智能網聯汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，實現車與X（人、車、路、云端等）智能信息交換、共享，具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能，可實現“安全、高效、舒適、節能”行駛，并最終可實現替代人來操作的新一代汽車。

1、概述

車路協同平臺綜合感知、通信、計算、控制等技術，基于標準化通信協議，實現物理空間與信息空間中包括“車、交通、環境”等要素的相互映射，標準化交互與高效協同、利用云計算大數據能力，解決系統性的資源優化與配置問題。

平臺為智能汽車及其用戶、管理及服務機構等提供車輛運行、基礎設施、交通環境、交通管理等動態基礎數據，具有高性能信息共享、高實時性云計算、大數據分析、信息安全等基礎服務機制，支持智能網聯汽車實際應用需求的基礎支撐平臺。主要包含標準化互聯互通和共性基礎支持兩方面。其中標準化互聯互通包括統一交互標準化語言，減少多領域協同時在理解和認識上的差異化；針對車輛與各類資源互聯互通的實際應用需求，設計標準化基礎設施體系部署與分段實施路徑。共性技術支持包括提供針對智能網聯具體應用需求的基礎、共性技術服務，包括數據的安全性管理，存儲，運維，大數據計算、仿真與測試評價技術等；為解決異構集成、互操作等實際業務需求提供一系列標準化開發接口與工具集。

平臺包含了面向效率和面向安全兩個方面。其中面向效率包括基于車路協同信息的交叉口智能控制技術、基于車路協同信息的集群誘導技術、交通控制與交通誘導協同優化技術、動態協同專用車道技術、精準停車控制技術。面向安全包括智能車速預警與控制，彎道測速/側翻事故預警、無分隔帶玩到安全會車、車間距離預警與控制、臨時性障礙預警。

平臺面向產業鏈應用，面向全行業提供體系化的安全，高效，節能等在內的汽車智能網聯駕駛應用，以及包括共享汽車，電子支付等一系列新型汽車應用形態；為測試開發體系，公共服務體系，保險體系，醫療體系等提供協同化的實際業務應用。

2、需求與應用場景分析

根據中國汽車工程學會標準《合作式智能運輸系統 車用通信系統應用層及應用數據交互標準》（T/CSAE53-2017），車聯網基礎功能涵蓋安全、效率和信息服務三大類17個應用。

表 1 一期應用列表

車路協同服務的需求可以從政府、企業和個人三方面的需求分析。政府監管部門通過車路協同服務平臺實現對交通進行實時監管、交通行業管理和交通規劃管理。

企業包括智能汽車研發企業和運營企業兩大類。智能汽車研發企業可以通過車路協同提供的超視距信息服務、地圖服務等為無人駕駛汽車提供更完備的服務。運營企業可以通過車路協同服務提高運營效率和安全性。

圖 2?1 車路協同需求與應用場景分析圖

個人服務現實階段可以得到車路協同的安全和交通誘導信息服務，遠期當車路系統完善后可以實現車輛遠程遙控和自動控制。

3、總體方案

3.1、V2X分級體系架構

當網絡具備邊緣計算能力后，許多核心層和終端層的計算負荷都可以整合到邊緣層進行，極大地降低網絡傳輸的數據量，也為低時延賦能。

（1）終端層

車輛終端層決策的最大優勢為時延小，主要進行與車輛安全性緊密相關的決策，如緊急剎車制動等。

（2）邊緣云

該層配備的MEC平臺具有強大的計算能力和虛擬化能力，能夠承載多種自動駕駛應用。并且能夠對基站數據進行匹配分流，在移動網絡邊緣完成對自動駕駛車輛數據分析處理。

（3）核心層

覆蓋范圍極廣，計算能力最為強大，但由于距離機動車較遠，傳輸時延相對較大，主要進行對時延要求不是特別敏感的初始規劃、道路級規劃、宏觀交通調度、車輛大數據監管、全局路徑規劃和全局高精度地圖管理。如實時完成每個自動駕駛車輛的道路級規劃，優化整個道路交通網的車流。

圖 3?1 車路協同分級體系架構

3.2、總體架構

本次建設主要應用都部署在云上。參考云計算分層模型，本方案云計算數據中心在橫向上分為數據源層、基礎設施服務(IaaS)層、平臺服務（PaaS）層、行業應用層（SaaS）。總體架構如下圖。

圖 3?2 車路協同運控平臺架構

感知設備層通過采集視頻監控數據、交通流檢測、違章監測數據、事件監測數據、GPS數據、互聯網大數據、手機信令數據、以及熱線或投訴電話的事件報告數據等，匯聚接入到云計算平臺，為云計算平臺提供基礎數據支撐。

IaaS基礎設施服務層對政務云的服務器、存儲、網絡等資源，進行統一的、集中的運維和管理。利用虛擬化技術按照用戶或者業務的需求，從池化資源層中選擇資源并打包，形成不同規模的計算資源。根據本方案的特點，基礎設施層還包括邊緣云計算資源，主要用于路口和小區級別的車路協同感知信息處理和實時信息發布。

PaaS平臺服務層依托基礎設施服務層，通過開放的架構，提供共享云計算的有效機制。構建在虛擬服務器集群之上，把端到端的分布式軟件開發、部屬、運行環境以及復雜的應用程序托管當作服務提供給用戶。PaaS平臺服務層依托基礎設施服務層，建立系統應用所必須的基礎數據庫、業務數據庫和主題數據庫，為系統提供共享數據服務。

SaaS應用層包括協同感知系統、交通管控協調系統、駕駛安全信息服務系統、交通信息服務系統、終端APP應用系統和無人駕駛服務系統等應用系統。

客戶端車載終端、移動終端、可變誘導屏、智慧城市指揮中心大屏幕等為政府部門、交通管理部門、企業和普通民眾提供交通的各種服務。

3.3、邊云框架

邊緣計算不是單一的部件，也不是單一的層次，而是涉及到EC-IaaS、EC-PaaS、EC-SaaS的端到端開放平臺。典型的邊緣計算節點一般涉及網絡、虛擬化資源、RTOS、數據面、控制面、管理面、行業應用等，其中網絡、虛擬化資源、RTOS等屬于EC-IaaS能力，數據面、控制面、管理面等屬于EC-PaaS能力，行業應用屬于EC-SaaS范疇。

邊云協同的能力涉及IaaS、PaaS、SaaS各層面的全面協同。EC-IaaS與云端IaaS應可實現對網絡、虛擬化資源、安全等的資源協同；EC-PaaS與云端PaaS應可實現數據協同、智能協同、應用管理協同、業務管理協同；EC-SaaS與云端SaaS應可實現服務協同。

圖3?3 邊云協同能力框架

4、車路協同應用系統

4.1協同感知系統

車輛獲取的信息既有來自車載傳感器（激光雷達、毫米波雷達、視頻、GPS／BD等）的各種數據（自己的位置、狀態，周邊目標的位置、速度），也有來自外部傳感器（協同獲取的其他車輛 GPS/BD、路側設備微波雷達、信號機等）的數據（周邊目標的位置、速度、特征、狀態；周邊道路狀態；路口信號燈狀態等），這些數據特征差異很大，需要在協同感知系統進行融合。

4.1.1 道路交通路側感知系統

路側感知系統是由安裝在道路上的地磁、超聲波、紅外、RFID、信標、視頻檢測器和道路氣象站、路面、路況檢測器等組成，該子系統又分為道路交通感知模塊、道路氣象感知模塊和路面狀況感知模塊3部分。

4.1.2 車載感知系統

車載感知系統是由安裝在車輛上的各種車輛運行參數傳感器、車載攝像頭和雷達、GPS衛星定位裝置以及車載微處理單元等組成。該子系統又分為車輛感知模塊、環境感知模塊和GPS定位模塊3部分。

4.1.3 多傳感器信息融合系統

多傳感器信息融合系統也是協同感知系統的關鍵技術之一。信息融合系統是利用計算機技術將來自多個傳感器或多源的觀測信息進行分析、綜合處理。從而得出決策和估計任務所需的信息的處理過程。信息融合的基本原理是：充分利用傳感器資源，通過對各種傳感器及人工觀測信息的合理支配與使用。將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據某種優化準則或算法組合來，產生對觀測對象的一致性解釋和描述。車路協同系統需要處理大量的源自路網的各種車載感知信息和路側感知信息，如果運用數據融合技術對其進行數據級融合、特征級融合以及決策級融合，將有利于通過對信息的優化和組合從中獲得更多的有效信息。

4.1.4 實時數據處理系統

在車路協同服務平臺中，邊緣計算、局部計算和云端計算組成了數據分析系統。在這樣的復雜新型交通系統里面才能很好的解決協同和控制問題。邊緣計算主要是路測計算單元；局部的是情景中的集中部分，比如說路側的信號機為核心的區域計算單元；云端計算的就是中心。三者結合形成有機的計算平臺，分配好計算任務才能解決問題。該系統主要用于海量交通數據的處理，分析計算道路交通狀態、大規模車輛誘導策略、智能交通調度等。

（1）通過邊緣計算與云計算，綜合分析交通與空間、氣象與道路等信息以及與GIS匹配等，及時發現道路上的交通異常或潛在的交通危險，實現對道路交通狀態的實時監測；

（2）通過對區域交通數據的綜合分析，提出科學合理的交通組織與優化對策，實現對全路網交通的有效組織與疏導；

（3）通過對單個車輛運行軌跡和運行參數的分析，由邊緣計算單元實現對個別違章車輛的實時預警或交通事故車輛的實時報警；

（4）通過對特定車輛監視及行駛參數的分析，實現最優路徑的誘導；

（5）通過對氣象條件與道路路況信息的綜合分析，實現對道路路況條件與惡劣氣象條件的提前預警；

（6）通過對交通數據存儲、管理、編輯、檢索、查詢和分析等綜合應用，實現各子系統間的信息協同、數據共享與互通，提高交通信息的綜合利用度。

云計算的應用，一方面可以實現業務的快速部署，在短期內為交通用戶提供信息服務；另一方面，平臺具有的強大運算能力、最新實時數據和廣泛的服務支持，能夠對綜合交通服務起到強大的支撐作用。云平臺則可以根據用戶的需求及道路交通的實際情況、異常交通因素等，進行大范圍的交通數據的分析、計算與規劃，從而實現宏觀區域的交通組織與優化，并通過服務整合為路網中車載終端提供更豐富、更富有價值的綜合交通服務等。

圖 4?1 車路協同交通感知數據處理流程

4.2交通管控協調系統

交通控制與誘導系統是由安裝在道路沿線的信號控制裝置、可變信息板和路旁廣播等裝置組成，該子系統能夠通過通信裝置接收來自車路協同服務平臺的交通控制信息，實現對道路上車輛的交通信號實時控制；也可接收來自車路協同服務平臺的交通誘導信息，實現對特定路段或特定區域交通誘導信息的發布。該系統發布的信息主要是該路段或區域內的群體車輛，也可以是指定車輛；該系統的控制與信息發布主要依賴路側各種信息發布裝置，如信號燈、交通誘導屏等。

（1）智能紅綠燈預警/紅綠燈車速引導系統

基于車路協同技術，當汽車在接近信號交叉口時，接收來自路側單元的信號配時和交叉口地理信息，通過計算車輛行駛速度和加速度，結合信號配時和地理信息，判斷本車在剩余綠燈時間內能否安全通過交叉路口，如果存在違規風險，車輛將受到相應的告警，如果判定可以通過，給出建議車速。

（2）特殊車輛信號優先系統

基于車路協同技術，當特殊車輛（救護車、消防車等）接近信號控制交叉口時，車載單元向路口信號控制機發送特殊車輛定位距離和當前車速信息，由智能路側單元計算出的預計到達時間，信號控制機根據當前信號的狀態，對相位進行紅燈早斷、綠燈延時等干預操作，保證特殊車輛的順利通過。

4.3駕駛安全信息服務系統

車輛行駛安全信息服務系統主要用于對道路交通異常狀態、單車運行異常狀況、惡劣天氣與路況異常變化等情況提前預警和實時報警，以便最大限度地減少交通異常所造成的損失。車路協同服務平臺可根據監測目標數目的多少采用單屏多窗口或者多屏幕顯示方式，分別監測不同的目標和區域。一旦發現或預測到可能發生的交通異常或交通危險，則以聲光報警方式發出預報或報警信息，并鎖定和顯示報警目標，提示工作人員及時處理警情。

（1）智能交叉口預警

基于車車通信技術，兩輛在不同道路行駛的網聯汽車接近交叉口時，根據車輛速度、位置、行駛方向等信息，利用碰撞算法判別，如存在碰撞風險，則向兩輛網聯汽車發出告警，提示避讓。

在交通基礎設施不完善或者郊區普通道路或公路交叉路口，車輛在交叉路口左轉，與對向來車存在碰撞危險時，系統基于無線通信技術應對駕駛員進行預警。避免或減輕側向碰撞，提高交叉口通行安全。

（2）智能人車沖突預警

基于車路協同技術，以紅外視頻、微波等檢測器作為行人檢測設備，通過深度學習技術判斷人車沖突隱患，在路側通過顯示屏及語音提示器，提醒行人注意通行安全，在車內通過車載設備提醒網聯汽車注意行人。

車輛行駛過程中，路側感知單元檢測到的行人、非機動車位置與人、車的GNSS信息在平臺融合處理，并實時接收行人過街請求，再通過車路通信，把人行道及其周圍環境的行人、自行車的位置信息以及行人過街信息發布給車輛，同時，也可以向行人、非機動車的手機發布安全提示信息，以防止事故的發生。

（3）行車超視距服務

將道路前方路側視頻或前車車內視頻傳輸給周邊汽車，實現網聯汽車超視距（如1km）接受前方道路交通信息。

車輛行駛在道路上時，與前車存在一定距離，當前車進行緊急制動時，后車將通過無線通信技術收到這一信息，并通過車載終端對駕駛員進行預警。

（4）盲區預警/變道輔助

當汽車準備實施變道操作時（例如激活轉向燈等），若其相鄰車道上有同向行駛的車輛出現在網聯汽車的盲區時，換道告警應用對網聯汽車進行提醒，避免其與相鄰車道上的車輛發生側向碰撞，保證變道安全。

在道路行駛過程中，因借用逆向車道超車，與逆向車道上的逆向行駛車存在碰撞危險時，及時對車輛駕駛員進行預警。輔助駕駛員避免或減輕超車過程中產生的碰撞，提高逆向超車通行安全。

（5）道路施工預警

基于車路協同技術，當網聯汽車接近施工區域前，智能路側單元向特定范圍內的網聯汽車發送施工信息預警，提醒車輛注意施工區域及施工人員，適用于可視條件不好的環境。

（6）限速提醒

基于車路協同技術，通過智能路側單元將結合天氣、交通流量、施工、事故等信息動態調整限速信息、或前方道路的彎道限速信息向周邊廣播，為網聯汽車提供可變限速提醒。

（7）前向碰撞預警

系統通過GPS定位系統和無線通信技術實現前向車輛距離過近時提前預警。以保護人員及車輛安全，主要針對追尾等前向碰撞事故，降低城市道路交通事故率。

（8）異常車輛預警

當感知系統發現有車在行駛中打開故障報警燈時，邊緣計算單元根據車輛狀態（靜止或慢速）若分析其屬于異常車輛，并可能影響影響本車行駛路線時，通過無線通信技術將這一狀況發布至車載終端，對駕駛員進行預警。適用于城市及郊區普通道路及公路的交叉口、環島入口等環境中的異常車輛提醒。幫助駕駛員及時發現前方異常車輛，從而避免或減輕碰撞，提高通行能力。

（9）道路危險狀況提示

車輛行駛到潛在危險狀況（如橋下存在較深積水、路面有深坑、道路濕滑、前方急轉彎等）路段，存在發生事故風險時，邊緣計算單元對周圍車輛進行預警，便于駕駛員提前進行處置，提高車輛對危險路況的感知能力，降低駛入該危險區域的車輛發生事故的風險。

（10）緊急車輛提醒

基于車車通信技術，將救援車輛（救護車、消防車等）的位置和移動方位信息向特定范圍內的網聯汽車發送，提示網聯汽車提前做好讓行準備。

（11）闖紅燈預警

經過有信號控制的交叉口或車道時，由于前方有大車遮擋視線或惡劣天氣影響視線，或由于其他原因駕駛員看不清信號燈的，系統檢測車輛當前所處位置和速度等，通過計算預測車頭經過停車線時信號燈的狀態，若系統認定車輛存在不按信號燈規定或指示行駛的風險時，向駕駛員進行預警。

4.4駕駛安全輔助控制系統

對于特定生產或改裝的，經過授權控制的特種車輛、公務車輛、公共汽車、營運車輛等，系統可以在緊急的情況下，對車輛進行控制，以避免事故的發生。

對車輛的自動控制包括剎車、轉向與油門控制。駕駛安全輔助控制系統可以利用V2X低延時通信網絡，根據需要對車輛采取控制措施，避免因駕駛員反應不及時引發的事故。

圖 4?2 傳統油門踏板與電子油門控制系統對比

4.5交通信息服務系統

4.5.1 路況交通信息服務

主要用于對前方道路擁堵狀況、道路危險狀況、事故狀況、道路施工狀況和車輛故障狀況發布給駕駛員，實現提前預警和實時報警，提醒駕駛員避開擁擠道路，以便最大限度地減少交通異常所造成的損失。

4.5.2 精確定位服務

車載終端集成衛星定位模塊，可以利用全球衛星定位系統來實現車輛定位。第一，因為該系統同時集成了衛星定位模塊和移動通信模塊，通過利用移動通信網絡輔助GPS來給車輛提供實時定位信息。這樣就可以大幅提升系統搜索定位時間、提高定位精度同時還可以在衛星信號無法覆蓋的區域內提供定位服務。第二，可以通過對定位數據進行加密后上傳至專業服務平臺還可以拓展出很多其他服務。例如，緊急救援服務、智能交通管理、車輛防盜等。

特別是智能交通管理，如果可以精確獲取一定區域內的車輛實時位置信息，就可以在此基礎上對交通流進行有效管理，并結合通信服務等將疏導信息傳達到駕駛人員，進而解決交通擁堵問題。同時，統一的定位信息也可以為交通管理提供第一手的基礎數據。

4.5.3 路徑導航服務

車載終端可以有選擇的接入全球衛星定位系統，從而得到定位數據。進而當在終端上標注出目的地后，終端便會自動根據當前的位置，依據距離和道路等級為車主設計行車路線。結合智能交通服務，道路上的車輛都將自身的定位數據發送到相關服務器上，導航系統可以綜合距離、道路等級和當前實時路況來為用戶設計更加優化路線。另外，這項服務還要依賴于地圖數據服務商提供高精度地圖數據。

4.5.4 車輛緊急救援求助服務

通過在車輛上安裝相關傳感器并在車載終端上安裝相關軟件可以最大限度地減少道路交通事故中因救援遲緩造成的人員傷亡。如在發生嚴重交通事故后，即使司機和乘客失去知覺不能撥打電話，該終端也能夠自動撥叫緊急救援電話，并且自動報告事故車輛所處的位置。車載終端綜合使用衛星通信、移動通信手段，實現緊急情況下的手動或者自動報警和救援呼叫，最大限度地減少道路交通事故中因救援遲緩造成的損失。

4.5.5 車輛維護保養信息服務

在車輛運行過程中，感知系統會實時向駕駛員顯示或報告車輛運轉的工作狀況，一旦出現車輛運轉異常狀況，系統會及時發出預警或報警信息提醒駕駛人員密切注意車輛自身運轉情況并采取應急措施。

車載感知系統檢測車輛自身運轉狀態，并通過車載通信模塊及其它通信設施，實現由監控中心對車輛各種工況的遠程監測，平臺對此為駕駛員提供目的地或者沿途的維護與保養服務網點的信息。

4.6車輛安全信用評價系統

根據車輛行駛記錄大數據，對車輛行駛安全性進行分析和評價，給出車輛行駛安全信用的綜合評價，建立車輛安全信用評價數據檔案。可對車輛車主進行有針對性的安全教育，重點對安全信用評價不好的大型客、貨車進行安全監督。保險公司可以根據車輛司機的安全信用提供有針對性的汽車安全保險服務。

4.7無人駕駛輔助系統

目前絕大多數的無人車技術方案都可以稱為“單車智能”，這種技術方案由于自身傳感器等的局限，不能達到安全的要求。車路協同技術可以通過寬帶、低延時的無線網將感知的道路和交通環境實時傳遞給無人車，拓展無人車的感知空間，輔助無人車達到L5級別的自動駕駛水平。

4.8車載終端服務

車載終端應用系統是無線通信技術、衛星導航系統、網絡通信技術和車載電腦綜合的產物。車載終端可以提供以下服務：

（1）實時為過往車輛提供實時的車輛安全信息，提示司機可能疏忽或者無法了解的危險，及時采取措施，提高駕駛安全性。

（2）通過終端接收并查看交通地圖、路況介紹、交通信息、安全與治安服務，實時確認當前位置，及時反饋預警與報警。

（3）汽車在行駛過程中出現故障時，通過無線通信連接車路協同服務平臺進行遠程車輛診斷，內置在車輛的車載感知單元記錄汽車主要部件的工作狀態，并隨時為駕駛員和平臺提供準確的故障位置和原因。

（4）可以了解臨近停車場的車位狀況和娛樂信息服務等，后排座位可以玩電子游戲、應用網絡（包括金融、新聞、郵件等）。

圖 4?3 車載終端

5、小結

車路協同服務平臺利用LTE/5G V2X寬帶、低延時通信技術實現從終端到路側邊緣端再到云端的瞬時通信，對實時交通大數據進行分析和研判，對車輛安全和高效行駛提供信息服務（甚至是遠程遙控）。解決自主自動駕駛汽車對周邊環境感知的不足問題，可大幅度低成本地提升自動駕駛汽車的水平。

車路協同服務平臺是政府部門利用政策優勢為自動駕駛汽車行業發展提供的最直接的服務。也是未來城市智慧交通發展的必由之路。

車路協同服務平臺可由政府建設，成立專門的運營公司運營。運營車路協同服務平臺的公司可以通過為車企、保險公司提供大數據服務盈利。可以為政府交通相關部門提供數據而實現社會效益。