车路协同在高速公路工程实践中的若干思考

编者按：近日，在赛文交通网举办的“高速公路场景下的车路协同发展实践研讨会”上山东高速集团有限公司工程管理部副部长张伟，从行业现有探索和山东省智慧高速建设工程实际出发，就车路协同工程落地中的若干问题进行了深入探讨。他从对“车路协同”的理解开始，针对车路协同的关键技术与装备、场外布设、工程实施中的技术难点等问题进行了详细的说明，并结合实例对京台南段建设中的技术运用进行了总结汇报。

一、对车路协同的理解

1.车路协同对应的技术内容

感知能力建设：形成数字化全路网感知能力，建设高精度地图、高精度定位，形成全网精准时空底座，形成车辆轨迹跟踪、车辆微行为和交通事件精细化感知等应用。主要对应雷达、视频感知、边缘计算等设备。

平台能力建设：进行态势评估、诱导管控、车道级动态限速、车道资源动态分配、路网交通流动态分配等分析，支撑自动驾驶和辅助驾驶，包括编队行驶、自动预警、报警、路径规划、决策控制等数据综合应用。

终端服务能力：打通车与车、路与车之间的通信传输和数据链路，提供可靠、稳定的通讯途径和信息传输手段，并提供相应的服务，支撑自动驾驶服务。对应的设备主要是RSU和OBU。

2.车路协同与智慧公路

智慧高速涵盖了数字化的全路网感知、云控平台和车路协同的关系，虽然智慧公路不等于车路协同，但因其部分能力和提供的业务实际上与智慧高速高度结合，因此可以把车路协同看作是智慧高速的高端应用。

3.对车路协同的理解狭义

车路协同：聪明的车+智能的路

狭义的车路协同主要是从自动驾驶的角度理解，侧重于车路动态的实时交互，并在全时空动态交通信息采集和融合基础上，开展车辆主动、安全控制和道路系统管理。

广义车路协同：畅通+优质服务

广义的车路协同更倾向于从道路运营角度理解，最主要体现的是安全畅通和优质的服务。广义车路协同在扩大概念的同时，也扩大了其技术能力的覆盖范围。广义车路协同把车路之间所有的信息交互均作为一种手段，包括但不限于c-v2x、手机APP、可变情报板、广播等。

4.车路协同与现有业务关系

车路系统与监控系统：两者所要求的感知能力提升是一致的，车路协同服务方式可视为出行服务提升。

车路协同与收费系统：基于ETC的车路协同服务方式是一种值得探索的路径。

车路协同与通信系统：通信系统是业务系统的保障，方向是高可靠、低延时的通信方式。

从狭义车路协同和广义车路协同的要素来看，可以发现两者对时间的要求、位置的要求、信息内容的要求以及服务对象和技术特点均不相同。为了实现从广义车路协同向狭义车路协同的转变，必然要求在时间、空间及信息的精细化上更为精准和高效

5.工程中如何定位车路协同

雷达、雷视融合等感知能力建设宜纳入监控系统范围，包括MEC。

配合车路协同业务要求，建设适应的通信系统，并将RSU作为一种通信设备。

OBU可视为出行服务载体，宜探索并赋予一定的业务内容，加强OBU选型。

可探索基于ETC的车路协同服务方式，在ETC、OBU上预设语音提示内容，丰富提示形式。

丰富可变信息标志等路侧设施的应用，更直观易懂，使其更具有位置和时间上的针对性，更丰富有价值的提示形式，尤其是加强对主动交通管理的探索。

二、工程技术分析

1.车路协同关键技术能力：感-联-算-控

感：高精时空同步，雷视拟合，实现精准计数、抓拍和路径跟踪

精准目标识别：高精度时间、空间同步，确保多摄像机、雷达对目标的统一识别；目标跟踪时的位置精确确定，防止拖影、跳变。

连续目标跟踪：目标车辆在全路径下的连续跟踪，尤其是跨路侧单元、跨边缘计算节点的连续跟踪。

雷视拟合：车辆精准抓拍和识别；驾驶行为、车辆特征等详细信息识别；车辆的完整路径跟踪。

联：低延时、全域联接，构建车联纽带

在联接方面，除了把可靠性和低时延作为主要因素以外，必须考虑到信息在传递过程中所发生的时间损耗，以及因为多种设备互相集成，协议关联造成的设备之间的通信时延和集成难度。

算+控:资源实时计算、调优，动态控制使能

在算法和控制方面，重点考虑算力的分配和算力资源的分布。在考虑算法的时候，应该想到采集数据的传输问题，数据和网络的保障能力也是制约算法算力在现实方案分布中的重要因素。

2.云-边-端架构

目前，行业内把车路协同的“云-边-端”结构视为一种普遍接受的技术架构，但是在如何将“云-边-端”实现深度集成方面，实际上仍缺乏完整的、行业公认的技术方案。不同厂家有各自的解决方案，有的甚至是整体一体化的解决方案，但是在工程里面很难由一个厂家全部完成所有事情，最后组装起来，形成了所谓的“散装的智慧高速”，由于不同路段技术体系不一致，导致上层结构的不一致，因此“云-边-端”，尤其是“边-端”以上面临着必须整合的困难。为了减少设计和施工过程中的堆砌感，必须花大力气制定项目的集成总体技术方案。

三、工程实施重点

1.关键设备选型：雷达、MEC、OBU、VMS

雷达选型

首先，要考虑雷达解决的业务问题是什么。如为了实现对路网交通流的交通诱导、交通管控，24G的雷达就能解决问题；但如果要解决轨迹跟踪、连续事件检测、精准时空等问题，则必然要选择80G的毫米波雷达或激光雷达。

其次，要考虑雷达的探测距离、精度。在雷达选型的时候，除了探测距离，也要关心雷达是否看得清的问题，甚至还要考虑是否看得足够广。

最后，要考虑雷达的工作环境。如要考虑雷达是在多径干扰的隧道环境下工作，还是在受天气影响较大的开放道路上工作，因此，雷达选型实际上是要根据业务和实际的应用来进行判断。

OBU选型

在OBU选择方面也要看到在承载业务的同时，是否具有相应的交互能力。单向传递信息的OBU选型不仅难以满足业务应用要求，驾乘体验往往也差强人意。OBU的商业模式和运营推广仍然是一个难题，当前智慧高速路段建成以后，OBU具有一定程度的演示和试验性质，缺少业务展示，所以这也是我们把雷达和雷视一体的感知能力纳入现有监测体系的原因之一。

MEC选型

此外MEC选型也非常关键，除了要考虑与技术体系的一致性外，还要考虑算法和算力的要求，使算法和算力与MEC的技术指标相匹配，同时按照软件定义硬件的整体思路去进行MEC的具体定制。值得注意的是这些问题在前期设计时是很难进行精确定义的，在工程招标结束后，可通过总集成单位、设计单位与承建单位的协调对整体架构进行梳理，进一步进行技术优化，最终确定总体技术方案。

2.场外设备配置与布局

雷达布局

在选择技术方面，是使用追打还是对打，路侧还是中分带，以及外场设施遮挡等方面，不仅取决于设备自身，还取决于对成本的控制和接受度，以及后期在运营和管理方面的需要。在外场设施遮挡和中分带方面，必须考虑建设路段的车流量特征，根据车流量的情况适宜地匹配雷达的具体布设方式。

在关键的杆件选择方面，杆件的高度、形状、固定方式都是非常重要的。随着时间的变化安装的设备会发生松动，可能影响到设备对探测距离、探测精度的准确度。在施工阶段，也要强调雷达和其他设备安装的质量要求，没有高质量的安装，雷达就无法做到精准感知。

雷视拟合

雷视拟合阶段，除了要检验视频和雷达的一体化标定，即两个标定必须精准地进行时空匹配，同时也要考虑预置位及枪球联动的关系。在盲区和遮挡的处理上，入场实施以后，一定要进行进一步的勘察，确定是否有盲区和标识标牌的遮挡，尤其是集成施工或机电施工的时候，任何对杆件位置移动的不以为然，都会直接影响施工结果，因此，对位移变化要严加控制。

隧道布局

在隧道内布局时，经常可以看到毫米波雷达和激光雷达两种技术方案的讨论，如果只是进行交通流的检测和分析，用毫米波雷达是没有问题的，如果用于事件发现，甚至是连续轨迹跟踪，那么激光雷达在这方面则具有得天独厚的优势。在实施阶段必须要充分考虑和视频监控、洞口、卡口，以及预埋的结合，尤其是为了实现车辆轨迹跟踪的时候，还要对相应的车牌识别卡口进行技术上的打通。

3.软硬一体的整体集成

因为存在大量非标设备和协议，如多设备时钟及采集频率的一致性问题，将影响到时空底座的精准性，同时，设备之间的连接和传输方式是否能够满足算法上的要求也缺少定义，在算法和算力的分配上，也存在着不一致性。这必然要求在工程开发时，既要有实现工程的总体方案，也要有不同的厂家能够进行深度的适配和协同。在施工要求上，对各类设备的位置、角度、调试的质量和网络接线的质量上也必然提出更高要求。

四、相关建设情况

1.京台南段建设内容及成果

整体情况

全路段感知智慧提升：全线加密布设视频监控设备，增加雷达、无人机等设备，结合雷视拟合边缘计算，覆盖监测盲区，实现事件自动、快速、精准感知。

全过程管控智慧提升：借助e高速、高德、百度、灯态上网打通与出行者之间的信息壁垒，提供伴随式信息服务，通过主动交通管控、车道级管理、分合流碰撞预警等手段，使交通诱导和交通组织精准高效。

全天候通行智慧提升：打造“夜光公路”“融雪高速”，匝道实现分合流碰撞预警，全线应用主动发光标志，重点路段应用疲劳唤醒装置、雾区行车诱导，提升道路可视性，减少人为因素导致的交通事故。

成果一：提升交通感知能力

传统视频监控的新补充：采用雷达等新设备，结合厘米级高精度地图，研究了高精度车辆轨迹跟踪技术。实现车道级定位，交通状态秒级监测，交通微行为感知，弥补传统视频监控光照等因素影响。

交通管理保障新手段：设置“全线视频上云+智能分析，重点路段连续雷达部署”的感知体系，为事件感知、交通管控、通行保障等全天候交通管理业务提供新技术手段。

成果二：提升道路精细管理能力

支撑平台建设：建立了全国首个“省域级”智慧高速云控平台技术底座。接入省厅收费、交调、运输等5类28项数据资源的综合应用。

关键技术研究：开展态势评估、诱导管控与全天候通行保障技术研究，实现车道级动态限速、车道资源动态分配、路网交通流动态分配等精细化管理，预期通行能力和平均速度提升约20%。

增强发布能力：增强可变情报板发布能力，全线加密布设半幅门框全彩可变信息标志82块，较传统机电布设密度提升60%。

2.路网“一张网”管控平台

通过构建“泛在无线通信网+全时空动态信息感知+车路协同边云计算平台+信息发布终端”车路协同系统，建设省级车路协同平台，实现基于手机端、路端和车载终端三种信息发布方式的车路协同应用。实现运营期全息动态感知、安全行车保障、伴随协同服务。

作者简介：张伟，山东高速集团有限公司工程管理部副部长，智慧高速精英俱乐部会员。