車路云一體化系統(tǒng)路側(cè)RSU設(shè)備常態(tài)化運(yùn)維探索

摘 要：文章針對(duì)車路云一體化系統(tǒng)中路側(cè)單元（RSU）設(shè)備常態(tài)化運(yùn)維需求，提出了一套涵蓋設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量多維度評(píng)估與常態(tài)化養(yǎng)護(hù)的運(yùn)維方案。通過云端平臺(tái)高頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延與丟包率，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)證消息覆蓋范圍、傳輸時(shí)延及一致性，建立“問題發(fā)現(xiàn)-根源分析-執(zhí)行跟蹤”的閉環(huán)管理機(jī)制。該方案可有效提升RSU運(yùn)行穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)可靠性，為車路協(xié)同應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：車路云一體化系統(tǒng) 路側(cè)單元 常態(tài)化運(yùn)維 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

1 緒論

1.1 背景

車路云一體化系統(tǒng)（Vehicle-Road-Cloud Integrated System，VRCIS）是通過新一代信息與通信技術(shù)將人、車、路、云的物理空間、信息空間融合為一體，基于系統(tǒng)協(xié)同感知、決策與控制，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車交通系統(tǒng)安全、節(jié)能、舒適及高效運(yùn)行的信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）。車路云一體化系統(tǒng)也可稱之為車路云一體化融合控制系統(tǒng)/智能網(wǎng)聯(lián)汽車云控系統(tǒng)，它是對(duì)已形成行業(yè)共識(shí)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中國方案的簡潔描述。車路云一體化系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示，它是由車輛及其他交通參與者、路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施、云控平臺(tái)、相關(guān)支撐平臺(tái)、通信網(wǎng)等部分組成的一個(gè)復(fù)雜大系統(tǒng)。可以為交通出行以及政府決策提供融合感知、協(xié)同決策、協(xié)同控制、交通管控及城市治理相關(guān)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)賦能等相關(guān)應(yīng)用[1]。

車路云一體化系統(tǒng)中的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施又包括路側(cè)感知設(shè)備（攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、氣象傳感器等）、路側(cè)單元（Road Side Unit，RSU）、交通信息化設(shè)備（信號(hào)燈、情報(bào)板等）和路側(cè)計(jì)算單元等[2]。其中，RSU作為其中主要組成部分之一，承擔(dān)了車路云一體化系統(tǒng)路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施中信息中轉(zhuǎn)站的角色。RSU設(shè)備通常安裝在道路旁邊，可以接收路側(cè)感知設(shè)備、交通信息化設(shè)備、路側(cè)計(jì)算單元、云端下發(fā)的信息，使用LTE直連通信技術(shù)通過PC5鏈路與車載單元（On Board Unit，OBU）進(jìn)行通信[3]，實(shí)現(xiàn)車輛與路側(cè)之間的信息交換，如圖2所示。依據(jù)T/CSAE 53-2020對(duì)合作式運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互字段的規(guī)定，經(jīng)由路側(cè)設(shè)施設(shè)備感知、計(jì)算，最后發(fā)送到車端的數(shù)據(jù)類型包括SPAT消息（Signal Phase and Timing Message，信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)消息）、MAP消息（Map Message，地圖消息）、RSI消息（Road Side Information Message，路側(cè)消息）、RSM消息（Roadside Safety Message，路側(cè)安全消息）[4]。按照?qǐng)D2所示的數(shù)據(jù)鏈路，感知設(shè)備、交通信息化設(shè)備采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)由路側(cè)計(jì)算單元融合計(jì)算后，得到了原始的SPAT消息、MAP消息、RSI消息、RSM消息。這些消息數(shù)據(jù)分別通過Uu鏈路和PC5鏈路發(fā)送到車端，車端通過OBU設(shè)備接收消息。其中，經(jīng)由RSU設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)通過LTE直連通信的方式到達(dá)車端的鏈路是目前行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)上車”時(shí)延最小的鏈路。

然而，車路云一體化系統(tǒng)面向車端推廣，需要RSU設(shè)備深度參與的諸如融合感知、協(xié)同決策、協(xié)同控制等相關(guān)應(yīng)用，對(duì)RSU設(shè)備的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)的時(shí)效性均提出了很高的要求。RSU設(shè)備在建成投入使用后，由于需要在戶外長時(shí)間、高強(qiáng)度不間斷地工作，若不及時(shí)開展保養(yǎng)和維護(hù)，設(shè)備故障、通信中斷、數(shù)據(jù)質(zhì)量下降等風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著上升，從而導(dǎo)致相關(guān)應(yīng)用不可用，直接影響道路交通運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。因此，針對(duì)已實(shí)際投入使用的RSU設(shè)備，亟須構(gòu)建與之運(yùn)行相匹配的方案來運(yùn)維實(shí)踐，切實(shí)保障VRCIS的可行性、可靠性和安全性。

1.2 相關(guān)研究

當(dāng)前行業(yè)內(nèi)已有相關(guān)的工作對(duì)車聯(lián)網(wǎng)和車路云一體化系統(tǒng)的運(yùn)維問題開展研究。李伯雄等針對(duì)當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施存在路側(cè)信息準(zhǔn)確性不足、可靠性差、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、運(yùn)維體系缺失等問題，構(gòu)建了覆蓋建設(shè)階段測(cè)試與運(yùn)營階段監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試運(yùn)維體系框架，旨在保障基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行[5]。王秋紅等針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維體系存在的設(shè)備接口協(xié)議碎片化（廠家差異）、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（如CPU過載閾值不一致）、運(yùn)維效率低下（層級(jí)復(fù)雜/人工依賴）三大痛點(diǎn)，系統(tǒng)構(gòu)建面向車路協(xié)同的集約化運(yùn)維管理平臺(tái)，提出知識(shí)庫驅(qū)動(dòng)的智能化故障處理機(jī)制，為大規(guī)模開放道路部署提供可擴(kuò)展的運(yùn)維解決方案[6]。Su等針對(duì)大規(guī)模路側(cè)消息的存在性驗(yàn)證問題，通過改進(jìn)的DBSCAN算法提出了適用于大規(guī)模路網(wǎng)下路側(cè)消息覆蓋距離的快速巡檢方法[7]。但是針對(duì)RSU設(shè)備本身以及RSU設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)質(zhì)量運(yùn)維，尚缺少一套完整系統(tǒng)的運(yùn)維方案。基于此，文章提出了一套針對(duì)RSU設(shè)備的運(yùn)維方案，包括設(shè)備狀態(tài)與數(shù)據(jù)質(zhì)量日常的監(jiān)測(cè)與維護(hù)所需開展的必要工作，以及運(yùn)維保障機(jī)制建設(shè)的相關(guān)舉措。

2 常態(tài)化運(yùn)營方案

路側(cè)RSU的常態(tài)化運(yùn)營主要包含三個(gè)方面的工作：設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)以及設(shè)備日常養(yǎng)護(hù)。

2.1 設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)是RSU運(yùn)維的基礎(chǔ)工作，通過布設(shè)在云端的運(yùn)維管理平臺(tái)開展，主要工作包括以下兩個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)丟包率監(jiān)測(cè)：以每分鐘1次的檢查頻率檢查RSU到運(yùn)維管理平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包率，計(jì)算每臺(tái)RSU每小時(shí)的平均網(wǎng)絡(luò)丟包率。

（2）網(wǎng)絡(luò)時(shí)延監(jiān)測(cè)：以每分鐘1次的檢查頻率檢查RSU到運(yùn)維管理平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，計(jì)算每臺(tái)RSU每小時(shí)的平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

告警標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)設(shè)備小時(shí)平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延＞50ms或設(shè)備小時(shí)平均網(wǎng)絡(luò)丟包率＞5%時(shí)，觸發(fā)異常告警機(jī)制，運(yùn)維管理平臺(tái)通過短信、郵件等方式通知相關(guān)人員，以便及時(shí)處理問題。

2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

經(jīng)由RSU通過LTE直連的方式轉(zhuǎn)發(fā)至車端的消息的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法有2種，分別為平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)兩種方式。兩種方式側(cè)重點(diǎn)不同，平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采用高頻、高次的方式開展檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)RSU數(shù)據(jù)質(zhì)量中的潛在問題；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)由于成本的原因開展頻率相對(duì)較低，但直接在車端使用環(huán)境中開展檢查，檢查項(xiàng)更加全面，可以系統(tǒng)地診斷每個(gè)RSU點(diǎn)位的數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合各項(xiàng)車路云一體化應(yīng)用的要求。

2.2.1 平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

部署在云端的運(yùn)維管理平臺(tái)通過接入RSU實(shí)時(shí)回傳的四類消息，以不低于5分鐘1次的頻率開展檢查。檢查內(nèi)容及指標(biāo)如表1所示。

監(jiān)測(cè)告警標(biāo)準(zhǔn)視車路云一體化系統(tǒng)提供的應(yīng)用種類而定，制定時(shí)需參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、車企應(yīng)用需求以及運(yùn)維主管單位的意見。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以不低于1周1次的頻率開展。檢查按照檢查前準(zhǔn)備-檢查時(shí)-檢查后三個(gè)階段進(jìn)行。

檢查前，需要搭建可以通過LTE直連方式接收路側(cè)消息的數(shù)據(jù)采集車。數(shù)據(jù)采集車包含天線、OBU和筆記本電腦三部分。設(shè)備間的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳見圖3（a）。OBU通過線纜分別與車外天線及車內(nèi)筆記本電腦連接——天線需牢固安裝在車體外部，如圖3（b）所示以接收RSU廣播消息，筆記本電腦則作為控制終端，如圖3（d）所示，用于操作OBU接收數(shù)據(jù)并將消息存儲(chǔ)至本地。每次檢查開始前，OBU設(shè)備以及筆記本電腦需要進(jìn)行一次校時(shí)操作。實(shí)際安裝效果可參考圖3（b）（c）（d）的實(shí)物示意圖。

檢查時(shí)，根據(jù)測(cè)試目標(biāo)選擇常規(guī)測(cè)試或詳細(xì)測(cè)試路線：常規(guī)測(cè)試要求數(shù)據(jù)采集車以≤40km/h速度遍歷所有RSU部署點(diǎn)（進(jìn)入每個(gè)RSU周圍100米范圍），完成大規(guī)模路網(wǎng)快速巡檢；詳細(xì)測(cè)試則針對(duì)常規(guī)測(cè)試中篩查出的問題RSU進(jìn)行更加深入的測(cè)試，具體為在RSU部署位置附近反復(fù)行駛，在單一道路段或交叉路口周邊300米內(nèi)采集超過1000條數(shù)據(jù)。無論是常規(guī)測(cè)試還是詳細(xì)測(cè)試，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容需涵蓋車輛實(shí)時(shí)GPS軌跡（時(shí)間戳、經(jīng)緯度，頻率10Hz以上）和四類路側(cè)消息。數(shù)據(jù)采集完畢后需將數(shù)據(jù)妥善存儲(chǔ)，以備離線數(shù)據(jù)分析使用。

檢查后，通過分析采集到的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)存在性、完整性、唯一性、時(shí)效性、一致性五個(gè)維度開展檢查，檢查內(nèi)容如下：現(xiàn)場(chǎng)檢查的告警標(biāo)準(zhǔn)視車路云一體化系統(tǒng)提供的應(yīng)用種類而定，制定時(shí)需參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、車企應(yīng)用需求以及運(yùn)維主管單位的意見。

2.3 設(shè)備養(yǎng)護(hù)

設(shè)備養(yǎng)護(hù)是保障RSU長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作，主要工作內(nèi)容包括以下四個(gè)方面。

（1）定期巡檢：安排定期的現(xiàn)場(chǎng)巡檢，檢查設(shè)備的物理狀態(tài)，包括外觀檢查、接線檢查、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢查等。巡檢周期可以根據(jù)設(shè)備的重要性和使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

（2）更新軟件：對(duì)RSU的軟件系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)更新，識(shí)別并精準(zhǔn)解析漏洞信息后修復(fù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。通過遠(yuǎn)程更新或現(xiàn)場(chǎng)更新的方式，確保軟件版本的最新性。

（3）硬件維護(hù)：對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)，更換老化部件，確保硬件的正常運(yùn)行。例如，更換損壞的天線、電池等。

（4）環(huán)境適應(yīng)性檢查：檢查設(shè)備是否適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如防雷、防潮、防塵等。確保設(shè)備能夠在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

3 運(yùn)維保障機(jī)制建設(shè)

RSU設(shè)備日常運(yùn)維保障機(jī)制可從以下三個(gè)維度展開。

3.1 構(gòu)建全流程閉環(huán)管理體系

建立覆蓋“問題發(fā)現(xiàn)-根源分析-方案制定-執(zhí)行跟蹤-效果驗(yàn)證”的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維流程，明確各環(huán)節(jié)責(zé)任主體、任務(wù)規(guī)范及銜接標(biāo)準(zhǔn)，通過信息共享機(jī)制強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作效能，保障運(yùn)維任務(wù)的高效執(zhí)行與質(zhì)量可控。

3.2 實(shí)施分層考核管理機(jī)制

制定運(yùn)維團(tuán)隊(duì)考核制度，設(shè)立效率質(zhì)量雙維度評(píng)價(jià)指標(biāo)，配套工單系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)化文檔模板，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維過程全周期可追溯；建立設(shè)備供應(yīng)商服務(wù)評(píng)價(jià)體系，制定量化考核標(biāo)準(zhǔn)并配套專項(xiàng)整改機(jī)制，重點(diǎn)攻克技術(shù)疑難問題；推行周度任務(wù)分解機(jī)制，將工作計(jì)劃細(xì)化到周、責(zé)任落實(shí)到人，形成端到端的閉環(huán)管理。

3.3 完善多方協(xié)同工作機(jī)制

構(gòu)建運(yùn)維團(tuán)隊(duì)內(nèi)部、跨單位協(xié)作、廠商聯(lián)動(dòng)三級(jí)管理架構(gòu)，通過流程接口標(biāo)準(zhǔn)化、考核制度體系化、專項(xiàng)問題共治化等方式，形成多方協(xié)同的質(zhì)量保障網(wǎng)絡(luò)，確保運(yùn)維服務(wù)持續(xù)滿足數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

4 結(jié)語

隨著車路云一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，RSU作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要性日益凸顯。構(gòu)建與車路云一體化系統(tǒng)深度適配RSU常態(tài)化運(yùn)維體系，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期運(yùn)行可行性、功能可靠性與安全合規(guī)性的核心保障。通過設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、定期巡檢、軟件更新等措施，可以有效確保RSU的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，建立完善的異常問題處理機(jī)制和運(yùn)維保障機(jī)制，可以快速應(yīng)對(duì)和處理各種突發(fā)情況，保證車路云一體化系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，RSU的運(yùn)維方法也將不斷優(yōu)化和完善，為智能交通和自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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