基于智慧综合灯杆的车路协同智慧交通解决方案.pdf

技术：基于智慧综合灯杆的车路协同智慧交通解决方案杨军志，方富辰，宋璐璐（华设设计集团股份有限公司，江苏南京）摘要：随着智 慧综合灯杆在全国范围内的广泛推广，道路感知能力逐步提高，本文基于 智慧综合灯杆搭建道路感知和交通数据计算网络，综合应用大数据、人工智 能、物联网、边缘计算等新技术，提出了一种基于 智慧综合灯杆的车路协同端到端的 解 决方案，能够 有效提升道路安全及交通效率，助力未来城市 的道路智 能化提升。关键词：智慧综合灯杆；车路协同；道路信 息 感知；道路数据边缘计算；交通基础设施智 能化近年来，在以数字化、网络化、智能化为主线 的现代综 合交通运输体系发展以及“新城建”的推动下，智慧灯杆产业作为新型智慧城市一个重要 载体和备 受 关注的焦点，已在全国各地掀起建设浪潮。将智 慧综合灯杆建设成果与车路协同结合进行应用创新，为政府提供道路综合 管控和服务 支撑，是当前的研究重 点。、引言智 慧灯杆是以 照 明杆件为载体，集单灯控器、监控摄像头、信息发布屏、移 动基站、环境监测传感器、气象监测传感器、公共 广播设备、无线设备等智慧 化设备于一体 的杆件。智慧综合灯杆是在 智慧灯杆的基础上，进一步整合设备、交安监控杆、交通信号杆、通信杆、交通标识牌等各类杆件，可实现城市道路的智 能感知、高效传输、分析研判和远程控制功能，提供 智慧出行服务，并为车路协同及无 人驾驶应用提供技术支撑。车路协同是智慧交通系统的重要组成部分，主要 指基于智能路侧基础设施，多点位、多视角、超视距以及端边云协同的特性，采用先进的无线通信、边缘计算和新一代互联网等技术，拓展驾驶员和车辆的感知范围和感知能力。在智慧综合灯杆工程设计中，结合道路照度设计标准、交叉路口交通监控杆件、交通安全设施杆件布置要求，各杆件之间距离为，道路两侧智慧综合灯杆布置密 度大、数量多，充分利用智慧综合灯杆承载车路协同应用是提高交通基础设施智能化、髙效化的必然要求。基于智慧综合灯杆的车路协同系统架构，主要由路侧边缘计算层、智慧交通平台以及上层的智慧应用所组成，对道路数据进行在线协同处理与挖掘。二、方案整体设计（一）麵信息流在 智 慧交通建设的背景下，提高道路基础设施 智 能化、集成化水平，在智慧综合灯杆上集成：道路信息釆集设备，包括无线、气象环境传感器、摄像机、雷达、一键报窖、行人移动检测设备等；道路信息发布设施，包括交通信号灯、交通诱导屏、广播音柱、信息发布屏、可变速显示器；路侧单元（）。智慧综合灯杆上集成的智慧设备通过串口、网口等通信方式连接到置于智慧综合灯杆内的边缘计算网关，实现数据信息交互。信号机作为路口信号控制的重要设备，可通过各类通信接口实现多目标雷达、地磁、行人 红外、各类数据接入，在方案中，与边缘计算网关交互结构化数据、灯态信 息等。车载设备设置于网联车上，用于与实现信息双向交互，将信息发送至车载设备，实现车路协同 中对车辆的精准信 息服务，同时车载设备也会发起主动请求，将车辆数据和需求 发送至边，实现车路协同的多元化应用场景。智慧交通平台能够实现视频流 复杂数据的解析、数据挖掘分析、与第三方平台信息联动功能，与边缘计算网关实现数据、控制交互。（二）边缘计算网关功能要求边缘计算网关部署于智慧综合灯杆的设备舱内，应拥有丰富的设备接入能力、强大的通用计算和推理能 力 以及优良的部署可靠性，能满足车路协同和智慧交通下多功能智慧杆在敏捷连接、实 时业务、数据优化、应用智能、安全与隐 私等方面的 应用需求。边缘计算网关的设备接入能力要求体现在接入设备种 类多、数量大、接口协议杂，应结合具体的项目要求，配置标准 年増刊（总第期）丨中国交通信息化 车载设 备？网联车接口、接口、接口、千兆以太网口（部分提供功能）、千兆光口、支持干湿点转换的数字量输入输出端口、模拟量输入端口、接口以及、等无线接口。边缘计算网关的通用计算和推理能力要求在于其主要负责多路摄像头和雷达的深度学习计算机视觉分析和数据融合，对道路上的物体、事件、状态进行准确感知，生成符合标准的车路协同安全消息，如修行人碰撞预警、道路危险提示等，解析各种感知设备的数据协议，减轻云端解析的负担以及挂载设备的低延时智慧联动和快速响应。边缘计算网关主要功能框架如图所示。边缘计算网关交通信息实时获取视频笛达多源数据感知信息融合 定数据清洗与 结构 化特征参数高精度识别决策 方案高质 置）设备协议解析决策执行状态 反 馈台协议互通决策机制更新优图边缘 计 算网关主要功能框 架（三）整体架构分析搭建以边缘计算网关为核心的道路数据处理方案，实现不同功能设备信 息互联，打通边缘计算网关道路信息采集设备、边 缘计算网关道路信息 发 布设施、边缘 计算网关一路侧设备、边缘计 算网关智慧 交通平台 的多设备之间信息双向互联，实现形成信息快速感知、分析和流转；上层平台与边缘计算网关进行信息、数据联动处理、数据大规模集散和应用调度。整体架构如图所示。智慧道路 应用层交通应急指挥车路协同车辑倍号管控管控智慧交通平台层大 数据处理、，（数据开发与调取网络安 全保陣人工智能处理卜、数据治理与维护、数据存储 保证道路数据中 台层边维计算 网关道路信息交互层道路信总采集设备丨道路信息发布设旌丨路侧设备？图整体架构三、方案应用探索（一）应用 背景在某十字路口渠化岛建设四根智慧综合灯 杆，路 侧的 摄像头、和交通信号灯等设备通过滑槽安装在智慧综合灯杆上，每根智慧综合灯杆上挂载摄像头，实现路口的全局视频覆盖，这些视频信息，通过以太网传送到智慧综合灯杆设备舱内的边缘计算网关中进行视频解码，并运行基于深度学习的 计算机视觉 算法，生成结构化数据，如目标行人的位置、移动速度和方向等。智 慧综合灯杆上还挂载有 交通信号灯，道路信息感 知单元可以实时获取各个方向各个车道的当前的信号灯灯色及倒计时时间，这些结构化数据由道路信 息感知单元接入道路数据计算单元，按照相关标准生产准确的车路协同消息。其中一根智慧综合灯杆上挂载一个路侧设备，路侧多接入边缘计算单元生成的这些车路协同消息，会通过以太网传送到该路侧设备中，并由路测设备将车路协同消息通过无线接口发送给网联车辆。网联车辆内部放置了一个车载单元，车载设备的接受天线安置在车顶的天窗外，车内终端通过连接上车载设备，当车载设备接受到车路协同安全消息，车内终端将会对驾驶员进行提示和预警。（二）应用场景、弱势交通参与者碰撞预警边缘计算网关釆用基于深度学习的计算机视觉分析技术，对道路弱势交通参与者 的经 纬度坐标、移动方向、移动速度等信息进行感 知识别，并通过路侧设备发送给车辆，车 辆的驾驶员可提前感知不在自身视野范围 内的交通参与者，辅 助 驾驶员及早做出正确的架势决策。、信号灯交叉口安全预警当网联车辆接近十字路口时，路侧多接入边 缘计 算单元通过接人交通信号机设备，会生成包含车辆所在方向、所在车道的准确信号灯灯色及倒数时间的安全消息，并通过路侧设备发送给车辆，车辆的驾驶员可根据信号灯相位和倒数时间，提前做出预判，也能有效避免前方大车遮挡信号灯时导致的闯红灯或者急刹（下 转 第 页）禅顧（總期）中化 字信息核对更形象、直观、准确、高效。、建设进度的监测：农路建设进度专题图由多时相的高分影像变化监测生成，表现道路在不同时间的状态变化，能很好地反映农路建设进度，同时平台支持多时相影像的对比，可以直观地査看不同时间的农路建设详情。、建设辅助分析：示范应用还提供一些常用的地图操作功能，如长度测量、面积测量、对比、卷帘、时间轴等，可以帮助管理者更好職行数据分析。三、结束语本文分析所得情况为高分遥感技术在交通运输行业的应用提供了示范，解决了农村公路建设核査监管过程中以人力巡査和人工校验为主的资源浪费、成果不直观等问题。目前，该项技术成果尚未能完全取代人工监管，下一阶段基于更多农村数据扩容样本库、优化农路提取算法，提髙识别精度，可在示范系统的基础上面向全省进行进一步推广应用，有力支撑农村公路建设核査建管应用。参 考文献宋展 曦，邹同元，王剑，等商分 遥 感技术 在 交通运输 行业的应用及展望卫星应用，丨，丨（）：杨永杰高分遥感 技 术 在公路交通 领 域的应用山西交通科技，（）：般林商分卫星遥感技术 在 交通运输领 域的研究探索数字通信世界，（）：卜黄後松，鲁士仿彭向阳，等商分遥感在 交通領域中的应用状况与趋势分 析北京测绘，彳，（）：戚 浩 平王炜田庆 久髙空 间分辨 率卫星遥感数据 在城市交通规划中 的应用研究公路交通科技，丨（）：丨蒋中阳魯伟吴岚，等高分遥感技 术 在交通建设工程监管中的应用探索交通科技与管理，（）：肖国蜂，张蕴灵，杨凝，等基于遥感影像的典型道路路 面类 型识别公路，（）蔡红玥袁 胜古，阳柯等国产高分辨 率遥感影像农村公路 核 查方法及其 应用测绘通拫，（）：丨 马责任编辑：张华彬（上接第页）现象。、前方交通紧急事件提醒当发生施工、路面遗撒物、违停、排队拥堵等交通事故时，路侧多接人边缘计算单元可以对交通事件进行准确识别并获得事件发生的经绎度坐标，并通过路测设备发送给车辆，车辆的驾驶员可以提前变道绕行或停车等，从而避免急刹或事故。、车内标牌边缘计算网关可以对周围的车辆发送道路数据、交通标牌信息，车辆的驾驶员可以根据交通标牌信息，进行正确的驾驶决策，如限速、单行、禁停等，避免由于没有注意到路侧标牌提示而导致交通事故。四、结束语本文提出一种以智慧综合灯杆为载体的车路协同智慧交通解决方案，助力城市提髙道路的多维感知能力和协同响应能力，全面提升城市交通的智慧水平、通行效率、交通安全及服务能力。参考文献！王强，林涛，宋启宇基于智慧灯杆的城市 智能交通系统交通科技，（）臧锋，黄李奔王鵬展基于城市综合杆 件的物联感知网络及交互体系照明工程学报，（）何长江，张钲林探讨智慧灯杆在智慧城市和建设中的作用中国新 通信，（丨）】龙慧斌徐正山，冯 玉祥一种用于车 路 协同的智慧灯杆 ！高边缘计算在车 路 协同 中 的场景应用分析广东通信技术，（）】陈新海祖晖，王博 思面向车路协同的智慧路 倒系统设计交通与运输，丨，（）：空责任编辑：崔爾薇