本文提出了一種5G車路協(xié)同自動駕駛解決方案，該方案主要依托5G移動通信、高精度定位技術、五維時空融合技術、邊緣計算、邊云協(xié)同等技術，實現(xiàn)邊緣平臺算力部署，構建“端-邊緣-云”分層架構，建立智能可靠車聯(lián)網(wǎng)通信、車輛的實時高精度定位、交通態(tài)勢感知、交通管控等技術體系，實現(xiàn)5G車路協(xié)同，全面提升車輛感知決策控制能力。當前，該方案已在武漢經(jīng)開區(qū)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧道路自動駕駛示范區(qū)應用落地。

引言

隨著5G技術的不斷成熟與廣泛應用，一切依賴于5G的行業(yè)與應用，迎來了新的生機。5G+B（北斗）+AICDE技術的組合，服務于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等14個垂直行業(yè)，實現(xiàn)了超過100種應用場景和超過100個標桿示范的應用落地。5G時代，將是各類高新技術百花齊放、各顯神通的時代；5G的建設，勢必會帶來資源共享、合作共贏的新型生態(tài)。

自動駕駛，需解決四個方面的問題：看得見（定位、避障）、聽得著（決策、控制、執(zhí)行）、講得出（路徑規(guī)劃、行車方式）、有大腦（邊緣計算）。5G車路協(xié)同自動駕駛，就是充分利用5G（高帶寬、低時延、高可靠性、海量互聯(lián)）、北斗（高精度定位、精細化導航、精準度授時）、V2X（人、車、路、網(wǎng)融合）等領域的優(yōu)勢，強強聯(lián)手，互惠互利。

早期的車路協(xié)同，存在一定的局限性，比如過分強調(diào)車的能力、忽視交通領域的融合等，致使車路協(xié)同進展緩慢。在車聯(lián)網(wǎng)領域，網(wǎng)聯(lián)智能是未來車路協(xié)同的趨勢，特別是在融入5G技術后，5G車路協(xié)同成了新的方向。本文定位于5G車路協(xié)同下的自動駕駛研究，提出了一種5G車路協(xié)同自動駕駛應用解決方案，該方案已成功應用于武漢經(jīng)開區(qū)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧道路自動駕駛示范區(qū)。

5G車路協(xié)同自動駕駛總體方案

武漢經(jīng)開區(qū)示范區(qū)，是我國規(guī)模最大的開放道路示范區(qū)項目，其建設內(nèi)容如表1所示。

表1：武漢經(jīng)開區(qū)示范區(qū)項目的整體建設內(nèi)容

武漢經(jīng)開區(qū)示范區(qū)項目，不僅示范道路長、場景多，更兼有國慶獻禮、保障武漢軍人運動會、帶動區(qū)域經(jīng)濟、發(fā)展車都等多種使命。項目的總體架構圖如圖1所示。示范區(qū)的建設，主要包括3個部分：5G移動通信網(wǎng)絡、5G智慧道路、多領域融合的軟件平臺。

圖1：武漢經(jīng)開區(qū)示范區(qū)項目的總體架構圖

5G智慧道路

3.1 智能全域感知道路

智能全域感知道路是一個集全域感知、信息交互、規(guī)劃決策等功能于一體的高新技術道路綜合體：

（1）在感知層面，通過道路基礎設施的更新，在路側布設智能設備，將道路標識、交通信號燈、可變信息交通標識牌、道路交通事故、道路施工等道路信息與天氣環(huán)境信息、車輛姿態(tài)信息、行人信息等實現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)聯(lián)化，獲取連續(xù)時間空間的人-車-路-環(huán)境全域感知信息，為自動駕駛提供豐富全面的信息和決策依據(jù)。

（2）在信息交互方面，通過各種通信技術如V2X通信技術和網(wǎng)絡協(xié)議，實現(xiàn)傳感網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡和各種無線網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通，保證各類信息的有效傳輸，同時滿足極端條件網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和信息安全性。通過車內(nèi)通信網(wǎng)、車際通信網(wǎng)和廣域通信網(wǎng)的整合互通，可以更有效地獲得人-車-路-環(huán)境信息數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的整合和分析提供了豐富的渠道。

（3）在規(guī)劃決策方面，通過邊緣計算、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術，實現(xiàn)人-車-路-環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲，信息挖掘和決策支持，提前感知提醒和規(guī)劃車輛的行車路徑和路權等級，實現(xiàn)對車流在時間和空間上的引導、分流，避免道路堵塞，實現(xiàn)道路交通安全態(tài)勢的前驅(qū)診斷、事故預警和主動干預，從而提高道路的交通通行能力和管理效率。

3.2 智能路側設備

圖2：智能路側設備示意圖

智能路側設備包括C-V2X RSU設備、路側感知設備、路側邊緣計算設備、路側氣象設備和路側道路環(huán)境監(jiān)測設備等。

A、C-V2X RSU設備

RSU（Road Side Unit）為C-V2X技術的路邊單元，是車路協(xié)同系統(tǒng)的重要組成部分，也是突破車路協(xié)同技術的關鍵所在，其主要功能是采集當前的道路狀況、交通狀況等信息，通過通訊網(wǎng)絡，將信息傳遞至指揮中心或路側處理單元進行處理，并裁定相關信息通過網(wǎng)絡傳遞到有相應信息請求的車載終端，避免或減少交通事故，提升交通通行效率。

車載單元（OBU，On Board Unit）是指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)境和車輛運行狀態(tài)的感知、加強行車安全的單元。主要技術包括信息獲取、信息交互、事故隱患提示等。從各類傳感器和車載網(wǎng)絡獲取原始信息，并解算出典型車路協(xié)同應用需要的底層信息，通過信息交互傳遞至路側單元。其功能包括車輛運動狀態(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、安全報警與預警等。

B、路側感知設備

路側感知設備包括路側視頻設備、路側激光雷達、路側毫米波雷達等，具體描述如下：

（1）路側視頻設備：包括高清攝像機、槍型攝像、全景攝像機、視頻雷達一體機等，其中，高清攝像機可完成目標檢測功能，完成檢測數(shù)據(jù)封裝和發(fā)送功能，主要由智能攝像頭、終端服務器、外場工業(yè)交換機、光纖收發(fā)器、開關電源、防雷器等設備組成；槍型攝像機廣泛應用于城市道路監(jiān)控，實現(xiàn)混行車道場景全目標的屬性識別和捕獲；全景攝像機可同時提供全景與特寫畫面，兼顧全景與細節(jié)，實現(xiàn)區(qū)域入侵、越界等行為的檢測等功能；視頻雷達一體機可以實現(xiàn)動態(tài)跟蹤和采集車輛、行人數(shù)據(jù)。

（2）路側毫米波雷達：對道路上行駛的車輛、行人、動物、拋灑物體進行實時跟蹤定位檢測并及時將所感知的路況信息、交通狀態(tài)信息、車輛實時信息分析匯總后通過車路協(xié)同通信設備與道路上行駛車輛、自動駕駛車輛或無人駕駛車輛進行數(shù)據(jù)交互，來滿足車輛實現(xiàn)全速智能駕駛的定位要求。

（3）路側激光雷達：通過路側激光雷達對道路的完整掃描，可以得到基于點云數(shù)據(jù)的道路動態(tài)環(huán)境4D重建，將道路信息，包括車輛、行人、非機動車及其它物體全部納入到V2X的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，再利用RSU向周邊或者更遠距離接近的車輛進行廣播，為解決智能網(wǎng)聯(lián)汽車的超遠視距和非視距信息感知提供有力支撐。

C、路側邊緣計算（MEC）設備

MEC需要具備多設備連接能力，接入RSU、OBU、智能化交通控制設施（交通信號燈、標志、標線、護欄等）、攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、各類環(huán)境感知設備的信息，同時向上連接云平臺；MEC需要具備多傳感器融合處理能力，比如攝像頭+激光雷達+毫米波雷達融合分析算法；MEC還需要具備ITS相關協(xié)議處理能力，比如針對交叉路口防碰撞預警業(yè)務，在車輛經(jīng)過交叉路口時，MEC通過對車輛位置、速度及軌跡分析研判，分析出可能存在的碰撞風險，通過RSU傳輸?shù)杰囕vOBU，起到預警目的。

D、路側氣象設備

微氣象監(jiān)測系統(tǒng)是一種集氣象數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸和管理于一體的無人值守的氣象采集系統(tǒng)。氣象監(jiān)測系統(tǒng)由氣象傳感器、氣象數(shù)據(jù)采集儀和計算機氣象軟件三部分組成，可同時監(jiān)測大氣溫度、大氣濕度、風速、風向、氣壓、雨量、能見度等氣象要素。

E、路側道路環(huán)境監(jiān)測設備

道路環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是一種集數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸和管理于一體的無人值守的監(jiān)測系統(tǒng)，由路面狀況傳感器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀和通訊模塊等部分組成?？杀O(jiān)測實時路面狀況；包括路面溫度、濕滑程度、積水厚度、覆冰厚度、積雪厚度等。

網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧道路示范區(qū)軟件平臺

武漢經(jīng)開區(qū)示范區(qū)項目的軟件平臺如下：

（1）5G邊云協(xié)同管理平臺

包括兩個部分：邊緣側的邊緣計算平臺、云端的邊云協(xié)同管理平臺。其中，邊緣計算平臺部分包含基礎設施搭建和應用開發(fā)、邊緣PaaS平臺開發(fā)以及邊緣應用；云端的邊云協(xié)同管理平臺包含邊云協(xié)同基礎設施管理、邊云協(xié)同PAAS管理、邊云協(xié)同大數(shù)據(jù)平臺和邊云協(xié)同智能管理平臺。

圖3：基于5G的邊云協(xié)同平臺架構圖

（2）五維時空信息服務管理平臺

獲取感知范圍內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，助力車路協(xié)同，為5G網(wǎng)聯(lián)智能駕駛提供可靠的指導信息，為智慧城市、智慧交通、智慧出行等智慧生活圈的提供高效低功耗的目標感知、事件預警等信息服務。五維時空平臺可作為智慧城市建設的基礎層，可以促進整個網(wǎng)聯(lián)智能駕駛體系發(fā)展和增強，用路側感知設備和邊緣云設備，使網(wǎng)聯(lián)汽車感知范圍半徑范圍擴大，可實時獲取大量實時路況信息，大大增強了單車感知能力和車路協(xié)同能力?？傮w感知能力的增強，提供車輛周圍環(huán)境信息，為車輛行駛安全增加了一層安全保障。

（3）基于5G+北斗的高精度定位平臺

基于邊云協(xié)同整體架構，邊緣節(jié)點RTK解算及多維置信模型，實現(xiàn)可擴展、分布式、高可用、高性能、跨平臺且容器化的GNSS定位平臺。平臺以北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為主，GPS等系統(tǒng)為輔，依托完善的運營服務機制、可靠的信息安全體系，提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務，可在區(qū)域范圍內(nèi)提供實時米級、亞米級精準定位服務，提供實時厘米級和后處理毫米級高精度服務，為車路協(xié)同自動駕駛提供實時厘米級的高精度位置服務。

圖4：高精度定位平臺系統(tǒng)架構圖

（4）車輛監(jiān)控調(diào)度管理平臺

通過與網(wǎng)聯(lián)車輛的交互，實現(xiàn)對網(wǎng)聯(lián)車輛的管理與控制，支撐網(wǎng)聯(lián)汽車的自動駕駛。車輛監(jiān)控調(diào)度管理平臺為用戶提供車輛管理、信息查詢、車輛調(diào)度、監(jiān)控管理、系統(tǒng)設置等功能，根據(jù)用戶權限展示可操作菜單項，實現(xiàn)對車輛信息查詢、車輛調(diào)度及監(jiān)控等功能。

（5）智慧交通運行管理平臺

結合各地交通管理部門提出的各種業(yè)務訴求和自身的數(shù)據(jù)、業(yè)務、計算能力，通過整合移動互聯(lián)網(wǎng)信息以及各地交管部門的自身數(shù)據(jù)信息，處理海量移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合傳統(tǒng)交通數(shù)據(jù)，完成對城市交通實時、歷史狀態(tài)的評估和診斷，發(fā)現(xiàn)交通問題，并輸出根據(jù)實時和歷史數(shù)據(jù)對未來道路交通狀況預測。

（6）V2X Server平臺

接入RSU和車載終端（車載后視鏡、OBU）/手機APP，匯聚路側端和車載端數(shù)據(jù)，為用戶提供V2X基礎數(shù)據(jù)服務，支撐車載終端/手機APP上的V2X應用；同時也支持與交警平臺、廠商TSP平臺、圖商平臺等平臺之間的對接，實現(xiàn)信息開放和共享。

圖5：V2X Server平臺整體架構圖

（7）設備管理平臺

主要圍繞設備的實時監(jiān)測進行智能監(jiān)管，對接各硬件接口或網(wǎng)管平臺，對接口數(shù)據(jù)進行脫敏、封裝、存儲處理。實現(xiàn)對路側設備分析、處理、展示、查詢、標記和定位。便于統(tǒng)籌管理所有路側設備，提供安全可靠信息。

（8）危險車輛管理平臺

主要通過事前行政審批、事中過程管控、事后閉環(huán)管理以及大數(shù)據(jù)展示來實現(xiàn)對城市道路危險運輸車輛進行智能化管控。

（9）運營平臺

用以滿足不同V2X的應用場景，各種應用場景之間相互交互形成一個閉環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，輔助車輛實現(xiàn)與一切可能影響它的實體實現(xiàn)信息交互，真正實現(xiàn)無人自動駕駛。同時，運營平臺可根據(jù)數(shù)據(jù)的匯集和數(shù)據(jù)匯總進行深度的挖掘，來展現(xiàn)車輛應用過程中出現(xiàn)的各種問題，為車輛技術的優(yōu)化提供相應的技術支持方案，以及為車輛的運營提供商業(yè)模式的應用示范。

結束語

5G車路協(xié)同自動駕駛是依托信息通信技術，通過車內(nèi)、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位連接和數(shù)據(jù)交互，提供綜合信息服務，形成汽車、電子、信息通信、道路交通運輸?shù)刃袠I(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)，有利于推動智能交通，促進自動駕駛技術創(chuàng)新和應用，提高交通效率、減少污染、促進信息消費，對我國實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、推進供給側結構性改革、建設制造強國、網(wǎng)絡強國和交通強國具有重大意義。未來的5G車路協(xié)同自動駕駛示范區(qū)，將推進智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通、智慧城市融合發(fā)展，形成涵蓋下一代汽車研發(fā)設計、智能終端制造、智慧交通和智慧城市應用的完備產(chǎn)業(yè)體系，不斷填補智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的技術空白，譜寫智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的新篇章。

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