一、我國高速公路的現(xiàn)狀及面臨問題
截止2018年底，我國高速里程已突破14萬公里，汽車保有量達(dá)3.25億輛。高速公路事故突發(fā)及事故嚴(yán)重性等問題突出，區(qū)域性擁堵、惡劣氣象等阻斷事件頻發(fā)，突發(fā)事件影響的時(shí)空范圍呈網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)散態(tài)勢。高速公路機(jī)電三大系統(tǒng)（監(jiān)控、收費(fèi)、通信）的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化為高速公路體系的高效、安全、綠色做出了很大的貢獻(xiàn)。然而目前高速公路的感知能力、交互能力、智慧程度都還比較低，仍不能有效解決安全行車和暢通快捷這兩大難題，同時(shí)高速公路投資成本巨大，絕大多數(shù)收益回報(bào)率較低。
二、基于C-V2X的智慧高速解決方案
在新時(shí)代背景下，大唐高鴻基于C-V2X智慧高速解決方案的目標(biāo)是建設(shè)“有感覺”、“會(huì)說話”、“有記憶”、“能思考”的智慧高速公路。
有感覺：首先要為道路及設(shè)施部署感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化。實(shí)施過程中盡量復(fù)用已有的感知設(shè)備，同時(shí)按需部署新的感知設(shè)備。
會(huì)說話：及時(shí)傳遞或發(fā)布交通安全信息，為交通參與方提供交互能力和手段，保障出行安全、提升出行效率。
有記憶：建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心，存儲(chǔ)所有的感知數(shù)據(jù)和路側(cè)信息，為各種思考應(yīng)用、路況預(yù)測，場景重現(xiàn)提供最重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
能思考：建立路側(cè)級(jí)、中心級(jí)的車路協(xié)同管理系統(tǒng)，形成區(qū)域數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、萃取、處理樞紐。
整體建設(shè)內(nèi)容包括全方位的動(dòng)態(tài)感知系統(tǒng)、邊緣計(jì)算單元、有線\無線通信網(wǎng)絡(luò)，以及分級(jí)云控中心，具體如圖1所示：
圖1、車路協(xié)同建設(shè)內(nèi)容
三、系統(tǒng)架構(gòu)
車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)包含：中心級(jí)車路協(xié)同管理系統(tǒng)（含數(shù)據(jù)中心，中心級(jí)云控系統(tǒng)）、路段級(jí)車路協(xié)同管理系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)（路側(cè)級(jí)）、智能車載終端，即“云、路、側(cè)、端”等四個(gè)層面。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示：
圖2智慧高速車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)
?。ㄒ唬┲行募?jí)
一般是指省級(jí)車路協(xié)同管理系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程控制車路協(xié)同設(shè)備、數(shù)據(jù)采集與分析、為外部客戶的業(yè)務(wù)平臺(tái)提供支持等功能。
（二）路段級(jí)
路段級(jí)系統(tǒng)接收智能車載系統(tǒng)和智能路側(cè)系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)，匯聚事件檢測、交通控制等數(shù)據(jù)來源，形成單個(gè)路段的數(shù)據(jù)資源庫。路段級(jí)系統(tǒng)通過管線或原有的通信站，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞〖?jí)車路協(xié)同系統(tǒng)。
?。ㄈ┞穫?cè)級(jí)
智能路側(cè)系統(tǒng)，主要由路側(cè)單元（RSU）、邊緣計(jì)算設(shè)備（MEC）、高精度攝像機(jī)、公路交通氣象站、廣域雷達(dá)微波檢測器等設(shè)備組成。智能路側(cè)系統(tǒng)集成各類傳感器，利用本地邊緣計(jì)算技術(shù)，完成傳感數(shù)據(jù)的處理與提取，將危險(xiǎn)事件通過直通網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通知給周邊安裝了OBU的車輛，同時(shí)將事件信息上傳至路段級(jí)車路協(xié)同系統(tǒng)。此外，路側(cè)系統(tǒng)接收路段級(jí)或中心級(jí)別的指令信息，對(duì)上路車輛實(shí)施動(dòng)態(tài)交通管控。
?。ㄋ模┙K端級(jí)
智能車載終端（OBU）通過廣播的方式（LTE-V2X PC5），提供車輛與車輛（V2V）、車輛與路側(cè)設(shè)施（V2I）車輛與行人（V2P）的通信通路；通過基站中轉(zhuǎn)的方式（LTE-Uu接口）提供車輛與云平臺(tái)（V2N）的通信通路。除車載通信單元外，OBU還提供安全決策和告警提示的安全應(yīng)用。安全應(yīng)用程序可以加載在單獨(dú)的上位機(jī)上，也可以加載在OBU的應(yīng)用處理器上。
四、應(yīng)用場景
車路協(xié)同系統(tǒng)的主要目標(biāo)是連接區(qū)域內(nèi)的人、車、路、環(huán)境，提升車輛通信效率；保障行車安全，加強(qiáng)車輛監(jiān)管，車輛安全預(yù)警；在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)為公眾出行提供及時(shí)、準(zhǔn)確的提醒服務(wù)，道路養(yǎng)護(hù)的精準(zhǔn)評(píng)估，以及服務(wù)區(qū)特色應(yīng)用。下面按照中心級(jí)、路段級(jí)和路側(cè)級(jí)分別介紹智慧高速的車路協(xié)同應(yīng)用。
?。ㄒ唬┲行募?jí)車路協(xié)同應(yīng)用
利用V2X的信息采集技術(shù)以及北斗高精度定位技術(shù)，數(shù)據(jù)中心可以實(shí)時(shí)獲知車輛的狀態(tài)、位置以及路況信息，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)高速的車輛監(jiān)控，為車輛提供及時(shí)救援和出行服務(wù)，同時(shí)根據(jù)路政車輛上報(bào)的信息實(shí)現(xiàn)道路的精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，可實(shí)施的具體應(yīng)用場景如下：
（1）營運(yùn)車輛全程監(jiān)控
數(shù)據(jù)中心根據(jù)車輛上報(bào)的位置和狀態(tài)信息，可以實(shí)時(shí)確認(rèn)車輛的位置以及車輛的狀況，如車內(nèi)危險(xiǎn)物品、車輛事故情況。如果發(fā)現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)啟動(dòng)異常處理機(jī)制，調(diào)動(dòng)專業(yè)人員前往現(xiàn)場處理，同時(shí)向周邊的車輛發(fā)布異常事件信息。營運(yùn)車輛監(jiān)管的業(yè)務(wù)功能包括：對(duì)兩客一危車輛的全程監(jiān)控，重點(diǎn)關(guān)注；實(shí)時(shí)監(jiān)控路網(wǎng)中危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛狀況，向道路使用者或?qū)?yīng)的路段級(jí)車路協(xié)同管理系統(tǒng)發(fā)布危險(xiǎn)品運(yùn)輸路徑信息，進(jìn)行警示。
?。?）緊急救援輔助
利用V2X的信息采集技術(shù)以及北斗高精度定位技術(shù)，省中心可以對(duì)全路段進(jìn)行監(jiān)控，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的獲取路網(wǎng)中的緊急事件信息（包括事件類型、事件精確位置等），及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急救援指揮，合理調(diào)配和救援車輛；通知周邊交通參與者，為救援車輛快速暢通道路；發(fā)布緊急事件信息，避免引起大范圍的交通事件。
?。ǘ┞范渭?jí)車路協(xié)同應(yīng)用
需要聯(lián)合多個(gè)智能路側(cè)系統(tǒng)的信息，融合判斷給出不同的特色應(yīng)用，針對(duì)高速公里的長下坡，多橋梁、隧道群，服務(wù)區(qū)分散不均勻等特點(diǎn)，進(jìn)行特殊路段的交通運(yùn)行區(qū)域性管理，包括交通運(yùn)行數(shù)據(jù)收集、路段交通狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警等，全面直接及時(shí)了解某個(gè)特殊路段的交通、環(huán)境狀態(tài)以及通行服務(wù)，為此規(guī)劃如下路段級(jí)的典型應(yīng)用：
（1）特殊交通事件提前預(yù)警
采集道路交通事件實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)交通事件發(fā)生時(shí)的影響和發(fā)展進(jìn)行路段級(jí)分析，根據(jù)與事件發(fā)生地點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近，生成不同的交通事件預(yù)警信息，并通過路側(cè)智能系統(tǒng)將預(yù)警信息發(fā)送至路側(cè)動(dòng)態(tài)信息板和智能車載終端，提示交通參與者提前采取措施，盡量緩解交通事件帶來的不良影響。交通事件預(yù)警的業(yè)務(wù)功能包括：采集道路交通事件的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)；交通事件包括前方擁堵、施工區(qū)域，特殊路況（團(tuán)霧、結(jié)冰、濕滑），危險(xiǎn)道路等提前預(yù)警；對(duì)交通事件發(fā)生時(shí)的影響和發(fā)展進(jìn)行全局的分析，根據(jù)與事件發(fā)生的距離遠(yuǎn)近，生成不同的交通事件預(yù)警信息；根據(jù)距離發(fā)生事件距離的遠(yuǎn)近，向不同的路側(cè)智能系統(tǒng)發(fā)送不同的交通事件預(yù)警信息。
?。?）隧道深度監(jiān)控管理
隧道是高速公路的重要組成部分。通常隧道內(nèi)外光照度差異大、信息傳輸時(shí)延大，沒有衛(wèi)星定位信號(hào)，如果發(fā)生事故，很難及時(shí)通知即將駛?cè)胨淼赖能囕v，存在很大的安全隱患?；谲嚶穮f(xié)同的路側(cè)智能系統(tǒng)的信息交互功能，路段中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道全程的深度監(jiān)控管理。隧道深度監(jiān)控管理的業(yè)務(wù)功能包括：結(jié)合慣性導(dǎo)航和視頻監(jiān)控等多種手段，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)車輛精準(zhǔn)定位及跟蹤，路況信息監(jiān)控；實(shí)時(shí)獲取隧道內(nèi)車輛通行的信息，計(jì)算出隧道內(nèi)的建議通行車速，并通過智能路側(cè)系統(tǒng)向周圍的車輛進(jìn)行廣播，同時(shí)在隧道口的信息板進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。
?。ㄈ┞穫?cè)級(jí)車路協(xié)同應(yīng)用
智能路側(cè)系統(tǒng)結(jié)合道路感知設(shè)備上報(bào)的信息和車路協(xié)同控制中心下發(fā)的信息，利用自身的邊緣計(jì)算能力，產(chǎn)生安全預(yù)警信息，并通過C-V2X通知到裝有OBU的車輛內(nèi)，通過可變信息板通知到?jīng)]有安裝OBU的車輛。主要實(shí)現(xiàn)如下兩大類應(yīng)用：
?。?）主動(dòng)安全提醒
該應(yīng)用可充分發(fā)揮智慧高速公路的智能安全輔助駕駛特點(diǎn)，提高道路的通行安全和運(yùn)載效率。具體可以實(shí)施的應(yīng)用場景有：異常交通事件預(yù)警、異常天氣預(yù)警、道路遺撒提醒、擁堵提醒、施工區(qū)域預(yù)警、可變限速提醒、危險(xiǎn)路段預(yù)警、車內(nèi)標(biāo)牌提醒、禁止特定車輛通行路段預(yù)警、合流區(qū)預(yù)警、異常車輛預(yù)警、車輛失控預(yù)警、特種車輛預(yù)警、危險(xiǎn)路段越線行駛預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、變道中的盲區(qū)預(yù)警、緊急制動(dòng)預(yù)警等共17類。
（2）駕駛行為糾正
智能車載系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲知車輛的運(yùn)行狀態(tài)，包括行駛的速度、車道等信息，因此可以實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前車輛是否處于不良駕駛狀態(tài)，并對(duì)司機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒。智能路側(cè)系統(tǒng)通過對(duì)車輛廣播信息的監(jiān)聽，可以記錄車輛的違法、違規(guī)信息，并上報(bào)數(shù)據(jù)中心。具體可以實(shí)施的應(yīng)用場景有：超速提醒、違法占用應(yīng)急車道提醒、疲勞駕駛提醒、長期占用超車道提醒、車速過慢提醒等。
五、應(yīng)用案例
在某省市，某高速公路路段，大唐高鴻進(jìn)行了智慧高速解決方案試點(diǎn)部署。路段基本情況：全長4.1公里，雙向6車道，收費(fèi)口2個(gè)，匝道口2個(gè)，無車道變窄風(fēng)險(xiǎn)，無服務(wù)區(qū)，無隧道。在該高速路段共部署8套R(shí)SU及MEC、攝像頭、可變信息屏等相關(guān)配套設(shè)備。在收費(fèi)站、合流區(qū)等關(guān)鍵位置設(shè)置RSU及路側(cè)傳感，及時(shí)采集異常道路信息。在非關(guān)鍵位置按照500m間隔部署RSU，在道路兩側(cè)呈之字形排布。安裝在車輛上的后裝OBU通過屏幕顯示預(yù)警提示。目前該解決方案提供：異常交通事件預(yù)警、擁堵提醒、前向碰撞預(yù)警、異常天氣預(yù)警等共16類典型應(yīng)用場景。
