智能交通系统在网联汽车示范区管控平台中的关键应用

□文/董诚

基于机动车的增长量远远高于道路基础设施建设速度这一实际情况，形成了只能依托智能交通来缓解和提升道路通行效率。智能交通是将感知技术、通讯技术、网络互联技术、数据传输技术、大数据存储与计算技术、信息发布技术等有机整合到交通管理体系中的管理和控制系统，具备高效、准确、实时和智能等特性，是改变传统交通基础设施，提高智能交通服务水平，优化交通出行环境的最佳途径。

本平台立足服务测试和演示智能汽车、网联通讯两大类关键技术，实现DSRC（专用短程通信）、WIFI、LTE-V（车联网专用通信）等全网络覆盖；通过道路、车辆、环境等全方位信息采集、处理和发布，实现智能网络汽车示范区的运行管理和监控管理能力，并为运行管理部门提供决策支撑依据；通过道路智能化系统建设和测试环境的搭建，保障测试道路网络可靠运行，营造良好的测试环境。完善道路智能化和车路一体化，实现更深入的感知、更泛在的互联、更智慧的处理；通过示范区建设，形成一个车辆测试标准和规范的平台，数据分析与采集的平台，产业孵化的平台。实现“安全、效率、节能、舒适、智能”的发展目标。

车联网系统的功能与架构体系

面对当前发展形式，智能交通发布处在增长式发展期。长时间以来，我们所关注的智能交通领域及技术主要体现在基础道路层面，如交通信号控制、电警、诱导板等。城市快速路与干线公路已经建成了较为成熟的交通诱导与交通管控系统平台。着眼未来，随着智能交通技术的发展将逐步向以车为主体的新型管理模式转变，然而车联网正是建立在以车为载体的信息系统。将单个汽车作为一个信息主体，通过通信互联手段将其连接到整个车联网中，从而实现了对全国范围内接入该网络的车辆进行统一规范化管理，并让每辆入网的车辆共享到网络上提供的所有信息资源和运维服务，形成了依托车辆建立的网络全覆盖。

车联网即通过多种无线终端通信技术和信息感知设备，利用无源标签RFID、高精度地图、GPS定位、移动通信、5G网络等技术以及网络服务支撑技术实现人、车、路的智联协同，实现网络内的车辆属性、动态信息、静态信息及道路环境信息，包括道路基础设施信息、实时交通路况信息、服务信息等信息的共享，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和信息化服务。

▲图1 车联网的基础架构图

从图1所示的车联网架构图可以看出，要建立完整的车联网体系，有几大部分必不可少：车（核心部件的车载终端）-车联网服务平台-路侧单元（智能传感器网络等）-本地局域网（或交通专网）-Internet互联网等。当然，在实现车与车、车与路侧单元、车与互联网互联互通，需要各种的无线通信技术，主要包括车内通信、车外通信、车路通信及车车通信等四种无线通信技术。以下从两个角度分析车联网的功能与特性：

从交通管理部门的角度去看，车联网具备以下功能和优点：

将全国各地的独立管理网络纳入规范化体系，实现统一的车辆管理；

可以全方位无死角的掌握管辖区内的所有路口路段的机动车的动态数据，为交通指挥提供最有力的支撑；

形成对车辆年检、是否套牌车、与公安盗抢库进行实时数据对比；

实时获取车辆运行状态、道路突发事件，并第一时间为开展应急救援提供辅助决策支撑；

对两客一危等重点车辆实行全生命周期监管，对涉及到的违法行为及时干预，避免发生二次事故；

从驾驶车主的角度上看，车联网具备以下功能和优点：

实时掌握出行路线的交通状态，为最优路径提供方案；

实时掌握车辆的状态信息，如年检、保险、报废时间和违章等信息；

全域接收交管部门的最新信息，了解最新突发事件，有效预防降低出行风险；

实时查询途经沿线道路情况，如：隐患路段、施工路段、事故黑点等；

享受车联网提供的各种无偿或有偿信息服务；

依据上述所提到的功能与特性，车联网系统的拓补架构图如图2所示：

▲图2 车联网拓补架构图

智能网联汽车示范区管控平台建设

改善交通出行环境及体验需要，封闭的交通疏导、控制等管控信息和突发事件，转化为服务信息推送给公众；车载终端的智能化，丰富交通信息采集手段，提高城市交通运行状态的精准认知。

提升出行安全减少交通事故的需要，车辆通过V2X获得大量实时信息（I2V），有助于判断路况、制定精细化行进路径，让路更聪明，让车更智能，让出行更安全。

建设目标

体现对真实城市道路基础设施忠实还原

模拟城市智能交通系统建设，还原现实道路运行环境， 完成示范区规划规模内多场景应用的演示和测试。通过搭建营造良好的测试环境，完善道路智能化和车路一体化建设。

顶层规划、集约化建设，避免重复投入

以“安全、效率、节能、舒适、智能”为发展目标，形成车辆测试标准和规范的平台。本期平台建设中充分考虑已建或拟建业务系统的接入，随着二期、三期项目建设范围的扩大，无须重复建设，减少投资。

探索未来城市智能交通管理方式的基础

平台在实现与路侧设备互联互通的基础上，逐步完善车路协同系统建设。针对无人驾驶实际应用，最终将在有人/无人混行的道路状况下行驶，通过车路协同系统建设，满足“人-车-路” 一体化综合监控和管理，实现更深入的感知、更泛在的互联、更智慧的处理。

平台规划

▲图3 平台规划图

平台功能定位

测试场地硬件统一管理 ，建设成一个中心、四个业务平台、N个业务子系统。对场地设备进行状态监控，实现设备统一界面化管理；实时跟踪并通过软件大屏展示测试车辆运动状态及车辆参数信息；V2X应用场景通信过程可视化展现；安防管理系统。

▲图4 平台功能模块图

交通管控与服务需求

信号控制，路口交通状态精准判断；

交通组织，静动态交通标志信息定点推送OD调查便捷与精准；

事故预防，交通事件、事故信息的定点定向推送（事前预防）；

交通执法，车辆轨迹信息实时获取；

交通信息，交通状态信息个性化推送紧急信息发布。

车路协同应用框架

从路侧信号机获取数据，通过CPE回传到V2X Server，应用的核心主要有：

前端：车载终端OBU；

路口：信号控制机；

中心：交通信号控制系统；

通信：LTE-V2X/5G无线网络。

V2X融合智能交通系统应用

沿测试范围内道路网，需要布设常规道路配套智能化设备，包括交通信号控制设备、道路视频监控设备、交通事件检测设备、交通诱导设备等。在测试范围内完善道路网的智能化配套。

▲图5 V2X测试可视化展示

融合路口信号控制管理

信号机与车辆之间（I2V）建立基于LTE-V2X链路，向过往车辆实时推送前方路口交通信号状态和视频图像等信息，为车速引导和控制提供出行辅助信息。

在示范区内道路交叉口新建或改造交通控制信号机，通过管理监控中心系统实时采集相关交叉口的信号控制状态，包括：信号周期方案、相位相序方案、当前执行相位信息等，根据车辆实时定位信息以及当前的交通信号相位状态，生成实时的信号优先感应策略，自动协调整个控制区域内交通信号灯的配时方案。

▲图6 路口信息控制与车辆通信示意图

融合诱导屏控制与管理

该系统是由道路上设置的交通信息诱导设备构成，是实现信息实时发布的最基本单元。交通信息诱导屏是区内管理系统中向社会信息发布的方式之一，主要作用为：管理监控中心根据天气、交通设施检修、夜间封路、占掘道施工、应急事件、交通事故等情况，显示有关交通标语、宣传标语、交通标志等来提醒驾驶员的警觉性，减少突发情况下对行车测试的影响，保障车辆的安全行驶。该系统投入运行将对提高道路使用率和安全性起到明显的作用。

▲图7 诱导屏与车辆通信示意图

融合视频控制与管理

当道路发生拥堵、故事等情况时，可通过视频查看功能进行实时图像调阅查看；用户可对摄像机的预置位设置功能来进行指定场景设置，以便调阅时能快速查看；同时用户可根据业务需要对道路路况通过视频进行巡检，以便发现问题能快速处置。

▲图8 全景鹰眼监控示意图

融合电警卡口交通违法检测

该功能主要是通过违法检测设备来进行闯红灯违法抓拍。在该项目中主要作用是检测智能网联汽车与DSRC、信号机在经过路口时的情况。可以通过对监测点采集的行车记录及抓拍的特写图片，清晰的辨别车辆特征信息。

▲图9 电子警察与车辆通信示意图

车辆位置跟踪与V2X通信场可视化

平台在实现与路侧设备互联互通的基础上，逐步完善车路协同系统建设。针对无人驾驶实际应用，最终将在有人/无人混行的道路状况下行驶，通过车路协同系统建设，满足“人-车-路” 一体化综合监控和管理，实现更深入的感知、更泛在的互联、更智慧的处理。

基于GIS的车辆位置动态跟踪及展示

智能汽车高精度定位系统是智能网联汽车测试评价体系的重要组成部分之一。目前汽车高精度定位系统对智能车辆的安全行驶起到举足轻重的作用，智能车辆的定位精度要求一般至少为亚米级，在一些特殊场景中如：车辆防碰撞、车辆自动组队行驶、自主泊车等，要求更高。利用高精度定位系统不仅可以给试验车提供自身可靠的位置信息，还可以提供背景车的运行信息等，为测试场地建立一个时空基准系统（包括高精度的定位系统和高精度的授时系统），从而为车辆安全行驶提供可靠的依据。

▲图10 高精度电子地图在车辆应用示意图

V2X通信场景可视化

DSRC在车路协调中的应用（V2V）；

LTE-V在车路协调中的应用（V2I）；

基于WIFI的通信场景可视化（V2P）；

GPS差分基站可视化；

测试运营与业务管理

RFID检测场地管理

车进出刷RFID卡，结合车牌识别系统进行验证，验证通过后自动抬杆放行；外部车到指定地点领卡后才可以进入；现场不采用自助取卡方式。

入场车辆（含固定车及临时车）免取卡不停车进入停车场，系统可准确记录车辆入场信息；提高通行效率；

固定车辆或无需收费的车辆出场时可不停车通行；

根据停车时间对临时车辆进行收费，并能告知驾驶员出入场时间等出入信息；

提供多种缴费方式，支持收费抵用券功能；

系统提供图片对比功能，出场车辆通行时实时显示其入场图片及时间，为收费纠纷提供有效依据；

后台保留车辆通行的数据，包括抓拍图片等；

系统黑白名单均实时下发到车道级控制设备，支持断网情况下的数据记录和正常通行；

对车辆进行有序的分类管理，可自定义，内部车、接送车、军警车等具有对应的管理手段；

按管理需求可统计多种报表，如收费人员收银情况、各类型车辆通行情况、某车辆通行次数等；

管理运维人员可对车辆进行实时监控进出场、收费等情况，并可对收费人员收费进行监督核查；

收费人员对现场的异常操作，如非正常抬杆，后台均形成相应记录；

提供系统日志功能，系统可记录收费人员的每一步操作，同时，当系统出现故障时，可记录故障数据以便事后分析处理。

系统支持车牌补录功能，根据现场要求，对未识别车辆可以由人工输入车牌；

系统具备防反串功能，RFID卡严格按照入-出-入-出的流程通行，同一张卡不允许出现多次入场或多次出场的情况；

基于电子围栏的安防应用

采用电子围栏防范与视频监控相结合的方式，通过建立安全防范报警系统，能有效的保护网联汽车示范区和在场工作人员的安全，有效的防范各种安全入侵，并提高处理各种突发事件的响应速度，给工作人员提供一个良好的工作环境，确保整个示范区的安全。电子围栏安全防范报警系统通过前端探测识别非法入侵者、通过警灯发出信号并控制报警，来提示安保人员，同时监控能自动切换和记录报警画面，做到及时处理，提高了安保人员的工作效率，以高科技的技术防范最大程度的来确保示范区安全。

测试运营与业务管理

通过将测试运营管理流程化，开发相应软件功能模块，支撑具体的业务过程。

▲图11 测试运营业务功能图

场地使用预约与收费管理子系统

可实现V2X测试场景50余种，并通过柔性设计保证了环境要素的多样性，能够复现多种交通场景，满足自动驾驶测试的需要，可通过在线预约方式进行测试场景测试。

▲图12 场地管理功能图

服务流程：

拥有丰富的测试场地管理经验，建立了从测试接洽、入场测试到测试结束离场的全测试流程服务体系，保证客户测试活动的顺利进行。

▲图13 场地预约流程图

测试场地使用及过程管理子系统

对各个测试场景进行统计管理，通过各种测试设备，完善测试流程、测试数据的采集，通过大数据技术及算法融合技术对测试数据进行分析并提供完整的测试报告。

▲图14 场地过程管理ER图

测试数据采集与评估子系统

数据资源中心逐步形成了完善的数据采集规范、数据处理流程、特征提取方法、场景数据库结构规范、测试用例数据格式、驾驶场景虚拟仿真测试方法等。为充分发挥数据资源中心现有驾驶场景数据的应用价值，迎合企业在智能网联汽车研发验证方面的场景需求，解决行业在本土化功能安全评价方面的痛点问题，数据资源中心拟基于驾驶场景数据建设方面的技术积累，从数据采集、处理分析、虚拟仿真和评价体系等多个层面对“智能网联汽车驾驶场景数据库研究与应用”。平台基于 Kafka 接口从 IoT 平台采集车辆事件信息，并在DAP 平台完成消息数据的预处理、解码和规整，形成统一的数据模型，根据业务的需要存储在实时数据库，并将详单数据在大数据平台 Hadoop 进行存储，在符合当地法律和安全规定的前提下开放给运营商内部平台或后期测试评估。

▲图15 数据采集业务功能图

结束语

车联网+智慧交通是一种全新的网络及业务应用，是物联网技术在智能交通领导中的应用体现，是新一代智能交通系统的和核心基础。本文提出了车联网的整体体系架构，并初步探讨了车联网在智能交通中的应用。通过集成化设计，满足人-车-路一体化运行，实现管理监控中心对各系统运行状态情况全方位了解。各系统可在中心进行全方位展示和监控，为管理人员对智能网络汽车示范区的管理和监控提供智能化服务。