng)運行狀態(tài)情況全方位了解。各系統(tǒng)可在中心進行全方位展示和監(jiān)控，為管理人員對智能網(wǎng)絡(luò)汽車示范區(qū)的管理和監(jiān)控提供智能化服務(wù)。