車路協同下的路側信息一致性發布初探

林天嬋,李 濤

（江蘇金曉電子信息股份有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

作為智能交通領域的前沿技術，車路協同可利用先進的傳感檢測、無線通信、物聯網、數據分析和車輛控制等技術，將人—車—路聯結為一個整體，通過對交通環境進行實時的交通信息采集和分析，實現車—路（V2I）、車—車（V2V）之間實時的交通信息交互與共享，使得車輛控制系統能夠在復雜的交通環境中及時接收關于擁堵、事故和道路狀況的信息并作出反應，從而確保駕駛安全，減少事故，提高交通運行效率。

目前我國車路協同系統應用推廣主要以智能互聯示范區的模式推進，依托車聯網先導區對車路協同場景進行測試驗證，由無錫、天津、長沙、重慶等地為代表示范區域，對交通設備進行車聯網功能改造，提高核心系統能力，實現蜂窩車聯網C-V2X網絡的規模部署，開展車路協同場景建設和應用示范，持續構建統一的車路協同服務體系。

泛車路協同環境下的車輛駕駛主體可通過車載設備及路側信息發布設備兩種方式獲取包括安全告警類、效率提升類及娛樂服務類等交通信息。這就對同一時間在一定范圍內的車載OBU等信息交互設備獲取的信息與路側信息發布設備發布的信息提出一致性要求。實現不同設備間信息一致有助于提升司乘對交通信息做出協同控制決策，真正體現車路協同對效率及安全提升具有深遠意義。

該研究依托南京秦淮車聯網先導區與紫金山實驗室5G車聯網示范區現有建設基礎，針對2個示范區覆蓋范圍內存在社會道路，且社會車輛多數不具備C-V2X通信能力的情況，示范區現有信息系統缺少對人工駕駛車輛提供信息服務的能力。對于示范區真實事件場景應用，相關安全警示和管控信息，需要所有車輛做出針對性的駕駛決策，保持駕駛行為的協同。因此，需要補充對人工駕駛車輛駕駛者信息服務的路側可視終端。并且，實現路側可視信息發布終端展示信息的良好可視讀性，以及路側可視信息發布終端與C-V2X對車載終端信息發布的一致性，打造廣義車路系統，防止車輛對系統信息解讀的偏差，影響系統策略執行效果。

1 車路協同下的路側信息一致性發布現狀

車路協同下的路側信息一致性發布現狀可分為車路協同通信數據交互與路側可視信息發布兩方面，分別進行現狀分析。

在車路協同通信數據交互技術方面，鑒于車載環境具有特殊性，目前車載環境中通信多數以中短距離無線通信為主。車路協同所要傳遞的信息通常有安全相關與非安全相關兩大類。安全相關信息主要包括異常事件告警、碰撞風險預警、危險路段提醒以及其他需要實時傳輸和通信的、人車安全相關的數據，相關數據收發頻率通常在1~10 Hz之間，通信延遲通常要求100 ms以下；非安全相關信息主要包括交通標志提示、車速引導、路線導航和其他提高交通效率的信息，以及其他信息娛樂服務類非緊急信息，相關數據的收發頻率通常為1 Hz，通信延遲通常要求在500 ms以下[1]。

為了實現車對車、車對路、車對人的協調統一的目標，車路協同系統正在從單一通信模式轉向多種通信模式組合，并根據不同的應用場景和需求選擇不同的通信模式。同時，由于車輛大多數時間是在行駛狀態下，不論是V2I或V2V都會頻繁改變網絡拓撲結構，所以降低通信延遲對于提升車路協同應用效果具有重要意義。車路協同主要使用的通信技術有移動蜂窩技術、Wi-Fi、DSRC和ZigBee[2-3]。

同時國內出臺多個車路協同通信相關標準規范文件，中國通信標準化協會發布的《車聯網總體技術要求》中對V2V、V2I等主要場景下的通信方式及要求進行了規定[4]。工業和信息化部發布的《基于LTE的車聯網無線通信技術總體技術要求》中規范了通過LTE通信技術進行車聯網無線通信的系統架構及不同應用場景下的通信需求[5]。

在路側可視信息發布技術方面，交通信息可以通過CMS（Changeable Message Sign，可變信息標志）、交通廣播和互聯網等多種設備傳達給駕駛者。其中，CMS是以LED作為最小基本單元發布交通狀況和引導信息的重要設備，可通過顯示圖文信息向駕駛者對前方道路走向、旅行時間、事故預警以及其他交通信息進行提示。相比于導航App、交通廣播及其他交通信息傳播方式需要依賴無線電或網絡及第三方設備，駕駛者在行駛過程中無法直接獲取等缺點，CMS屏可沿道路連續布置、位置固定、通過整體展示發布多樣化信息，以此形成連續的信息提示，提高駕駛者對前方道路交通信息的獲取度，加深對信息的理解程度；且交通信息實時更新、顯示時長可控制，為駕駛者提供了全面掌握道路交通情況的渠道。

通常情況下，CMS顯示路網上的交通狀況信息，并以紅色、黃色和綠色顯示擁堵狀況。在特殊情況下，則通過CMS信息發布系統內預制的不同節目模板經由人工審核后發布非常態交通事件。在例如美國、日本、英國等發達國家對CMS的研究已比較成熟并已經建成了相當大的規模。隨著我國大城市交通擁堵問題態勢的不斷加劇及ITS（Intelligent Transportation System，智能運輸系統）的不斷發展，CMS在一些大中城市得到了廣泛應用，北京、上海、廣州、南京等城市的CMS建設同樣已具有相當規模[6]。

同時，國內出臺多個路側信息發布規范文件，公安部發布的《道路交通信息發布規范》中規定了道路交通信息內容、發布方式、發布形式及發布要求等內容[7]。交通部發布的《高速公路可變信息標志信息的顯示和管理》對應用于高速公路內的可變信息標志發布的信息類型、信息顯示格式及信息管理方式等進行了規定[8]。

關于CMS信息發布視覺研究方面，趙琦對影響CMS視認性的不同因素進行了分析，基于分析結果結合駕駛人視認模型構建了關于影響因素的參數模型，包括文字大小、位置確定等，通過在白天、黃昏、夜晚等不同環境下開展模型計算，得出了基于視認最佳的可變信息交通標志顯示亮度[9]。杜建瑋針對目前駕駛者對CMS信息認知過程、CMS設計設置中存在的問題，提出通過CMS信息量化方法、駕駛者信息獲取度評價、駕駛者信息利用度評價與駕駛者認知負荷分析四種模型提升駕駛者對可變信息標志信息認知的有效性，并通過模型和實測對比試驗驗證了模型的適用性[10]。

從以上國內外現狀可以看出，當前的車路協同通信技術在研究方面已經取得了較為豐富的成果，已具備一定的成熟度與落地性，能夠支持數據的低時延傳輸，為車載設備及路側信息發布設備提供實時的交通信息；同時路側信息主要通過CMS發布，CMS的部署建設具備相當規模，滿足為司乘人員實時提供路側信息的條件。但目前缺乏對于車載設備與路側信息發布設備之間一致性發布方面的研究方面，該文對車路協同下的路側信息一致性發布進行初探，旨在為實現車路協同環境下不同設備間的信息一致性發布研究提供初步經驗，同時此研究有助于提升交通出行的安全、效率及服務水平。

2 車路協同下的路側信息一致性發布初探

針對目前車路協同示范區只部署了路側RSU，實現了對各自示范區測試車輛車載OBU發布信息的能力。示范路段覆蓋有市政交通道路，但存在目前的社會車輛無法接受RSU信息，且沒有誘導屏發布對應場景信息，會造成在混行道路下，車路協同自動駕駛決策與人工駕駛決策沖突潛在影響，測試應用場景無法在實際混行道路實用化的問題，需要信息服務系統對外提供路側可視信息發布和無線網絡通信等多種信息服務方式。為了實現基礎設施共用，節約建設成本，便于對混行路況下車載OBU和人工駕駛者同時獲取一致性交通信息，通過車路協同信息獲取與路側可視信息獲取相關需求研究，實現場景化交通安全警示信息通過RSU對車載OBU和路側CMS屏對駕駛者同步發送，達到混行道路中不同車輛等效獲取安全警示信息的效果。

下面以兩種典型交通事件場景對車路協同下的車載信息交互設備與路側可視信息發布設備兩種發布方式進行整合，分析不同場景下實現信息一致性發布的需求。

2.1 前方靜止車輛告警

2.1.1 場景描述

場景如圖1所示。車輛行駛時周期性對外廣播該車的位置、速度、方向、加速度等信息。當車輛因發生突發事故、車輛故障、道路施工、交通擁堵或其他人為因素導致停車時，成為靜止車輛(A)。后方車輛(B)根據車輛(A)所發信息的內容，識別出車輛(A)為靜止車輛。當識別到靜止車輛(A)處于該車前方行駛路線上，并發生追尾事故風險時，車輛(B)產生該車警告。同時若道路內有路側設備，檢測到車輛(A)非正常停車，則通過車輛前方200 m范圍內CMS發布該靜止車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見圖1）。

圖1 公路場景下前方靜止車輛告警示意圖

2.1.2 預期效果

該場景下，基于通信的車內車載設備及路側CMS可以降低靜止車輛在道路上停車時，后方正常行駛車輛因視野條件有限、駕駛者未集中注意力或錯誤估計距離速度等因素引發而發生事故的風險。

2.1.3 需求分析

（1）應用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點到多點周期性廣播，周期10 Hz。

（3）端到端傳輸時延要求：小于100 ms。

（4）通信距離：公路294 m，城市道路109 m[7]。

（5）可靠性要求：①在公路行駛環境中，在294 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應達到99%；②在城市道路行駛環境中，在109 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應達到99%。

（6）一致性信息發布范圍：200 m。

2.2 匯入主路碰撞告警

2.2.1 場景描述

場景如圖2所示。車輛在主干道上行駛至主干道與匝道交界處時，當匝道有車輛即將匯入主路，且與主干道內行駛的車輛存在碰撞風險時，應對該車駕駛者進行預警，提醒駕駛者對車輛進行控制以避免碰撞：如果車輛在匝道上行駛至主干道與匝道交界處時，如果主干道上有車輛，且有碰撞風險，應預警提醒匯入車輛駕駛者對車輛進行控制以避免碰撞。同時若路邊有路側設備，檢測到匝道車輛匯入或主線車輛合流時，則通過CMS發布該合流車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見圖2）。

圖2 公路場景下匯入主路碰撞告警示意圖

2.2.2 預期效果

該場景下，基于通信的汽車主動安全系統可以降低匝道車輛匯入主線時，主線車輛因盲區視線受限、駕駛者分心、減速避讓不及時等因素引發而發生事故的風險。

2.2.3 需求分析

（1）應用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點到多點周期性廣播，周期10 Hz。

（3）時延要求：最大時延100 ms。

（4）通信距離：大于300 m。

（5）一致性信息發布范圍：200 m。

3 結語

為確保車路協同環境下的司乘人員獲取到的車載信息與路側信息一致，及在混行道路下人工駕駛車輛和智能駕駛車輛統一獲取一致性信息決策，該文首先通過對車路協同通信數據交互技術與路側可視信息發布技術現狀進行分析，得出兩項技術的成熟度較高，可為車路協同下的路側信息一致性發布提供技術支撐。其次以兩種典型交通事件場景對車載信息及路側信息一致性發布進行整合，并對不同場景下實現信息一致性發布的需求進行了分析，實現了對車路協同下的路側信息一致性發布的初步探索。