面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智慧交通

建設(shè)目標(biāo)通過在學(xué)院進行智能交通基礎(chǔ)設(shè)施部署、C-V2X網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及車路協(xié)同軟硬件開發(fā)等工作，探索面向自動駕駛與車路協(xié)同的技術(shù)轉(zhuǎn)換與教學(xué)應(yīng)用。基于信息化、數(shù)字化、智能化的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動我院的創(chuàng)新能力與成果轉(zhuǎn)化，有效增強面向智慧交通的理論、實踐教學(xué)水平。建設(shè)內(nèi)容本項目主要完成2個路端點位的車路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及2臺試驗車輛的網(wǎng)聯(lián)化后裝升級，構(gòu)建車路協(xié)同環(huán)境，打造智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用基地。整體架構(gòu)本項目通過在路側(cè)端布設(shè)RSU設(shè)備以及在車端搭載OBU設(shè)備，構(gòu)建起C-V2X通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，形成集遠程通信（Uu）和C-V2X短程專用通信（PC5）于一體的車-路-網(wǎng)-云結(jié)構(gòu)化網(wǎng)聯(lián)環(huán)境。系統(tǒng)整體利用低時延通信、精密檢測、邊緣計算等前沿技術(shù)，將車端、路端有機的結(jié)合起來，形成車路融合的信息技術(shù)架構(gòu)，同時項目基于車路協(xié)同運維平臺，完成路側(cè)設(shè)備與車載設(shè)備的在線監(jiān)控與運維。圖1整體技術(shù)架構(gòu)路端建設(shè)方面，項目基于學(xué)院實際道路情況，在校園內(nèi)進行路側(cè)設(shè)備布置，完成1個T字路口和1個調(diào)頭路口的網(wǎng)聯(lián)化升級與部署。在車端升級方面，項目將通過OBU設(shè)備與車載工控機的對接，將2臺車輛升級為具備V2X通信能力的智能網(wǎng)聯(lián)汽車。路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施通過在路側(cè)端布設(shè)路側(cè)RSU信息節(jié)點，配套搭載邊緣計算單元、激光雷達、可變車道控制器等基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)于具備V2X通信能力的車輛，實現(xiàn)車路協(xié)同應(yīng)用落地。路側(cè)感知設(shè)備核心功能路側(cè)感知設(shè)備主要針對車輛、行人等交通參與者進行感知檢測。毫米波雷達具有抗干擾性好，空間分辨率高的特點，多用于路口車道級檢測和長直路段檢測；交通激光雷達對目標(biāo)位置、速度特征的感知檢測精度高、抗干擾性高，相較與毫米波雷達，激光雷達能進一步感知目標(biāo)形態(tài)，且對于橫向移動目標(biāo)的感知更具優(yōu)勢，多用于大型復(fù)雜路口及未渠化道路檢測；視頻檢測器對交通參與者類型檢測區(qū)分度高，多用于人行道、匝道及出入口區(qū)域檢測。核心技術(shù)參數(shù)（1）視頻檢測器端到端低延時100-120ms（檢測器到計算單元側(cè)）系統(tǒng)校時：NTP校時最高分辨率可達200萬像素，并在此分辨率下可輸出30fps實時圖像傳感器類型1/1.8”ProgressiveScanCMOS鏡頭（變焦）2.8-12mm@F1.2,水平視場角：99.0°~39.0°，垂直視場角：52.0°~22.0°，對角線視場角：118.0°~45.0°自動光圈2.8-12mm：固定光圈日夜轉(zhuǎn)換模式ICR紅外濾片式數(shù)字降噪3D數(shù)字降噪寬動態(tài)超寬動態(tài)范圍達120dB，室內(nèi)逆光環(huán)境下監(jiān)控視頻壓縮標(biāo)準H.265/H.264/MJPEGH.265編碼類型MainProfileH.264編碼類型BaseLineProfile/MainProfile/HighProfile視頻壓縮碼率32Kbps~16Mbps最大圖像尺寸1920×1080（2）毫米波雷達檢測距離不低于250m檢測速度-288km/h~288km/h橫向至少檢測8個車道，水平角度不低于60°檢出類別包括但不限于各式非機動車和機動車實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤、實現(xiàn)目標(biāo)分類（機動車至少分為小型車和大型車）水平誤差0.2m，速度誤差0.2km/h支持靜態(tài)車輛檢測（當(dāng)車輛駛向路口停止時，目標(biāo)不丟失，但可過濾其它恒定的靜態(tài)目標(biāo)）最大目標(biāo)探測數(shù)不低于128支持NTP校時，結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)帶時間戳支持檢測車流量、擁堵、排隊等交通流信息TCP傳輸，支持根據(jù)用戶需求更改輸出數(shù)據(jù)格式（如坐標(biāo)系方向、單位等）工作溫度-20~80℃，室外防風(fēng)、雨、冰、塵等（IP67）9~36V供電（3）激光雷達激光波段：905nm激光等級：1級（人眼安全）測量范圍：100米~200米測距精度：±3cm單回波數(shù)據(jù)速率(雙回波)：64萬點/秒(128萬點/秒)垂直視場角：-18°~+14°水平視場角：360°垂直角度分辨率：0.33°、0.66°、1°、2°、3°水平角度分辨率：5Hz（0.09°），10Hz（0.18°），20Hz（0.36°）掃描速度：5Hz、10Hz、20Hz通信接口：以太網(wǎng)，PPS供電范圍：9V～36VDC操作溫度：-20℃～+60℃(C型)/-40℃～+60℃(E型)沖擊：500m/sec2,持續(xù)11ms振動：5Hz～2000Hz,3Grms防護等級：IP67路側(cè)邊緣計算設(shè)備核心功能路側(cè)邊緣計算設(shè)備針對路側(cè)視頻檢測器、毫米波雷達和激光雷達的數(shù)據(jù)信息進行實時采集并處理。邊緣計算單元采用嵌入式工控機，主體采用Intel（CPU）+Nvidia（GPU）配置方案。其中，CPU用于處理毫米波雷達和激光雷達的數(shù)據(jù)，并進行目標(biāo)級決策融合；GPU則利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于對視頻圖像進行目標(biāo)提取。MEC與C-V2X融合的理念是將C-V2X業(yè)務(wù)部署在MEC平臺上，借助Uu接口或PC5接口支持實現(xiàn)“人-車-路-云”協(xié)同交互，可以降低端到端數(shù)據(jù)傳輸時延，緩解終端或路側(cè)智能設(shè)施的計算與存儲壓力，減少海量數(shù)據(jù)回傳造成的網(wǎng)絡(luò)負荷，提供具備本地特色的高質(zhì)量服務(wù)。不同的C-V2X應(yīng)用場景從時延、帶寬和計算能力等方面對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出了各類不同要求。核心技術(shù)參數(shù)交通參與者的感知延時應(yīng)不大于200ms（感知延時指事件發(fā)生到RSU將感知結(jié)果向外發(fā)出的時間間隔）交通參與者類型檢測：至少能區(qū)分行人、非機動車、機動車機動車類型檢測準確度不低于95%非機動車、行人類型檢測準確度不低于90%交通參與者數(shù)據(jù)信息最小輸出間隔應(yīng)不大于100ms事件檢測告警時間應(yīng)不大于5s支持Ubuntu系統(tǒng)（16.04LTS及以上），確保主機不接顯示器開機能進入Ubuntu桌面系統(tǒng)并正常工作無卡頓顯示：支持HDMI/VGA輸出網(wǎng)口：1個及以上千兆網(wǎng)口USB接口：兩個及以上USB接口（至少1個為3.x接口）環(huán)境溫度：0~55°C（指周邊環(huán)境在該溫度下，設(shè)備CPU和GPU能無損性能工作）路側(cè)單元核心功能路側(cè)通信單元RSU針對在高速移動環(huán)境中提供低時延、高可靠性、高速率、安全的通信能力。RSU作為車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中的路側(cè)單元，主要基于C-V2X車聯(lián)網(wǎng)專用通信技術(shù)，具有直連和蜂窩兩種工作模式，實現(xiàn)車車、車路、車云等信息交互和共享。核心技術(shù)參數(shù)5G+C-V2X模組支持C-V2X一階段標(biāo)準消息和場景支持廣播模擬RSM/RSI/SPAT數(shù)據(jù)可提供NTP授時服務(wù)支持OBU/RSU消息中繼可充當(dāng)5G網(wǎng)關(guān)支持平臺數(shù)據(jù)交互、配置和控制處理器：NXPi.MX82GHz四核處理器內(nèi)存：2GBDDR4存儲：8GB接口：DC、以太網(wǎng)、SIM卡槽防護等級：IP65ESD：L3振動：GB/T2423.10指示燈：電源、系統(tǒng)、GNSSV2X標(biāo)準：基于3GPPRel.15協(xié)議V2X模組：移遠AG550V2X頻段：B47（5905～5925Mhz）V2X發(fā)射功率：23dBm±2dBV2X廣播距離：>600米（PRR：99%）V2X業(yè)務(wù)時延：≤20ms制式：mode4GNSS模組：u-BloxF9PGNSS模式：GPS/北斗/GLONASS/GALILEOGNSS頻段：L1，L2GNSS定位精度：1cm+1ppmCEP（RTK）GNSS更新頻率：最大10HzGNSS測速精度：≤0.2m/sGNSS授時精度：30ns（RMS）5G頻段：N1N3N28N41N78N795G峰值速率：DL：1.77Gbps/UL：490Mbps;4G頻段：B1B3B8B38B39B40B414G峰值速率：DL：150Mbps/UL：50Mbps;WIFI：802.11a/b/g/n/ac2.4G&5G網(wǎng)口：100Mbps功率：常溫≤700mA@12V，最高18W工作溫度：-40～80℃可變車道控制器核心功能可變車道標(biāo)牌，采用白色高亮度LED發(fā)光管，外形符合國家標(biāo)準，可以制作包含兩種行駛方向圖案的標(biāo)牌。定時控制器，采用GPS授時，可以預(yù)先設(shè)置車道行駛方向切換方案，由控制器依據(jù)GPS時間定時向可變標(biāo)牌發(fā)出開關(guān)命令，從而實現(xiàn)車道的定時切換。同時項目擬將可變車道控制器與路側(cè)邊緣計算單元對接，實現(xiàn)基于道路車流情況，自適應(yīng)調(diào)整車道方向，完成交通路口的流量控制與疏導(dǎo)。圖2可變車道標(biāo)牌核心技術(shù)參數(shù)LED顯示屏采用戶外雙基色陣顯示模塊和鋁標(biāo)牌組合而成：整屏尺寸：1400mmX1000mm路側(cè)設(shè)施部署T字路口（1）路口特征：T字路口、無信控、交通流量大道路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、路口無明顯視距遮擋。（2）功能應(yīng)用：可重點開展路口前向碰撞預(yù)警、交叉路口碰撞預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、緊急制動預(yù)警、車輛失控預(yù)警、限速預(yù)警、弱勢交通參與者碰撞預(yù)警、緊急車輛提醒、道路危險狀況提示、各類交通事件預(yù)警、自適應(yīng)可變車道控制等應(yīng)用。設(shè)備類型數(shù)量單位描述32線激光雷達1臺檢測感知路口各車道的車輛及橫穿馬路的行人及非機動車毫米波雷達3臺視頻檢測器3臺RSU1臺廣播發(fā)布檢測區(qū)域所感知車輛、行人及紅綠燈數(shù)據(jù)信息邊緣計算單元1臺對單一或多源傳感器進行融合感知計算16口工業(yè)交換機1臺路側(cè)局域網(wǎng)搭建5GCPE1臺用于路端信息回傳可變車道控制器1套用于可變車道的控制可變車道指示牌1套可變車道顯示桿件及輔材4套1套用于可變車道指示牌、3套用于3個方向的傳感設(shè)備及RSU布設(shè)表1-T字路口設(shè)備清單掉頭路口（1）路口特征：掉頭路口，緊挨圖書館，道路較為復(fù)雜、路口存在視距遮擋（2）功能應(yīng)用：針對該掉頭路口行人及非機動車較多、視距存在遮擋的特點，可重點開展路口前向碰撞預(yù)警、交叉路口碰撞預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、緊急制動預(yù)警、車輛失控預(yù)警、限速預(yù)警、弱勢交通參與者碰撞預(yù)警、緊急車輛提醒、道路危險狀況提示、各類交通事件預(yù)警等應(yīng)用。設(shè)備類型數(shù)量單位描述毫米波雷達1套檢測感知路口各車道的車輛及橫穿馬路的行人及非機動車視頻檢測器1套RSU1套廣播發(fā)布檢測區(qū)域所感知車輛、行人及紅綠燈數(shù)據(jù)信息邊緣計算單元1套對單一或多源傳感器進行融合感知計算16口工業(yè)交換機1套路側(cè)局域網(wǎng)搭建5GCPE1臺用于路端信息回傳桿件及輔材1套用于路側(cè)傳感設(shè)備及RSU的布設(shè)表2-調(diào)頭路口設(shè)備清單車端網(wǎng)聯(lián)化改造車載OBU作為車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中的車載單元，主要基于C-V2X車聯(lián)網(wǎng)專用通信技術(shù)，具有直連和蜂窩兩種工作模式，能夠在高速移動環(huán)境中提供低時延、高可靠性、高速率、安全的通信能力，實現(xiàn)車車、車路、車云等信息交互和共享。項目中車輛通過后裝OBU設(shè)備，具備V2X網(wǎng)聯(lián)化功能，并可通過與車端工控機對接，實現(xiàn)輔助駕駛或協(xié)同式自動駕駛功能。同時OBU設(shè)備預(yù)留與車輛CAN總線對接的接口與能力。圖3車端搭載示意圖核心功能基于車載OBU的搭載，車輛可具備如下場景應(yīng)對能力。分類場景場景描述V2V前向碰撞預(yù)警車輛在車道上行駛時，若判斷出與在正前方同一車道的其他車輛存在追尾碰撞危險時，及時對駕駛員進行預(yù)警，提醒采取應(yīng)對措施。交叉路口碰撞預(yù)警車輛駛向交叉路口時，若與路口其他方向行駛的車輛存在碰撞危險，則對車輛駕駛員進行預(yù)警。左轉(zhuǎn)輔助車輛在路口進行左轉(zhuǎn)操作時，與路口其他方向駛來的車輛存在碰撞危險時，將駕駛員進行預(yù)警。盲區(qū)/變道預(yù)警當(dāng)車輛相鄰車道的后方盲區(qū)內(nèi)有同向行駛的其他車輛出現(xiàn)時，對車輛駕駛員進行提醒。若本車準備或開始實施變道操作，則進行變道預(yù)警。緊急制動預(yù)警車輛行駛在道路時，若檢測到同路段前方車輛實施緊急制動操作，則對駕駛員進行預(yù)警，提醒采取應(yīng)對措施避免碰撞。異常車輛提醒車輛行駛在道路上時，若檢測到同路段前方有車輛打開故障告警燈，或其處于靜止?fàn)顟B(tài)，或其車速明顯低于周圍其他車輛，則視其為異常車輛，并提醒本車駕駛員注意避讓。緊急車輛提醒車輛行駛中，若檢測到同路段有緊急車輛（消防車、救護車、警車或其他緊急呼叫車輛），本車可能影響緊急車輛執(zhí)行任務(wù)時，則提醒本車駕駛員注意讓行。車輛失控預(yù)警車輛行駛在道路上時，若檢測到同路段前方其他車輛出現(xiàn)制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、車身穩(wěn)定性系統(tǒng)（ESP）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、車道偏移預(yù)警系統(tǒng)（LDW）其中任一項功能觸發(fā)時，則將其視為處于失控狀態(tài)，將提醒本車駕駛員注意避讓。V2I道路危險狀況提示車輛行駛到潛在危險狀況路段，如積水、濕滑、急彎等，存在發(fā)生事故風(fēng)險時，對駕駛員進行提醒，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?cè)朐撐ｋU區(qū)域的車輛發(fā)生事故的風(fēng)險。限速預(yù)警車輛行駛過程中，若判斷出車輛處于超出限定速度的情況時，對駕駛員進行預(yù)警，提醒駕駛員減速行駛，避免超速行駛，消除安全隱患，減少事故的發(fā)生。綠波車速引導(dǎo)當(dāng)車輛駛向有信號燈控制的路口時，根據(jù)信號燈的實時狀態(tài)，展示信號燈態(tài)，并給予駕駛員一個建議的車速區(qū)間，以使車輛可以舒適經(jīng)濟的通過路口，無需停車等待。闖紅燈預(yù)警車輛經(jīng)過有信號控制的路口時，因遮擋、惡劣天氣或駕駛員注意力不集中或其他原因，車輛存在不按信號燈指示行駛的風(fēng)險時，對駕駛員進行預(yù)警。弱勢交通參與者碰撞預(yù)警車輛在行駛中，與周邊行人、非機動車等弱勢參與者存在碰撞危險時，將對車輛駕駛員進行預(yù)警，避免或減輕碰撞危險，提高車輛及行人通行安全。車內(nèi)標(biāo)牌當(dāng)接收到由路側(cè)單元（RSU）發(fā)送的道路數(shù)據(jù)以及交通標(biāo)牌信息，將給予駕駛員相應(yīng)的交通標(biāo)牌提示，保證車輛的安全行駛，提高車輛行駛的安全性。表3-車端V2X功能列表核心技術(shù)參數(shù)處理器：i.MX6Q1.2GHz四核A9處理器內(nèi)存：1GBDDR3存儲：8GB工作電壓：DC9～36V，典型：12V工作電流：≤600mA@12V工作溫度：-40～80℃工作濕度：10～90%RH儲運溫度：-40～125℃儲運濕度：20～75%RH技術(shù)指標(biāo)：符合IATF16949標(biāo)準，基于3GPPRelease14協(xié)議ESD：L2接口支持：CAN、USB、SDCard、網(wǎng)口、串口通信模式：LTE-V2X、4G、WIFI、CAN、以太網(wǎng)LTE4G：下行最大150Mbps，上行最大50MbpsV2X輸出功率：23dBm±2dBV2X靈敏度：-97dBmV2X頻段：B47V2X峰值速率：26MbpsV2X距離（視距）：800米以上V2X收包率：90%以上V2X業(yè)務(wù)時延：20msV2X系統(tǒng)帶寬：20MGNSS模式：GPS/北斗GNSS定位精度：RTK：1cm+1ppm，普通定位：米級GNSS測速精度：≤0.2m/sGNSS授時精度：20ns天線天線形態(tài)：外置天線天線天線接口：Fakra天線天線頻段：5085～5925MHz車路協(xié)同運維平臺搭載車路協(xié)同設(shè)備運維子系統(tǒng)，為用戶提供V2N相關(guān)的設(shè)備運維管理服務(wù)，確保智能網(wǎng)聯(lián)車輛、智能路側(cè)設(shè)備基礎(chǔ)工作能力，同時也為后期V2X運營管理提供有效的服務(wù)支撐。平臺功能主要圍繞安裝規(guī)劃管理、設(shè)備資源管理、運維服務(wù)管理展開。安裝規(guī)劃管理：提供多個項目安裝規(guī)劃管理，支持項目創(chuàng)建后，線上線下設(shè)備安裝位置和類型標(biāo)注，具體安裝參數(shù)描述，形成整套設(shè)備部署和指導(dǎo)安裝實施說明。設(shè)備資源管理：提供多種設(shè)備數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息，運行狀態(tài)監(jiān)控，遠程命令控制，告警設(shè)置等設(shè)備工作狀態(tài)查詢和監(jiān)控功能。運維服務(wù)管理：提供滿足日常運維工作，如設(shè)備地圖拓撲，分組管理，告警提示，日常設(shè)備巡檢問題排查等。核心功能本子系統(tǒng)主要功能模塊應(yīng)包括：監(jiān)控中心、項目規(guī)劃、資源點位地圖、資源總攬、OTA升級、運維管理。（1）監(jiān)控中心監(jiān)控中心，用于全局查看系統(tǒng)內(nèi)各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，清晰展示系統(tǒng)內(nèi)部各項功能是否正常使用及具體使用效果。監(jiān)控大屏：總覽顯示子系統(tǒng)內(nèi)各項功能數(shù)據(jù)情況。（2）項目規(guī)劃當(dāng)設(shè)備需要安裝部署時，通過提前規(guī)劃各種設(shè)備具體安裝位置和參數(shù)進行配置，指導(dǎo)實際設(shè)備安裝點位分布。規(guī)劃列表：展示所有已創(chuàng)建的規(guī)劃內(nèi)容，可查看、編輯和發(fā)布規(guī)劃。新建規(guī)劃：新建規(guī)劃項目主題，包含規(guī)劃名稱、規(guī)劃位置、其他說明等內(nèi)容。編輯規(guī)劃：已有規(guī)劃主題的情況下，添加規(guī)劃中的覺得設(shè)備信息，包含設(shè)備類型、設(shè)備位置、廠家型號、IP地址及網(wǎng)關(guān)信息。規(guī)劃詳情：查看已經(jīng)編輯完成的規(guī)劃內(nèi)容，包含規(guī)劃名稱，位置，設(shè)備數(shù)量及具體所在位置和安裝參數(shù)，可對當(dāng)前規(guī)劃進行地圖和設(shè)備信息全量導(dǎo)出。（3）資源點位地圖通過地圖模式，可查看所有設(shè)備所在位置，快速找到需要區(qū)域范圍內(nèi)的設(shè)備。篩選顯示：通過篩選，更新地圖上設(shè)備的位置和顯示情況。設(shè)備列表：關(guān)聯(lián)篩選結(jié)果，顯示設(shè)備ID，可點擊進行設(shè)備詳情。地圖顯示：地圖模式下，顯示對應(yīng)設(shè)備的圖標(biāo)、位置。（4）資源總覽平臺內(nèi)所有設(shè)備類型的整合展示，新增、管理和刪除設(shè)備，并對當(dāng)個設(shè)備進行監(jiān)控和操作。設(shè)備統(tǒng)計：統(tǒng)計所有的設(shè)備類別、在線狀態(tài)等信息。設(shè)備篩選：篩選條件，包含：設(shè)備類型、在線狀態(tài)、激活狀態(tài)、業(yè)務(wù)ID、設(shè)備名稱等。設(shè)備列表：展示所有已創(chuàng)建的設(shè)備，對應(yīng)可進入設(shè)備詳情查看。新建設(shè)備：新建一臺具體設(shè)備，提交對應(yīng)設(shè)備基本信息。設(shè)備詳情：設(shè)備詳情中展示具體設(shè)備多項參數(shù)，包含：基礎(chǔ)信息、位置、屬性、命令&應(yīng)用、事件日志、運維任務(wù)等。編輯設(shè)備：編輯設(shè)備基本信息，包含：設(shè)備名稱、設(shè)備描述、設(shè)備位置等。設(shè)備分組：設(shè)備分組，查