【行業(yè)分享】新型車路協(xié)同系統(tǒng)，為司機(jī)打開上帝視角
眾所周知，交通問題面臨兩大主要挑戰(zhàn)：交通安全和通行效率，傳統(tǒng)的解決方法是采用車輛安全保障和控制誘導(dǎo)等方法。隨著近年來我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車總量不斷增長，交通問題日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)解決方法處理起來存在很大的局限性。首先，汽車行駛過程中不能感知周圍環(huán)境，對汽車自身行車狀況和駕駛員反應(yīng)有很強(qiáng)的要求，不能實(shí)現(xiàn)主動式安全；其次，信息量不足，實(shí)時性、準(zhǔn)確和覆蓋面欠缺容易導(dǎo)致交通誘導(dǎo)和控制不全面。這樣就形成目前城市交通流幾個特點(diǎn)：
- 高密度車流，道路滿負(fù)荷、超負(fù)荷承載，容易形成擁堵；
- 車流速度越發(fā)緩慢，車輛間距更??；
- 因?yàn)榈缆窏l件的限制，導(dǎo)致人、非機(jī)動車、機(jī)動車對于路權(quán)的爭奪加劇；
- 道路上違法駕駛、行駛的行為時有發(fā)生，容易引發(fā)事故；
- 主干道潮汐車流的情況越發(fā)明顯等。
智能車路協(xié)同系統(tǒng)是當(dāng)前解決交通問題的主要研究方向之一，通過采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以全方位實(shí)施車車、車路動態(tài)實(shí)時信息交互，擴(kuò)展交通信息的時空范圍，豐富其獲取手段，能夠大范圍開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同控制。車路協(xié)同系統(tǒng)首次提出構(gòu)建 “車輛感知+路側(cè)感知”結(jié)合的車路協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)可在交叉口、彎道的路側(cè)和車輛頭部安裝廣域雷達(dá)感知設(shè)備，全方位立體式采集區(qū)域道路內(nèi)人和車的實(shí)時信息，對行人和車輛的軌跡進(jìn)行分析判斷，通過無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)視線盲區(qū)或相鄰車輛的避撞預(yù)警，使人、車、路有效協(xié)同，提高交通安全、減少交通事故。
1、車路協(xié)同系統(tǒng)基本架構(gòu)
車路協(xié)同系統(tǒng)是以路側(cè)系統(tǒng)和車載系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建，通過無線通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)車路的信息交互和共享，其主要工作流程為：首先是由路側(cè)系統(tǒng)的傳感器采集交通流、道路路面狀況和一些異常事件等信息，并由路側(cè)控制單元進(jìn)行處理，然后傳向路側(cè)無線通訊設(shè)備，再通過路側(cè)無線通訊設(shè)備傳遞到車載無線通訊設(shè)備，與車輛采集的信息進(jìn)行交互和融合，最后反饋給駕駛員，由駕駛員對當(dāng)前的交通環(huán)境進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)的反應(yīng)動作。
一般來說，車路協(xié)同主要涉及三個端口：智能車載系統(tǒng)（OBU）、智能路側(cè)系統(tǒng)（RSU）和車路協(xié)同云平臺，三者恰好構(gòu)成智慧交通場景下協(xié)同感知與協(xié)同決策的閉環(huán)。
智能車載系統(tǒng)：安裝在車輛終端的起拓寬駕駛員視野、增加駕駛員對行車環(huán)境和車輛運(yùn)行狀態(tài)的感知、加強(qiáng)行車安全的單元。主要技術(shù)包括信息獲取、信息交互、事故隱患提示等。從各類傳感器和車載網(wǎng)絡(luò)獲取原始信息，并解算出典型車路協(xié)同應(yīng)用需要的底層信息，通過信息交互傳遞至路側(cè)單元。其功能包括車輛運(yùn)動狀態(tài)獲取、行車環(huán)境信息感知、車輛定位信息獲取、信息交互、信息處理及管理、安全報警與預(yù)警等。
智能路側(cè)系統(tǒng)：車路協(xié)同系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是采集當(dāng)前的道路狀況、交通狀況等信息，通過通訊網(wǎng)絡(luò)，將信息傳遞至指揮中心或路側(cè)處理單元進(jìn)行處理，并裁定相關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到有相應(yīng)信息請求的車載終端，輔助駕駛員進(jìn)行駕駛。
車路協(xié)同云平臺：實(shí)現(xiàn)城市交通宏觀角度下的交通大數(shù)據(jù)分析，城市級交通狀態(tài)的識別與預(yù)測，智能交通協(xié)同指揮控制、出行服務(wù)與交通調(diào)度等車路協(xié)同綜合應(yīng)用。
3、廣域雷達(dá)技術(shù)在車路協(xié)同系統(tǒng)中的應(yīng)用
由前文的系統(tǒng)架構(gòu)中，可以很容易看出在車路協(xié)同系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)靈敏度與安全性的一個關(guān)鍵因素就是信息的可靠性采集。傳統(tǒng)的采集方式如感應(yīng)線圈、超聲波、地磁等，因?yàn)槠錂z測的傳感器點(diǎn)位是離散的，在橫向和縱向上都不連續(xù)，那么在稍微復(fù)雜的交通流環(huán)境下就力不從心。為了克服這個問題，基于跟蹤和模式識別技術(shù)的視頻數(shù)據(jù)事件檢測器和廣域雷達(dá)感知系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。他們的共同特點(diǎn)是檢測的是一整個區(qū)域，在這個區(qū)域上的所有目標(biāo)都在系統(tǒng)的跟蹤和分析之下；另外除了交通流量、速度、占有率等傳統(tǒng)信息，這類“面檢測”設(shè)備還能提供排隊(duì)長度、逆行、壓線等事件檢測信息。在提供的信息方面，面檢測設(shè)備帶來了前所未有的巨大革新和升級。
而目前在實(shí)際項(xiàng)目使用過程中，由于視頻技術(shù)在全天候環(huán)境、抗干擾能力、系統(tǒng)維護(hù)和可靠性等方面存在一定的不足。而廣域雷達(dá)檢測精度高、提供信息豐富、系統(tǒng)可靠性穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、全天候工作和安裝維護(hù)方便快捷，從而使得廣域雷達(dá)在這個領(lǐng)域得到了大規(guī)模廣泛的應(yīng)用，并且還在不斷地拓展應(yīng)用之中。
路測系統(tǒng)將廣域雷達(dá)安裝于交叉口或彎道等易發(fā)生安全事故的位置，廣域雷達(dá)利用其檢測范圍廣、數(shù)據(jù)豐富等特點(diǎn)，采集覆蓋區(qū)域內(nèi)所有行人、車輛，采集目標(biāo)位置信息、速度信息、交通流信息和道路異常信息綜合分析，一旦發(fā)現(xiàn)可能存在的目標(biāo)沖突，則通過情報板警示和改變信號燈配時的方式，避免事故的發(fā)生。車載系統(tǒng)將廣域雷達(dá)安裝在車輛前端，前向照射，采集自身車輛狀態(tài)信息和感知周圍行人和車輛信息，一旦發(fā)現(xiàn)可能潛在的碰撞危險，則提醒駕駛?cè)藛T，采取緊急措施。
如下圖所示，抗擊新冠肺炎疫情以來，多個省市主干路采用廣域雷達(dá)檢測箭筒信號感性控制技術(shù)來對路口各方向車輛的排隊(duì)長度、通行流量、車距、車速進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，交通信號機(jī)實(shí)時優(yōu)化調(diào)整綠燈通行時長，提高路口車輛通行率，減少機(jī)動車等待時間，綠燈不再空放。
這套系統(tǒng)利用廣域雷達(dá)，可以在8個車道、150米長的道路范圍內(nèi)，同時識別、跟蹤、檢測，對機(jī)動車排隊(duì)長度、通行流量、車距、車速、大小車輛和車道占有率等數(shù)據(jù)實(shí)時統(tǒng)計(jì)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，紅綠燈周期實(shí)時變化。新系統(tǒng)運(yùn)行時，還能同時接收到相鄰路口的信號控制策略信息，經(jīng)過系統(tǒng)分析之后實(shí)現(xiàn)路口間信號協(xié)同配合。
4、ZLG車路協(xié)同系統(tǒng)化解決方案
ZLG憑借在智慧交通行業(yè)的多年經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合現(xiàn)有的車路協(xié)同技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)推出ZLG車路協(xié)同系統(tǒng)化解決方案。該方案搭建融合的車、路、網(wǎng)基座，通過云平臺實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用和路側(cè)單元-車載單元-云平臺的整體架構(gòu)。該方案整體架構(gòu)如下：
該方案主控平臺采用ZLG推出的M6Y2C核心板，該核心板是一款工業(yè)控制核心板,采用NXP Cortex?-A7 800MHz主頻的處理器，以先進(jìn)的電源管理架構(gòu)帶來更低功耗。核心板標(biāo)配8路UART、2路USB OTG、2路CAN-Bus、2路以太網(wǎng)等接口；標(biāo)配128/256/512MB DDR3和128M/256M /512M/4G電子硬盤、硬件看門狗；通過嚴(yán)格EMC和高低溫測試，確保道路環(huán)境嚴(yán)酷的條件下穩(wěn)定工作。
同時，ZLG還提供免費(fèi)的云平臺（ZWS IoT-PaaS）服務(wù)：ZWS IoT-PaaS云平臺支持多種協(xié)議的設(shè)備快速接入，支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳轉(zhuǎn)發(fā)以及完善的二次開發(fā)包，支持全私有化部署，并提供功能豐富的后臺MIS系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備統(tǒng)一管理，為客戶的核心需求提供一站式的解決方案。
該車路協(xié)同系統(tǒng)解決方案可以在車車之間、車路之間建立有效的信息溝通，極大地提高車輛與道路資源使用效率，減少交通安全事故的發(fā)生。同時，一定程度上能夠減少汽車尾氣排放，降低環(huán)境污染。車路協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展將會為交通運(yùn)輸?shù)陌踩c效率帶來一個嶄新的局面，為國家智能交通產(chǎn)業(yè)提供核心競爭力。
