面向公交营运的车路协同十大应用场景
在国家政策的大力支持下，国内各城市都在积极推进车联网产业发展。结合智能网联车路协同平台公共服务属性以及未来“一城一网一平台”的发展研判，本文从城市公交车营运管理实际需要出发，利用车联网提供的低延时通信能力、终端-边缘-区域-中心的多级分布式计算能力和道路交通网联数据，分析提出了车路协同十大场景应用，提升城市公交行车安全和运行效率，以推动车联网产业健康有序发展。
文/常振廷 谢振东 董志国
来源/《智能网联汽车》杂志5月刊
车路协同（车联网）是指依托城市车联网（C-V2X）技术实现车与外部交通环境的全方位连接和信息交互，包括车辆与车辆、车辆与路侧基础设施、车辆与行人等弱势交通参与者、车辆与云端平台。C-V2X包括现有的LTE-V2X应用和5G-V2X的全新应用，可以充分利用强大的3GPP 生态系统和完善的蜂窝网络，是产业界承载“人、车、路、云”高度协同的最可能技术路径。
车路协同（车联网）将“人、车、路、云”等交通参与要素有机地联系在一起，为车载信息服务、智能辅助驾驶和道路交通管理打开新的创新空间，其对汽车四化转型、道路交通行业的影响将甚于GPS技术。目前，在工业和信息化部、国家发展和改革委员会的大力支持下，北京、上海、天津、无锡、长沙等地结合本地情况开展了C-V2X测试验证与示范应用工作，初步建立了城市车联网建设运营管理机制。结合智能网联车路协同平台公共服务属性以及未来“一城一网一平台”的发展研判，本文以城市公交车营运管理实际需要出发，利用车联网提供的低延时通信能力以及终端-边缘-区域-中心的多级分布式V2X计算能力，分析提出了车路协同十大场景应用，提升城市公交行车安全和运行效率，以推动车联网产业健康有序发展。
01
整体框架
整体框架由智能网联车路协同公共服务平台和公交车路协同应用示范组成。整体框架如图所示：
（一）智能网联车路协同公共服务平台
智能网联车路协同公共服务平台主要包括车路协同路侧设施、车路协同车载单元和决策控制云平台。其中，车路协同路侧设施主要包括路侧单元（RSU）、感知单元、边缘计算单元、路侧感知传感器和道路交通路侧设施网联化改造；车路协同车载单元（OBU，前装也叫T-Box）主要包括通信芯片、通信模组、终端设备、V2X协议栈及V2X 应用软件；决策控制云平台主要由地图（含场景化高精度地图）、路侧设施与车载单元的状态管理和数据交互、交通管理平台间信息交互、道路交通环境协同感知管理、行车安全协同控制策略管理、交通运行效率协同管理策略、交通信息服务协同发布策略、智能网联可视化应用分析和数据开放管理等组成，为智能网联汽车、C-V2X基础设施、通信网络、交通运行指挥等提供平台侧服务，实现车路协同的全局管控和运行态势监测；该部分建设内容通常由车联网运营商负责运营维护，主要包括平台和路侧设施维护、业务运营服务和客户服务等。
（二）公交车路协同应用示范
公交车路协同应用示范主要利用智能网联车路协同公共服务平台提供的低延时通信能力、终端-边缘-区域-中心的多级分布式V2X计算能力和道路交通网联数据，提升公交运行效率和行车安全。主要包括交通信号灯相位提醒、公交车速智能引导、公交车信号优先通行、行人检测与安全预警、车辆检测与防碰撞预警、桥隧水浸监测与危险预警、公交车进出场站联动管理、站台泊位引导与信息服务、公交运营管理与辅助安全、数字化交通标志标线应用等十大场景。该部分建设内容通常由车辆运营单位负责维护使用。
城市车联网建设运营管理框架
02
主要应用场景
（1）道路交通信号灯数据应用场景
1.交通信号灯相位提醒
交通信号灯相位提醒为辅助驾驶安全措施，相位提醒对象包括当前车辆司机、跟车司机。车辆接收到路侧设备发来的红绿灯状态信息，显示在公交车中控台司机屏和车尾播报屏上，从而减少交通安全隐患。主要解决如下安全问题：当小型机动车前面有中、大型车辆遮挡视线导致无法看清楚交通信号灯而误闯红灯；当交通环境能见度较低情况下，车主因看不清楚交通信号灯容易误闯红灯；当交通信号灯没有读秒功能，导致车主闯黄灯或者在信号灯前车速过快来不及急刹车而闯红灯，或者因急刹车导致车辆追尾事故；自动驾驶车辆依赖车载摄像头来识别红绿灯信号，如果环境能见度较低情况下，误读信号灯，导致自动驾驶车辆闯红灯。
2.公交车车速智能引导
公交车车速智能引导为交通效率措施，智能引导包括路段车速、绿波车速，可以减少公交车辆的延误及停车次数，提升公交车辆的运行效率，还具有起到促进节能减排的目的。车辆接收到路侧设备发来的红绿灯状态、周期与倒计时信息，在不改变交通信号控制方案的情况下，根据当前车辆的速度、位置、信号相位剩余时间，依托平台端-边-云的协同计算出对车辆驾驶员提示的建议行驶速度，实时为驾驶员提供动态优化后的车速提示信息，在保证不对道路其他社会车辆产生影响的前提下，实现公交车辆进站停靠，完成上下客并启动后“绿波”通过交叉口。当遇到紧急情况，车载终端可通过告警声音信号提醒车主，避免交通安全违规行为的发生，极大降低事故发生概率。
3.公交车信号优先通行
公交车信号优先通行为交通效率措施，可以提升公交车红绿灯路口通行效率。公交车在经过有信号控制的交叉口时，车辆与路侧系统之间自动发生信息交互，通过发送优先通行请求使信号灯主动调整，路侧系统识别请求车辆为需要优先通行的车辆，授权优先通行权，对路口信号灯进行相位触发“信号优先”干预，信号优先策略主要采用红灯早断和绿灯延长的的方式，保证主车快速、便利的通行。当车载系统识别到公交车通过交叉口时，将自动发送优先通行结束信息至路侧系统，路口信号控制方案则恢复为正常状态。
（二）安全行车交通环境数据应用场景
利用路侧安装的摄像头、毫米波雷达、激光雷达、环境传感器等传感器识别的交通环境数据，通过路侧RSU交互到车辆上，提醒司机安全行车，主要为辅助驾驶安全措施。
1.行人检测与安全预警
路侧摄像头、毫米波雷达、激光雷达识别到有行人、非机动车等目标闯入车道，存在碰撞危险时，就将安全预警信息发送给路侧设备。路侧设备实时将预警信息交互给车辆，提醒司机有碰撞危险，建议进行减速和避让，有效避免交通事故的发生。路侧设施主要部署在学校门口、商业中心等行人过街地点。
2.车辆检测与防碰撞预警
公交车辆行驶过程中可能存在视觉盲区，路侧设施根据车辆位置、速度、方向、加速度等信息计算是否存在碰撞可能，将碰撞危险以及是否安全超车信息发到车上，降低车辆因视线不佳（如雾天、弯道、遮挡等）或驾驶注意力不集中、驾驶员距离速度估计错误等因素引发而发生事故的风险。路侧设施主要部署在高速公路、快速路出入口匝道的弯道，道路交通枢纽的弯道或出入口，复杂交通环境交叉口，跟车距离异常碰撞提醒等具有交通事故高发高风险环境特征地点。
3.桥隧水浸监测与危险预警
路侧水侵传感器监测桥隧路段涉水情况异常后，将异常数据安全预警信息发送给路侧设备，实时将预警信息通过V2X广播提醒给车辆，并进一步发送至管理后台，由管理后台统一下发天气环境异常提醒信息给相应路侧设备，以提示相应路段车辆驾驶员谨慎驾驶。
（三）公交运营管理数据联动应用场景
1.公交车进出场站联动管理
公交车进出停车场出入口时，通过布设在进出口的路侧设备与车载设备通信，后台自动记录该车辆的详细信息，如驾驶员、车辆编号、发车计划时间、进出场事件等信息，以判断该公交车辆是否具有进出权限，符合进出权限后，自动控制进出口道闸放行。
2.站台泊位引导与信息服务
当公交车距离站台一定距离时，由车辆主动发起与站台路侧设备的交互，感知公交车的实时位置与运行速度，经过边缘计算预测到站时间，车站根据此时站台泊位的占用情况，为即将进站的车辆指定停靠位置并发送到车载终端，同时，后台将相关泊位信息提前呈现在站台电子显示屏上，或者进行广播提醒，以便乘客提前做好准备。车辆进站后即按照路侧设备的指示进行停靠，以避免乘客在车辆进站后“追着车跑”的情况，优化乘客上车过程，避免站台拥堵。
3.公交营运调度与辅助安全
通过车载OBU将车路协同数据显示到公交车内部中控屏上，让驾驶员在驾驶过程中可以实时获取路侧行人检测、车辆检测、桥隧水浸、信号灯状态、数字标牌等信息提示，实现车辆安全防碰撞、安全停靠站、信号灯协同等方面智能网联辅助安全驾驶，增强车辆安全感知能力，大幅度降低驾驶员的工作强度，有效杜绝安全事件的发生。
通过调度系统后台，直观了解到线路车路协同概况，包括车身数据、路侧设备的分布、上行和下行流量实况、车路协同实时交互数据（信号灯状态、安全预警信息等）等，将当前时刻所有网联车辆的情况（如触发主动安全告警的地点和时间）进行全面展示，方便对车辆进行营运调度管理。
（四）数字化交通标志标线应用场景
数字化交通标志标线应用场景包括静态数字化交通标志标线和动态数字化交通标志标线，主要是为了更好的向公交车辆明示公路的交通禁止、限制、遵行状况，告知道路状况和交通状况信息，将现有交通标志标线所承载的信息，以及自动驾驶公交所需的专有信息通过数字交通标志牌、可变情报板等方式发布给公交车辆，提醒驾驶员安全出行。典型应用包括智能网联标志标牌、数字潮汐车道、公交专用道柔性管理等。
03
发展展望
在各城市新基建以及智能网联汽车（车联网）政策的大力推动下，车路协同平台将逐步形成城市级规模应用，成为机动车与通信网络的新型基础设施——车联网（C-V2X）。除公交车外，出租、货运、客运、私家车等各类型机动车均可利用车联网提供的低延时通信能力以及终端-边缘-区域-中心的多级分布式V2X计算能力和道路交通网联数据，逐步建立“协同感知、协同控制、协同决策”的新一代智慧交通管控体系，提升城市交通行车安全和运行效率。