基于車城網(wǎng)的智慧路口應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)

摘要：車城網(wǎng)以支撐智慧交通、智慧城市、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用為導(dǎo)向，在試點(diǎn)區(qū)域道路構(gòu)建集感知、通信、計(jì)算等能力為一體的智慧路口。文章從智慧路口的部署方案、車城網(wǎng)平臺(tái)支撐功能、智慧路口綜合服務(wù)三方面做出介紹，為車城網(wǎng)的智慧路口解決方案提供一些參考。

關(guān)鍵詞：智慧路口；車城網(wǎng)；智慧交通

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.008

中圖分類號(hào)：U 495" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-03

Application Research and Design of Smart Intersections Based on Vehicle City Network

YANG Yi

（Guangzhou Smart City Investment and Operation Co.， Ltd.， Guangzhou 510045， China）

Abstract： Guided by supporting applications such as smart transportation， smart city， and autonomous driving， Vehicle City Network builds smart intersections integrating perception， communication， and computing capabilities on roads in pilot areas. This paper based on the vehicle city network from the smart intersection deployment scheme， car city network platform support function， and smart intersection comprehensive service three aspects to make an introduction， has a certain guiding role for the vehicle city network smart intersection solution.

Key words： smart intersections; vehicle city network; smart transportation

0" 引言

2020年8月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中央網(wǎng)信辦、科技部、工業(yè)和信息化部等聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》，加快推進(jìn)基于信息化、數(shù)字化、智能化的新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（以下簡(jiǎn)稱“新城建”），以“新城建”對(duì)接新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，引領(lǐng)城市轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)城市現(xiàn)代化，并提出七項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，“協(xié)同發(fā)展智慧城市與智能網(wǎng)聯(lián)汽車”是其中之一[1]。

車城網(wǎng)作為“新城建”重點(diǎn)任務(wù)，是“協(xié)同發(fā)展智慧城市與智能網(wǎng)聯(lián)汽車”任務(wù)的核心內(nèi)容與主要支撐，也是綜合運(yùn)用5G、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的復(fù)合型先導(dǎo)示范工程，建設(shè)城市道路、建筑、公共設(shè)施融合感知體系，打造基于城市信息模型平臺(tái)、集城市動(dòng)態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)于一體的智慧出行平臺(tái)。

1" 車城網(wǎng)系統(tǒng)總體架構(gòu)

車城網(wǎng)總體架構(gòu)如圖1所示，整體分為三個(gè)層次：最底層為智能化基礎(chǔ)設(shè)施，中間層為車城網(wǎng)平臺(tái)，最上層是各類車城融合應(yīng)用[2]。

智能化基礎(chǔ)設(shè)施是車城網(wǎng)建設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件。車城網(wǎng)按照統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。整個(gè)車城網(wǎng)智能化基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)包括智慧燈桿、車城網(wǎng)路側(cè)設(shè)備、智慧路口設(shè)施、城市感知設(shè)施、高精度地圖、信控設(shè)施等。

車城網(wǎng)平臺(tái)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一的接入和實(shí)時(shí)管控調(diào)度，實(shí)現(xiàn)交通、城市及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)融合，并在多維度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為上層車城融合應(yīng)用提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

車城融合應(yīng)用是面向交通出行、市民服務(wù)、城市管理、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新等多個(gè)方向進(jìn)行的示范應(yīng)用建設(shè)，在城市各個(gè)層面體現(xiàn)車城網(wǎng)支撐下的應(yīng)用創(chuàng)新。本智慧路口應(yīng)用主要由智慧路口設(shè)施、車城網(wǎng)平臺(tái)支撐功能、智慧路口綜合服務(wù)三方面構(gòu)成。

2" 智慧路口應(yīng)用設(shè)計(jì)

城市道路交叉路口處于行人、車輛交匯處，由于車輛行駛路線沖突、駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)彎視線受阻等因素，導(dǎo)致交叉路口交通事故多發(fā)，因此城市道路交叉口交通組織方式成為影響路網(wǎng)通行效率和通行安全的突出問題。針對(duì)上述問題，本文提出的智慧路口應(yīng)用設(shè)計(jì)基于智慧路口設(shè)施部署，融合高精度地圖、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路口全域監(jiān)測(cè)、全息感知及可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)路口交通狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與安全隱患分析，同時(shí)為智能網(wǎng)聯(lián)汽車在道路復(fù)雜環(huán)境落地賦能。

2.1 部署方案

通過布設(shè)激光雷達(dá)、攝像機(jī)等路側(cè)感知設(shè)備及邊緣計(jì)算單元，實(shí)現(xiàn)路口交通狀態(tài)的360°全方位感知，并將路口實(shí)時(shí)交通信息及信號(hào)燈信號(hào)等直接推送給路側(cè)通信單元（RSU），經(jīng)過RSU廣播至路口所有智能網(wǎng)聯(lián)汽車，為智慧路口應(yīng)用部署提供相關(guān)資源。針對(duì)不同的交通路口需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)前端設(shè)備部署方案。

（1）十字路口點(diǎn)位部署如圖2所示，在1號(hào)點(diǎn)位掛載激光雷達(dá)、雷視一體機(jī)、攝像頭各1個(gè)；在2號(hào)點(diǎn)位掛載雷視一體機(jī)1個(gè)；在3號(hào)點(diǎn)位掛載激光雷達(dá)、雷視一體機(jī)、攝像頭、RSU各1個(gè)；在4號(hào)點(diǎn)位掛載雷視一體機(jī)1個(gè)。

（2）T字路口點(diǎn)位部署如圖3所示，在1號(hào)點(diǎn)位掛載雷視一體機(jī)、RSU各1套；在2號(hào)點(diǎn)位掛載雷視一體機(jī)1套；在3號(hào)點(diǎn)位掛載激光雷達(dá)、雷視一體機(jī)、攝像頭各1套。

邊緣計(jì)算單元建議在距離信號(hào)機(jī)取電取網(wǎng)最近點(diǎn)位的抱桿機(jī)箱進(jìn)行部署。

2.2 車城網(wǎng)平臺(tái)支撐功能

車城網(wǎng)平臺(tái)為智慧路口應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，平臺(tái)整合前端各類感知設(shè)備的邊緣計(jì)算處理結(jié)果，將路口實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)虛擬化處理，將實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備和交通參與者映射到一個(gè)與真實(shí)場(chǎng)景相一致的數(shù)字化場(chǎng)景中，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧路口業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)字化支撐，該平臺(tái)應(yīng)具備以下功能。

（1）數(shù)據(jù)資源管理：數(shù)據(jù)資源管理實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的接收、匯集、交換與統(tǒng)計(jì)分析，包括數(shù)據(jù)接入與管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換與管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

（2）設(shè)備狀態(tài)管理：設(shè)備狀態(tài)管理模塊實(shí)現(xiàn)路口設(shè)備配置管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警等。設(shè)備配置管理指對(duì)路口感知設(shè)備的配置信息進(jìn)行管理，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控指對(duì)路口感知設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。

（3）數(shù)字孿生：將高精地圖和三維引擎相結(jié)合，基于統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)時(shí)地將交通實(shí)景和事件信息在平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)字化重構(gòu)，提供與真實(shí)場(chǎng)景相一致的數(shù)字化場(chǎng)景。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析：對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)和分析，一方面提供上層應(yīng)用場(chǎng)景所需要呈現(xiàn)的內(nèi)容，另一方面為管理者提供相關(guān)的決策輔助分析。

（5）數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳：具有數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳及續(xù)傳功能。邊緣計(jì)算單元中內(nèi)置硬盤并采用自動(dòng)循環(huán)覆蓋的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制，當(dāng)存儲(chǔ)達(dá)到最大容量時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)覆蓋。當(dāng)邊緣計(jì)算單元與車城網(wǎng)平臺(tái)之間的專線網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷時(shí)，系統(tǒng)將繼續(xù)在存儲(chǔ)介質(zhì)中臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后能進(jìn)行自動(dòng)斷點(diǎn)續(xù)傳，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳回后端管理平臺(tái)。

（6）遠(yuǎn)程配置維護(hù)：支持遠(yuǎn)程自動(dòng)查詢終端信息（終端型號(hào)、軟件版本號(hào)），可以遠(yuǎn)程升級(jí)軟件，遠(yuǎn)程獲取智慧路口設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)路側(cè)通信單元、邊緣計(jì)算單元等主要設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)，包括遠(yuǎn)程重啟、復(fù)位等操作。

3" 智慧路口綜合服務(wù)

智慧路口應(yīng)用基于路口設(shè)施部署、車城網(wǎng)平臺(tái)功能支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)路口范圍內(nèi)“人、車、路、環(huán)境、事件、交通參數(shù)、車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)”等所有信息“全時(shí)空、多維度、全要素”的全息感知功能，可結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能等技術(shù)形成多項(xiàng)智慧路口服務(wù)。

（1）交通態(tài)勢(shì)研判：基于智慧路口的交通感知數(shù)據(jù)，對(duì)路口運(yùn)行狀態(tài)、交通安全、交通狀態(tài)演變規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)研判及運(yùn)行規(guī)律分析，輸出路口交通態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合路口不均衡系數(shù)指標(biāo)，為交通管理者在路口態(tài)勢(shì)檢測(cè)、交通組織優(yōu)化，路口安全防范策略、信號(hào)配時(shí)優(yōu)化、潮汐車道判別等方面提供依據(jù)。

（2）紅綠燈信號(hào)下發(fā)：當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)車輛即將到達(dá)路口時(shí)，路側(cè)設(shè)備通過廣播方式告知車輛路口相應(yīng)方向的紅綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間及建議行駛速度等信息，提升其對(duì)交通信息的及時(shí)應(yīng)對(duì)能力，保證車輛安全通過路口。在信號(hào)燈信息廣播時(shí)，車輛可以根據(jù)當(dāng)前的行駛方向，判斷顯示本車行駛方向以及本車道的信號(hào)燈信號(hào)的變化。

（3）左轉(zhuǎn)輔助：車輛在左轉(zhuǎn)時(shí)可能存在盲區(qū)，若檢測(cè)到車輛左轉(zhuǎn)方向有來(lái)車，則通過路側(cè)設(shè)備將該信息下發(fā)到智能網(wǎng)聯(lián)車輛，通過本地計(jì)算，提醒司機(jī)是否有碰撞危險(xiǎn)以及是否可安全左轉(zhuǎn)，有效避免交通事故的發(fā)生。

（4）行人檢測(cè)預(yù)警：在路口安裝激光雷達(dá)等行人檢測(cè)設(shè)備，路側(cè)設(shè)備將檢測(cè)到的行人信息發(fā)送給即將通過路口的智能網(wǎng)聯(lián)車輛，提醒車輛注意避讓行人，保障行人和車輛的安全。

（5）交叉路口防碰撞：當(dāng)車輛通過復(fù)雜路口時(shí)，路側(cè)設(shè)備可以通過攝像頭、雷達(dá)等傳感器采集路口交通信息，生成路口交通態(tài)勢(shì)，通過路側(cè)的協(xié)同決策及時(shí)做出車輛行駛建議，廣播給智能網(wǎng)聯(lián)車輛，幫助車輛了解路口交通狀況，提前做出行駛決策，降低交通事故發(fā)生的概率。

（6）道路施工預(yù)警：在施工開始前，在智慧路口管理平臺(tái)上錄入施工計(jì)劃，管理平臺(tái)通過路側(cè)設(shè)備向附近的車輛廣播施工信息；行駛在施工影響車道上的車輛接收到施工警示信息后，可提前變換車道，避免發(fā)生碰撞事故，或者重新規(guī)劃行車路線。

（7）可視化數(shù)字孿生：構(gòu)建與路口現(xiàn)狀時(shí)空環(huán)境一致的數(shù)字孿生智慧路口，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧路口整體運(yùn)行狀態(tài)可視化展示。可視化數(shù)字孿生場(chǎng)景如圖4所示。

圖4 可視化數(shù)字孿生場(chǎng)景示意圖

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于車城網(wǎng)的智慧路口應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，從部署方案、車城網(wǎng)平臺(tái)支撐功能、智慧路口綜合服務(wù)三個(gè)方面，詳細(xì)介紹了智慧路口的構(gòu)成及功能。該設(shè)計(jì)在交通、安全等方面為城市治理提供了一種先進(jìn)手段，發(fā)揮了車城融合對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，以創(chuàng)新的服務(wù)形式和服務(wù)內(nèi)容，改善了居民出行體驗(yàn)。■

參考文獻(xiàn)

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[2] 廣州車城網(wǎng)琶洲示范區(qū)打造智慧城市樣本[J]．中國(guó)建設(shè)信息化，2022（15）：8-10.