駱中斌， 葉 青， 王少飛， 朱 湧， 李 敏

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067； 2.自動(dòng)駕駛技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心， 重慶 400067)

2018年至今，我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展歷經(jīng)封閉測(cè)試、開放道路測(cè)試、規(guī)?；痉逗蜕虡I(yè)化試運(yùn)營等階段[1-3]。國家于2021年7月，由工信部、公安部、交通部聯(lián)合更新印發(fā)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試與示范應(yīng)用管理規(guī)范(試行)》，要求進(jìn)一步優(yōu)化完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理規(guī)范，支持在條件成熟的特定路段及有需求的區(qū)域開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范應(yīng)用，推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐持續(xù)向前邁進(jìn)。重慶市政府積極響應(yīng)，于2021年12月1日發(fā)布的《重慶市新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)試點(diǎn)工作方案》中提出推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知設(shè)施建設(shè)，并于2022年1月發(fā)布了《重慶市智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試與應(yīng)用管理試行辦法》，提出道路基礎(chǔ)設(shè)施智能化建設(shè)，逐步擴(kuò)大道路測(cè)試與應(yīng)用路段和區(qū)域范圍。從國家到地方政府以及與之有關(guān)的研發(fā)運(yùn)營單位，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展戰(zhàn)略及落地應(yīng)用有法可依，智慧交通發(fā)展進(jìn)入新階段。

道路數(shù)字化與汽車智能化可賦能自動(dòng)駕駛技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，構(gòu)建一個(gè)智慧的交通體系，是降低事故發(fā)生率、提高交通效率、節(jié)省資源、減少污染、改善交通管理最有效的解決方案[4-6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)和推算，智能網(wǎng)聯(lián)下交通安全事故數(shù)量可降低到目前的1%，交通效率至少可提高10%，協(xié)同式交通系統(tǒng)可提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性20%～30%[7]。智能網(wǎng)聯(lián)建設(shè)核心內(nèi)容包括：頂層規(guī)劃、路側(cè)和車端建設(shè)、運(yùn)營[8-10]。三者的硬核頂層規(guī)劃是“科學(xué)”，路側(cè)和車端建設(shè)是“規(guī)?！保\(yùn)營是實(shí)現(xiàn)“價(jià)值閉環(huán)”。

路側(cè)和車端建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，尤其車端，在良好的政策扶持與行業(yè)環(huán)境下，規(guī)模和功能不斷升級(jí)。目前路端研究與發(fā)展主要集中在智慧交通體系[11-12]、車路協(xié)同系統(tǒng)[13-15]、路側(cè)信息交互[16]，少量涉及路側(cè)設(shè)施體系及道路分級(jí)[17]，路側(cè)設(shè)施總體規(guī)?；蛔?，發(fā)展較為遲緩，主要原因在于路側(cè)端復(fù)雜的道路環(huán)境、功能需求多樣、部門數(shù)據(jù)壁壘、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏。主要表現(xiàn)為：1) 道路設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善，標(biāo)準(zhǔn)貫徹執(zhí)行不夠，相關(guān)規(guī)范只有指導(dǎo)性意見，未細(xì)化到執(zhí)行層面，導(dǎo)致道路標(biāo)識(shí)形態(tài)各異；2) 既有道路的升級(jí)改造標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)施利舊原則、智能路側(cè)設(shè)施的布設(shè)方案、道路設(shè)施維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)等也無統(tǒng)一、明確的指導(dǎo)。

因此，本文依托重慶山地城市智能網(wǎng)聯(lián)大規(guī)模示范應(yīng)用，開展路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)方案研究，提出重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)設(shè)施布設(shè)原則與方法，助力智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)的智能路側(cè)系統(tǒng)建設(shè)。

1 重慶城市道路特點(diǎn)及分類

1.1 重慶城市道路特點(diǎn)

城市道路是城市發(fā)展的交通命脈，很大程度上決定了城市發(fā)展的主軸，與該城市的地理環(huán)境密切相關(guān)。重慶受自然山川河流水系切割及特殊地理環(huán)境影響，造就了獨(dú)特的山地城市道路特點(diǎn)。

重慶氣候多變、冬季雨霧頻發(fā)，道路線形彎道多、半徑小，彎道轉(zhuǎn)角大，彎道視距不足，坡道多、坡度大、坡彎組合多，交叉口多且形狀不規(guī)則，展線型立交較多，匝道線形標(biāo)準(zhǔn)較低，匝道繞行距離較遠(yuǎn)，隧道、橋梁、下穿涵洞等特殊路段眾多?？傮w上，重慶山城表現(xiàn)出道路形態(tài)層次感較強(qiáng)、空間變化豐富、高低起伏、陡坡陡坎、江河溪流眾多等典型的山地特色。由于重慶山城特殊的地形地質(zhì)條件，導(dǎo)致其道路線形指標(biāo)偏低、路側(cè)遮擋較多、路側(cè)凈區(qū)不足等，且高溫、雨霧氣象災(zāi)害多發(fā)。因此，現(xiàn)有道路對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)路側(cè)協(xié)同設(shè)施的布設(shè)位置、使用功能存在較大影響，建設(shè)難度較大。

為此，本文以重慶山地城市特色分析為依據(jù)，開展路側(cè)設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，構(gòu)建符合重慶智能網(wǎng)示范區(qū)的車路協(xié)同場(chǎng)景，提高市民車路協(xié)同出行體驗(yàn)，引導(dǎo)市民安全駕駛、文明出行。

1.2 重慶城市道路功能

根據(jù)《城市綜合交通體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51328—2018)[18]，結(jié)合地方環(huán)境和道路特點(diǎn)，按照等級(jí)和功能將城市道路分為12類，如表1所示。

表1 城市道路功能分類Table 1 Functional classification of urban roads

表1所列的城市道路功能，主要分為以下4種類型：

商業(yè)型：道路沿線通常為商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地，以商業(yè)服務(wù)設(shè)施同類項(xiàng)集聚為主、具有一定服務(wù)能級(jí)或業(yè)態(tài)特色的道路，交通特性兼有通過性和進(jìn)出性。

生活型：社區(qū)日常生活的重要場(chǎng)所，為居民提供會(huì)面與交往空間，具有一定服務(wù)能級(jí)或業(yè)態(tài)特色的道路。

交通型：主要指以非開放式界面為主，非交通性活動(dòng)較少的道路。

景觀型：沿線分布有公園綠地、防護(hù)綠地、濱水綠地等城市開放空間用地，以突出歷史風(fēng)貌特色、沿線布置集中成規(guī)模休閑活動(dòng)設(shè)施的道路，慢速通過性和進(jìn)出性交通為主。

因此，重慶市智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)涉及以上12類道路，除基本路段外，包括其交叉口、急彎、隧道特殊路段。

2 重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路分級(jí)

結(jié)合道路類型、交通運(yùn)行狀況，以網(wǎng)聯(lián)化協(xié)同感知和網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策與控制為分類基礎(chǔ)，從交通感知能力、數(shù)據(jù)融合能力、交通管控能力及出行服務(wù)能力等方面將重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路分為3級(jí)：基礎(chǔ)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅰ)、中級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅱ)和高級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅲ)。其中前者網(wǎng)聯(lián)化等級(jí)為網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知，后二者為網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策與控制。具體分類依據(jù)如下：

1) 基礎(chǔ)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅰ)

應(yīng)以現(xiàn)狀交通實(shí)施為基礎(chǔ)，道路功能可覆蓋有智能網(wǎng)聯(lián)需求的所有12類道路，并以提升交通安全與效率需求為基本原則，盡可能提升道路的數(shù)字化、信息化水平，主要具備以下功能：

(1) 能通過既有監(jiān)控、微波、氣象站等設(shè)施，獲取道路交通宏觀狀態(tài)及環(huán)境信息；

(2) 可快速感知交通事件(擁堵、事故、施工)、環(huán)境狀態(tài)，并采取主動(dòng)干預(yù)措施；

(3) 具備通過可變信息板、短信等方式向司乘人員發(fā)布宏觀動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)信息的能力。

2) 中級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅱ)

在基本智能網(wǎng)聯(lián)道路的基礎(chǔ)上，針對(duì)AT、BH、BS、BT、BJ、CH、CS、CT、CJ等道路，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同的智能道路交通環(huán)境，能以智慧化的方式對(duì)道路交通運(yùn)行進(jìn)行管理，對(duì)交通參與者提供精準(zhǔn)的信息服務(wù)，具備以下功能：

(1) 部署道路基礎(chǔ)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)、道路橋梁監(jiān)測(cè)、交通事件檢測(cè)等設(shè)施，通過C-V2X直連通信和或蜂窩通信，獲取道路信息、交通參與者、交通事件等靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息，支持安全類、效率類車路協(xié)同應(yīng)用，包括但不限于車道級(jí)管控、可變限速、分合流預(yù)警、伴隨式信息服務(wù)等；

(2) 具備多源異構(gòu)融合大數(shù)據(jù)分析能力，對(duì)交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行識(shí)別及預(yù)測(cè)；

(3) 能對(duì)人工智能車輛提供安全輔助駕駛，滿足自動(dòng)駕駛智慧化的道路場(chǎng)景的基本需求。

3) 高級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅲ)

主要覆蓋道路宜包括AT、BH、BS、BT、BJ等，在中級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路基礎(chǔ)上支持高精度的全域信息采集和數(shù)據(jù)融合感知能力，可提供全天候、高可靠、全方位的路網(wǎng)服務(wù)及監(jiān)管能力，具備以下功能：

(1) 能實(shí)現(xiàn)全時(shí)空高精度感知，從宏觀-中觀-微觀層面對(duì)全域道路狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)感知和管控決策；

(2) 車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)對(duì)行業(yè)平臺(tái)提供開放服務(wù)，支持城市數(shù)字孿生、道路智慧養(yǎng)護(hù)、智慧城管等涉及城市數(shù)字化治理的各類應(yīng)用；

(3) 能實(shí)現(xiàn)人工駕駛車輛和自動(dòng)駕駛車輛混合交通流的協(xié)同管控，能滿足自動(dòng)駕駛車隊(duì)編隊(duì)行駛和在線調(diào)度的需求。

3 重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)設(shè)施布設(shè)原則

3.1 智能網(wǎng)聯(lián)一體化平臺(tái)組成

城市道路智能網(wǎng)聯(lián)一體化平臺(tái)主要包括云、網(wǎng)、邊、端4個(gè)方面，如圖1所示。

圖1 云、網(wǎng)、邊、端智能網(wǎng)聯(lián)一體化平臺(tái)Fig.1 Intelligent network integration platform of cloud, network, edge and end

1) 云側(cè)。包括邊緣云、區(qū)域云、中心云，建成基礎(chǔ)設(shè)施云控平臺(tái)，提供智能網(wǎng)聯(lián)各項(xiàng)服務(wù)功能，接入路側(cè)和車載設(shè)備數(shù)據(jù)，并可接入第三方應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

2) 網(wǎng)側(cè)。以5G為代表的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，接入網(wǎng)負(fù)責(zé)路側(cè)設(shè)備、路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)和車路協(xié)同區(qū)域計(jì)算中心間的信息交互。

3) 邊側(cè)。主要為路側(cè)協(xié)同設(shè)施包括：通信設(shè)備(如RSU)、感知設(shè)備(如窄角攝像頭、寬角攝像頭、短距毫米波雷達(dá)SRR、長距毫米波雷達(dá)LRR、激光雷達(dá)等)、計(jì)算設(shè)備(用于本地計(jì)算)、信息發(fā)布設(shè)備及輔助設(shè)備等。

4) 端側(cè)。終端設(shè)備主要包括：通信終端(如OBU)、移動(dòng)終端、穿戴設(shè)備等。

從圖1可知，邊側(cè)是智能網(wǎng)聯(lián)道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最主要的部分，實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境狀況的全要素動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)檢測(cè)。路側(cè)設(shè)協(xié)同設(shè)施是智能網(wǎng)聯(lián)道路建設(shè)的主要實(shí)體，設(shè)備布設(shè)的好壞直接影響智能網(wǎng)聯(lián)道路建設(shè)的成本及效果，對(duì)后期擴(kuò)建、功能升級(jí)也會(huì)產(chǎn)生極大的影響。

3.2 智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)協(xié)同設(shè)施技術(shù)要求與布設(shè)原則

1) 智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)協(xié)同設(shè)施技術(shù)要求

應(yīng)根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)道路的分級(jí)、功能應(yīng)用需求、設(shè)備接入網(wǎng)率等確定感知設(shè)備的配置、選型和部署方案。

路側(cè)感知設(shè)備宜全線連續(xù)部署，在重要轉(zhuǎn)換點(diǎn)分合流區(qū)域、事故多發(fā)路段、交通流量大的路段應(yīng)加密部署。

路側(cè)感知設(shè)備部署安裝要求：(1) 優(yōu)先考慮復(fù)用電警桿或監(jiān)控桿；(2) 路側(cè)感知設(shè)備盡量共桿部署或共點(diǎn)部署，便于數(shù)據(jù)融合處理；(3) 多個(gè)路側(cè)感知設(shè)備間應(yīng)合理設(shè)置設(shè)施間距，滿足感知覆蓋要求；(4) 路側(cè)感知設(shè)備的感知區(qū)域內(nèi)應(yīng)盡量避免遮擋。

2) 智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)原則

(1) 安全第一原則。示范區(qū)涉及道路智能化改造，首要原則在滿足功能要求的前提下，安全第一。

(2) 道路智能化改造場(chǎng)景歸類原則。根據(jù)道路分級(jí)、功能要求，主要針對(duì)道路變化及較為特殊的地點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用場(chǎng)景深化分類，比如交叉口、互通分合流點(diǎn)、隧道等場(chǎng)景。

(3) 智能網(wǎng)聯(lián)感知終端性能互補(bǔ)原則。路側(cè)感知設(shè)備原理不同、性能不同，覆蓋范圍不同。因此，應(yīng)根據(jù)道路類型、場(chǎng)景功能要求，選擇合適的設(shè)備類型及其組合。綜合激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、智能攝像頭的特點(diǎn)，設(shè)備選擇需充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及所實(shí)現(xiàn)的智能網(wǎng)聯(lián)場(chǎng)景，合理選型，確保功能性與經(jīng)濟(jì)性的平衡統(tǒng)一。此外，路側(cè)設(shè)備的部署安裝位置應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的性能及場(chǎng)景需求，合理設(shè)計(jì)、選擇，不同類型的傳感器應(yīng)根據(jù)其探測(cè)范圍交叉部署，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。感知設(shè)備探測(cè)范圍示意如圖2所示。

圖2 感知設(shè)備探測(cè)范圍示意Fig.2 Diagram of sensing device detection range

(4) 實(shí)用為主，適度超前原則。為加強(qiáng)對(duì)交通流量運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，為以后的路網(wǎng)交通調(diào)控優(yōu)化，公共安全應(yīng)急指揮調(diào)度、MaaS出行等提供基礎(chǔ)支撐，同時(shí)也為支持自動(dòng)駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試、智慧交通的建設(shè)，設(shè)備部署時(shí)應(yīng)綜合考慮當(dāng)下需求與未來應(yīng)用。LTE V2X(協(xié)同預(yù)警輔助)和 NR V2X(協(xié)同控制決策)協(xié)調(diào)開展。

(5) 復(fù)用利舊，節(jié)約資源原則。針對(duì)點(diǎn)位的外場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)備、設(shè)施，如信號(hào)燈桿件、電子警察桿件、通訊網(wǎng)絡(luò)、部分管道管線等充分調(diào)研，盡可能復(fù)用利舊，節(jié)約資源，減少投入。

4 重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)設(shè)施布設(shè)方案

4.1 智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)協(xié)同設(shè)施配置

路側(cè)協(xié)同設(shè)施宜根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)道路分級(jí)、功能需求及建設(shè)目標(biāo)，提出相應(yīng)的配置要求，如表2所示。

表2 路側(cè)協(xié)同設(shè)施配置說明Table 2 Description of roadside cooperative facilities

4.2 智能網(wǎng)聯(lián)道路典型路段路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)方案

根據(jù)重慶道路特點(diǎn)和功能對(duì)平面交叉、互通立交出入口(合流、分流)、隧道等場(chǎng)景提出對(duì)應(yīng)的路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)。

不同等級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路對(duì)應(yīng)路側(cè)協(xié)同設(shè)施配置，如表3所示。

表3 路側(cè)協(xié)同設(shè)施配置Table 3 Configuration of roadside cooperative facilities

1) 十字交叉

十字交叉路口環(huán)境復(fù)雜，檢測(cè)范圍大、角度大，存在各種交通參與者，需在每個(gè)進(jìn)口方向安裝攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，應(yīng)用邊緣計(jì)算(MEC)進(jìn)行事件融合感知，實(shí)現(xiàn)路口、周圍路段交通參與者行為感知和判斷。根據(jù)有無中央分隔帶綠化影響，分為以下2種布設(shè)方式，如圖3所示。4個(gè)象限分別布設(shè)一臺(tái)寬角攝像頭，用于交叉口盲區(qū)檢測(cè)，如果交叉口不存在覆蓋盲區(qū)，可不設(shè)置。此外，針對(duì)需要建設(shè)全息路口的特殊節(jié)點(diǎn)，可在4個(gè)象限分別布設(shè)一臺(tái)激光雷達(dá)。

單位：m圖3 十字交叉路側(cè)設(shè)備布設(shè)示意Fig.3 Layout diagram of roadside equipment at intersections

2) 互通立交分合流

互通立交區(qū)交織較多，換道頻繁，是交通事故易發(fā)路段，互通立交分合流區(qū)包括主線和變速車道。但重慶山地城市一些分合流區(qū)無加、減速車道，安全隱患更為突出。為此，以無變速車道的場(chǎng)景為例，互通立交合流路側(cè)設(shè)備布設(shè)如圖4所示，分流場(chǎng)景、常規(guī)互通立交分合流區(qū)的路側(cè)設(shè)備布設(shè)可參照?qǐng)?zhí)行。

單位：m圖4 互通立交合流路側(cè)設(shè)備布設(shè)示意Fig.4 Layout diagram of interchange merging area roadside equipment

3) 隧道

隧道屬于相對(duì)封閉的道路，一旦隧道內(nèi)發(fā)生異常事件，若不能及時(shí)向外發(fā)布相關(guān)信息，極易造成連環(huán)交通事故。根據(jù)隧道特性，結(jié)合隧道內(nèi)監(jiān)控全覆蓋和數(shù)據(jù)低時(shí)延進(jìn)行本地融合、處理和發(fā)布的需求，在隧道出口和入口安裝RSU、攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)；隧道內(nèi)部每隔150 m安裝1個(gè)攝像頭和1個(gè)毫米波雷達(dá)對(duì)隧道內(nèi)交通事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隧道內(nèi)RSU布設(shè)間距300 m一個(gè)。路側(cè)設(shè)備布設(shè)如圖5所示。

單位：m圖5 隧道路側(cè)設(shè)備布設(shè)示意Fig.5 Layout diagram of tunnel roadside equipment

5 結(jié)論

1) 根據(jù)重慶山地城市特點(diǎn)，結(jié)合重慶城市道路功能分類，從交通感知能力、數(shù)據(jù)融合能力、交通管控能力及出行服務(wù)能力等方面將重慶智能網(wǎng)聯(lián)道路分為基礎(chǔ)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅰ)、中級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅱ)和高級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)道路(Ⅲ)三級(jí)。

2) 路側(cè)設(shè)協(xié)同設(shè)施是智能網(wǎng)聯(lián)道路建設(shè)的主要實(shí)體，從安全性、互補(bǔ)性、歸類性、實(shí)用性、節(jié)約性5個(gè)方面提出了智能網(wǎng)聯(lián)道路路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)原則。

3) 根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)道路分級(jí)、功能需求及建設(shè)目標(biāo)，提出路側(cè)協(xié)同設(shè)施相應(yīng)的配置要求，并針對(duì)常規(guī)路段、行人過街、接入、平面交叉、互通立交出入口、隧道等場(chǎng)景給出了對(duì)應(yīng)的路側(cè)協(xié)同設(shè)施布設(shè)方案。

4) 目前的研究對(duì)支撐重慶山地城市智能網(wǎng)聯(lián)道路的建設(shè)可起到一定的指導(dǎo)作用，但在智能路側(cè)設(shè)施覆蓋率、功能場(chǎng)景需求分解等方面尚需進(jìn)一步研究。