车路协同下的路侧信息一致性发布初探.pdf

28交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言作为智能交通领域的前沿技术，车路协同可利用先进的传感检测、无线通信、物联网、数据分析和车辆控制等技术，将人 车 路联结为一个整体，通过对交通环境进行实时的交通信息采集和分析，实现车 路（V2I）、车车（V2V）之间实时的交通信息交互与共享，使得车辆控制系统能够在复杂的交通环境中及时接收关于拥堵、事故和道路状况的信息并作出反应，从而确保驾驶安全，减少事故，提高交通运行效率。目前我国车路协同系统应用推广主要以智能互联示范区的模式推进，依托车联网先导区对车路协同场景进行测试验证，由无锡、天津、长沙、重庆等地为代表示范区域，对交通设备进行车联网功能改造，提高核心系统能力，实现蜂窝车联网 C-V2X 网络的规模部署，开展车路协同场景建设和应用示范，持续构建统一的车路协同服务体系。泛车路协同环境下的车辆驾驶主体可通过车载设备及路侧信息发布设备两种方式获取包括安全告警类、效率提升类及娱乐服务类等交通信息。这就对同一时间在一定范围内的车载 OBU 等信息交互设备获取的信息与路侧信息发布设备发布的信息提出一致性要求。实现不同设备间信息一致有助于提升司乘对交通信息做出协同控制决策，真正体现车路协同对效率及安全提升具有深远意义。该研究依托南京秦淮车联网先导区与紫金山实验室5G 车联网示范区现有建设基础，针对 2 个示范区覆盖范围内存在社会道路，且社会车辆多数不具备 C-V2X 通信能力的情况，示范区现有信息系统缺少对人工驾驶车辆提供信息服务的能力。对于示范区真实事件场景应用，相关安全警示和管控信息，需要所有车辆做出针对性的驾驶决策，保持驾驶行为的协同。因此，需要补充对人工驾驶车辆驾驶者信息服务的路侧可视终端。并且，实现路侧可视信息发布终端展示信息的良好可视读性，以及路侧可视信息发布终端与 C-V2X 对车载终端信息发布的一致性，打造广义车路系统，防止车辆对系统信息解读的偏差，影响系统策略执行效果。1车路协同下的路侧信息一致性发布现状车路协同下的路侧信息一致性发布现状可分为车路协同通信数据交互与路侧可视信息发布两方面，分别进行现状分析。在车路协同通信数据交互技术方面，鉴于车载环境具有特殊性，目前车载环境中通信多数以中短距离无线通信为主。车路协同所要传递的信息通常有安全相关与非安全相关两大类。安全相关信息主要包括异常事件告警、碰撞风险预警、危险路段提醒以及其他需要实时传输和通信的、人车安全相关的数据，相关数据收发频率通常在 110 Hz 之间，通信延迟通常要求 100 ms 以下；非安全相关信息主要包括交通标志提示、车速引导、路线导航和其他提高交通效率的信息，以及其他信息娱乐服务类非紧急信息，相关数据的收发频率通常为 1 Hz，通信延迟通常要求在 500 ms 以下1。为了实现车对车、车对路、车对人的协调统一的目标，车路协同系统正在从单一通信模式转向多种通信模式组合，并根据不同的应用场景和需求选择不同的通信模式。同时，由于车辆大多数时间是在行驶状态下，不论是 V2I或 V2V 都会频繁改变网络拓扑结构，所以降低通信延迟对于提升车路协同应用效果具有重要意义。车路协同主要使用的通信技术有移动蜂窝技术、Wi-Fi、DSRC 和收稿日期：2023-05-31作者简介：林天婵（1996）,女,硕士研究生,助理工程师,研究方向：智慧高速。基金项目：江苏省交通运输科技与成果转化项目“基于交通数字孪生的车路协同信息服务平台研发应用”（2022G01）。车路协同下的路侧信息一致性发布初探林天婵,李涛（江苏金晓电子信息股份有限公司,江苏 南京 210000）摘要随着新一代信息技术高度发展，车路协同在智慧交通领域的运用日渐深入，基于完善的交通设施运行状态感知系统，可实现全时空动态交通信息采集与融合。如何保障司乘人员通过车载设备及路侧信息发布设备获取的交通信息一致，及混行场景下对人工驾驶车辆驾驶者和自动驾驶车辆控制器提供一致性的交通信息，是车路协同环境下值得研究的课题之一。文章分析了车路协同通信数据交互技术与路侧可视信息发布技术现状，以两种典型交通事件场景为例，结合车路协同信息交互技术与路侧 CMS 信息发布，对实现车路协同下的路侧信息一致性发布的需求进行了探究，对提升车路协同信息服务的实际落地具有深远意义。关键词车路协同；通信方式；信息发布；一致性发布中图分类号U491文献标识码A文章编号2096-8949（2023）18-0028-032023 年第 4 卷第 18 期29交通科技与管理智慧交通与应用技术ZigBee2-3。同时国内出台多个车路协同通信相关标准规范文件，中国通信标准化协会发布的车联网总体技术要求中对 V2V、V2I 等主要场景下的通信方式及要求进行了规定4。工业和信息化部发布的基于 LTE 的车联网无线通信技术总体技术要求中规范了通过 LTE 通信技术进行车联网无线通信的系统架构及不同应用场景下的通信需求5。在路侧可视信息发布技术方面，交通信息可以通过CMS（Changeable Message Sign，可变信息标志）、交通广播和互联网等多种设备传达给驾驶者。其中，CMS 是以 LED 作为最小基本单元发布交通状况和引导信息的重要设备，可通过显示图文信息向驾驶者对前方道路走向、旅行时间、事故预警以及其他交通信息进行提示。相比于导航 App、交通广播及其他交通信息传播方式需要依赖无线电或网络及第三方设备，驾驶者在行驶过程中无法直接获取等缺点，CMS屏可沿道路连续布置、位置固定、通过整体展示发布多样化信息，以此形成连续的信息提示，提高驾驶者对前方道路交通信息的获取度，加深对信息的理解程度；且交通信息实时更新、显示时长可控制，为驾驶者提供了全面掌握道路交通情况的渠道。通常情况下，CMS 显示路网上的交通状况信息，并以红色、黄色和绿色显示拥堵状况。在特殊情况下，则通过 CMS 信息发布系统内预制的不同节目模板经由人工审核后发布非常态交通事件。在例如美国、日本、英国等发达国家对 CMS 的研究已比较成熟并已经建成了相当大的规模。随着我国大城市交通拥堵问题态势的不断加剧及 ITS（Intelligent Transportation System，智能运输系统）的不断发展，CMS 在一些大中城市得到了广泛应用，北京、上海、广州、南京等城市的 CMS 建设同样已具有相当规模6。同时，国内出台多个路侧信息发布规范文件，公安部发布的道路交通信息发布规范中规定了道路交通信息内容、发布方式、发布形式及发布要求等内容7。交通部发布的高速公路可变信息标志信息的显示和管理对应用于高速公路内的可变信息标志发布的信息类型、信息显示格式及信息管理方式等进行了规定8。关于 CMS 信息发布视觉研究方面，赵琦对影响CMS 视认性的不同因素进行了分析，基于分析结果结合驾驶人视认模型构建了关于影响因素的参数模型，包括文字大小、位置确定等，通过在白天、黄昏、夜晚等不同环境下开展模型计算，得出了基于视认最佳的可变信息交通标志显示亮度9。杜建玮针对目前驾驶者对 CMS信息认知过程、CMS 设计设置中存在的问题，提出通过CMS 信息量化方法、驾驶者信息获取度评价、驾驶者信息利用度评价与驾驶者认知负荷分析四种模型提升驾驶者对可变信息标志信息认知的有效性，并通过模型和实测对比试验验证了模型的适用性10。从以上国内外现状可以看出，当前的车路协同通信技术在研究方面已经取得了较为丰富的成果，已具备一定的成熟度与落地性，能够支持数据的低时延传输，为车载设备及路侧信息发布设备提供实时的交通信息；同时路侧信息主要通过 CMS 发布，CMS 的部署建设具备相当规模，满足为司乘人员实时提供路侧信息的条件。但目前缺乏对于车载设备与路侧信息发布设备之间一致性发布方面的研究方面，该文对车路协同下的路侧信息一致性发布进行初探，旨在为实现车路协同环境下不同设备间的信息一致性发布研究提供初步经验，同时此研究有助于提升交通出行的安全、效率及服务水平。2车路协同下的路侧信息一致性发布初探针对目前车路协同示范区只部署了路侧 RSU，实现了对各自示范区测试车辆车载 OBU 发布信息的能力。示范路段覆盖有市政交通道路，但存在目前的社会车辆无法接受 RSU 信息，且没有诱导屏发布对应场景信息，会造成在混行道路下，车路协同自动驾驶决策与人工驾驶决策冲突潜在影响，测试应用场景无法在实际混行道路实用化的问题，需要信息服务系统对外提供路侧可视信息发布和无线网络通信等多种信息服务方式。为了实现基础设施共用，节约建设成本，便于对混行路况下车载OBU 和人工驾驶者同时获取一致性交通信息，通过车路协同信息获取与路侧可视信息获取相关需求研究，实现场景化交通安全警示信息通过 RSU 对车载 OBU 和路侧CMS 屏对驾驶者同步发送，达到混行道路中不同车辆等效获取安全警示信息的效果。下面以两种典型交通事件场景对车路协同下的车载信息交互设备与路侧可视信息发布设备两种发布方式进行整合，分析不同场景下实现信息一致性发布的需求。2.1前方静止车辆告警2.1.1场景描述场景如图 1 所示。车辆行驶时周期性对外广播该车的位置、速度、方向、加速度等信息。当车辆因发生突发事故、车辆故障、道路施工、交通拥堵或其他人为因素导致停车时，成为静止车辆(A)。后方车辆(B)根据车辆(A)所发信息的内容，识别出车辆(A)为静止车辆。当识别到静止车辆(A)处于该车前方行驶路线上，并发生追尾事故风险时，车辆(B)产生该车警告。同时若道路内有路侧设备，检测到车辆(A)非正常停车，则通过车辆前方 200 m 范围内 CMS 发布该静止车辆信息，以便提醒更大范围车辆（见图 1）。2.1.2预期效果该场景下，基于通信的车内车载设备及路侧 CMS 可以降低静止车辆在道路上停车时，后方正常行驶车辆因视野条件有限、驾驶者未集中注意力或错误估计距离速度等因素引发而发生事故的风险。2.1.3需求分析（1）应用模式：V2V/V2I。（2）通信模式：点到多点周期性广播，周期 10 Hz。（3）端到端传输时延要求：小于 100 ms。（4）通信距离：公路 294 m，城市道路 109 m7。30交通科技与管理智慧交通与应用技术图 1公路场景下前方静止车辆告警示意图图 2公路场景下汇入主路碰撞告警示意图（5）可靠性要求：在公路行驶环境中，在 294 m外获取前方静止车辆信息的可靠性应达到 99%；在城市道路行驶环境中，在 109 m 外获取前方静止车辆信息的可靠性应达到 99%。（6）一致性信息发布范围：200 m。2.2汇入主路碰撞告警2.2.1场景描述场景如图 2 所示。车辆在主干道上行驶至主干道与匝道交界处时，当匝道有车辆即将汇入主路，且与主干道内行驶的车辆存在碰撞风险时，应对该车驾驶者进行预警，提醒驾驶者对车辆进行控制以避免碰撞：如果车辆在匝道上行驶至主干道与匝道交界处时，如果主干道上有车辆，且有碰撞风险，应预警提醒汇入车辆驾驶者对车辆进行控制以避免碰撞。同时若路边有路侧设备，检测到匝道车辆汇入或主线车辆合流时，则通过 CMS 发布该合流车辆信息，以便提醒更大范围车辆（见图 2）。2.2.2预期效果该场景下，基于通信的汽车主动安全系统可以降低匝道车辆汇入主线时，主线车辆因盲区视线受限、驾驶者分心、减速避让不及时等因素引发而发生事故的风险。2.2.3需求分析（1）应用模式：V2V/V2I。（2）通信模式：点到多点周期性广播，周期 10 Hz。中华人民共和国公安部,2017.8 高速公路可变信息标志信息的 显 示 和 管 理:GB/T 238282023S.北京：国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会,2023.9 赵琦.道路交通可变标志认知机理与亮度指标控制实验研究D.长春：吉林大学,2017.10 杜建玮.驾驶者对可变标志的信息认知有效性研究 D.重庆：重庆交通大学,2020.（3）时延要求：最大时延 100 ms。（4）通信距离：大于 300 m。（5）一致性信息发布范围：200 m。3结语为确保车路协同环境下的司乘人员获取到的车载信息与路侧信息一致，及在混行道路下人工驾驶车辆和智能驾驶车辆统一获取一致性信息决策，该文首先通过对车路协同通信数据交互技术与路侧可视信息发布技术现状进行分析，得出两项技术的成熟度较高，可为车路协同下的路侧信息一致性发布提供技术支撑。其次以两种典型交通事件场景对车载信息及路侧信息一致性发布进行整合，并对不同场景下实现信息一致性发布的需求进行了分析，实现了对车路协同下的路侧信息一致性发布的初步探索。参考文献1Zheng K,Zheng Q,Chatzimisios P,et al.Heterogeneous Vehicular Networking:A Survey on Architecture，Challenges,and SolutionsJ.Communications Surveys&Tutorials,IEEE,2015(4):2377-23962 方芳,兰琛,范全放,等.几种常见车路协同通信技术的比较研究 C/第十一届中国智能交通年会大会论文集,2016:1023-1028.3 石勇.基于无线信道衰落模型的智能车路协同系统通信性能分析 D.北京：清华大学,2015.4 车联网总体技术要求:YDB 1242013S.中国通信标准化协会,2013.5 基于 LTE 的车联网无线通信技术总体技术要求:YD/T 34002018S.北京：中华人民共和国工业和信息化部,2018.6 林玉峰.基于 SCOOT 数据的 VMS 交通状况信息发布D.南京：东南大学,2018.7 道路交通信息发布规范:GA/T 9942017S.北京：