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中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司天津市分公司

1目標和概述

1.1行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

技術發(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”轉變，車路協(xié)同技術發(fā)展直接影響車聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化發(fā)展，車路協(xié)同規(guī)模化發(fā)展存在時間、成本投入巨大等問題。前期的車路協(xié)同主要以路側與車輛直連通信為主，滿足場景驗證，隨著推進商用化的進程計劃，與規(guī)模應用場景結合，對于車路協(xié)同應用，無論在標準上以及部署路徑方面，都向5G+V2X融合組網(wǎng)的方向演進。從技術發(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)和智慧城市相關設施建設取得積極進展，車用無線通信網(wǎng)絡（LTE-V2X等）實現(xiàn)區(qū)域覆蓋，新一代車用無線通信網(wǎng)絡（5G-V2X）在部分城市、高速公路逐步開展應用”，因此開展基于5G的車路協(xié)同車聯(lián)網(wǎng)示范驗證勢在必行。

1.2 功能與創(chuàng)新

1.2.1 功能

結合5GMEC，采用三級分布式部署架構，云邊協(xié)同，按需拓展，支持全程全網(wǎng)服務運營。如圖1所示。

圖1方案架構圖

1.2.2 創(chuàng)新

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

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

（3）支持多廠家RSU設備以及數(shù)據(jù)分發(fā)管理，目前已完成5個V2X廠家對接，并將接口規(guī)范形成中國聯(lián)通企業(yè)標準。

2 方案介紹

2.1 系統(tǒng)架構

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

圖2 “端-管-云”新型交通架構

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

2.2 硬件平臺

2.2.1 MEC硬件平臺

采用中國聯(lián)通統(tǒng)一邊緣云架構，5GMEC邊緣云是基于5G網(wǎng)絡能力和邊緣計算能力，構建在移動網(wǎng)絡邊緣基礎設施之上的云平臺，通過UPF和算力下沉實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)在運營商邊緣機房或客戶側機房的本地卸載，有效降低傳輸時延、提升計算效率，融合了增強CT-VAS、IT-VAS能力以及平臺應用，一站式提供“融合、開放、聯(lián)動、彈性”的ICT服務。

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、毫米波雷達、超聲波雷達等感知器，可全方位感知巴士周邊行人和車輛信息。如圖3所示。

圖3 無人巴士感知設備布局

（1）5GRSU（路側單元）：與車載單元通過V2X協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)V2V、V2I；與平臺通過5G專網(wǎng)進行通信，實現(xiàn)V2N、V2P。

（2）5GOBU（車側單元）：與路側單元通過V2X協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)V2V、V2I；與平臺通過5G專網(wǎng)進行通信，實現(xiàn)V2N、V2P。

（3）球機攝像頭：對行人、非機動車、無人車盲區(qū)進行檢測。

（4）槍機：檢測道路行駛車輛，擴大無人車感知范圍。

（5）雷達：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）信號機：為RSU提供紅綠燈狀態(tài)和時間信息。

2.3 軟件平臺

基礎云控平臺的系統(tǒng)架構方案如圖4所示。基于邊緣云的三級架構設計，包括邊緣云、區(qū)域云和中心云，實現(xiàn)人、車、路、網(wǎng)、邊、云一體化。

圖4 基礎云控平臺的系統(tǒng)架構方案

主要功能是通過部署車、路、云協(xié)同式的基礎設施體系，實現(xiàn)跨品牌車輛、跨領域設備、跨平臺數(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奠定堅實的發(fā)展基礎。邊緣云-中心云平臺架構如圖5所示。

圖5 邊緣云-中心云平臺架構圖

2.3.1 中心云平臺中心云平臺主要以車輛和交通設施為監(jiān)控管理對象，具備實時遠程監(jiān)控的能力及對測試車輛事件進行記錄、分析和重現(xiàn)的能力，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智慧交通系統(tǒng)信息有效協(xié)同。中心云平臺業(yè)務架構如圖6所示。

圖6 中心云平臺業(yè)務架構圖

中心云平臺業(yè)務模塊分為三大塊：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、設備監(jiān)控、信息統(tǒng)計等功能。

2.3.2 MEC邊緣云平臺

車聯(lián)網(wǎng)不同應用場景對于時延、算力具有不同的要求，中心云平臺傳輸鏈路長，導致時延高、存在信息安全風險，因此將5G/V2X傳輸數(shù)據(jù)在MEC邊緣側分流、計算并服務于邊緣區(qū)域的網(wǎng)聯(lián)車，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應用與5G網(wǎng)絡網(wǎng)元的聯(lián)合編排部署。邊緣云平臺應用層服務如圖7所示。

圖7 邊緣云平臺應用層服務

邊緣云平臺的業(yè)務應用具體如下：

（1）事件消息轉發(fā)

主要服務于不同路口、路段及邊緣區(qū)域的緊急消息、本地消息轉發(fā)或緩存數(shù)據(jù)下載，如局部區(qū)域的交通臨時管制信息、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)布三個方面。多接入邊緣計算（Multi Access Edge Computing，MEC）提供計算加速能力，支持視頻AI分析、雷達信息分析等，利用激光雷達和攝像頭坐標位置標定，分別采集獲取激光雷達點云信息和攝像頭視頻圖像信息，然后通過融合處理對可探測范圍內的移動障礙物（機動車、非機動車、行人等）進行檢測、識別處理后計算出關聯(lián)目標的方位、距離、速度及運動方向等信息，并可根據(jù)實際路況場景做進一步警告威脅判斷。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態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)部署在不同位置的MEC進行處理，例如半靜態(tài)的數(shù)據(jù)可以在位置稍高的MEC處理，包括信號燈燈色（相位、配時）、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。而比較實時的信息可以部署在位置靠近路側的MEC處理，例如汽車、摩托車、自行車、行人等運動實體的位置、移動方向和移動速度等。如圖9所示。

圖9 邊緣云平臺高精地圖應用

2.4 數(shù)據(jù)通訊

天津聯(lián)通按照集團大區(qū)制5G核心網(wǎng)建設方案，分別在市內骨干機房和核心機房部署5G獨立組網(wǎng)（Standalone，SA）核心網(wǎng)設備。為海河教育園區(qū)無人駕駛道路5GV2X場景建設5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)，在天津大學機房部署MEC設備，以保證基礎低時延業(yè)務的需求。規(guī)劃如圖10所示。

圖10 MEC網(wǎng)絡規(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及路側智能設施交互場景，在C-V2X應用中，危險駕駛提醒等功能可通過單車、路側智能設施及MEC進行交互實現(xiàn)。如圖11所示。

圖11 單車與MEC及路側智能設施交互場景示意圖

MEC部署了危險駕駛提醒功能后，可結合路側智能設施，通過車牌識別等功能分析車輛進入高速的時間，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，提醒附近車輛謹慎駕駛；或在天氣傳感器感知到高溫“鏡面效應”、雨雪大霧等惡劣天氣時，提醒車輛安全駕駛。此外，MEC可階段性地將危險駕駛信息匯總后上傳中心云平臺。

3 代表性及推廣價值

3.1 應用情況及效果

（1）無人公交車：天津大學從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、毫米波雷達，完成了車輛的底層線控調試。通過調試，車輛具備了在天津大學試驗場及海河教育園區(qū)第一階段開發(fā)道路，開展全程無人駕駛導航測試及運行的能力。

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

（3）智能環(huán)衛(wèi)車：智能環(huán)衛(wèi)車輛可以通過與手機App連接，實現(xiàn)定時定點垃圾收運，還可以通過招手即停等形式，更加智能、便捷地實現(xiàn)垃圾收集、轉運，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個小時能清掃2.5萬平方米的道路面積，大約是10至20個環(huán)衛(wèi)工人的工作量。

（4）無人配送車：智能配送車能夠尋找最短線路并能規(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，遇到障礙還可主動停車或繞路行駛，實現(xiàn)最后一公里的自動化配送。在海河教育園區(qū)，智能配送車主要用于園區(qū)內配送餐飲和快遞貨物，可以24小時為廣大師生提供顛覆性的快遞服務，同時為智能駕駛的技術迭代提供真實數(shù)據(jù)。配送車快到達目的地時，后臺系統(tǒng)將取貨信息發(fā)送給用戶，告知消費者配送已順利抵達目的地，請消費者憑提貨碼提取商品。同時無人配送支持預約功能，可以在用戶方便時預約配送，提高配送效率，減少配送不及時、丟失等問題，提升廣大師生網(wǎng)購體驗，引領智慧生活。

（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，駕駛員從指定下客點下車，車輛可以自動行駛到停車場的停車位，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，可以進一步減少車端成本，減少感知盲區(qū)，加速自主泊車的落地。

（6）遠程駕駛：遠程駕駛系統(tǒng)是由無人車、5G MEC網(wǎng)絡、車路協(xié)同服務平臺、遠控系統(tǒng)等組成的人車協(xié)同共駕系統(tǒng)。利用5G低時延、大帶寬和高可靠性的特性，實現(xiàn)對車輛的實時監(jiān)控和遠程遙控，提高無人車運行的安全性。

3.2 社會價值

該項目將成為我國汽車產(chǎn)業(yè)量變到質變的助推器，為我國高質量發(fā)展、大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟、提升國家治理現(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效益：促進智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)標準體系建設，鞏固智能網(wǎng)聯(lián)汽車健康發(fā)展基礎；打造產(chǎn)業(yè)技術基礎公共服務平臺，帶動智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展；促進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型，助力我國從汽車大國邁向汽車強國。促進汽車消費擴容提質；有助于加快形成強大國內市場；推動智能網(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、管理和服務智慧化的新理念和新模式。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊