专题丨广义车路协同在交通运输领域应用实践

广义车路协同在交通运输领域应用实践

鲍希琰

（江苏省交通运输厅，南京 210001）

摘要：随着车路协同技术的发展，在交通运输领域运用光纤、北斗、5G、C-V2X等先进通信手段，将分析处理后的道路、环境、交通及管理信息通过可变信息标志、交通广播及车载单元等多种方式传达给道路使用者，从而提升道路服务水平、保障交通安全。分析总结了公众体验感较强的3类应用场景，包括城市智能网联公交车、普通国省道非信控交叉口安全预警和智慧高速应用场景，并对车路协同技术未来的发展应用进行了总结和展望。

关键词：广义车路协同；智能网联公交车；非信控交叉口安全预警；智慧高速

0  引言

车路协同^[1]通过采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车与车、车与路、车与人之间动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人、车、路的有效协同，保障交通安全、提高通行效率，形成安全、高效、环保的道路交通系统。与传统的道路交通系统相比^[2]，车路协同技术弱化人为因素，强化人、车、路的耦合性，其强大的信息感知交互功能也大大减小了道路交通流的随机性。本文主要探讨路侧基础设施改造升级对车辆与道路交通控制设备信息交互能力的提升效果，以及实现车路协同场景的具体应用。

1  在交通运输领域推动车路协同发展的必要性

近年来，我国在国家层面颁布多项政策指导文件，2023年9月交通运输部印发的《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》指出^[3]：“建设覆盖基础设施、运行状态、交通环境、载运工具的公路全要素动态感知网络，拓展各类数据应用，加强对车路协同和路网管理的支撑服务。”2024年1月，工业和信息化部、公安部、交通运输部等五部委联合印发《关于开展智能网联汽车“车路云一体化”应用试点工作的通知》^[4]，探索基于车、路、网、云、图等高效协同的自动驾驶技术多场景应用，推动智能化路侧基础设施建设。

通过应用车路协同技术^[5]，车辆和交通设施之间实现信息共享，车辆可以提前得到交通拥堵、事故、施工等信息，减少交通阻塞等情况的出现。交通管理部门也可通过车流量流速监测、突发事件应急调度以及特殊车辆的全流程跟踪，实现对道路交通状况的全过程优化与管理，从而提高交通的管理效率和安全性。车路协同的发展还可以推动可持续交通的实现，通过减少交通拥堵和优化交通信号灯控制，从而减少车辆行驶时间和燃料消耗，降低道路交通的能耗和碳排放^[6]。

2  广义车路协同在交通运输领域的应用场景

广义上，车路协同技术主要指采用视频、雷达等先进技术全时空采集道路交通信息，构建云-网-边-端等高效的数据运行体系，运用光纤、北斗、5G、蜂窝车联网（Cellular Vehicle-to-Everything，C-V2X）等先进通信手段，将分析处理后的道路、环境、交通及管理信息通过可变信息标志、交通广播及车载单元等多种方式传达给驾乘者，改变驾乘者驾驶行为，控制自动驾驶车辆行车状态，从而实现提升道路服务水平、保障交通安全的智能交通管理控制技术^[7]。本文以T/C SAE 53—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》中列举的涵盖安全、效率、信息服务三大类17个典型车路协同应用场景作为基础应用场景，主要选取公众体验感较强的3类典型应用场景（包括城市智能网联公交车、普通国省道、智慧高速）进行阐述。

一是城市智能网联公交车应用场景。将毫米波雷达、视频摄像头、物联网等新一代信息技术应用到城市公共交通运营、管理、服务等方面，实现公交车辆的智能化驾驶、乘客信息的实时交互、交通拥堵的实时监测等功能，从而提高公交运行效率、减少交通拥堵和环境污染，全面提高城市公共交通智能化水平。

二是普通国省道非信控交叉口安全预警应用场景。普通国省道因其交通干扰因素多样、路口交通环境复杂、路网运行状态多变等特性，对公路防护能力的要求更高。因此，需要通过车路协同等新技术的应用，结合普通国省道交通环境特性，面向进入交叉口区域的车辆和行人实现非信控交叉口重点区域事件精准感知和提前预警，降低交叉口事故发生的概率。

三是智慧高速应用场景。以车道主动管控为核心，实施动态可变限速、分车道、分车型管控等车道管控策略，交通流速度能随车流密度的变化而变化，使车道通行能力处于较高水平，从而实现改善交通安全、缓解交通拥挤等目的。可用于解决交通事故、恶劣气象、大交通量条件下的车与车、车与路的协同问题。

3  常熟市智能网联公交车应用实践

公共交通系统是整个城市交通系统的重要组成部分之一，由于公交车辆车身较长、车厢较高，存在诸多盲区，给行车安全带来了较大隐患，容易造成较为严重的道路交通事故。随着城市道路的日益拥堵，公交车辆的准点率也无法得到保障，传统公交车辆缺乏与调度平台、信号灯之间的信息交互，相关公交车辆优先措施效果并不理想，甚至加剧了社会车辆的拥堵；同时，高峰期车辆供需的不均衡性以及车辆到达的不可预期性导致了公交车辆服务水平普遍较差，乘客等待时间长且乘坐舒适性低。以上种种问题导致传统地面公交车辆在居民出行中的占比逐年降低。

将车路协同技术应用在传统公交车辆上，能够通过车与车、车与路侧设施以及车与人等多主体之间的信息交互，协助车辆判断车身周边风险，消除车辆自身盲区；也能够通过车辆与信号灯等路侧设施的交互进一步提升公交车辆通行效率，提升公交车辆优先策略的实施效果；智能网联公交站台、手机应用程序等信息服务渠道的构建也能够为出行者提供实时的公交位置、到站时间、载客情况等信息，提升乘客的出行体验^[8]。

本文在常熟市智能网联公交车的实践中，完成了12辆公交车（135路）的升级改造，增添了车载单元、毫米波雷达、摄像头、智能网联主机、预警提示设备、车尾电子显示屏等车载终端，同时在135路公交车沿线6个重点点位对智能网联路侧设施进行了布设，布设了毫米波雷达、MEC一体机、路侧RSU、高精度定位基站等路侧终端。基于车载终端与路侧终端协同，在信号控制交叉口、无信号控制人行横道、快速路匝道以及公交站台等公交车运行线路中的重点场景处，实现了智能网联公交前向碰撞预警（见图1）、右转盲区预警（见图2）、危险状况提示（见图3）、绿波车速引导（见图4）、车辆动态调度、车尾屏信息显示（见图5）、到站时间预测、站台信息提示等功能^[9]。

图1   前向碰撞预警功能

图2   右转盲区预警功能

图3   危险状况提示功能

图4   公交优先与车速引导

图5   车尾屏信息显示

常熟市135路公交车线路改造后，在公交车辆运营安全、效率与服务水平等方面均取得了显著成效，公交车辆能够准确识别、提前预警前向碰撞与右转盲区风险，准确率达90%以上，同时实现了风险区域对其他车辆与行人的提示，检测准确率在95%以上。改造后的公交车辆每小时平均停车次数（不含公交车站处）降低40%以上，速度提升20%以上（见图6）；平峰时期车辆平均载客率提升30%以上，空载率降低40%以上（见图7）；改造后车辆准点率达到95%，提升11%以上（见图8）。改造更新沿线16个联网电子公交站台，实现了车辆信息动态显示。基于车尾屏，实现了“鬼探头”预警、信号灯态、实时路况等信息显示。

图6   停车次数及运行速度变化

图7   平均载客率及空载率变化

图8   常熟市135路公交车准点率变化统计图

4  普通国省道非信控交叉口安全预警应用实践

普通国省道是连接高速公路与农村公路、城市节点与乡镇群落的重要通道，具有突出的连通和集散功能，实行开放式通行管理。一般作为主要过境交通干道及沿线城镇集散通道，交通流量大且货车占比高，交通组成复杂，相比城市道路管控难度更高。与此同时，沿线村镇居民交通安全意识较为淡薄，沿线乡村道路出/入口较多，与高等级国省道相交时较多采用被交路车辆停车让行的方式，国省道车辆与被交路车辆或行人等存在冲突，过路行人、非机动车不遵守交通规则易造成此类交叉口事故发生。除了通过建设波形护栏、警示标牌、立面标线等设施对出行人员进行危险区域安全警示及防护外，还可采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车、路、人动态实时信息交互，有效解决传统安全预警系统手段单一等问题，保障交通安全、提高通行效率，形成安全、高效和环保的道路交通系统^[10]。

G345是泰州市高港段重要的干线公路，沿线穿越多处村庄，包含大量的无交通信号交叉路口，交叉口普遍存在视距不足、缺乏接入管理和交通管制、安全设施不完善、交通参与者安全意识相对薄弱、交通行为的盲目性和随意性大等问题。本文在郎庄T型交叉口安装交叉口安全监测及预警系统（见图9），采用毫米波雷达检测车辆，检测范围可覆盖多个车道，并区分来向车和去向车，检测距离可达150 m。通过阈值设定，毫米波雷达可准确检测支路上正常行走并欲通过路口的行人，进而对主路车辆发出预警。目标检测及警示设备采用一体化装置，采用嵌入式控制软件，根据雷达数据控制显示屏在有行人或车辆经过路口时按需求显示相应文字，同时相应的发光警示牌爆闪，实现主、支路之间的相互预警。

图9   G345泰州市段非信控交叉口信息屏

在徐州市104国道增设12余处无信号交叉口预警，当支路无行人车辆汇入时，主路LED屏幕显示“减速慢行”绿色字样；当支路有行人或者车辆即将汇入时，检测触发单元会将过路信息发送至主路LED屏幕和主动发光标志，此时主路LED屏幕会显示“行人汇入”红色字样，红色闪烁提醒，主动发光标志会由黄色闪烁变为红色闪烁提醒，使主路来车提前获知前方路口状态，提前减速避让。支路口还设有同步发光警示柱，在光线不足的情况可同步闪烁发光，提醒主路驾驶员交叉口的存在，起到进一步的预警作用。

5  智慧高速主动管控应用实践

随着长三角地区经济社会的快速发展，客货运输交通量大幅增长，尤其是节假日等出行高峰时段，江苏省高速公路部分路段经常出现拥堵，特别是沪宁高速公路无锡市段，节假日最高断面流量达20万辆，远超八车道设计饱和流量11.5万辆，同时事故频发加剧了拥堵，无锡市东段全长45 km，各类交通事故年均超过万起，造成68%的交通拥堵事件^[11]。为了缓解拥堵、减少事故，采取原路段拓宽、增设互通、改扩建服务区或匝道等物理扩容方式，大多需征用土地、施工期分流绕道等，施工保通要求高、工程造价较高。考虑到江苏省国土开发程度高、土地资源稀缺等现实困难，通过全景化感知、精准化管控、协同化联动、高效化应急等手段，解决饱和流量路段因事故发现不及时、处置不科学、研判不精准的管理问题，减少车辆交织过程中的瓶颈时间，全面提升高速公路运营管理数智化水平，实现高速公路智慧扩容，保障驾乘者安全、高效通行。

一是部署多元全景感知设备，包括交调设施、智能卡口监控、毫米波雷达、高清化监控摄像机、雷视一体机、环境气象监测站等。在毫米波雷达数据源的基础上，融合雷达、视频数据实现了多源的数据接入，在基于雷达、视频目标识别及参数标定的算法模型基础上，建立了多源数据融合算法，在路段上通过视频融合，实现了车流量、车速、物体ID识别、距离均可检测和24 h全天覆盖。

二是实施车道主动管控^[12]。在沪宁高速公路无锡市至苏州市段完成了车道级主动管控工程，平均外场设置1~1.5 km一处的情报板控制单元，将路段控制精细化至1 km/单元，通过外场感知系统所采集的交通流信息，实现了车道管控、可变限速、分车型管控、匝道管控、收费站限流、路网分流等场景。通过在主线4个车道和应急车道上方分别安装分车道专用信号灯和情报板，将控制指令细化到每一条车道，实现大流量时分车道的精准引导和实时管控。当出现严重拥堵或交通事故时，分车道控制系统可实时降低每个车道的限速值，利用“速度阀门”放缓远端车流汇入车流集中路段的总量。车道信息发布系统还可以诱导车辆进入其他车道行驶，避开事故路段。

三是实施“动态应急车道”管控。会同交警交通执法部门编制了沪宁高速公路大流量路段应急车道管控的专项管理办法，设定了3类必须启用的场景。一是周末、重大节假日流量时必须启用；二是长时间占道，造成车多缓行2 km以上时必须启用；三是系统自动预警时必须启用。高速公路指挥调度分中心和公安交警在同一调度大厅办公，当道路运行过程中发生符合应急车道借用情形时，指挥调度分中心及时会商交警，并发出应急车道借用指令，情报板连续发布应急车道临时借用提示信息。

四是实施入口匝道管控。建设高速公路匝道智能管控系统，由毫米波雷达、计算及控制设备、车道信号灯、LED提示屏和电子警察抓拍设备等多部分组成，并辅助路侧指示牌以及高德地图语音植入提示，通过毫米波雷达对沪宁高速公路主线车流的动态感知，实现对匝道汇入车流的智能预警和信号灯调控，做到间歇性、拉链式交替通行，有效减少无序交织带来的拥堵和安全隐患，实现沪宁高速公路主线交通流的最大化。得益于多级提示系统以及全方位的宣传告知，驾乘者途经时均能按照信号灯有序通行。

以沪宁高速公路硕放东桥段为评价对象，分别选取2022年和2023年国庆期间相关数据进行计算，对比示范工程建设前后交通运行状况，以评价工程实施效果，各指标计算结果见表1。

表1   沪宁高速公路硕放东桥段评价结果

通过对沪宁高速公路相关指标进行评价发现，沪宁高速公路在智慧化主动管控下各项指标都取得了较大的改善。

一是交通运行效率提升。根据硕放东桥段的计算数据可知，路段平均日交通量增加，路段饱和度下降，平均行驶速度提升，这表明交通管理措施能够有效应对交通量的增加，从而提高了道路的通行效率；路段的拥堵次数、平均拥堵时间、平均拥堵里程降低，表明交通管理措施的有效性和道路通行能力的提高。

二是交通安全提高。根据硕放东桥段的计算数据可知，大中型车辆比例下降，行车速度差降低，路段事故率降低，表明交通安全性得到显著改善，交通的流畅度提高，交通环境得到改善。

三是经济效益增加。通过缓解交通拥堵，可以节约出行时间成本。从数据来看，硕放东桥段时间成本节约了37.5%，在经济效益方面有所改善。

6  结束语

通过在城市智能网联公交、普通国省道、智慧高速等场景应用广义车路协同技术，立足于解决现实问题，比如交通拥堵、公交优先、重点区域的秩序混乱、非信控交叉口安全隐患频发等，这些问题直接关系到市民出行的方便性和幸福感，后续再考虑“适度超前”，按照车、路、网、云、图一体化要求打造数字交通感知网络，加快外场感知设施在重点交通路段、重要交通节点的全覆盖，进一步加强交通基础设施、交通运行及环境、载运工具等综合监测，推动实现交通感知网络与交通基础设施同步规划、同步设计、同步建设、同步运维，提升公路智能化管理水平，发展车路协同，推广伴随式出行服务，最终达到管理精细化、服务精心化的目标。

Application practice of general cooperative vehicle infrastructure in the field of transportation

BAO Xiyan

(Jiangsu Provincial Department of Transportation, Nanjing 210001,China)

Abstract: With the development of cooperative vehicle infrastructure technology, advanced communication methods such as optical fiber, Beidou, 5G, and C-V2X are being used in the transportation field. In order to improve the level of road service and ensure traffic safety, the processed information of road, environment, traffic, and management is transmitted to traffic participants by various means such as variable information signs, traffic broadcasts, and on-board units. This article analyzes and summarizes three types of application scenarios with strong public experience, including urban intelligent connected buses, safety warnings at non-signal controlled intersections of ordinary national and provincial roads, and smart expressway application scenarios. It also summarizes and looks forward to the future development and application of vehicle road collaboration technology.

Keywords:  general cooperative vehicle infrastructure; intelligent connected bus; safety warning for non-signal controlled intersections; smart expressway

本文刊于《信息通信技术与政策》2024年 第3期

《信息通信技术与政策》投稿指南！

为进一步提高期刊信息化建设水平，为广大学者提供更优质的服务，我刊官方网站（http://ictp.caict.ac.cn）已正式投入运行，欢迎投稿！

   推荐阅读  

专题丨基于5G+AI的自主泊车系统研究

专题丨城市级红绿灯信息开放服务车路协同系统研究

专题丨车联网数据要素价值分析和数据产业建设研究

专题丨智能网联汽车数据要素流通综述

专题丨面向车联网的MEC跨域协同技术研究

专题丨通感一体化赋能车联网：应用前景与关键技术

专题丨蜂窝车联网与先进驾驶辅助系统融合应用研究

导读：车联网技术与产业融合创新

《信息通信技术与政策》2024年第50卷第3期目次及摘要

你“在看”我吗？