车路协同服务平台框架

ITSTechITSTech车路协同服务平台框架智能交通技术ITSTech

2020年目录一、车路协同发展背景二、关键技术与应用场景三、总体架构四、车路协同应用系统五、运营建议与效益分析1.政策背景我国高度重视智能网联汽车发展，2015年以来工业和信息化部、交通运输部、科学技术部、发展改革委、公安部等部委出台一系列规划及政策、标准、法律推动我国智能网联汽车发展。智能网联汽车发展已经上升到国家战略高度。时间发布机构政策内容2015年5月国务院《中国制造2025》到2020年要掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术，初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系。2015年7月国务院《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》指导意见要求推进车联网等智能化技术应用；加快制定车联网、智能专用装备等细分领域的标准化工作。2016年3月中国汽车工业协会《“十三五”汽车工业发展规划意见》要求在十三五期间建立汽车产业创新体系，积极发展智能网联汽车，并提出了具有驾驶辅助功能的汽车，新车渗透率要达到50%。2016年5月发改委、科技部、工信部、中央网信办《“互联网+”人工智能实行三年行动实施方案》加快智能网联汽车关键技术研发，实行智能汽车试点工程，推动智能汽车典型应用，同时加强智能网联汽车及相关标准化工作。2016年8月发改委、交通运输部《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》提出了我国智能交通（ITS）总体框架和实施举措。2016年9月发改委、工信部《智能硬件产业创新发展专项行动（2016—2018年）》在智能车载设备方面，专项行动要求发展智能车载雷达、智能后视镜、智能记录仪、智能车载导航等设备，推进我国车辆联网信息服务。2017年1月工信部《物联网发展规划（2016年—2020年）》促进车联网、智能家居等消费领域应用快速增长。开展车联网新技术应用示范，包括自动驾驶、安全节能、紧急救援、防碰撞、非法车辆查缉、大车涉车犯罪等应用。2017年4月工信部、发改委、科技部《汽车产业中长期发展规划》以智能网联汽车为突破口之一，引领整个产业转型升级。2017年4月科技部《国家重点研发计划新能源汽车试点专项实施方案》重点布局了电动汽车智能化技术任务。2017年7月国务院《新一代人工智能国家发展规划》将智能网联汽车自动驾驶应用放到重要地位。2017年7月发改委、交通部《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》旨在全面推进交通与互联网更加广泛、更深层次的融合，加快交通信息化、智能化进程，推动我国交通产业的现代化发展。2017年12月工信部《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划》到2020年，10家以上重点企业实现覆盖生产全流程的工业互联网示范建设，重点区域车联网网络设施初步建成。重点培育和发展智能网联汽车等智能化产品，推动智能产品在经济社会的集成应用。2018年1月发改委《智能汽车创新发展战略（征求意见稿）》将智能汽车发展提升至国家战略层面。1.政策背景时间发布机构标准法规主要内容2016年工信部、公安部、交通部《智能网联汽车公共道路适应性验证规范》对测试车辆、测试道路、测试驾驶人、路试申请、路试信息记录等相关要素提出了基本要求。2016年中国汽车工程学会、智能交通联盟启动ADAS相关标准研究与制定工作主要包括AEB、LKA、DSB、自动泊车等标准，并发布了C-NCAP的2018版的详细试验及评分方案。2016年交通部《营运客车安全技术条件》（JT/T1094-2016）要求9m以上的营运客车加装车道偏离预警系统（LDWS）以及符合标准的自动紧急自动系统（AEBS）功能。2017年中国智能网联汽车产业创新联盟《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》中国汽车工程学学会的团体标准，填补了国内V2X应用层标准的空白。2017年工信部、国家标准委《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）》明确智能网联汽车标准体系建设的指导思想、基本原则、建设目标和标准体系框架。2018年4月工信部、交通部、公安部《智能网联汽车道路测试管理规范（试行）》明确道路测试的管理要求和职责分工，规范和统一各地方基础性检测项目和测试规程。2018年6月工信部车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段的管理规定（征求意见稿）拟规划5905-5925MHz频段作为LTE-V2X技术的车联网（智能网联汽车）直连通信的工作频段。2018年6月工信部、国家标准委《国家车联网产业标准体系建设指南（总体要求）》等系列文件全面推动车联网产业技术研发和标准制定，促进自动驾驶等新技术新业务加快发展。2018年7月交通部《自动驾驶封闭场地建设技术指南（暂行）》国家部委出台的第一部关于自动驾驶封闭测试场地建设技术的规范性文件。2.国内发展名称场景功能特色分析参与机构国家智能汽车与智慧交通（京冀）示范区分为高速公路试验区、城市交通试验区及乡村交通试验区封闭测试（高速+城市交通+乡村交通）与实际道路测试结合，京冀地区联动千方科技、亦庄国投、百度、北汽、大唐、中兴、长城汽车等15家国家智能网联汽车（上海）ANICECITY示范区设有模拟隧道、林荫道、加油站、室内停车场等场景GPS/北斗；DSRC、LTE-V、城市化道路网、新产业协同发展上海国际汽车城、上汽集团、同济大学等浙江示范区杭州云栖小镇设有小微站、宏站、车联网指挥中心等LTE-V、5G车联网指挥中心、互联网汽车浙江移动、华为、上汽、西湖电子等桐乡乌镇智能停车、紧急避让等多种场景智能停车功能测试中电海康、诺基亚、上海贝尔等重庆i-VISTA智能汽车集成系统试验区设有直道、弯道、隧道、桥梁、淋雨道、林荫道、ABS低附路等GPS/GLONASS/北斗、4G/5G通信网络、DSRC/LTE-V、中国西部地形特征和气候环境中国汽研、长安、一汽、易华录等武汉“智慧小镇”示范区封闭测试区+智慧小镇进行新能源+智能网联轿车/客车/专用车自动驾驶测试DSRC/LTE-V、通信网+物联网+智慧网三网、无人驾驶示范小镇武汉·中国光谷汽车电子产业技术创新战略联盟(CECOV)牵头长春智能网联示范测试基地智能驾驶、智慧交通技术，拥有冰雪天气条件专注LTE-V/5G高速试验网络功能测试车载信息服务产业应用联盟（TIAA）理事单位一汽、启明信息主导推动国家智能交通综合测试基地（无锡）智能交通管理技术综合测试平台、交通警察实训平台、智能网联汽车运行安全测试平台构建实际道路测试场景和管理平台推动解决智慧交通、车联网等交通问题公安部交通管理科学研究所（无锡所）无锡车联网（LTE-V2X）城市级应用示范项目无锡车联网城市级应用示范项目基于工业和信息化部、公安部和江苏省在无锡共同建设的国家智能交通综合测试基地开展，截止目前，已建设完成了现阶段全球最大规模的城市级车联网LTE-V2X网络，覆盖无锡市主城区、新城主要道路240个信号灯控路口，共170平方公里的规模。2.国内发展无锡车联网（LTE-V2X）城市级应用示范项目车路协同交通走廊车路协同交通走廊是指在特定的高速公路或高等级公路路侧设置路侧单元，与使用道路的网联汽车一起形成车联网。为网联汽车提供驾驶辅助和实时交通信息。国内目前有多家业内企业已经发布了车路协同高速公路应用，如万集山东高速公路测试基地项目。北京将拓展高速路、快速路等自动驾驶测试种类，推动在延崇高速、京雄高速、新机场高速等高速路的车路协同走廊建设。2.国内发展无锡车联网（LTE-V2X）城市级应用示范项目智慧公交利用车路协同技术提升智能公交管理水平，沿公交专用道部署路侧单元RSU，可以实现公交专用道沿线的网络覆盖，形成智能公交车联网。公交车辆安装车载单元OBU，交通信号控制系统可监测到公交车辆到达，为公交车辆提供信号优先服务。国内长沙、成都、武汉都分别实施了公交车路协同项目。取得了很好的效果。2.国内发展CID长沙智慧公交示范线投入试运营目录一、车路协同发展背景二、关键技术与应用场景三、总体架构四、车路协同应用系统五、运营建议与效益分析1.车路协同感知2.车路协同通信V2X3.高精度地图4.实时边缘计算

5.车辆智能和道路智能6.应用场景1.车路协同感知车路协同感知在结合现有的智能交通感知设备的基础上，增加了更加精密的路侧感知设备、车载感知设备和5G移动大数据。路侧感知设备：激光雷达、毫米波雷达和带目标识别功能的视频摄像机；车载感知设备：则是包括自动驾驶车辆能够感知到的数据，需要通过路侧单元RSU实时上传到边缘计算节点。车载单元OBU路侧单元RSU2.车路协同通信V2X概念：物联网面向应用的一个概念延伸，V2X车路协同通信技术是对D2D（DevicetoDevice）技术的应用过程。它指的是车辆之间，或者汽车与行人、骑行者以及基础设施之间的通信系统。可基于5G技术和LTE-V技术。5g通讯优点：通信距离长5G车联网V2V通信的最大距离大约为1000m。传输速率高5G车联网为V2X通信提供高速的下行和上行链路数据速率（最大传输速率为1Gbit/s）高速移动性5G车联网支持速度更快的车辆通信，其中，支持车辆最大的行驶速度约为350km/h。3.高精度地图高精度地图是指电子地图的绝对坐标精度更高且所含道路交通元素更丰富和细致的电子地图，其中绝对坐标精度是指地图上某个目标和真实的外部世界的事物之间的精度。局部动态地图是统一描述道路动态环境的高精地图，是判断车辆是否处于危险状态的重要参照。高精度地图局部动态地图的四层架构4.实时边缘计算

边缘计算是以云计算为核心，以现代通信网络为途径，以海量终端为感知前端，通过优化资源配置，使得计算、存储、传输、应用等服务更智能，具备优势互补、深度协同的资源调度能力。中心云计算协议标准通讯方式网速延迟路口信号实时控制实时信息服务××边缘云计算前端数据感知控制一体化路口信号实时控制实时信息服务√√传统云边缘云5.车辆智能和道路智能C5C4C3C2C1C0车辆智能等级6.应用场景车路协同应用场景可从政府监管、企业运营和个人服务三方面可以按着安全、效率和信息服务三个维度进行分析。车路协同主要应用场景6.应用场景智能网联汽车测试示范区在智能网联汽车测试示范区建设路侧单元，形成无线覆盖的测试示范区，可推荐测试内测试无人驾驶车辆安装车载单元，形成车联网。可全方位掌握测试车辆位置、速度、驾驶操作信息，可与无人驾驶车辆传感器信息互相印证，提高无人驾驶汽车的安全性。城市智能交叉口示范在路口布设路侧单元，路侧单元接收附近智能联网汽车的信息和从云端收数据中心的数据，并不断向附近的所有联网车辆广播有关其间发生的事情的信息，从而提前警告他们潜在的安全问题并同时在驾驶员本身对道路观察的基础上提供进一步的信息。智能网联公交服务沿公交专用道部署路侧单元，可以实现公交专用道沿线的网络覆盖，智能公交车联网。公交车辆安装车载单元，实现公交车与数据中心的宽带网络连接，和车辆主动安全服务。智慧高速公路交通走廊在特定的高速公路或高等级公路路侧设置路侧单元，与使用道路的网联汽车一起形成车联网。为网联汽车提供驾驶辅助和实时交通信息。封闭作业区在码头、矿山、厂区或物流园区等封闭的作业区，交通环境相对单一，车辆行驶路线相对固定，特别适合自动驾驶和车路协同的的应用。5.应用场景智慧路口功能智慧连接充当数据中心，连接机柜和云，与信号机交换信息，并连接到其他设备。智慧感知提供了边缘计算，实时处理系统的视频，使用世界上最先进的交通AI，并执行条件和行动的逻辑。智慧监视摄像头可高级使用带有实时视觉监控的案例，可以查看路口实时状态和历史记录。智慧控制边缘计算可通过路口检测器和路侧单元采集的数据优化本地信号配时。智慧诱导根据路口及周边路网情况诱导信息。智慧执法通过路口安装的执法系统自动检测交通违法，并上传至主中心。目录一、车路协同发展背景二、关键技术与应用场景三、总体架构四、车路协同应用系统五、运营建议与效益分析1.建设目标与建设内容2.车路协同平台架构3.车路协同网络架构4.边云协同能力框架1.建设目标与建设内容车路协同服务平台建设目标车路协同系统建设覆盖道路网的智能感知终端，通过视频流量检测器、微波雷达检测器等设施，综合感知道路交通运行状态；基于边缘计算，将采集的各类原始数据进行分析融合形成交通核心数据和主题数据，为各类交通应用提供数据基础。借助智能路口的信息发布能力和车载单元的通讯能力，实现车-车、车-路之间的信息交互；通过道路信息发布、交通出行诱导、事件预测预警、行驶安全辅助信息推送等功能，实现路网均衡畅通、提高交通安全系数，同时为全网自动驾驶提供技术和数据的全面支持。建设内容一个车路协同数据中心、一个车路协同服务平台、一套车路协同应用系统。一个车路协同安全体系、一套车路协同标准体系。设施服务IaaS平台服务PaaS应用服务SaaS车载终端手机APP可变标志信号灯协同感知系统交通管控协调系统驾驶安全信息服务系统驾驶安全辅助控制系统交通信息服务系统车辆安全信用评价系统无人驾驶辅助系统车路协同仿真系统存储设备内部网络云计算资源边缘云计算资源感知设备视频交通检测车辆传感器GPSOBU手机信令物联网122接警车路协同应用支撑平台消息服务通用中间件应用数据接口数据交换平台开发测试平台车路协同信息资源数据平台四维数字时空数据库基础数据库业务数据库主题数据库车路协同安全体系车路协同标准体系车路协同平台架构2.车路协同平台架构3.车路协同网络架构普通车（V)，是被感知的对象，可以通过4G/5G移动通信接受普通的交通信息服务。网联车（CV），本身无智能，可授权边缘服务器通过通过OBU接收RSU传来的控制指令遥控车辆。网联车的智能水平，取决于智能道路的智能水平。智能车（AV），也叫作无人驾驶车辆。通过自身携带的传感器感知道路环境并通过车载服务器规划路径和控制车辆行驶。智能网联车（CAV），具备自主智能驾驶功能，同时可通过OBU，可接收RUS传来的实时道路环境信息和控制指令，可选择通过车载服务器控制车辆或将控制权交给路侧边缘计算。车路协同云I2VV2IRSU车路协同边缘计算车载计算信号灯检测器交通控制指挥中心网联车智能网联车智能车P2II2PV2VV2PP2VI2VV2I4.边云协同能力框架边云协同的能力涉及IaaS、PaaS、SaaS各层面的全面协同。EC-IaaS与云端IaaS应可实现对网络、虚拟化资源、安全等的资源协同；EC-PaaS与云端PaaS应可实现数据协同、智能协同、应用管理协同、业务管理协同；EC-SaaS与云端SaaS应可实现服务协同。边云协同能力框架目录一、车路协同发展背景二、关键技术与应用场景三、总体架构四、车路协同应用系统五、运营建议与效益分析1.协同感知与数据处理系统2.交通管控协调系统3.驾驶安全信息服务系统4.驾驶安全辅助控制系统5.交通信息服务系统6.无人驾驶辅助系统7.车路协同仿真系统1.协同感知与数据处理系统车路协同感知在现有的智能交通检测和4G大数据的基础上，通过建设RSU和OBU的V2X通信，实时取得路侧感知、网联车感知信息。形成高速公路的全要素感知体系。全要素交通感知体系车路协同交通感知体系智慧高速交通感知（现有）交通检测ETC车牌视频监测卡口检测雷达测速GNSS浮动车RFID车牌事件检测……4G大数据手机信令APP数据车路协同感知（新建）路侧感知激光雷达毫米波雷达全景视频识别道路状态感知桥涵状态感知交通气象感知……网联车载感知车载激光雷达车载雷达GNSS定位车载视频识别……5G大数据手机信令APP数据1.协同感知与数据处理系统各类路侧感知终端及车载终端在空间和时间上的互补与冗余，形成交通全要素感知。依据优化算法和局部动态地图形成对交通状况的一致性解释和描述。中心云端可以分析计算道路交通状态，大规模车辆诱导策略和进行智能交通调度等。路侧边端实时处理安全相关信息，向网联车发布安全警告，甚至直接遥控车辆驾驶。车路协同数据处理流程路侧感知ETC视频摄像机路侧毫米波雷达路侧激光雷达信号灯……网联车辆感知车载激光雷达车载摄像机GNSS定位……5G移动定位行人位置/方向单车位置/方向……车路协同数据融合交通管控信号灯可变交通诱导车道指示器……交通信息服务车内信号灯服务交通信息服务路径导航服务……安全警告(V2X)行车超视距服务障碍物预警偏离车道预警……网联车遥控(V2X)油门控制档位控制转向控制刹车控制车辆、驾驶员服务云端车路协同运行中心高精度地图（HDM）局部动态地图（LDM）边缘实时计算(数据融合、LDM、安全警告、指令)2.交通管控协调系统为达到路网均衡的目标，车路协同系统应可以利用安装在道路沿线的信号控制装置、可变信息板和路旁广播等装置进行交通控制与诱导，并可以通过RSU（路侧单元）与该路段或区域内的群体车辆或指定车辆进行通讯。包括智能红绿灯预警/红绿灯车速引导、公交车辆和特殊车辆信号优先、车道指示器功能。协调交通管控系统路侧RSU公交车OBU私家车OBU信号机+边缘计算OBU车辆抵近路口RSU获取OBU车辆到达及周边交通信息边缘计算节点根据交通数据优化信号配时RSU发布信号灯配时、诱导信息、行人、车辆位置信息OBU车辆获取RSU发布的信号灯配时和速度建议OBU车辆驾驶员自主调整行驶速度通过路口3.驾驶安全信息服务系统交通安全预警信息服务，主要用于对道路交通异常状态、单车运行异常状况、恶劣天气与路况异常变化等情况提前预警和实时报警，以便最大限度地减少交通异常所造成的损失。追尾预警超车危险预警路口盲区预警排队预警弯道预警协作、车队行驶自行车、行人警告停车、充电提示信号优化、速度建议特种车警告4.驾驶安全辅助控制系统对于特定生产或改装的，经过授权控制的特种车辆、公务车辆、公共汽车、营运车辆等，系统可以在紧急的情况下，对车辆进行控制，以避免事故的发生。对车辆的自动控制包括刹车、转向与油门控制。驾驶安全辅助控制系统可以利用V2X低延时通信网络，根据需要对车辆采取控制措施，避免因驾驶员反应不及时引发的事故。道用专交公道用专交公公交站公交车队行驶路侧RSU公交车队行驶控制方式OBU公交车进入公交专用道多辆OBU公交车与RSU组网形成车队行驶RSU为车队提供路网周边信息OBU为乘客提供服务；RSU为候车乘客服务。OBU公交车根据自己计划自主调整离开车队5.交通信息服务系统主要用于对前方道路拥堵状况、道路危险状况、事故状况、道路施工状况和车辆故障状况发布给驾驶员，实现提前预警