江苏航天大为科技股份有限公司 张彩波

当前，车联网产业的发展正处于政策、技术、产业三重因素共振之上。作为智慧交通落地的重要抓手，在交通强国的大背景下，车联网成为信息化与工业化深度融合的重要方向，具有广阔的应用空间和巨大的产业发展潜力。因此，发展车联网对促进汽车和信息通信产业创新发展，构建汽车和交通服务新模式、新业态，提高交通效率和安全水平具有重要意义。但由于单车智能发展正面临技术和法律上的瓶颈，国内外发展的重心更多的开始转向车路协同的突破，特别是近年来互联网、物联网技术的发展，为车路协同发展提供了智能网联环境，车路协同已经成为未来车联网发展的重点领域和关注的焦点。

一、车路协同关键技术体系的构成

车路协同是基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，并通过车-车、车-路信息交互和共享，实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。从应用环节来看，车路协同关键技术体系构成主要涉及智能车载系统、智能路侧系统、通信系统及控制系统等几个方面，具体如图1所示。

图1 车路协同关键技术体系构成

总体而言，车路协同关键技术体系的内涵主要呈现三个特点，一是强调人-车-路系统协同，二是强调区域大规模联网联控，三是强调利用多模式交通网络与信息交互。作为车联网发展的高级阶段，随着路侧智能化升级、车侧网联化渗透率的逐步提高，车路协同技术为实现人-车-路的高效协同，在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理提供了有效技术保障。

二、江苏（无锡）国家级车联网先导区建设概况

自2019年9月，我国首个车联网先导区——江苏（无锡）车联网先导区正式创建以来，无锡市紧抓国家级级车联网示范应用项目建设契机，通过制定《国家级江苏（无锡）车联网先导区创建实施方案》，进一步明确了车联网先导区建设的总体目标和主要任务。强调聚焦车路协同应用场景和关键技术开发，通过进一步完善路侧智能化基础设施，形成城市级车联网及智能交通服务解决方案，打造为车联网及高级别自动驾驶等新技术应用提供支撑的车路协同技术协同创新平台。同时，无锡市通过开展锡东新城车联网示范项目（一期）建设，形成以车路智能为核心、智能网联为目标、具有无锡特色的车联网产业集聚区，重点打造“车路协同、车网融合”的综合测试示范，构建“人-车-路-云”城市智慧交通体系，为后续车联网在区域乃至全国的大规模应用推广提供有益经验借鉴。

（一）完善路侧智能化基础设施建设

无锡市在主城区、太湖新城区的280个路口和500余个点段的路侧设施进行了数字化升级改造，覆盖面积达220平方公里，全面完成信号控制系统等车路协同路侧管控基础设施升级盒联网改造。通过建设多功能信号灯杆、综合数据仓、LED诱导屏、多目标雷达车检器、行人闯红灯警示信号灯、发光标志牌等设施和系统，结合V2X形成车路协同应用示范，实现多通信模组、多终端提供商、多整车厂商设备LTE-V2X综合测试验证，并建立了完善的运维系统，实时监测车联网设施运行状态，全面开展路侧设备联调联试。同时重点建设了无锡经开区6平方公里车联网核心应用区，在核心区道路全面部署双模RSU设备，升级智能交通标识标牌，建设智能人行道，设计智慧公交路线和站台，打造了城市级、广应用C-V2X网络的“无锡规模”，并实现了信控交叉口提醒、闯红灯预警、行人过街感知、动态限速引导、限速预警、路侧设施信息提示、违法抓拍提示、监控路段提示、交通拥堵预警等多场景的广泛应用。

图2 无锡车联网先导区C-V2X网络及应用

（二）构建车路协同系统层级架构

无锡车联网先导区通过构建高性能、泛连接的系统层级架构，形成了车路协同端到端的系统解决方案，其中：

“云”层面主要以业务服务为主，包括软件和数据服务、公共服务和行业应用服务等，重点针对V2X低时延、高可靠、大带宽、高速移动等需求，引入新的通信技术与分级实时计算，将网络升级为“通信+计算”的网络，可支持10万终端接入，每秒100条数据并发及计算延迟小于50ms。同时，V2X平台通过接入公安专网、政务专网等，可获取丰富的交通数据以支持系统决策和应用。

“管”层面主要以网络通信传输为主，通过优化LTE网络，可满足V2X时延及可行性的要求，以支持V2I与V2N业务；此外，通过引入直连通信接口PC5，以支持V2I与V2V业务。

“端”层面主要包括汽车及车载电子系统、应用终端及相关软件等，通过部署RSU、升级信号机、改造摄像头及传感器，确保路侧设备获取的交通信息上报到V2X平台；同时后视镜/车机/APP等多种用户终端将车辆基本信息上报至V2X平台，以获取交通信息后向用户展示。

图3 无锡车联网先导区车路协同系统层级架构

（三）研发建成V2X计算平台

无锡车联网先导区在业界率先提出了“中心-边缘-终端”V2X三层体系架构，并被5GAA采纳；研发建成了V2X计算平台，率先实现百万消息并发下V2X业务处理时延小于50毫秒的区域计算平台，打造了无锡车联网车路协同系统架构的“无锡样板”。

图4 无锡车联网先导区V2X三层体系架构及计算平台

三、车路协同技术在无锡国家级车联网先导区的应用与示范

2021年5月，随着国家住建部、工信部联合发布《关于组织开展智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点工作的通知》（建办城函〔2020〕594号），北京、上海、广州、武汉、长沙、无锡等6个城市成为智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展第一批试点城市，标志着我国车路协同即将进入规模化、实质性测试与应用阶段。为此，无锡车联网先导区通过积极搭建车路协同典型示范场景，为无锡车联网应用及车路协同场景提供技术验证和实景测试，重点在智能交通路况感知系统、自动驾驶小巴无缝接驳地铁站、无人清扫车自动清扫及路侧设施巡检、V2X综合示范场景等方面形成了典型示范。通过示范场景建设，集成相关产业生态链企业创新技术、产品、解决方案等，充分发挥了先导区示范创新作用，推动了技术成果转化与产品应用推广，为后期规模化应用奠定了技术基础。

（一）智能交通路况感知系统（Road Condition Services，RCS）

智能交通路况感知系统主要通过V2X-Server向其他网联车辆提供精确量化的实时路况信息服务，以避免事故、提升自动驾驶可用度。系统通过采集行驶中车辆信息及实时天气信息并上传本地和云端智能算力系统，利用数据建模处理生成带摩擦系数、路网气象参数特征提取、以及各层有价值的运算分支属性的动态路网地图，并下发路端/车端，对路面情况、车辆行驶形成突发状况、路面舒适度和行驶适应性相关的量化特征提示，或进一步基于AI形成决策信息以便辅助调整车辆速度、路线、驾驶行为及出行计划，如图5所示。

图5 智能交通路况感知系统（RCS）

智能交通路况感知系统由小型RCS云端算力中心、车端后装感知子系统、车端RCS边缘计算单元、路侧微型气象站以及配套的简易可移动型路面特征转台模拟装置等构成（如图6所示），并在无锡市锡东新城车联网小镇实现了应用，随着更多道路侧、车端、行人、交通流量以及其他维度相关感知数据的汇集，形成了更加综合和深度融合的车路协同支撑系统。其系统总体功能如表1所示。

表1智能交通路况感知系统功能列表

序号	功能名称	功能描述
1	车载端感知	车载系统汇聚车内传感器与附加传感器的数据，通过车内安装的人机交互屏幕，展示当前车辆状态、环境状态和周边道路状态。
2	道路侧感知	道路侧安装路边信息感知单元，与车载系统通过无线网络通讯，推送收集的道路信息给车载系统，为车内系统感知远端和视距外的道路相关信息提供帮助。
3	车路协同	基于车载感知数据和路侧感知数据，通过V2X云平台提供智慧道路信息服务，分享道路状态数据。
4	展示大厅	基于位置数据，提供环境信息、道路特性感知信息和运行车辆信息在三维高精地图上叠加道路路况信息数据，实现可视化展示。

图6 基于C-V2X的RCS系统拓扑图

（二）自动驾驶小巴无缝接驳地铁站

图7 自动接驳小巴系统拓扑图

自动接驳小巴接驳地铁站场景是一个单车智能与车路协同相结合的综合示范应用场景。主要由无人驾驶小巴、路侧车路协同辅助系统、路侧监控设备、通信网络、车联网应用服务平台、地铁数据服务接口、无锡车联网V2X-Server等构成，其系统拓扑图如图7所示。

基于车联网的智能小巴接驳系统体系架构主要包括智能车端、路侧设备和云平台三个层次（如图8所示），并实现了以下车路协同功能，具体如表2所示。

图8 基于车联网的智能小巴接驳系统体系架构

表2基于车联网的智能小巴接驳系统功能列表

序号	功能名称	功能描述
1	无缝接驳	打通地铁运车辆营班次时间与V2X数据平台，由车联网服务平台向无锡地铁综合监控平台获取地铁实时到站信息，云端运算与边缘计算相结合，实现接驳车运行周期与地铁车辆到站时刻的精确匹配，无缝接驳、自协调调度，减少参观者等待时间。
2	交通信号状态推送	通过路侧RSU实现信号灯灯色状态采集，安全通过交叉路口。
3	车辆信息推送	实时定位车辆位置，向周边车辆推送车辆身份、位置、车速等信息，并接收周边车辆信息。
4	营运监管	路侧至高点全景监控、路口视频监控与车辆高精定位信息匹配，自动联动摄像机追踪车辆，对车辆过交叉路口、无故停运等事件在营运中心自动弹窗显示。
5	紧急车辆提醒	智能路侧单元通过与紧急车辆的OBU进行通信，获取紧急车辆的位置、速度等信息，并将这些信息发送给紧急车辆前方的行驶车辆，提醒车辆让道，提高紧急车辆通行的效率，降低相关损失。
6	车辆异常预警	智能路侧单元通过传感器识别出异常车辆，并将异常车辆的位置等信息提前发送给其行驶方向后方的车辆，提醒其驾驶员提前采取变道或者其它措施，从而避免与异常车辆发生碰撞。
7	紧急制动预警	智能路侧单元检测到道路行驶的车辆出现紧急制动的情况时，可发送紧急车辆的位置、速度等信息给紧急车辆后方的车辆，提醒后方车辆的驾驶员提前制动或者变道，避免与前方制动的车辆发生碰撞。
8	车辆失控预警	当网联车出现失控状态时，智能路侧单元可通过与车通信获知该车辆处于失控状态，并将失控车辆的位置、速度等信息发送给失控车辆周围的车辆，提醒驾驶员提前采取避碰措施，从而提高道路通行的安全。

（三）无人清扫车自动清扫及路侧设施巡检

鉴于开放道路测试具有一定的风险，目前无人清扫车主要应用于园区内封闭道路的清扫测试，通过部署交通信号机、信号灯、RSU、高清球机等，提供网联测试环境，并实现了按照指定线路的自动清扫道路与自动倾倒垃圾，信号灯灯色状态采集与安全通过交叉路口，车辆信息推送及路侧设施AI巡检等功能，其系统拓扑图如图9所示，。

图9 无人清扫车自动清扫及路侧设施巡检场景系统拓扑图

同时，无人清扫车自动清扫及路侧设施巡检场景系统主要实现了以下车路协同功能，如表3所示。

表3 无人清扫车自动清扫及路侧设施巡检系统功能列表

序号	功能名称	功能描述
1	车云通信	实现车辆和云端通信，车辆接收云端任务调度信息，实现任务的启停，回充，倒垃圾等功能。
2	车车通信	实现车辆和车辆间实时数据传输，包括车-车的实时位置、车速，车辆控制信息、传感器信息、路径规划信息等的互相通信，以及前车跟随、急制动功实现。
3	车路侧通信	实现车辆与交通设施直接的相互通信。
4	车端数据上传	车辆感知信息上传路侧（位置、速度、传感器信息等），以及车辆位置、车辆编号、车辆速度、AI检测结果、传感器信息、任务信息上报给云端。
5	车端数据接收	车辆接收路侧感知信息以及交通信号灯数据。
6	车路系统车端可视化	车载HMI显示当前交通信号灯信息、路侧感知信息以及车端感知到的行人、车辆信息。

（四）V2X综合示范场景

V2X综合示范场景重点以提升人民群众出行效率及安全性为目标，通过在锡东新城车联网示范项目（一期）建设中实施范围内测试和演示各类场景，重点实现了12类综合示范功能场景的应用，大大提升了市民对车联网的体验，具体如表4所示。

表4 无锡锡东新城车联网示范项目（一期）建设V2X综合示范场景

序号	场景分类	功能场景名称	功能呈现形式
1	V2I场景	绿波车速引导	车载终端：安全应用界面提示为“建议车速XX”。 路口LED屏：显示“建议时速XX”。
2		道路危险状况提示	车载终端：安全应用界面提示为“前方交通事故”。 路口LED屏：显示“前方交通事故”。
3		闯红灯预警	车载终端：安全应用界面提示为“闯红灯风险”。
4		限速预警	车载终端：安全应用界面提示为“当前路段限速XX公里每小时，请减速或加速”。
5		车内标牌	车载终端：安全应用界面提示为“地铁站，自动接驳小巴站台”。
6		前方拥堵提醒	车载终端：安全应用界面提示为“前方拥堵”。
7	V2P场景	基于行人闯红灯抓拍系统的行人碰撞预警	实现路口人行横道上行人检测，将行人在人行横道通行状态在LED诱导屏发布和RSU广播，实现对过往车辆的提醒和预警，保障行人安全。
		基于视频检测的行人过街警示	当无行人通过时预警提示牌不显示信息，车辆自行通过路口；当检测到有行人通过斑马线时，对驾驶员进行预警提醒，路侧安装的预警提示牌进行文字闪烁提示。
8	V2V场景	紧急车辆提醒	车载终端：安全应用界面提示为“后方有XX应急车辆”。 路口LED屏：显示“请避让XX应急车辆”。
9		异常车辆提醒	车载终端：安全应用界面提示为“前方车辆异常”。
10		紧急制动预警	车载终端：安全应用界面提示为“前方有车刹车”。
11		前向碰撞预警	车载终端：安全应用界面提示为“前方有慢车”。
12		逆向超车预警	车载终端：安全应用界面提示为“逆向有车”。

四、车路协同技术在无锡车联网先导区的应用展望

随着5G商用的普及、网联化车辆渗透率的不断提升以及国家政策的推行，作为车联网的高级发展阶段，车路协同全面融通通信、汽车、交通、信息等多个领域，催生了更多应用场景需求的产生，构建了一个全新的产业发展生态。目前，针对车路协同关键技术的研究与应用更多的是通过试点或试验类项目开展验证，技术协同较为有限，而开放道路的大规模应用落地尚有待进一步推广。为此，在已有应用场景的基础上，无锡车联网先导区未来将进一步通过强化车路协同技术的开发，丰富公共管理、行业应用和个人服务等场景的车联网应用，积极引导国内外车联网创新发展，并重点在感知模式、通信模式、决策模式及应用模式四个方面实现创新应用，构建“人-车-路-云”城市智慧交通体系，助力江苏（无锡）国家级车联网先导区发展。

（一）车路协同全面感知技术的开发与应用将为无锡车联网先导区交通智能化管理提供重要数据基础

传统交通系统获取的感知数据，往往是孤立、静态和零散的，在车联网车路协同中，鉴于复杂的交通环境，车辆更需要协同感知。因此，未来无锡车联网先导区将通过综合采用更多的摄像头、车检器、超声波、激光雷达等路侧设备，进行交通信息采集和道路状态感知，将这些多源的交通信息进行汇聚和建模，从而能全面、直观、动态的反映道路交通状况。部署路侧感知设备，将路侧感知设备检测到的道路实时环境信息与高精度定位信息、以及云端数据进行充分融合分析，形成对交通状况的全面感知，包括交通流量的时空分布、交通事件检测、以及路面状态和环境状况，预测未来交通流量等。交通状态和道路状态的全面感知，为交通指挥中心/高速公路管理中心实行智能化管理提供了可靠的数据基础，同时也可为车路协同辅助驾驶应用提供全面服务，为车路协同自动驾驶奠定坚实基础。为此，在新的车路协同环境下的单车智能与车辆集群智能环境认知技术将成为先导区车路协同感知模式方面技术突破的重点，尤其是从单一的少量的信息融合跨越到协同感知。

（二）车载V2X无线通信技术将成为无锡车联网先导区车路协同有效通信与信息共享的重要保障

为满足未来车路协同发展的需要，通信网络将朝着多模式通信的方向发展。在车路协同环境中，车辆通信通常分为四种：车辆与车辆之间的通信（V2V）、车辆与路边基础设施的通信（V2I）、车辆与行人的通信（V2P）、车辆与蜂窝网络的通信（V2N）。利用装载在车辆上的无线射频识别RFID技术、传感器、摄像头获取车辆行驶情况、系统运行状态及周边道路环境信息，同时借助GPS定位获得车辆位置信息，并通过D2D技术将这些信息进行端对端的传输，继而实现在整个车联网系统中有效的通信与信息共享。为此，无锡车联网先导区将通过进一步开展车载V2X无线通信技术开发与应用，使半自动化的驱动程序系统或全自动化的系统更加情景化，从而通过提高情景感知能力，实现车辆能够在不同驾驶环境下实现通信，大大降低事故发生率。

（三）群体智能协同控制将进一步促进无锡车联网先导区车路协同向系统控制和协同管控方向发展

未来的车辆在运行的过程中不是单一的在路上行驶，它需要有一个群体决策的过程，从微观的车辆、中观的车队、宏观整个区域的交通流变化来看，这就需要通过运用边缘计算、局部计算和云端计算相结合的技术，搭建V2X基础能力平台，解决复杂新型交通系统里出现的路权分配问题、路径优化问题、协同优化问题等一系列交通决策与协同控制问题。因此，无锡车联网先导区将重点从两个方面开展群体智能协同控制研究及应用。一方面，由于典型车路协同应用中会产生大量的数据，同时也对数据传输、处理、存储提出了更高的需求。边缘计算通过将业务部署在边缘节点，在减少数据传输路由长度，降低C-V2X通信网络端到端通信时延的同时，还能提供强大的计算、存储资源，支持部署更具本地地理和区域特色、更高吞吐量的车联网服务，可有效满足动态高精度地图、路边基础设施感知共享、see throught等应用超低延时、超高可靠性传输的车联网业务需求。另一方面，根据车联网V2X业务发展情况，借助大数据、人工智能和移动互联的技术以及道路设施通信网络，构建车路协同的新环境，搭建V2X基础能力平台，可有效满足车路协同的不同应用场景，为多场景的协同控制提供决策平台，实现数据驱动下的交通系统控制，包括典型场景的车车协同控制、典型场景的车路协同控制，以及车路交互的多目标通行控制。

（四）低碳绿色将成为未来无锡车联网先导区车路协同应用的主基调

随着科学技术的发展，车路协同系统将结合其他各种新型技术广泛应用在交通各个领域，如：电子支付（ETC）安全信息、信号控制、数据采集等方面。在国家提出节能减排和可持续发展的政策下，无锡车联网先导区将重点针对最小化排放的行驶路线、最便捷的绿色出行方式、基于污染状态下的交通疏导等一系列低碳绿色的出行诱导技术的开发与应用开展攻关与测试验证，同时围绕覆盖交通资源分配及交通诱导、交通协调控制、拥挤收费及不停车收费、交通预警和交通执法、基于车联网的自由出行服务等重点应用领域，以及封闭环境下（园区、港口等）自动驾驶在物流、交通运输等方面的应用将进一步得到拓展。