中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司天津市分公司

1目標(biāo)和概述

1.1行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

技術(shù)發(fā)展方面，目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑逐步由“單車智能”向“車路協(xié)同”轉(zhuǎn)變，車路協(xié)同技術(shù)發(fā)展直接影響車聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；l(fā)展，車路協(xié)同規(guī)?；l(fā)展存在時(shí)間、成本投入巨大等問題。前期的車路協(xié)同主要以路側(cè)與車輛直連通信為主，滿足場(chǎng)景驗(yàn)證，隨著推進(jìn)商用化的進(jìn)程計(jì)劃，與規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合，對(duì)于車路協(xié)同應(yīng)用，無論在標(biāo)準(zhǔn)上以及部署路徑方面，都向5G+V2X融合組網(wǎng)的方向演進(jìn)。從技術(shù)發(fā)展上講，基于5G新空口的NR-V2X是LTE-V2X持續(xù)發(fā)展的演進(jìn)階段。

政策方面，2020年2月24日11部委聯(lián)合發(fā)布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》正式稿，明確指出“到2025年，智能交通系統(tǒng)和智慧城市相關(guān)設(shè)施建設(shè)取得積極進(jìn)展，車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE-V2X等）實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋，新一代車用無線通信網(wǎng)絡(luò)（5G-V2X）在部分城市、高速公路逐步開展應(yīng)用”，因此開展基于5G的車路協(xié)同車聯(lián)網(wǎng)示范驗(yàn)證勢(shì)在必行。

1.2 功能與創(chuàng)新

1.2.1 功能

結(jié)合5GMEC，采用三級(jí)分布式部署架構(gòu)，云邊協(xié)同，按需拓展，支持全程全網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營(yíng)。如圖1所示。

圖1方案架構(gòu)圖

1.2.2 創(chuàng)新

（1）率先使用基于MEC低成本路側(cè)感知方案，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛信息推送，通過5G進(jìn)行下發(fā)，降低車輛獲取信息服務(wù)的門檻，加速車路協(xié)同的落地。

（2）率先推出基于5GMEC遠(yuǎn)程駕駛方案，端到端時(shí)延降低到15ms，滿足遠(yuǎn)程駕駛要求。

（3）支持多廠家RSU設(shè)備以及數(shù)據(jù)分發(fā)管理，目前已完成5個(gè)V2X廠家對(duì)接，并將接口規(guī)范形成中國(guó)聯(lián)通企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 方案介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

5G與C-V2X聯(lián)合組網(wǎng)構(gòu)建覆蓋蜂窩通信與直連通信協(xié)同的融合網(wǎng)絡(luò)，保障智慧交通業(yè)務(wù)連續(xù)性；人工智能和大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)分析與實(shí)時(shí)決策，建立智能交通的一體化管控平臺(tái)。如圖2所示。

圖2 “端-管-云”新型交通架構(gòu)

車路協(xié)同通過“端-管-云”三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、數(shù)據(jù)融合計(jì)算、決策控制，從而提供安全、高效、便捷的智慧交通服務(wù)，其中，“端”指交通服務(wù)中實(shí)際參與的實(shí)體元素，包括通信功能的車載單元（On Board Unit，OBU）、路側(cè)單元（Road Side Unit，RSU）等，感知功能的攝像頭、雷達(dá)等，以及路側(cè)交通設(shè)備包括紅綠燈、公告牌、電子站牌等；“管”指實(shí)現(xiàn)交通各實(shí)體元素互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，包括5G、C-V2X，網(wǎng)絡(luò)支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求的靈活配合，同時(shí)保障通信的安全可靠；“云”指實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集、計(jì)算、分析、決策以及基本運(yùn)維管理功能的平臺(tái)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求可部署在MEC邊緣側(cè)或中心云。

2.2 硬件平臺(tái)

2.2.1 MEC硬件平臺(tái)

采用中國(guó)聯(lián)通統(tǒng)一邊緣云架構(gòu)，5GMEC邊緣云是基于5G網(wǎng)絡(luò)能力和邊緣計(jì)算能力，構(gòu)建在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣基礎(chǔ)設(shè)施之上的云平臺(tái)，通過UPF和算力下沉實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在運(yùn)營(yíng)商邊緣機(jī)房或客戶側(cè)機(jī)房的本地卸載，有效降低傳輸時(shí)延、提升計(jì)算效率，融合了增強(qiáng)CT-VAS、IT-VAS能力以及平臺(tái)應(yīng)用，一站式提供“融合、開放、聯(lián)動(dòng)、彈性”的ICT服務(wù)。

2.2.2 車輛硬件

無人巴士配備RTK定位、視覺系統(tǒng)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等感知器，可全方位感知巴士周邊行人和車輛信息。如圖3所示。

圖3 無人巴士感知設(shè)備布局

（1）5GRSU（路側(cè)單元）：與車載單元通過V2X協(xié)議進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)V2V、V2I；與平臺(tái)通過5G專網(wǎng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)V2N、V2P。

（2）5GOBU（車側(cè)單元）：與路側(cè)單元通過V2X協(xié)議進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)V2V、V2I；與平臺(tái)通過5G專網(wǎng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)V2N、V2P。

（3）球機(jī)攝像頭：對(duì)行人、非機(jī)動(dòng)車、無人車盲區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。

（4）槍機(jī)：檢測(cè)道路行駛車輛，擴(kuò)大無人車感知范圍。

（5）雷達(dá)：感知道路環(huán)境信息，與視覺系統(tǒng)形成感知融合系統(tǒng)。

（6）信號(hào)機(jī)：為RSU提供紅綠燈狀態(tài)和時(shí)間信息。

2.3 軟件平臺(tái)

基礎(chǔ)云控平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)方案如圖4所示?；谶吘壴频娜?jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括邊緣云、區(qū)域云和中心云，實(shí)現(xiàn)人、車、路、網(wǎng)、邊、云一體化。

圖4 基礎(chǔ)云控平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)方案

主要功能是通過部署車、路、云協(xié)同式的基礎(chǔ)設(shè)施體系，實(shí)現(xiàn)跨品牌車輛、跨領(lǐng)域設(shè)備、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)之間的信息高效協(xié)同，支撐面向全路段、全區(qū)域的集中式?jīng)Q策與多目標(biāo)優(yōu)化控制，為智能網(wǎng)聯(lián)駕駛、智慧交通乃至智慧城市的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。邊緣云-中心云平臺(tái)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 邊緣云-中心云平臺(tái)架構(gòu)圖

2.3.1 中心云平臺(tái)中心云平臺(tái)主要以車輛和交通設(shè)施為監(jiān)控管理對(duì)象，具備實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力及對(duì)測(cè)試車輛事件進(jìn)行記錄、分析和重現(xiàn)的能力，從而實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通系統(tǒng)信息有效協(xié)同。中心云平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 中心云平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

中心云平臺(tái)業(yè)務(wù)模塊分為三大塊：智能汽車、智慧園區(qū)、系統(tǒng)管理，分別包含車輛監(jiān)視、車輛信息、車輛控制、園區(qū)地圖、設(shè)備監(jiān)控、信息統(tǒng)計(jì)等功能。

2.3.2 MEC邊緣云平臺(tái)

車聯(lián)網(wǎng)不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于時(shí)延、算力具有不同的要求，中心云平臺(tái)傳輸鏈路長(zhǎng)，導(dǎo)致時(shí)延高、存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)，因此將5G/V2X傳輸數(shù)據(jù)在MEC邊緣側(cè)分流、計(jì)算并服務(wù)于邊緣區(qū)域的網(wǎng)聯(lián)車，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與5G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元的聯(lián)合編排部署。邊緣云平臺(tái)應(yīng)用層服務(wù)如圖7所示。

圖7 邊緣云平臺(tái)應(yīng)用層服務(wù)

邊緣云平臺(tái)的業(yè)務(wù)應(yīng)用具體如下：

（1）事件消息轉(zhuǎn)發(fā)

主要服務(wù)于不同路口、路段及邊緣區(qū)域的緊急消息、本地消息轉(zhuǎn)發(fā)或緩存數(shù)據(jù)下載，如局部區(qū)域的交通臨時(shí)管制信息、AR-HUD等。

（2）邊緣融合感知

車聯(lián)網(wǎng)感知融合系統(tǒng)包括感知信息的采集、感知信息融合和信息發(fā)布三個(gè)方面。多接入邊緣計(jì)算（Multi Access Edge Computing，MEC）提供計(jì)算加速能力，支持視頻AI分析、雷達(dá)信息分析等，利用激光雷達(dá)和攝像頭坐標(biāo)位置標(biāo)定，分別采集獲取激光雷達(dá)點(diǎn)云信息和攝像頭視頻圖像信息，然后通過融合處理對(duì)可探測(cè)范圍內(nèi)的移動(dòng)障礙物（機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人等）進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別處理后計(jì)算出關(guān)聯(lián)目標(biāo)的方位、距離、速度及運(yùn)動(dòng)方向等信息，并可根據(jù)實(shí)際路況場(chǎng)景做進(jìn)一步警告威脅判斷。如圖8所示。

圖8 基于MEC的車聯(lián)網(wǎng)感知融合方案

（3）高精地圖分發(fā)

變化頻率較高的半動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)部署在不同位置的MEC進(jìn)行處理，例如半靜態(tài)的數(shù)據(jù)可以在位置稍高的MEC處理，包括信號(hào)燈燈色（相位、配時(shí)）、交通擁堵的情況、交通事故情況和其他交通事件等狀態(tài)過程。而比較實(shí)時(shí)的信息可以部署在位置靠近路側(cè)的MEC處理，例如汽車、摩托車、自行車、行人等運(yùn)動(dòng)實(shí)體的位置、移動(dòng)方向和移動(dòng)速度等。如圖9所示。

圖9 邊緣云平臺(tái)高精地圖應(yīng)用

2.4 數(shù)據(jù)通訊

天津聯(lián)通按照集團(tuán)大區(qū)制5G核心網(wǎng)建設(shè)方案，分別在市內(nèi)骨干機(jī)房和核心機(jī)房部署5G獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）核心網(wǎng)設(shè)備。為海河教育園區(qū)無人駕駛道路5GV2X場(chǎng)景建設(shè)5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)，在天津大學(xué)機(jī)房部署MEC設(shè)備，以保證基礎(chǔ)低時(shí)延業(yè)務(wù)的需求。規(guī)劃如圖10所示。

圖10 MEC網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.5 安全措施

本方案綜合考慮了很多方面的安全因素，如單車與MEC及路側(cè)智能設(shè)施交互場(chǎng)景，在C-V2X應(yīng)用中，危險(xiǎn)駕駛提醒等功能可通過單車、路側(cè)智能設(shè)施及MEC進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)。如圖11所示。

圖11 單車與MEC及路側(cè)智能設(shè)施交互場(chǎng)景示意圖

MEC部署了危險(xiǎn)駕駛提醒功能后，可結(jié)合路側(cè)智能設(shè)施，通過車牌識(shí)別等功能分析車輛進(jìn)入高速的時(shí)間，定期為車輛提供疲勞駕駛提醒；或在夜間通過視頻分析，提醒車輛正確使用燈光；或在感知到突發(fā)車輛事故時(shí)，提醒附近車輛謹(jǐn)慎駕駛；或在天氣傳感器感知到高溫“鏡面效應(yīng)”、雨雪大霧等惡劣天氣時(shí)，提醒車輛安全駕駛。此外，MEC可階段性地將危險(xiǎn)駕駛信息匯總后上傳中心云平臺(tái)。

3 代表性及推廣價(jià)值

3.1 應(yīng)用情況及效果

（1）無人公交車：天津大學(xué)從2020年5月底開始，完成了兩輛無人公交車的改造，包括視覺系統(tǒng)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)，完成了車輛的底層線控調(diào)試。通過調(diào)試，車輛具備了在天津大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)及海河教育園區(qū)第一階段開發(fā)道路，開展全程無人駕駛導(dǎo)航測(cè)試及運(yùn)行的能力。

（2）智慧物流車：智慧物流車初級(jí)階段是前方一輛貨車由司機(jī)駕車領(lǐng)路，后方跟著數(shù)輛智能卡車，他們與領(lǐng)頭車的動(dòng)作保持高度協(xié)同一致，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)行駛。在編隊(duì)行駛的模式下，頭車轉(zhuǎn)向是手動(dòng)操作的，但制動(dòng)是自動(dòng)操作的，頭車做出剎車指令后，后方跟隨車輛將做到瞬時(shí)反應(yīng)，大幅降低后車追尾幾率，并保障車隊(duì)以非常小的距離安全跟隨行駛。以80~100km/h的速度，實(shí)現(xiàn)4~5輛貨車的編隊(duì)行駛，并且還能實(shí)現(xiàn)智能駕駛貨車根據(jù)行駛路線自動(dòng)進(jìn)行組隊(duì)和拆分。

（3）智能環(huán)衛(wèi)車：智能環(huán)衛(wèi)車輛可以通過與手機(jī)App連接，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定點(diǎn)垃圾收運(yùn)，還可以通過招手即停等形式，更加智能、便捷地實(shí)現(xiàn)垃圾收集、轉(zhuǎn)運(yùn)，使環(huán)衛(wèi)作業(yè)更加綠色、安全、高效、便捷。以智能掃路車為例，平均1個(gè)小時(shí)能清掃2.5萬平方米的道路面積，大約是10至20個(gè)環(huán)衛(wèi)工人的工作量。

（4）無人配送車：智能配送車能夠?qū)ふ易疃叹€路并能規(guī)避擁堵路段。在行駛過程中，可以判斷紅綠燈狀態(tài)并做到紅燈停、綠燈行，遇到障礙還可主動(dòng)停車或繞路行駛，實(shí)現(xiàn)最后一公里的自動(dòng)化配送。在海河教育園區(qū)，智能配送車主要用于園區(qū)內(nèi)配送餐飲和快遞貨物，可以24小時(shí)為廣大師生提供顛覆性的快遞服務(wù)，同時(shí)為智能駕駛的技術(shù)迭代提供真實(shí)數(shù)據(jù)。配送車快到達(dá)目的地時(shí)，后臺(tái)系統(tǒng)將取貨信息發(fā)送給用戶，告知消費(fèi)者配送已順利抵達(dá)目的地，請(qǐng)消費(fèi)者憑提貨碼提取商品。同時(shí)無人配送支持預(yù)約功能，可以在用戶方便時(shí)預(yù)約配送，提高配送效率，減少配送不及時(shí)、丟失等問題，提升廣大師生網(wǎng)購(gòu)體驗(yàn)，引領(lǐng)智慧生活。

（5）自助泊車：主要解決停車難和找車難的問題。依靠自主泊車技術(shù)，駕駛員從指定下客點(diǎn)下車，車輛可以自動(dòng)行駛到停車場(chǎng)的停車位，無需人員監(jiān)控。相比于單車智能自主泊車，基于5G車路協(xié)同的自主泊車技術(shù)，可以進(jìn)一步減少車端成本，減少感知盲區(qū)，加速自主泊車的落地。

（6）遠(yuǎn)程駕駛：遠(yuǎn)程駕駛系統(tǒng)是由無人車、5G MEC網(wǎng)絡(luò)、車路協(xié)同服務(wù)平臺(tái)、遠(yuǎn)控系統(tǒng)等組成的人車協(xié)同共駕系統(tǒng)。利用5G低時(shí)延、大帶寬和高可靠性的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程遙控，提高無人車運(yùn)行的安全性。

3.2 社會(huì)價(jià)值

該項(xiàng)目將成為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)量變到質(zhì)變的助推器，為我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展、大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、提升國(guó)家治理現(xiàn)代化水平起到壓艙石的重要作用，可產(chǎn)生較為直接和突出的社會(huì)效益：促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，鞏固智能網(wǎng)聯(lián)汽車健康發(fā)展基礎(chǔ)；打造產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)公共服務(wù)平臺(tái)，帶動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展；促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助力我國(guó)從汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)。促進(jìn)汽車消費(fèi)擴(kuò)容提質(zhì)；有助于加快形成強(qiáng)大國(guó)內(nèi)市場(chǎng)；推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通和智慧城市深度融合，探索城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年2月刊