林天嬋,李 濤

（江蘇金曉電子信息股份有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

作為智能交通領域的前沿技術，車路協(xié)同可利用先進的傳感檢測、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析和車輛控制等技術，將人—車—路聯(lián)結為一個整體，通過對交通環(huán)境進行實時的交通信息采集和分析，實現(xiàn)車—路（V2I）、車—車（V2V）之間實時的交通信息交互與共享，使得車輛控制系統(tǒng)能夠在復雜的交通環(huán)境中及時接收關于擁堵、事故和道路狀況的信息并作出反應，從而確保駕駛安全，減少事故，提高交通運行效率。

目前我國車路協(xié)同系統(tǒng)應用推廣主要以智能互聯(lián)示范區(qū)的模式推進，依托車聯(lián)網(wǎng)先導區(qū)對車路協(xié)同場景進行測試驗證，由無錫、天津、長沙、重慶等地為代表示范區(qū)域，對交通設備進行車聯(lián)網(wǎng)功能改造，提高核心系統(tǒng)能力，實現(xiàn)蜂窩車聯(lián)網(wǎng)C-V2X網(wǎng)絡的規(guī)模部署，開展車路協(xié)同場景建設和應用示范，持續(xù)構建統(tǒng)一的車路協(xié)同服務體系。

泛車路協(xié)同環(huán)境下的車輛駕駛主體可通過車載設備及路側信息發(fā)布設備兩種方式獲取包括安全告警類、效率提升類及娛樂服務類等交通信息。這就對同一時間在一定范圍內(nèi)的車載OBU等信息交互設備獲取的信息與路側信息發(fā)布設備發(fā)布的信息提出一致性要求。實現(xiàn)不同設備間信息一致有助于提升司乘對交通信息做出協(xié)同控制決策，真正體現(xiàn)車路協(xié)同對效率及安全提升具有深遠意義。

該研究依托南京秦淮車聯(lián)網(wǎng)先導區(qū)與紫金山實驗室5G車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)現(xiàn)有建設基礎，針對2個示范區(qū)覆蓋范圍內(nèi)存在社會道路，且社會車輛多數(shù)不具備C-V2X通信能力的情況，示范區(qū)現(xiàn)有信息系統(tǒng)缺少對人工駕駛車輛提供信息服務的能力。對于示范區(qū)真實事件場景應用，相關安全警示和管控信息，需要所有車輛做出針對性的駕駛決策，保持駕駛行為的協(xié)同。因此，需要補充對人工駕駛車輛駕駛者信息服務的路側可視終端。并且，實現(xiàn)路側可視信息發(fā)布終端展示信息的良好可視讀性，以及路側可視信息發(fā)布終端與C-V2X對車載終端信息發(fā)布的一致性，打造廣義車路系統(tǒng)，防止車輛對系統(tǒng)信息解讀的偏差，影響系統(tǒng)策略執(zhí)行效果。

1 車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布現(xiàn)狀

車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布現(xiàn)狀可分為車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互與路側可視信息發(fā)布兩方面，分別進行現(xiàn)狀分析。

在車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互技術方面，鑒于車載環(huán)境具有特殊性，目前車載環(huán)境中通信多數(shù)以中短距離無線通信為主。車路協(xié)同所要傳遞的信息通常有安全相關與非安全相關兩大類。安全相關信息主要包括異常事件告警、碰撞風險預警、危險路段提醒以及其他需要實時傳輸和通信的、人車安全相關的數(shù)據(jù)，相關數(shù)據(jù)收發(fā)頻率通常在1~10 Hz之間，通信延遲通常要求100 ms以下；非安全相關信息主要包括交通標志提示、車速引導、路線導航和其他提高交通效率的信息，以及其他信息娛樂服務類非緊急信息，相關數(shù)據(jù)的收發(fā)頻率通常為1 Hz，通信延遲通常要求在500 ms以下[1]。

為了實現(xiàn)車對車、車對路、車對人的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目標，車路協(xié)同系統(tǒng)正在從單一通信模式轉向多種通信模式組合，并根據(jù)不同的應用場景和需求選擇不同的通信模式。同時，由于車輛大多數(shù)時間是在行駛狀態(tài)下，不論是V2I或V2V都會頻繁改變網(wǎng)絡拓撲結構，所以降低通信延遲對于提升車路協(xié)同應用效果具有重要意義。車路協(xié)同主要使用的通信技術有移動蜂窩技術、Wi-Fi、DSRC和ZigBee[2-3]。

同時國內(nèi)出臺多個車路協(xié)同通信相關標準規(guī)范文件，中國通信標準化協(xié)會發(fā)布的《車聯(lián)網(wǎng)總體技術要求》中對V2V、V2I等主要場景下的通信方式及要求進行了規(guī)定[4]。工業(yè)和信息化部發(fā)布的《基于LTE的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術總體技術要求》中規(guī)范了通過LTE通信技術進行車聯(lián)網(wǎng)無線通信的系統(tǒng)架構及不同應用場景下的通信需求[5]。

在路側可視信息發(fā)布技術方面，交通信息可以通過CMS（Changeable Message Sign，可變信息標志）、交通廣播和互聯(lián)網(wǎng)等多種設備傳達給駕駛者。其中，CMS是以LED作為最小基本單元發(fā)布交通狀況和引導信息的重要設備，可通過顯示圖文信息向駕駛者對前方道路走向、旅行時間、事故預警以及其他交通信息進行提示。相比于導航App、交通廣播及其他交通信息傳播方式需要依賴無線電或網(wǎng)絡及第三方設備，駕駛者在行駛過程中無法直接獲取等缺點，CMS屏可沿道路連續(xù)布置、位置固定、通過整體展示發(fā)布多樣化信息，以此形成連續(xù)的信息提示，提高駕駛者對前方道路交通信息的獲取度，加深對信息的理解程度；且交通信息實時更新、顯示時長可控制，為駕駛者提供了全面掌握道路交通情況的渠道。

通常情況下，CMS顯示路網(wǎng)上的交通狀況信息，并以紅色、黃色和綠色顯示擁堵狀況。在特殊情況下，則通過CMS信息發(fā)布系統(tǒng)內(nèi)預制的不同節(jié)目模板經(jīng)由人工審核后發(fā)布非常態(tài)交通事件。在例如美國、日本、英國等發(fā)達國家對CMS的研究已比較成熟并已經(jīng)建成了相當大的規(guī)模。隨著我國大城市交通擁堵問題態(tài)勢的不斷加劇及ITS（Intelligent Transportation System，智能運輸系統(tǒng)）的不斷發(fā)展，CMS在一些大中城市得到了廣泛應用，北京、上海、廣州、南京等城市的CMS建設同樣已具有相當規(guī)模[6]。

同時，國內(nèi)出臺多個路側信息發(fā)布規(guī)范文件，公安部發(fā)布的《道路交通信息發(fā)布規(guī)范》中規(guī)定了道路交通信息內(nèi)容、發(fā)布方式、發(fā)布形式及發(fā)布要求等內(nèi)容[7]。交通部發(fā)布的《高速公路可變信息標志信息的顯示和管理》對應用于高速公路內(nèi)的可變信息標志發(fā)布的信息類型、信息顯示格式及信息管理方式等進行了規(guī)定[8]。

關于CMS信息發(fā)布視覺研究方面，趙琦對影響CMS視認性的不同因素進行了分析，基于分析結果結合駕駛人視認模型構建了關于影響因素的參數(shù)模型，包括文字大小、位置確定等，通過在白天、黃昏、夜晚等不同環(huán)境下開展模型計算，得出了基于視認最佳的可變信息交通標志顯示亮度[9]。杜建瑋針對目前駕駛者對CMS信息認知過程、CMS設計設置中存在的問題，提出通過CMS信息量化方法、駕駛者信息獲取度評價、駕駛者信息利用度評價與駕駛者認知負荷分析四種模型提升駕駛者對可變信息標志信息認知的有效性，并通過模型和實測對比試驗驗證了模型的適用性[10]。

從以上國內(nèi)外現(xiàn)狀可以看出，當前的車路協(xié)同通信技術在研究方面已經(jīng)取得了較為豐富的成果，已具備一定的成熟度與落地性，能夠支持數(shù)據(jù)的低時延傳輸，為車載設備及路側信息發(fā)布設備提供實時的交通信息；同時路側信息主要通過CMS發(fā)布，CMS的部署建設具備相當規(guī)模，滿足為司乘人員實時提供路側信息的條件。但目前缺乏對于車載設備與路側信息發(fā)布設備之間一致性發(fā)布方面的研究方面，該文對車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布進行初探，旨在為實現(xiàn)車路協(xié)同環(huán)境下不同設備間的信息一致性發(fā)布研究提供初步經(jīng)驗，同時此研究有助于提升交通出行的安全、效率及服務水平。

2 車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布初探

針對目前車路協(xié)同示范區(qū)只部署了路側RSU，實現(xiàn)了對各自示范區(qū)測試車輛車載OBU發(fā)布信息的能力。示范路段覆蓋有市政交通道路，但存在目前的社會車輛無法接受RSU信息，且沒有誘導屏發(fā)布對應場景信息，會造成在混行道路下，車路協(xié)同自動駕駛決策與人工駕駛決策沖突潛在影響，測試應用場景無法在實際混行道路實用化的問題，需要信息服務系統(tǒng)對外提供路側可視信息發(fā)布和無線網(wǎng)絡通信等多種信息服務方式。為了實現(xiàn)基礎設施共用，節(jié)約建設成本，便于對混行路況下車載OBU和人工駕駛者同時獲取一致性交通信息，通過車路協(xié)同信息獲取與路側可視信息獲取相關需求研究，實現(xiàn)場景化交通安全警示信息通過RSU對車載OBU和路側CMS屏對駕駛者同步發(fā)送，達到混行道路中不同車輛等效獲取安全警示信息的效果。

下面以兩種典型交通事件場景對車路協(xié)同下的車載信息交互設備與路側可視信息發(fā)布設備兩種發(fā)布方式進行整合，分析不同場景下實現(xiàn)信息一致性發(fā)布的需求。

2.1 前方靜止車輛告警

2.1.1 場景描述

場景如圖1所示。車輛行駛時周期性對外廣播該車的位置、速度、方向、加速度等信息。當車輛因發(fā)生突發(fā)事故、車輛故障、道路施工、交通擁堵或其他人為因素導致停車時，成為靜止車輛(A)。后方車輛(B)根據(jù)車輛(A)所發(fā)信息的內(nèi)容，識別出車輛(A)為靜止車輛。當識別到靜止車輛(A)處于該車前方行駛路線上，并發(fā)生追尾事故風險時，車輛(B)產(chǎn)生該車警告。同時若道路內(nèi)有路側設備，檢測到車輛(A)非正常停車，則通過車輛前方200 m范圍內(nèi)CMS發(fā)布該靜止車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見圖1）。

圖1 公路場景下前方靜止車輛告警示意圖

2.1.2 預期效果

該場景下，基于通信的車內(nèi)車載設備及路側CMS可以降低靜止車輛在道路上停車時，后方正常行駛車輛因視野條件有限、駕駛者未集中注意力或錯誤估計距離速度等因素引發(fā)而發(fā)生事故的風險。

2.1.3 需求分析

（1）應用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點到多點周期性廣播，周期10 Hz。

（3）端到端傳輸時延要求：小于100 ms。

（4）通信距離：公路294 m，城市道路109 m[7]。

（5）可靠性要求：①在公路行駛環(huán)境中，在294 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應達到99%；②在城市道路行駛環(huán)境中，在109 m外獲取前方靜止車輛信息的可靠性應達到99%。

（6）一致性信息發(fā)布范圍：200 m。

2.2 匯入主路碰撞告警

2.2.1 場景描述

場景如圖2所示。車輛在主干道上行駛至主干道與匝道交界處時，當匝道有車輛即將匯入主路，且與主干道內(nèi)行駛的車輛存在碰撞風險時，應對該車駕駛者進行預警，提醒駕駛者對車輛進行控制以避免碰撞：如果車輛在匝道上行駛至主干道與匝道交界處時，如果主干道上有車輛，且有碰撞風險，應預警提醒匯入車輛駕駛者對車輛進行控制以避免碰撞。同時若路邊有路側設備，檢測到匝道車輛匯入或主線車輛合流時，則通過CMS發(fā)布該合流車輛信息，以便提醒更大范圍車輛（見圖2）。

圖2 公路場景下匯入主路碰撞告警示意圖

2.2.2 預期效果

該場景下，基于通信的汽車主動安全系統(tǒng)可以降低匝道車輛匯入主線時，主線車輛因盲區(qū)視線受限、駕駛者分心、減速避讓不及時等因素引發(fā)而發(fā)生事故的風險。

2.2.3 需求分析

（1）應用模式：V2V/V2I。

（2）通信模式：點到多點周期性廣播，周期10 Hz。

（3）時延要求：最大時延100 ms。

（4）通信距離：大于300 m。

（5）一致性信息發(fā)布范圍：200 m。

3 結語

為確保車路協(xié)同環(huán)境下的司乘人員獲取到的車載信息與路側信息一致，及在混行道路下人工駕駛車輛和智能駕駛車輛統(tǒng)一獲取一致性信息決策，該文首先通過對車路協(xié)同通信數(shù)據(jù)交互技術與路側可視信息發(fā)布技術現(xiàn)狀進行分析，得出兩項技術的成熟度較高，可為車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布提供技術支撐。其次以兩種典型交通事件場景對車載信息及路側信息一致性發(fā)布進行整合，并對不同場景下實現(xiàn)信息一致性發(fā)布的需求進行了分析，實現(xiàn)了對車路協(xié)同下的路側信息一致性發(fā)布的初步探索。