V2X+智慧高速體系 搭載車聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算加快自動(dòng)駕駛場(chǎng)景落地

智慧高速該如何建設(shè)，希迪智駕（長(zhǎng)沙智能駕駛研究院、CIDI）已提出一個(gè)建設(shè)框架——智慧高速應(yīng)具備道路感知體系、全路段高精度定位與高精度地圖、全路段路側(cè)V2X通信體系、云端監(jiān)控與計(jì)算平臺(tái)體系。

2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，明確提出示范推廣車路協(xié)同技術(shù)，應(yīng)用智能車載設(shè)備，建設(shè)智能路側(cè)設(shè)施。2018年，工信部發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，提出力爭(zhēng)到2020年，車聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率達(dá)到30%以上的目標(biāo)。從政策層面看，國(guó)家高度重視自動(dòng)駕駛和車路協(xié)同發(fā)展，并確定了按照車路協(xié)同的技術(shù)路徑積極推動(dòng)自動(dòng)駕駛的發(fā)展。

無論是智能駕駛車輛技術(shù)發(fā)展還是智慧高速建設(shè)，僅從一個(gè)方面入手，無法保證智能駕駛的絕對(duì)安全。智慧高速該如何建設(shè)，希迪智駕（長(zhǎng)沙智能駕駛研究院、CIDI）已提出一個(gè)建設(shè)框架——智慧高速應(yīng)具備道路感知體系、全路段高精度定位與高精度地圖、全路段路側(cè)V2X通信體系、云端監(jiān)控與計(jì)算平臺(tái)體系。

在此背景下，經(jīng)過技術(shù)的升級(jí)迭代，希迪智駕發(fā)布了“V2X+智慧高速”解決方案。此前，希迪智駕針對(duì)城市交通安全及交通通行效率問題已發(fā)布“V2X+交叉路口”解決方案?！癡2X+智慧高速”解決方案只是希迪智駕針對(duì)智慧高速建設(shè)三步戰(zhàn)略中的第一步——車路協(xié)同式智慧高速，其余分別為半自動(dòng)化式智慧高速以及全自動(dòng)化式超級(jí)高速。

●車路協(xié)同式高速

路側(cè)端進(jìn)行全路段交通態(tài)勢(shì)感知，并將感知結(jié)果通過V2X通信傳遞給自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行決策，為自主決策自動(dòng)駕駛車輛的感知系統(tǒng)提供路側(cè)數(shù)據(jù)支撐，為自動(dòng)駕駛保駕護(hù)航。

●半自動(dòng)化式高速

自動(dòng)駕駛車輛自主決策控制為主，路側(cè)端感知決策控制為輔，以達(dá)到主動(dòng)安全目的。自動(dòng)駕駛車輛根據(jù)自身感知結(jié)果以及路側(cè)傳遞的高精度局部動(dòng)態(tài)地圖與控制指令(結(jié)合云端協(xié)同調(diào)度結(jié)果)，進(jìn)行最終融合決策。

●全自動(dòng)化式高速（超級(jí)高速）

自動(dòng)駕駛車輛自主決策控制為輔，路側(cè)端感知決策控制為主，使低成本自動(dòng)駕駛車輛成為可能，最終達(dá)到在低成本硬件下實(shí)現(xiàn)高可靠性主動(dòng)安全的目的。

本次發(fā)布的“V2X+智慧高速”解決方案--車路協(xié)同式高速，不僅提供高速智慧監(jiān)管技術(shù)支撐，還多方面滿足行駛車輛的智能出行需求。

針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛，提供超視距路況感知功能，有效彌補(bǔ)單車智能的感知盲點(diǎn)；針對(duì)網(wǎng)聯(lián)車輛，提供基于V2X的高級(jí)輔助駕駛功能，能夠有效保障主動(dòng)安全，提升交通效率；針對(duì)普通社會(huì)車輛，用戶只需安裝方案提供的APP就可以體驗(yàn)部分高級(jí)輔助駕駛功能，有效減少交通事故發(fā)生。

方案組成與功能介紹

圖1 “V2X+智慧高速”解決方案示意圖

如圖1所示，整個(gè)方案主要由智能網(wǎng)聯(lián)道路管理系統(tǒng)（CRSS）、智慧高速云控平臺(tái)、車載終端設(shè)備組成。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景方案提供了四層計(jì)算架構(gòu)：車端計(jì)算、路側(cè)邊緣計(jì)算、中心云計(jì)算、移動(dòng)端計(jì)算。

方案中的CRSS主要由智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)單元、邊緣計(jì)算單元、路側(cè)傳感器組成，系統(tǒng)集成了感知、高精度定位、V2X通信等功能。智慧高速云控平臺(tái)主要包含智能網(wǎng)聯(lián)道路數(shù)據(jù)管理、V2X場(chǎng)景云計(jì)算與決策、自動(dòng)駕駛監(jiān)測(cè)與管理等功能。車載終端主要由車載單元（OBU）與智能手機(jī)移動(dòng)終端組成，車載終端主要集成了V2X通信、V2X 算法決策、APP終端顯示、自動(dòng)駕駛控制等功能。

圖2 智能網(wǎng)聯(lián)道路管理系統(tǒng)CRSS（測(cè)試）

方案功能特色

1、超視距感知能力，提高自動(dòng)駕駛安全性

在高速場(chǎng)景中因車速較快，車輛所需的安全距離較遠(yuǎn)，而車載端傳感器極限感知能力只有100到200米，在某些車輛或場(chǎng)景中，無法滿足其安全性。此時(shí)，沿線部署的CRSS便可通過其超視距感知能力，有效地增強(qiáng)自動(dòng)駕駛安全性。超視距感知能力包括以下三個(gè)方面：

■超視距障礙物檢測(cè)

視距范圍以外的道路上存在障礙物時(shí)，CRSS能夠在駕駛員視距范圍之外提前感知到結(jié)果并廣播給接近該位置的車輛，提醒其提前決策。

圖3 超視距障礙物檢測(cè)（測(cè)試）

■超視距可行駛區(qū)域檢測(cè)

為應(yīng)對(duì)道路施工、路面坑洼、交通事故等特殊事件的發(fā)生，道路的可行駛區(qū)域也將實(shí)時(shí)發(fā)生變化。此時(shí)，若依照車內(nèi)保存的歷史地圖進(jìn)行自駕行駛，容易發(fā)生交通事故。CRSS提前感知這個(gè)區(qū)域并廣播給接近的自動(dòng)駕駛車輛，提醒其提前變道。

圖4 超視距可行駛區(qū)域檢測(cè)（測(cè)試）

■超視距視頻感知

CRSS將采集的路側(cè)視頻數(shù)據(jù)通過V2I傳給自動(dòng)駕駛車輛的感知層進(jìn)行決策分析，從而將自動(dòng)駕駛車輛感知能力拓展到1km左右，極大地提升了高速自動(dòng)駕駛的安全性。

圖5 超視距視頻感知（測(cè)試）

2、給傳統(tǒng)車輛賦能網(wǎng)聯(lián)化，實(shí)現(xiàn)高級(jí)輔助駕駛

合作式智能交通(Cooperative ITS)是智能交通發(fā)展方向，希迪智駕“V2X+智慧高速”解決方案支持前裝或后裝的網(wǎng)聯(lián)化車輛。一種網(wǎng)聯(lián)化車輛是通過加裝OBU使車輛具V2X通信能力，通過獲取CRSS所發(fā)出的感知結(jié)果信息，可以獲得更完善的道路交通信息，完成高級(jí)輔助駕駛(ADAS)功能。另一種網(wǎng)聯(lián)化車輛為使用希迪智駕車路協(xié)同APP具備V2N通信能力的車輛，結(jié)合本方案的云計(jì)算與移動(dòng)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)部分ADAS功能。

CRSS智能道路管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)感知車輛、道路、行人、交通事故等信息，并廣播給周邊車輛，方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的高級(jí)輔助駕駛場(chǎng)景包括前向碰撞預(yù)警、路口碰撞預(yù)警、緊急制動(dòng)預(yù)警等主動(dòng)安全類、地外，還實(shí)現(xiàn)了車道匯合提醒、前方車道變窄、彎道限速提醒、前方交通擁堵提醒、高速出口信息提醒等交通效率類場(chǎng)景。

圖6 智能道路管理系統(tǒng)功能高級(jí)輔助駕駛場(chǎng)景（部分）

3、降低自動(dòng)駕駛車輛成本，加快自動(dòng)駕駛場(chǎng)景落地

自動(dòng)駕駛車輛通常采用攝像頭、夜視相機(jī)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等傳感器來感知周邊環(huán)境信息，鑒于傳感器、車載計(jì)算平臺(tái)的價(jià)格以及可靠性等因素，使得現(xiàn)階段自動(dòng)駕駛車輛的成本較高。

在本次發(fā)布的希迪智駕車路協(xié)同高速方案中，路側(cè)CRSS向車輛實(shí)時(shí)提供道路態(tài)勢(shì)，可降低對(duì)于車載傳感器以及車載計(jì)算平臺(tái)的需求，降低自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)成本，將車的部分智能轉(zhuǎn)移到路側(cè)來完成。該解決方案將路側(cè)傳感器、交通控制中心、靜態(tài)地圖等數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)雜的檢測(cè)算法與預(yù)處理流程，再經(jīng)過提煉和融合后生成局部動(dòng)態(tài)地圖（LDM），局部動(dòng)態(tài)地圖為自動(dòng)駕駛的融合決策提供了數(shù)據(jù)支撐。此外系統(tǒng)提供了一種多級(jí)決策的架構(gòu)，從最基礎(chǔ)的車端決策到路側(cè)單元的決策（邊緣決策），最后實(shí)現(xiàn)基于低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)（如5G）云端決策。

圖7 多級(jí)決策樹示意圖

4、路側(cè)高精度定位體系

全路段動(dòng)態(tài)高精度定位體系是面向智能出行需求最基礎(chǔ)的支撐體系。為了給車輛提供精準(zhǔn)定位（GPS差分）及車道級(jí)定位，本此希迪智駕發(fā)布的方案提供了路側(cè)高精度定位輔助基站和攝像頭輔助定位兩種方式。CRSS中的路側(cè)單元內(nèi)置 RTK定位系統(tǒng)，可以作為高精度定位基站，通過V2I通信方式對(duì)高速上的車輛提供差分定位服務(wù)，即輸出RTCM信息包。此外，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過路側(cè)攝像頭與毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)多車道線與道路邊界的檢測(cè)，從而進(jìn)行車道級(jí)定位。

圖8 內(nèi)置RTK定位系統(tǒng)的RSU

5、智慧高速云控平臺(tái)

智慧高速云控平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象是智能汽車及其用戶、管理及服務(wù)機(jī)構(gòu)。它為這些服務(wù)對(duì)象提供車輛運(yùn)行、基礎(chǔ)設(shè)施、交通環(huán)境、交通管理等動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)運(yùn)維、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、信息安全等基礎(chǔ)服務(wù)機(jī)制，是支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)際應(yīng)用需求的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)。

本方案通過此云控平臺(tái)，打造未來智慧路網(wǎng)管理與服務(wù)平臺(tái)。它是路網(wǎng)上智能車輛和智能終端接入交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的安全門戶。通過對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，形成分析預(yù)測(cè)模型，從而運(yùn)用于交通調(diào)度引導(dǎo)、線路規(guī)劃、車輛管控等方面，推動(dòng)道路基礎(chǔ)設(shè)施要素資源全面數(shù)字化、“人車客貨”互聯(lián)互通。用數(shù)據(jù)管理和決策為車輛的運(yùn)行提供全方位的支持。

圖9 智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

■智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是智慧高速云控平臺(tái)的核心系統(tǒng)，是智慧高速上數(shù)據(jù)采集、處理、融合的樞紐，包括：自動(dòng)駕駛汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能網(wǎng)聯(lián)設(shè)施、智能路側(cè)感知等最新交通感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚于智能網(wǎng)聯(lián)場(chǎng)景決策計(jì)算與控制平臺(tái)中。主要內(nèi)容包括：智能網(wǎng)聯(lián)設(shè)施管理、自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)安全事件、智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試數(shù)據(jù)、智能全息感知數(shù)據(jù)等子系統(tǒng)。

■自動(dòng)駕駛監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)

針對(duì)特殊事件，自動(dòng)駕駛車輛受資源限制、安全員因突發(fā)狀況無法接管車輛等情況，需要一種有效的安全冗余機(jī)制。在這種情況下，為了對(duì)車輛狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，希迪智駕開發(fā)了針對(duì)于駕駛倉(cāng)和車體前方情況的多路監(jiān)控視頻傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)打通5G網(wǎng)絡(luò)，能夠低延時(shí)地將1080P視頻數(shù)據(jù)顯示于監(jiān)控中心，且該系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)查看、遠(yuǎn)程監(jiān)控，視頻存儲(chǔ)回看和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)等功能。

此外，有效地利用5G大帶寬低延遲網(wǎng)絡(luò)，在云端形成遠(yuǎn)程駕駛能力，設(shè)立遠(yuǎn)程駕駛云中心，收集來自車輛及路側(cè)傳感裝置的數(shù)據(jù)，并通過遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駕駛；利用自動(dòng)駕駛區(qū)域化、道路局部化、個(gè)性化的特點(diǎn)，將車輛采集數(shù)據(jù)通過高帶寬傳輸?shù)皆贫?，并利用云平臺(tái)的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)決策，不但解決了車輛本身功耗、體積限制帶來的計(jì)算需求問題，而且將結(jié)果通過高可靠低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳回車載端，可以實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)干預(yù)控制，確保行駛安全。

■智能網(wǎng)聯(lián)云計(jì)算平臺(tái)

圖10 智能網(wǎng)聯(lián)云計(jì)算平臺(tái)

智能網(wǎng)聯(lián)云計(jì)算平臺(tái)提供豐富的應(yīng)用服務(wù)，且可以根據(jù)應(yīng)用程序的服務(wù)質(zhì)量(QoS - Quality of Service)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整云端資源。為了應(yīng)對(duì)智慧高速大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用了存儲(chǔ)即服務(wù)（STaas），合作即服務(wù)（Caas）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（laas）等數(shù)據(jù)處理方式。

●STaas存儲(chǔ)即服務(wù)

目的在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)云化，提供智慧高速數(shù)據(jù)利用率、安全性。

● Caas合作即服務(wù)

車輛網(wǎng)絡(luò)提供各種各樣的新服務(wù)，如駕駛員安全、交通信息、交通警報(bào)、天氣或交通事件上報(bào)、停車和廣告。

● Iaas基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)

可以獲取與交通狀況相關(guān)的車輛信息，還可以獲取道路上發(fā)生的事件，比如事故。

智能網(wǎng)聯(lián)云計(jì)算平臺(tái)借助智能網(wǎng)聯(lián)道路數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)時(shí)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合能力，將自動(dòng)駕駛汽車、智能網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)汽車、社會(huì)車輛連接起來，再通過人工智能算法研發(fā)車路協(xié)同模型，成功將車輛運(yùn)動(dòng)的決策與控制和交通的調(diào)控系統(tǒng)協(xié)同起來。從而使得車輛與交通管控能夠基于共同的優(yōu)化目標(biāo)，真正解決交通出行中存在的各類問題。