姓名：王泽华；学号：22011211045；学院：通信工程学院
原文链接：https://blog.csdn.net/An1090239782/article/details/120484901
【嵌牛导读】智慧高速公路是智慧交通的发展热点之一。本文将对智慧高速公路车路协同系统框架、要求及应用做简单介绍。
【嵌牛鼻子】车载终端、路测设备
【嵌牛提问】你知道哪些V2X的应用场景？
一、系统架构
1.整体架构
车路协同系统架构示例见图 1，应包括车载终端、路侧设备、通信网络、应用平台 4 个层级，各层级之间的通信接口种类应符合附录 A 的规定。
2.车载终端
车载终端包括但不限于OBU、T-Box、辅助驾驶终端、自动驾驶终端、营运车辆智能终端、导航终端等终端单元或设备。
3.路侧设备
路侧设备可分为以下几类：
a) 路侧计算设备：部署在道路沿线，配合其他系统完成交通信息处理与决策的计算设备，包括MEC、数据处理单元等。
b) 路侧通信设备：与车载终端进行无线通信的设备，包括支持V2I通信的RSU、支持V2N的通信基站等。
c) 路侧感知设备：交通环境和道路交通状态的感知设备，包括摄像机、毫米波雷达、激光雷达等。
光纤传感器、RFID标签等桥梁、隧道、边坡等基础设施的运行状态和安全的感知设备，以及检测能见度、温度、湿度、风、路面湿滑状态等气象信息的环境监控设施感知到的信息，可通过基础设施数据接口发送给车路协同系统。
d) 电子标志标线：数字化路侧标志牌、情报板，以及可穿越冰雪、雨水、尘土的车道标志设备等。
4.通信网络
通信网络主要包括：
a) 光纤、以太网等有线网络。
b) LTE、LTE-V2X、NR-V2X、4G/5G蜂窝网、DSRC、物联网（NB-IOT）等无线通信网络。
5.应用平台
应用平台汇聚道路的交通状态信息、车辆状态信息、路侧设备状态信息，并提供道路交通运营管理、运维和车路协同业务服务。
根据路网规模和管理需求，应用平台可采用中心云和区域云两级设置，或者只设置一个中心云平台。
中心云平台接入所有路侧设备和车载终端的数据并进行集中处理。
区域云主要实现本地车路协同调度和时延敏感业务的处理。
6.车路协同基础设施应用
根据初步建成的路侧感知设备，搭建管控、调度、服务平台，为道路使用者提供车道级导航、无停留收费、前方事故预警、抛洒物预警、特殊车辆避让、匠道口预警、气象环境推送、标志标牌信息数字化发布等车路协同功能。
车路协同基础设施架构如图1所示。
自定义路侧设备类型：定义各种路侧设备的能力，包括路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等的设备属性，为路侧设备提供统一的设备模型、发放、认证、注册鉴权、设备升级、配置、数据订阅、命令、数据存储归档服务等，确保合法设备的相互通信及信息安全。
支持多种路侧设备的管理：支持智能路侧单元、视频检测器、雷达检测器、交通电子标志、交通信号机等路侧设备的接入，接收到路侧设备上报的数据后，平台计算可能存在的风险，并向车辆下发预警信息或调度指令。
实现基础设施的智能化管控：提供大容量多类别的设备认证、接入、管理、状态监控功能；管控车路协同传感系统、路侧设备，服务智能网联汽车运行。
提供开放的开发接口服务：与交通和交管部门的平台实现互联互通，开放数据接口，接入道路管理系统、交通信号管理系统、实时路况、视频监控、高精度地图等交通信息，并提供API访问接口。
支持V2X应用信息交互：闯红灯预警、基于信号灯的车速引导、道路危险状况提示、超速告警、限速预警、交叉路口碰撞预警、行人盲区预警/电单车出没预警、匠道车辆汇入预警、车内标牌等。
传统智能交通系统是依托中心云平台，在前端实时采集数据，通过有线/无线网络上传至云端，在云端上进行计算、分析，并将结果发布至智能路侧单元和移动终端上，实现云端和终端设备的协调控制。但随着车路协同技术的发展，智能终端产生海量的实时数据需要处理，车辆行驶安全服务需要毫秒级延时，以便通知驾驶员或控制车辆采取措施。
边缘计算，它可以将云端的计算能力移动到边缘层，在边缘设备上完成绝大部分的计算，并通过智能路侧单元等传输手段，实时将结果发送给装置车载单元的车辆，满足车路协同的低延迟需要。
二、功能要求
1.车载终端
集 成 C-V2X、2G/3G/4G、GNSS、 以太网、CAN、WIFI 等通信方式，支持车 - 路、车 - 车信息实时交互，支持车辆信息 OBD监控与诊断、主要功能如下 :
通过 CAN 总线获取自车辆行驶数据，包括当前车速、行驶方向等；
通过 V2X 通信方式向路侧设备或附近其他车辆发送自车当前行驶状态数据；
通过 V2X 通信方式从路侧设备或附近其他车辆获取周边各交通元素的信息，包括行驶方向、速度、距离等；
接收路侧设备发送的交通信号、交通管理的信息，达到危险预警、安全高效驾驶的目的。
(1)数据采集
车载终端应支持车辆号牌、号牌种类、车辆类型、车辆品牌、位置等信息采集功能，宜支持速度、加速度、方向角等信息采集功能。
(2)通信
车载终端应支持单播和广播方式与路侧设备、区域云平台、中心云平台的通信功能，宜支持与其他车辆的车载终端通信的功能。
2.路侧设备
路侧设备主要包括：路侧边缘计算设备 MEC、路侧通信设备 RSU、路侧感知设备、定位设备和电子标志标线。
路侧通信设备 RSU 集成 LTE-V2X 通信技术，提供路与车、路与人、路与云平台之间全方位、低延时的连接能力。
将来自 MEC 或者应用平台的路况信息、预警信息、诱导信息共享给智能网联汽车，提升车辆的感知范围，提供超视距的路况感知能力，从而提升车辆行驶的安全性，促进自动驾驶发展，提高交通效率。
RSU 不只是一个单纯的路边通信设备，还支持路侧交通基础设施数据（传统智能交通设施、新型智能路侧感知设备、路侧边缘计算单元等）和道路交通参与者数据的收集，包括通过有线或无线收集路侧交通设备数据、通过 PC5 接收车辆数据和弱势交通参与者数据、通过 Uu 或光纤接收应用平台下发数据等。
RSU 与各类传统智能交通设施（交通信号灯、摄像头、微波检测器、可变信息板等）进行对接，将传统智能交通设施进行网联化，并能够基于边缘计算架构，接入地基差分、气象服务等新型交通信息源，从而提供覆盖行车安全、效率、信息服务等全方位的路侧智能网联服务。
由于 RSU 收集的数据类型复杂多样，为保证数据的正确接收和解析，RSU 支持数据的协议转换，转换后的数据格式满足国标 T/CSAE 53-2017《合作式智能交通系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》的要求。此外，RSU 还具备定位、时钟同步、设备认证等功能。
通过 RSU 技术，实现了现有智能交通设施的网联化，也利用现有的交通检测设施，拓展了车路协同系统本身的感知能力。
3.路侧边缘计算设备
路侧边缘计算设备 MEC 接收来自路侧感知设备的信息，对交通态势、交通事件、交通参与者等信息进行检测、识别、跟踪 , 并结合来自车载终端、区域MEC 和应用平台等的多源信息进行一体化融合，进一步形成路况信息、预警信息 ,再通过 RSU 将这些信息共享给智能网联汽车进行融合决策，提升车辆的感知范围，提供超视距路况感知能力和区域交通态势感知能力，有效弥补单车智能的感知盲点，提升车辆行驶的安全性和道路通行效率，助力自动驾驶规模化商用。
将 C-V2X 业务部署在路侧边缘计算单元上，使部分计算功能下沉到移动接入网边缘侧，对路段感知信息进行融合，可以减少信息处理、传输时延，降低核心网的计算负荷及海量数据回传造成的网络负荷，让汽车自动驾驶系统反应速度更快、操纵精度更准确，提高自动驾驶的安全性。可根据需要灵活配置网络中 MEC 设备的层级数目，部署多级 MEC设备，以提高系统的灵活性，有助于提供具备本地特色的高质量服务。
4.路侧感知设备
路侧感知设备包括：摄像机、毫米波雷达、激光雷达等监测道路交通环境中的交通参与者的状态和道路状况的交通状态感知设备，光纤传感器、RFID 标签等监控检测桥梁、隧道、边坡等道路安全状态感知设备，以及监测机电设施分布和运行状态的基础设施感知设备，还有检测能见度、温度、湿度、风、路面湿滑状态等气象环境信息的气象环境监控设施等。
定位设备由若干基准站构成，能够采集常见 GNSS 导航信号的载噪比、码伪距、载波相位、多普勒频移、导航电文数据，为智能网联车辆提供其所需的定位信息。
电子标志线包括数字化路侧标志牌、情报板，以及可穿越冰雪、雨水、尘土的车道标志设备等。
通信网络包括光纤、以太网等有线网络， 以 及 LTE、4G、5G、LTE-V2X、NRV2X、物联网等无线通信网络。
应用平台汇聚道路的交通状态信息、设备状态信息，并提供道路交通运营管理和应用服务。
根据路网规模和管理需求，应用平台可采用中心云和区域云两级设置，或者只设置一个中心云平台。
区域云主要进行本地车路协同调度和时延敏感的业务处理。
应用平台具备提供管理区域的道路的交通状态信息和管控信息、道路设施信息、车路协同信息以及车辆 TSP 服务信息，支持交通状态分析、V2X 服务、交通管控服务。可根据交通状态信息，生成交通事故、交通拥堵、自然灾害等预警信息，为运营方和交通管理部门发布限速、预警、事故提醒等信息提供决策依据，并支持通过无线电广播、有线和无线网络、交通信息发布设施、手机应用（APP）、车载智能终端等形式进行交通状态信息发布。
应用平台还可基于统一的第三方服务应用接口为 ITS 系统、交通管理系统、车企平台、地图导航应用、出行服务应用等提供数据服务和应用服务。
(1)信息感知
具有信息感知的路侧设备功能宜符合表 1 的规定。
(2)事件分析
事件分析可由单一路侧设备通过感知数据独立分析，也可以由 MEC 等接收多个路侧设备的感知数据后进行综合分析，分析功能要求如下：
a) 应支持道路阻断、交通事故、交通拥堵等事件的监测和识别。
b) 应支持行人闯入 非机动车闯入、抛撒物、火灾、爆炸等事件的监测和识别。
c) 宜支持车辆变道、超速、不规范停车、异常行驶、倒车、逆行等事件的监测和识别。
d) 宜支持交通信息的计算和分析，包括交通流量、平均车速（断面车速、区间车速）、空间占有率、时间占有率、车头时距、车头间距、排队长度等。
(3)通信
路侧设备的通信功能要求如下：
a) RSU应支持广播传输方式与车辆进行直连链路短程通信。
b) RSU应支持通过有线或蜂窝网络与车路协同应用平台通信。
c) MEC应支持通过有线网络与车路协同应用平台通信，同时支持与本地路侧传感器的有线通信。
(4)远程控制
摄像机、MEC、RSU 等路侧设备应支持远程软件版本更新和算法更新功能。
5.外场感知设备
外场感知设备包括车路协同路侧设备和车载设备，车载设备不在本项目设计范围中。
车路协同路侧设备基于全量、连续环境信息，依托边缘计算及 AI 技术，准确识别路网交通状态、事件、车辆等信息，提供数据采集、融合、预处理、分发等基本功能，实现对自动驾驶车辆、V2X 网联车的安全辅助与效率引导支持。
车路协同智能路侧设备主要由传感器（摄像机和毫米波雷达）、计算单元（ECU）、 V2X 通信机（RSU）3 部分组成，并根据应用及部署需要，配备机箱、接入交换机、硬盘录像机等设备。
路侧系统以 ECU、RSU 设备为核心，通过整合第三方设备数据，实现路侧设备综合管理，并实现车载系统交换数据。RSU 可通过以太网接口或串口接入摄像机、地磁车检器、微波车检器等第三方设备；同时，可通过光纤或无线网络接入云控平台，实时上传路侧设备数据和设备工况，下发交通事件信息。
三、V2X应用场景设计
1.交通标志数字化发布
交通标志摆脱实体的束缚，以数字化的形态存在于道路交通环境中。
每一块标志都会有一个唯一的身份识别码（类似人的身份证号码）,通过无线广播的方式向道路上行驶的车辆发送识别码，车载设备通过解码获取标志的内容，从而采取相应的措施。同时可以拓展标线数字化、信号数字化、护栏数字化等，从而构建一个数字化的道路交通环境，基于此来实现车路协同。
2.气象环境监测与车速引导
依托高速部分路段的气象监测站，将检测到的环境条件（如雨、团雾、沙尘）气象信息上报V2X平台，按照事先设定的原则变换限速值，同时将变化的限速值通过APP或者OBU发送给车辆，结合已有的视频监控分析部分路段车流量情况，通过可变限速标牌、信息提示屏等，对车辆进行车速引导。
3.道路危险状况提醒
交通管理部门对特定路段进行道路危险状况事件下发，包括：道路施工、大雾、雨雪、滑坡等。当车辆行驶至事件推送范围内路段，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员谨慎驾驶。
限速提醒/超速告警：交通管理部门对特定路段进行限速下发，当车辆行驶过程中，超出该路段限定速度，智能路侧单元对车辆进行预警，提醒驾驶员减速行驶，适用于普通道路及高速公路等有限速的道路。
4.匠道车辆汇入预警
车辆在高架或高速道路上正常行驶并接近匠道时，智能路侧单元将闸道汇入的车辆信息发送给直行车辆终端，对直行车辆驾驶员进行提醒，避免碰撞事故的发生。
5.事故区域警示
当事故发生后，由事故车辆、经过车辆的车载设备、临时警示交通标志、高速安全监控等多种数据来源向V2X车路协同平台上报事故精确地点、占用车道等事故信息，联系救援中心，并通过路侧设备（RSU)向后方来车广播推送事故信息，避免损失的扩大。
6.车辆故障上报
结合车载设备，在故障发生时自动上报车辆故障信息和位置信息等，为故障车辆提供汽车维修和拖车服务，通过V2X车路协同平台传输至智能路侧单元，同步向周围车辆广播前方车辆故障，避免二次险情。
7.道路养护提示
结合高精度定位、一键事件上报、警示安全锥桶、警示三角牌等，通过对传统的交通安全设施进行物联网化改造，并与APP数据平台无缝对接，实现道路施工和封闭管制信息的实时精准采集和发布，提升用户出行效率和安全水平。
四、高速公路场景
五、提供的服务类型
1.运营管理类服务。
车路协同路侧单元获取区域内所有车辆（均为网联车辆或自动驾驶车辆）的运行信息后，根据道路上各车道车辆的运行信息生成各车行驶策略，并通过车路交互将行驶指令下发至车辆，车辆按照道路引导策略进行行驶，行驶决策权由车转向路。
2.公众出行类服务。
通过 V2X 技术、情报板、手机App 等方式将已知或系统采集的信息告知车辆驾乘人员，提醒驾乘人员注意道路和交通状况，如：隧道、桥梁、连续弯道、急弯、事故易发路段以及道路施工提醒，救护车、消防车等特殊车辆提醒，道路危险状况提醒等。
3.车辆测试类服务。
高速公路上侧重于综合类场景测试，包括：级自动驾驶功能测试、ADAS 功能测试、V2X 网联辅助和 V2X 车路协同自动驾驶测试 4 个方面。
