城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统研究.pdf

专题：车联网技术与产业融合创新2024年第3期城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统研究华贤平王晨东葛元”唐绍春4（1.无锡市车城智联科技有限公司，无锡2 140 0 0；2.上汽通用汽车有限公司，上海2 0 12 0 6；3.中移（上海)信息通信科技有限公司，上海2 0 0 131；4.浙江德清莫干山智联未来科技有限公司，浙江3132 99)摘要：提出了通过直连通信或蜂窝通信实现城市级红绿灯信息开放服务的车路协同系统，从信息获取、信息通信、信息处理及信息应用4个关键技术环节重点分析了该系统的构建与实施，并针对不同的应用方向或场景提出相应的解决方案，深入探讨了这些技术和方案在提升交通效率、降低成本和增强道路安全性方面的应用潜力，同时提出跨城市红绿灯信息开放服务架构，对于车路协同技术的进一步发展具有参考价值，对于城市级智能交通系统的未来建设具有指导意义。关键词：车路协同系统；智能交通；LTE-V2X直连通信；4G/5G蜂窝通信；红绿灯信息开放服务中图分类号：TN929.5引用格式：华贤平，王晨东，葛元，等城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统研究 J信息通信技术与政策,2 0 2 4,50(3):39-44.D0I:10.12267/j.issn.2096-5931.2024.03.006文献标志码：A0引言当前，随着汽车网联化和智能化进程加快、车联网新型基础设施建设逐步完善，车路协同作为连接汽车、交通、城市治理等多行业的系统性工程得到日益广泛的关注。红绿灯信息开放服务是当前整车企业、运输服务企业、行业治理者对于车路协同信息服务需求最为明确的内容,可以为城市智能交通的发展奠定基础，提高城市交通管理的水平和效率，推动绿色交通与智慧城市可持续发展。例如，在减少车辆拥堵和碳排放方面，可为车辆提供红绿灯服务以帮助车辆提前预判，更加高效地通过路口，减少等待时间，降低碳排放量，同时也可以缓解交通拥堵。在提升出行体验方面,可为车辆提供更加精准的红绿灯信息，帮助车辆司机做出更合理的行驶决策，减少路口等待时间，从而提高出行便利性和效率。在降低交通事故风险方面，为车辆提供红绿灯服务可以减少车辆的等待时间，避免出现车辆在路口等待时突然变道或突然刹车等行为，降低了交通事故的风险。随着高德、百度等图商的信号灯倒计时服务上线，越来越多的驾驶员会逐步适应和改变自身的驾驶习惯，接收来自于外部输入的信号灯数据来辅助做出一些车辆加减速的决策,对驾驶行为以及后续的用户培育具有较大的推进作用，但是由于红绿灯数据自身的开放程度，以及大部分数据依赖于移动终端轨迹数据拟合和训练产生，在一定程度上存在局限性。在此背景下,对红绿灯信息开放服务系统的研究愈发必要，本文研究的城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统可帮助用户获取接人了真实数据、有可靠的网络通讯且能够维持稳定端到端时延的信息服务，其作为城市基础设施和信息服务系统，应具备红绿.39.信息通信技术与政策灯信息广泛接入、信息服务安全开放、终端应用全面兼容的能力，对于车路协同系统、用户习惯、未来的车路协同商务模式探索都具有积极意义，需要从系统架构、信息获取方案、信息通信方案、信息处理方案、信息应用方案等方面进行细化设计并予以系统性实现。本文针对以上几方面进行了全面、系统的研究。1系统架构城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统可在不依赖路侧感知与计算设备的条件下，通过直连通信(LTE-V2XPC5）或蜂窝通信（4G/5G Uu）的方式,支持在车端/智能终端上实现红绿灯信息接收、绿波车速引导、闯红灯预警等车联网应用。系统主要包括平台、路侧和车端3个组成部分，系统架构如图1所示。本系统架构图中的非网联车辆（智能终端/Uu接口）与前装车载单元(On Board Unit，O BU)/PC 5的网联车辆，分别指代支持4G/5GUu通信功能和LTE-V2X直连通信功能的逻辑单元，并不与实际物理设备一一对应 2 。系统架构中采用的通信协议包括：公安交通集成指挥平台通信协议第2 部分：交通信号控制系统（G A/T 10 49.2 2 0 13）道路交通信号控制机信息发布接口规范（GA/T1743一2 0 2 0)；合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准(T/CSAE53一2017)；合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第二阶段）（T/CSAE1572020）。信息服务一般需经历信息获取、信息通信、信息处理和信息应用4个过程。2信息获取方案红绿灯信息目前主要来源于路口的交通信号机设备，该设备属于交通管理设施，归公安交警管理，纳人公安专网进行设备信息管理，信息获取难度较大 3主要有3种信息获取方案。方案一：通过公安交管统一信控平台以GA/T1049.2一2 0 13协议格式获取红绿灯灯态数据，该方案需要跨越公安视频专网及车联网VPN专网以获取数据，目前主要通过公安专网的安全网闸设备获取红绿灯信息或红绿灯配时数据。该方案的优势是完全符合当前公安交警数据管理要求且成本较低，缺点是存在分钟级不稳定时延问题。方案二：交通信号机升级为智能网联信号机，具备与专网隔离的数据出口，依据GA/T17432020通信协议，可直接在路口输出标准化的红绿灯信息，通过路第三方应用平台平台(如百度、高德等）城市级车联网GA/T1049.22013数据服务平台公安交管统一信控平台网联信号上图交通信号机交通信号机路侧GA/T17432020信号上图RSUA非标接口协议T/CSAE1572020T/CSAE5322017:PC5;接口信号上车车端非网联车辆(智能终端/Uu接口)非网联协议转换器GA/T17432020CA中心网联车辆(前装OBU/PC5)图1城市级红绿灯信息开放服务系统架构图40.专题：车联网技术与产业融合创新侧设备（Road SideUnit，R SU)或其他网络设备进行信方案一：4G/5G蜂窝通信主要用于智能终端通过息获取。该方案的优势是信息获取准确且实时，缺点Uu接口与城市级车联网数据服务平台或第三方应用是需要交管部门协同建设或升级交通信号机，存在成平台进行通信，实现红绿灯信息在百度、高德等第三方本和管理要求的不确定性。应用平台上可视化显示的场景,即信号上图。方案三：对于非智能网联信号机，通过在信号机设方案二：LTE-V2X直连通信主要用于具备PC5通备上加装交通信号协议转换器，以方便以私有自定义信功能的车载OBU设备与RSU进行通信,RSU设备接口方式和协议采集非智能网联信号机的红绿灯灯态与城市级车联网数据服务平台通信，实现红绿灯信息数据,并实现协议层的转换,将通信协议转化为GA/T上车的场景，即信号上车。17432020协议上传给RSU。该方案的优点是信息两种方案的车联网数据服务平台可根据实际情况获取准确且实时，仅需交管部门授权、无需其协同建与当地公安交管统一信控平台进行对接,获取交通管设，缺点是需要针对不同厂家的非网联信号机开发私控信息、事件信息、禁行区信息等其他非实时信息，进有的自定义数据采集接口。一步丰富车联网应用场景。4G/5GUu可服务于移动考虑到目前信号灯系统的复杂性，各地的信号机终端（手机或后装车载终端），也可在部分地区代替光能力、厂家、型号等差异较大,以及不同地方的交通管纤传输方式实现路侧数据采集汇聚，其服务对象与理信息化程度不同，以上3种方案可以结合项目实际LTE-V2X直连通信具备明显的区分性，可以融合应合理选取。用。在建设经费不足的情况下，可以在建设此类系统时,通过在路侧部署4G/5G CPE 以替代 LTE-V2X3信息通信方案RSU,节省建设成本。结合城市级红绿灯信息开放服务系统架构，城市4信息处理方案级红绿灯信息服务的通信方案主要包括4G/5G蜂窝通信和LTE-V2X直连通信两种无线通信方案 4,如图2所示。2024年第3期信息处理主要基于车联网数据服务平台开展，而城市级红绿灯信息服务平台需要以城市级车能路云一第三方应用平台平台(如百度、高德等)城市级车联网GA/T1049.22013数据服务平台公安交管统一信控平台4G/5G蜂窝网络路侧信号上图非标接口协议T/CSAE.1572029T/CSAE532信号上车车端非网联车辆(智能终端/Uu接口)4G/5G蜂窝网络信号上图201%PC5置莲通智LTE-V2X接口网联车辆(前装OBU/PC5)光纤/蜂窝网GA/T17432020RSUGA/T17432020CA中心网联交通信号机交通信号机协议转换器非网联图2 系统信息通信方案.41.信息通信技术与政策体化平台为基础，满足红绿灯信息开放服务需求，支持4G/5G网络通信和LTE-V2X通信方式的两种方案的要求。针对城市级红绿灯信息服务开放能力的平台架构建议如下。城市级红绿灯信息服务平台主要由信息服务引擎、信息服务数据底座、城市级车能路云一体化平台三大模块组成 5,如图3所示。信息服务引擎主要是提供终端鉴权、终端定位、路网关系匹配等基础能力，调用城市级车能路云一体化平台服务管理、应用管理、数据网关等模块为网联汽车提供信息服务。信息服务数据底座需构建网联汽车数据、网联信息服务、红绿灯数据、交通事件库以及地图服务等基础数据库。其中红绿灯数据、交通事件库数据来源于城市级车能路云一体化平台对第三方数据进行处理后接人平台的数据,形成标准、可用、实时交互的数据底座。城市级车能路云一体化平台针对网联示范区现有的云控平台进行升级改造，新开发服务管理、运营管理以及数据网关模块，具备与第三方数据接入、数据清洗的能力，具备面向城市级网联车辆提供信息服务的能力 6 。5信息应用方案信息应用部分主要在用户终端上进行，涉及到整体业务流程，包括信息的接收流程和应用服务交互两部分 7 C终端应用APPSDKAPI5.1信息的接收方案城市级红绿灯信息服务系统需要考虑用户身份识别和服务能力匹配的问题，通常由公共认证服务(Certificate Authority，C A)中心对 RSU 和 OBU 双方进行统一身份认证，业务流程图如图4所示。RSU私钥加密公钥解密OBU图4红绿灯灯态信息上车数据流示意图对于实现红绿灯灯态信息上车的场景，在实时通信过程中，通常RSU对于接收到的实时灯态信息用私钥进行身份加密之后，信息接收方在接收到后会采用公钥进行解密。对于实现红绿灯灯态信息上图的场景，一般由图商或自动驾驶服务商采用相关的用户登录和认证机制。5.2应用服务交互方案用户终端获取的信号灯、路网关系数据可以在终端上通过应用服务方式进行处理，智能终端结合自身的定位和行驶数据信息，可实现红绿灯信息展示、绿波车速引导和闯红灯预警应用,时延通常为秒极。对于L2级别以上车辆，可以通过红绿灯数据与自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control，A C C）系统结合实现路城市级红绿灯信息服务开放平台信息服务引擎终端鉴权终端定位城市级车能路云一体化平台服务管理运营管理应用管理协议管理信息服务数据底座交通事件库红绿灯数据身份认证身份认证第三方平台路网关系匹配交管数据网关交通运输设备管理城市管理路网拓扑CA中心图3城市级红绿灯信息服务开放平台架构42.专题：车联网技术与产业融合创新口通过的安全策略 8 ，由车辆高级驾驶辅助系统在未来城市之间、第三方应用平台与城市之间只需要保(Advanced Driver Assistance System，A D A S)或自动驾持用户接口的一致性,采用统一的通信协议,即可相互驶进行决策，时延通常为毫秒级。具体应用服务交互访问和支持,以支持更多的红绿灯开放服务,如图5所示。策略和方案可以结合各家车辆控制和服务应用界面等目前该创新性方案已经在无锡市、上海市、德清县综合开发。等区域初步实现数据开放协作，数据开放性和服务的5.3跨城市的红绿灯信息数据开放服务的互联互通性能基本符合预期。现阶段各地信号服务数据开放的主要方案以数据6结束语接口的方式为主，即本地车联网数据服务平台将获取的信号灯数据进行封装，开放应用程序编程接口（A p p l i c a t i o n Pr o g r a m m i n g In t e r f a c e，A PI），第三方应用平台（如百度、高德等）通过授权访问接口获取信号灯数据，然后第三方应用平台基于自身的用户服务体系，向最终用户提供服务。该方案虽然可以实现数据开放的目的，但很难对第三方应用平台使用数据进行监管，且信号服务数据作为城市基础数据，易于溯源，数据安全难以保证。结合以上数据安全和管理要求的考虑，同时考虑未来城市扩展数量和复杂度,本次研究提出一种创新性的方案：结合上述信息接收方案，将用户管理和业务服务分离，向第三方应用平台开放用户管理接口，不开放数据，业务服务基于属地车联网数据服务平台进行，这样跨城市互联网通2024年第3期本文重点研究了城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统的理论与实践问题。通过优化信息获取方式、完善信息通信技术、提高信息处理效率及发展创新的信息应用策略，能够有效促进智能交通系统的发展，为解决交通拥堵、降低事故发生率及提升驾驶体验提供了有力的技术支撑。未来，城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统将进一步改进,不断增强其可靠性、实时性和安全性。参考文献1陈山枝，胡金玲，时岩，等LTE-V2X车联网技术、标准与应用 J电信科学，2 0 18,34（4)：1-11.2孙正良面向车路协同的交通管控系统探索 J智能城市A车联网数据城市B车联网数据服务平台服务平台服务管理系统服务管理系统城市级信息服务引擎城市级信息服务引擎互联网边界车联网数据服务平台专网互联网边界红绿灯开放服务信号上图百度、高德等图5跨城市的红绿灯信息数据开放服务的互联互通信号上自动驾驶车辆无人小巴无人出租车无人快递车无人驾驶车辆等信号上公共车辆后装OBU的智能网联车辆如网联公交车、网联出租车等城市级服务新能源车.431信息通信技术与政策网联汽车，2 0 2 11)：46-47.3荣少华，余红艳，王松浩，等基于C-V2X的交通信号采集系统设计及测试研究 J交通与运输，2 0 2 2,38(2):73-77.4葛元，张为峰，韩延涛，等，基于C-V2X的车路群体协同混合组网 J无线电工程，2 0 2 2,52（1）：11-18.5张永宏基于5G车联网的智慧交通平台搭建 J通信与信息技术，2 0 2 2(S2)：2 8-31.6刘平，李振鹏，蒋平，等一种新的V2I下车速规划与模型预测控制方法 J：重庆交通大学学报（自然科学版),2 0 2 2,41(7):2 7-33.7】中国汽车工程学会合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第一阶段）：T/CSAE532020S北京：中国汽车工程学会，2 0 2 0.【8 中国汽车工程学会：合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第二阶段）：T/CSAE1572020S北京：中国汽车工程学会，2 0 2 0.作者简介：华贤平无锡市车城智联科技有限公司董事长，无锡市信息化协会副理事长，高级工程师，主要从事车联网系统技术标准、建设与运营等方面的工作王晨东上汽通用汽车有限公司副总经理，主要从事软件及数字化业务、智能网联、车路协同等方面的工作葛元中移（上海）信息通信科技有限公司智慧交通产品部工程师，主要从事C-V2X、车路协同、智能交通等方面的工作唐绍春浙江德清莫干山智联未来科技有限公司工程师，主要从事国家级车联网先导区（浙江德清)的建设和运营、车路协同、智慧交通、行业数据应用等方面的工作Research on cooperative vehicle-infrastructure system of city-level trafficlight information open serviceHUA Xianping,WANG Chendong,GE Yuan,TANG Shaochun*(1.Wuxi City Internet of Vehicles Technology Co.,Ltd.,Wuxi 214000,China;2.Shanghai General Motors Co.,Ltd.,Shanghai 201206,China;3.China Mobile(Shanghai)Information Communication Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200131,China;4.Zhejiang Deqing Moganshan Zhilian Future Technology Co.,Ltd.,Zhejiang 313299,China)Abstract:This paper proposes a cooperative vehicle-infrastructure system that enables city-level traffic light informationopen service through direct communication(LTE-V2X PC5)or cellular communication(4G/5G Uu).It thoroughlyanalyzes the construction and implementation of this system in four key technical aspects:information acquisition,information communication,information processing,and information application.Then,it introduces specific solutionsfor diverse application directions or scenarios,exploring the potential of these technologies and solutions in improvingtraffic efficiency,reducing costs,and bolstering road safety.It also proposes an innovative city-level traffic lightinformation open service architecture.This paper serves as an essential reference for the advancement of cooperativevehicle-infrastructure technology,and as a guide for the development of city-level intelligent traffic systems.Keywords:cooperative vehicle-infrastructure system;intelligent traffic;LTE-V2X direct communication;4G/5Gcellular communication;traffic light information open service(收稿日期：2 0 2 4-0 2-2 8）44.