原标题：【CAA课堂】重庆邮电大学蒋建春教授：车路协同系统关键技术与应用

　　【导读】2021年6月3日上午，重庆邮电大学蒋建春教授做客“CAA云讲座——车路协同专题论坛”作题为“车路协同系统关键技术及应用”的报告。车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路、人车、车云等动态实时信息交互，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-云” 的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

　　本报告主要针对国内外基于V2X通信的车路协同系统相关的研究现状、政策法规、发展趋势等方面进行分析介绍，分析车路协同系统中存在的关键技术问题，并对当前应用示范情况进行说明，并分析未来“人-车-路-云”协同系统中研究中的热点和难点问题。

　　车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路、人车、车云等动态实时信息交互，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-云”的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

　　智能网联汽车发展是一个持续漫长的过程，行人、智能车、非智能车和其他交通对象将长期成为未来道路交通的主要参与者。现在需要找到将交通参与者协同起来提高交通效率和交通安全的方法；通过5G+C-V2X将交通参与者和路侧感知系统连接起来，利用人工智能、博弈论等算法提高交通安全和交通效率。

　　车路协同系统通过“端”、“管”、“云”三层架构实现环境感知、数据融合计算、决策控制，从而提供安全、高效、便捷的智慧交通服务。

　　Mobileye智能行车预警系统是基于计算机视觉系统（摄像头、雷达等传感器，图像处理芯片和机器学习算法)，实现前向碰撞预警，车道线保持等主动安全预警应用。

　　V2X通信通过提供增强的行车环境感知能力，可避免大多数碰撞事故，从而解决连环追尾。V2X通信将感知范围扩展到车载传感不可及的范围，同时面向自动驾驶协同控制。

　　红绿灯信息推送&红绿灯车速引导：可向司机推送前方红绿灯灯时信息，推荐可不停车通过红绿灯的建议车速，从而达到提升路口通行速度、降低车辆燃油消耗、闯红灯等危险情况预警等目的。

　　前方拥堵提醒：对前方拥堵车道及拥堵路段进行提醒，从而达到减少道路拥堵情况、引导车辆分流、提升效率的目的。

　　道路事件情况提醒：提前通知司机前方道路事故、施工、管制信息，易发事故路段提醒，达到提高行驶安全、避免道路拥堵、道路事故及时提醒，减少二次事故发生的目的。

　　路口视频/图片点播：向车辆推送前方路口的实时视频或图片，获取交通状况，通过提前获知拥堵情况进行车道选择、引导车辆分流、提升出行效率。

　　5G + C-V2X新基建赋能车路协同，激发新动能。5G +C-V2X联合组网构建覆盖与直连通信协同的融合网络，为车路协同提供网络保障，从而使能智能驾驶和智能交通。

　　1）将基于V2X车联网的车路协同相关产业视为战略性新兴产业，在国家层面开展顶层设计；

　　2）强调5G和C-V2X等新一代信息技术与传统汽车、交通等的融合创新发展；

　　2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》、推动智能交通工具等产品研发和产业化、重点领域技术试用，提出建设智能网联汽车自主创新体系以及智能网联汽车产业链与智慧交通体系。

　　2015年7月，国务院正式发布《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》。积极推广车联网等智能化技术应用，加快智能辅助驾驶、复杂环境感知、车载智能设备等的研发与应用。

　　2016年6月，工信部加强顶层设计，统筹布局车联网重点任务，提出《车联网创新发展工作推进方案》。从关键技术研发、标准体系研究、平台及试验场地建设、基础设施建设、应用推广、网络与信息安全保护六大重点任务20项工作内容推动车联网发展。

　　2018年12月，工信部联引发《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》，明确了车联网（智能网联汽车）产业是汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新兴产业形态。

　　2020年3月，中央政治局常务委员会召开会议提出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。

　　科技部、交通运输部设置了“综合交通运输与智能交通”重点专项中设置了交通基础设施智能化与载运工具智能协同方向的项目，周期为5年(2018—2022年)。其主要任务是“基础研究、重大共性关键技术、典型应用示范”。

　　工信部联合国标委发布“国家车联网产业标准体系建设指南”，内容包括总体要求、智能网联汽车、信息通信、电子产品和系统分册等。2017年6月13日，国家标准化管理委员会以《国家标准委办公室关于筹建全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会的复函》(标委办综合〔2017〕101号)回复工业和信息化部，同意筹建全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会。按照复函及《全国专业标准化技术委员会管理规定》，新筹建的全国汽标委智能网联汽车分委会负责汽车驾驶环境感知与预警、驾驶辅助、自动驾驶以及与汽车驾驶直接相关的车载信息服务等领域的国家标准制修订工作。

　　SAC/TC114(汽车)：主要从整车角度出发，对具备车联网功能的整车和零部件制定标准；

　　SAC/TC485(通信）：主要从通信角度出发，对车联网通信技术以及相关的通信设备和信息服务制定标准；

　　SAC/TC268(交通）：主要从道路交通角度出发，对车联网相关车路协同应用和信息服务制定标准

　　2. 合作式智能运输系统专用短程通信第2部分媒体访问控制层和物理层规范；

　　“5+2”车联网示范区是基于宽带移动互联网的智能汽车、智慧交通应用示范。工信部会同地方政府建设试点示范: 北京-河北、浙江、重庆、吉林、湖北等地开展示范，提供技术融合和协同创新的应用和测试验证环境,V2X应用、数据平台。

　　同时“5+2”车联网示范区与公安部、江苏省政府开展江苏省无锡国家智能交通综合测试基地共建合作。工信部批复上海国际汽车城建立“国家智能网联汽车(上海)试点示范项目”，数据库、昆仑计划等。

　　上海国际汽车城与中国移动、上汽、通用、福特等紧密合作，逐步实现各类C-V2X车路协同应用，分步骤、有序开放示范区开放道路范围内交通信号控制数据，并完善路侧智能交通信息系统建设，推动基于V2X技术与应用的规模化、城市级智慧交通应用示范。

　　四项接口的开发完成满足《合作式智能交通系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》数据标准要求，全面支撑17类V2X场景应用。

　　由公安部交科所、无锡交警、中国移动、华为、一汽、奥迪六方合作，打造首个LTE-V2X开放道路示范样板。项目l期工程已经完成，WIOT期间，无锡·太湖国际博览中心周边主要道路开展了智能出行示范体验。

　　由中汽院牵头、中国电信、重庆长安、重庆邮电大学等单位参与，结合国家车联网应用示范区与先导区建设，以礼嘉片区为中心进行C-V2X车路协同系统搭建，包含礼嘉及内部道路、仙桃数据谷及周边部分道路、包括20个以上路口，安装RSU、毫米波雷达、摄像头等装置，改造交通信号灯，为未来智能交通服务。

　　车路协同系统通过“端”、“管”、“云”三层架构实现环境感知、数据融合计算、决策控制，从而提供安全、高效、便捷的智慧交通服务。

　　端：指交通服务中实际参与的实体元素，包括通信功能的OBU(On Board Unit)、RSU(Road Side Unit)、手机等，感知功能的摄像头、雷达等，以及路侧交通设备包括红绿灯、公告牌、电子站牌等。

　　管:指实现交通各实体元素互联互通的网络，包括4G/5G、C-V2X，网络支持根据业务需求的灵活配合，同时保障通信的安全可靠。

　　云:指实现数据汇集、计算、分析、决策以及基本运维管理功能的平台，根据业务需求可部署在边缘侧或中心云。

　　在“端-管-云”新型交通架构下，车端和路端将实现基础设施的全面信息化，形成底层与顶层的数字化映射；5G 与C-V2X联合组网构建广覆盖蜂窝通信与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性;人工智能和大数据实现海量数据分析与实时决策，建立智能交通的一体化管控平台。

　　车路协同作为5G网络的典型应用场景蕴含着巨大的市场潜力和社会价值,因此成为国内外学术界和产业界研究国内外学术界和产业界研究的热点。依托5G、 V2X RSU、激光雷达/毫米波雷达、摄像头、MEC、交通信号灯等设备，实现车与人、车、路、网立体的网联系统，能够极大的改善交通的安全性、提高交通效率。

　　车联网场景中，根据端侧设备在整体系统中的功能和作用，可以分为三大类:通信类、感知类和功能性基础设施类，每一大类中对应的具体设备单元如表3-1所示。

　　OBU和RSU是车路协向系统的基本通信设备，提供V2X通信和定位功能，在此基础上，实现基于车路协同的辅助安全、交通效率和信息服务等应用。

　　根据感知类设备部署的对象,可以分为车载感知设备和路侧感知设备，为实现“聪明的车”和“智慧的路”提供数据基础。

　　基础设施类设备是实现交通体系智能化的关键因素，主要包括信号灯及其控制机、电子站牌、北斗差分基站等设备元素。

　　V2X车联网为车路协同搭建了设备之间的联接通道。在C-V2X通信机制V2N场景中，联网车辆的车载4G/5G模组通过Uu无线接口实现车与网的互联。通过PC5接口与其他车辆和路侧设施通信。

　　云平台的目标是通过连接道路上的智能路侧设备以及移动车辆终端设备，实现车辆与人、车、路、云的智能信息交换共享，以及交通基础设施的数字化。云侧平台需要提供业务、设备运维管理、安全、云边协同、能力开放与演进等五大功能。

　　基于V2X的协同感知的预警与控制应用主要通过车辆自身传感器或者C-V2X通信从路侧设备、信息平台获取周围其他车辆、道路环境、行人等信息进行分析，进行预警，结合ADAS系统实现智能协同控制；同时将相关信息进行过滤通过C-V2X通信向其他车辆或者路侧设备进行广播，与其他车辆进行预警信息共享。

　　“人、车、路、云”协同的智能网联汽车与智能交通关键技术，需要结合边缘计算和云计算平台，建立数据分析与处理模型，分别对智能网联汽车、路侧基础设施以及场景中的交通对象信息分析处理，为实现车路协同防撞预警、交通信息推送、交通调度、编队组队控制等服务。

　　根据各个路口之间的相位差、平均车速、路口距离、路口之间的关系，建立车流预测模型与车路协同诱导模型，实现区域干道的实时交通诱导，提高交通效率。

　　建立交通事件监测、事件分析、智能通知体系，将交通信息下发至路侧单元，路侧单元转发给车载单元。主要场景为车内标牌、恶劣天气类事件等。主要工作方式如下：

　　2. 提供城市/区域交通实时监控与分析，覆盖交通事故数、连接车辆数、拥堵路段、车型分布、车流量、事故高发路段排行、在线设备数等重要指标。

　　1. 提供RSU、交通基础设施等设备状态实时监控，实时掌握设备情况，为运营管理人员提供日志分析，故障诊断工具，实现对故障的快速定界定位，助力设备故障及时处理。

　　2. 针对路侧红绿灯、北斗地基增强设备、边坡监测设备、路况诱导设备、气象监测设备等进行管理，平台侧对设备状态进行监测和管理。

　　1. 多中心容灾：业务容量大，可靠性要求高的情况下，要求主备设备间采用双光纤连接，主备设备各有独立IP，业务可做到负荷分担，确保关键数据安全，保持设备数据一致性。

　　2. 身份安全：应确保车路协同业务中的安全性，具备应对不明身份入侵者威胁的能力。具备完整的身份安全认证机制，防止匿名证书，防止隐私泄露等，实现可信的车路通信。

　　3. 行为安全：具备车辆异常行为检测的能力;可搜集车辆和边缘节点上报的数据进行综合决策;可检测车辆恶意行为，并对恶意行为的不同分级采取对应处理。

　　4. 区块链技术的应用：可与保险公司等三方平台一起组成联盟链，保证车辆全生命周期内信息的存储,保证数据不可篡改,真实可信。

　　2. 云端平台需要支持必要的边云协同能力，可实现云上控制的边缘计算的软件部署和更新

　　1. V2X车路协同平台具备交通融合感知能力和智能仿真分析能力，可为城市规划、交通管理、应急管理、共享出行、居民服务等业务提供数据接口和服务。

　　2. 提供数据开放接口：通过使用车路协同平台的接口，可以完整的使用车路协同平台的所有功能，包括交通事件、边缘设备等资源的创建、查询、修改和删除，以及车辆行驶数据查询，RSU设备新增查询等功能。

　　现有可进行交叉融合的学科包括：自动化检测与智能控制、计算机科学与技术、机器学习与人工智能、大数据与云计算、网络与新一代移动通信技术、高精度定位与组合导航技术、微电子技术、机器人技术、金融保险与产业经济、新传媒艺术与技术等。

　　5G等超宽带移动通信技术的商用，云计算、边缘计算及智能汽车网联化的快速发展，使得较为复杂的机器学习、图像处理、智能决策控制等新算法得以在车路系统环境实时实现成为可能，这将极大改变智能车计算环境和计算能力。现有商用技术包括：

　　（2）云计算、边缘计算(Edge computing)改变智能汽车自主感知与控制的传统计算理念;

　　（3）人工智能、机器视觉等复杂算法得以在线：车路协同系统关键技术促进发展

　　国内车厂积极进行典型LTE-V2X应用开发及应用示范，中国一汽、上汽、江淮汽车、众泰汽车、长城汽车、海马汽车等实现了LTE-V2V. V2I、 V2P应用，并与东软、大唐、ALPS、大陆等合作进行了示范演示；江淮汽车还搭建了车联网大数据分析平台，实时采集V2X数据，为智能辅助驾驶提供决策支持；众泰新能源汽车正在建设融合了LTE-V2X应用和ADAS技术的小镇无人驾驶解决方案；一汽、北汽福田、东风汽车已在商用车编队行驶方面实现核心技术原型。

　　电信运营商也积极推进C-V2X业务验证示范。中国移动实现了基于LTE-V2X的车车网联和车路协同应用，包括紧急刹车、超车告警、路口防碰撞、红绿灯车速引导、路口信息推送到车等;中国联通展示了多场景融合的蜂窝车联网(C-V2X) 应用解决方案，包括面向驾驶安全的See through,车-人防碰撞、车-车防碰撞预警，面向交通效率的绿波带通行、自适应车队等业务；中国电信则重点开发了公交优先应用及停车导引应用。

　　2）车联网运营主体和商业模式浙行渐明: 围绕数据闭环，打通汽车生产制造、销售、使用等全流程。

　　8. 组织开展基于LTE-V2X和5G-V2X的车路协同技术研究、试验验证和产业与应用推广等工作。

　　重邮车路协同系统平台主要包括支持前装和后装需求的C-V2X的车载终端(OBU)、基于C-V2X的路侧设备(RSU)。OBD设备、毫米波雷达、摄像头、车联网信息服务平台等设备与系统，并开发了符合TCSAE 53- 2017标准的典型应用。

　　基于C-V2X感知与预警应用主要通过车辆自身传感器或者5G+C-V2X通信从路侧设备、云平台获取周围其他车辆、道路环境、行人等信息进行分析，进行预警（防撞预警模型与算法），结合ADAS系统实现智能控制;同时将相关信息进行过滤（过滤分发机制）通过V2X通信向其他车辆或者路侧设备进行广播，与其他车辆进行预警信息共享。

　　重庆市技术创新与应用发展专项重点项目：5G车载智能终端，2018.6-2020.6重庆市技术创新与应用发展专项重大主题专项项目：基于5G低时延高可靠特性的车联网络研发及应用，2018.6-2021.6

　　国家科技重大专项：LTE-V无线传输技术标准化及样机研发验证，2016.1-2017.12

　　重庆市科委关键技术专项：车联网大数据平台与车载终端关键技术研究与应用，2015.12-2018.9

　　重庆市新一代信息网络与终端协同创新中心项目：车联网及智能终端，2015.1-2016.12

　　国家科技部863项目：车载设备系统测试技术研究，2013.1-2014.12

　　国家物联网专项：车联网智能信息终端中间件关键技术研究及应用，2012.12-2014.12

　　蒋建春，重庆大学博士，芬兰坦佩雷理工大学访问学者，重庆邮电大学教授，硕士研究生导师，重庆市学术技术带头人，智能网联技术重庆市高校工程研究中心车联网与智能交通研究所所长。主要面向V2X车联网与智能交通等领域，开展面向环境智能感知的机器视觉处理、人工智能、车路协同、智慧交通、嵌入式系统与软件平台关键技术等方面的研究。主持研发了C-V2X车联网车路协同系统、车联网与智能网联汽车在环仿真验证平台、基于OSEK标准的实时操作系统AutoOSEK与嵌入式系统开发平台。主持和参加国家重大专项子课题、国家物联网专项、核高基专项、863项目等省部级以上科研项目20余项。在国内外等重要学术期刊及国际会议上发表论文20余篇，出版著作5部，获得国家发明专利20余项，获得软件著作权6项。