編者按：為推進(jìn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，特邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者共同建言獻(xiàn)策,，推出“車(chē)聯(lián)網(wǎng)百家談”系列。60%以上城市交通事故發(fā)生在交叉路口,，路口成為未來(lái)車(chē)路協(xié)同重要的邊緣節(jié)點(diǎn),。華礪智行科技有限公司的陳新市先生提出智慧路口解決方案,，詳細(xì)分析了智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)、及其在信號(hào)協(xié)調(diào)與車(chē)速誘導(dǎo)/特殊車(chē)輛優(yōu)先,、區(qū)域路網(wǎng)分布式信號(hào)控制的數(shù)據(jù)智能服務(wù)應(yīng)用,，將給讀者帶來(lái)有益啟發(fā)。
01,、智慧交通新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
人流集中,、車(chē)流密集、人車(chē)交匯,、突發(fā)情況較多…十字路口由于面臨著諸多復(fù)雜因素,，一直以來(lái)都是城市交通事故的高發(fā)地。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，每年發(fā)生的道路交通事故當(dāng)中,，有60％以上發(fā)生在十字路口。路口作為城市交通管理的基礎(chǔ)核心管控單元,，不僅是交通業(yè)務(wù)下沉的重要載體,，同時(shí)也是未來(lái)車(chē)路協(xié)同重要的邊緣節(jié)點(diǎn)。
目前,，在城市路口交通管理開(kāi)展中仍然面臨很多難題,，如信息孤島普遍存在、數(shù)據(jù)利用率低,、信號(hào)控制策略變化難,、路口信息協(xié)同共享難等。在此背景下延伸出了智慧路口的概念,。隨著自動(dòng)駕駛“人,、車(chē)、路,、云”和“車(chē)路協(xié)同”的發(fā)展受到越來(lái)越多的行業(yè)關(guān)注和市場(chǎng)投資后,，“智慧路口”也成為了智慧交通建設(shè)的核心場(chǎng)景之一。
2020年以來(lái),，無(wú)論是傳統(tǒng)交通企業(yè),，還是科技巨頭，都紛紛推出了各種智慧交通、邊緣計(jì)算智能體的解決方案,，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家一致認(rèn)為,，基于端邊云技術(shù)架構(gòu)的智慧路口解決方案將成為未來(lái)智能交通發(fā)展的核心技術(shù)路線(xiàn)，新一代智能網(wǎng)聯(lián)交通平臺(tái)也將作為新的市場(chǎng)切入點(diǎn)搶占市場(chǎng)空間,。
隨著城市路側(cè)智能基礎(chǔ)設(shè)施的逐步推廣,，城市路口的智能化水平將會(huì)不斷提升。通過(guò)部署在路側(cè)的交通信號(hào)控制機(jī),、各類(lèi)傳感器（毫米波雷達(dá),、激光雷達(dá)、攝像頭等）實(shí)現(xiàn)路口本地的車(chē)輛,、行人,、路況的精細(xì)化、實(shí)時(shí)性感知,，構(gòu)建路口的泛感知體系,，從而實(shí)現(xiàn)道路交通多維度、多來(lái)源,、全要素的全息感知,。這些全息感知數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)、如何高效運(yùn)用,，如何提升路口,、區(qū)域整體通行能力，提高車(chē)輛平均速度,，將成為城市交通管理面臨的重要課題,。
02、智慧路口解決方案
本智慧路口解決方案,，將從智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái),、及其在信號(hào)協(xié)調(diào)與車(chē)速誘導(dǎo)/特殊車(chē)輛優(yōu)先、區(qū)域路網(wǎng)分布式信號(hào)控制的數(shù)據(jù)智能服務(wù)應(yīng)用展開(kāi)闡述,。
?。ㄒ唬┲腔鄢鞘薪煌〝?shù)據(jù)智能平臺(tái)
1、智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)整體架構(gòu)
在實(shí)際部署時(shí),，智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)采用端-邊-云的車(chē)聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系,。包括邊緣端數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)分析計(jì)算服務(wù),、數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)等幾部分。通過(guò)車(chē)路云一體化的實(shí)施形成車(chē)端-邊緣云-中心云3級(jí)支撐體系,，逐步建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē),，智慧交通管理邊緣計(jì)算生態(tài)體系，打造行業(yè)協(xié)同發(fā)展生態(tài)圈，推進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),。該平臺(tái)推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)駕駛,、智慧交通管理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為自動(dòng)駕駛運(yùn)營(yíng),、智慧交通狀態(tài)感知,、智慧交通控制等運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)提供服務(wù)支撐。
在軟件邏輯架構(gòu)上智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)采用微服務(wù)+DOCKER 部署的形式,，降低各個(gè)服務(wù)間的耦合度,。同時(shí)，可根據(jù)服務(wù)職能及業(yè)務(wù)處理能力對(duì)資源的要求,，進(jìn)行按需部署,，避免程序運(yùn)行的瓶頸，增加程序運(yùn)行性能,，提高數(shù)據(jù)處理能力和效率,，降低數(shù)據(jù)處理整體時(shí)延。服務(wù)支持多路口交通信息共享,，并對(duì)交通運(yùn)行整體的效率提供優(yōu)化策略,，并可對(duì)相應(yīng)的路口進(jìn)行實(shí)時(shí)的統(tǒng)一調(diào)度。
2,、微服務(wù)模塊設(shè)計(jì)
本方案中微服務(wù)模塊主要包括感知接入服務(wù),、邊緣云服務(wù)、數(shù)據(jù)接收解析,、數(shù)據(jù)智能服務(wù),、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。
1）感知接入服務(wù)
負(fù)責(zé)接收Radar,、Lidar,、IPC 設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,，將數(shù)據(jù)傳遞給邊緣端的消息總線(xiàn)上,。
2）邊緣云服務(wù)
獲取V2X消息及從消息總線(xiàn)中獲取感知設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于以上數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前路口的優(yōu)化控制策略和交通指標(biāo),，同時(shí)上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),、路口實(shí)時(shí)交通指標(biāo)、路口控制策略到上層,。
3）數(shù)據(jù)接收,、解析服務(wù)
接收服務(wù)中邊緣云上行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、路口實(shí)時(shí)交通指標(biāo),、路口控制策略數(shù)據(jù),。接收解析后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或推送到消息總線(xiàn)隊(duì)列,。
4）數(shù)據(jù)智能服務(wù)
從MQ消息總線(xiàn)實(shí)時(shí)消息、及從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取各類(lèi)歷史數(shù)據(jù),，根據(jù)交通指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析策略,，使用V2X 歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算的結(jié)果推送給MQ,。
5）智能數(shù)據(jù)處理服務(wù)
從消息總線(xiàn)獲取實(shí)時(shí)的交通參數(shù),、優(yōu)化策略并進(jìn)行持久化。
6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)
持久化各類(lèi)數(shù)據(jù),，為智慧交通業(yè)務(wù),、智慧交通策略計(jì)算和分析、處理提供數(shù)據(jù)支撐,。
?。ǘ┬盘?hào)協(xié)調(diào)與車(chē)速誘導(dǎo)/特殊車(chē)輛優(yōu)先服務(wù)
1、功能描述
在動(dòng)態(tài)干線(xiàn)綠波基礎(chǔ)上,，在路段保障干線(xiàn)綠波帶寬最大化的同時(shí),，根據(jù)路段上車(chē)輛/特殊車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可對(duì)車(chē)輛/特殊車(chē)輛進(jìn)行車(chē)速誘導(dǎo),，從而使得系統(tǒng)層面通行能力得到提升,，提高整條干線(xiàn)交通參與者的運(yùn)行效率，進(jìn)一步優(yōu)化干線(xiàn)綠波應(yīng)用效果,。
2,、基本原理
信號(hào)協(xié)調(diào)與車(chē)速誘導(dǎo)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)原理如圖所示，路側(cè)單元（RSU）從交通信號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)獲取紅綠燈的燈態(tài)信息,，結(jié)合高精度定位模塊,，再下發(fā)給搭載車(chē)載單元（OBU）的智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛。
車(chē)輛安裝OBU設(shè)備,，結(jié)合RSU設(shè)備下發(fā)的信號(hào)燈配時(shí)及倒計(jì)時(shí)信息,，由高精度定位模塊提供的位置信息計(jì)算車(chē)輛距離交叉口的實(shí)時(shí)距離，通過(guò)車(chē)速誘導(dǎo)算法實(shí)時(shí)計(jì)算建議車(chē)速,，保障車(chē)輛不停車(chē)通過(guò)交叉口,。
信號(hào)協(xié)調(diào)與車(chē)速誘導(dǎo)/特殊車(chē)輛優(yōu)先應(yīng)用核心是紅燈縮短和綠燈延長(zhǎng)。若當(dāng)前是綠燈,，且剩余倒計(jì)時(shí)時(shí)間不足保障車(chē)輛安全通過(guò),，立即調(diào)整延長(zhǎng)綠燈時(shí)長(zhǎng)到最大值，且倒計(jì)時(shí)顯示為最大值,，同時(shí)在車(chē)端儀表盤(pán)或高精度地圖等裝置同步顯示燈態(tài)變化,，車(chē)輛自動(dòng)調(diào)整匹配車(chē)速，確保安全通過(guò)路口,；若當(dāng)前是紅燈,，且剩余倒計(jì)時(shí)可調(diào)整,，在當(dāng)前距離立即調(diào)整縮短紅燈時(shí)長(zhǎng)到最小值，且倒計(jì)時(shí)顯示為最小值,，縮短紅燈等待時(shí)間目的是為了快速變?yōu)榫G燈，同樣顯示燈態(tài)變化和調(diào)整匹配車(chē)速安全行駛,。
3,、實(shí)現(xiàn)效果
該應(yīng)用應(yīng)能夠結(jié)合實(shí)時(shí)網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛狀態(tài)信息（位置、速度,、距離信號(hào)交叉口距離等）和紅綠燈信息（包括信號(hào)燈狀態(tài),、倒計(jì)時(shí)等），通過(guò)網(wǎng)聯(lián)式交互,，增加車(chē)輛協(xié)同感知范圍,，利用智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)系統(tǒng)綜合計(jì)算判斷并將計(jì)算結(jié)果低時(shí)延下發(fā)給車(chē)端，便于車(chē)輛實(shí)時(shí)做出正確駕駛決策和調(diào)整信號(hào)燈燈態(tài)信息,，確保行駛方向多個(gè)路口連續(xù)性綠波,，達(dá)到高效通行目的，有效緩解路口擁堵,。
?。ㄈ﹨^(qū)域路網(wǎng)分布式信號(hào)控制服務(wù)
1、功能描述
在區(qū)域路網(wǎng)應(yīng)用信號(hào)控制算法,，支持構(gòu)建分布式信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，可基于路口邊緣云、中心云數(shù)據(jù)交互,，實(shí)現(xiàn)路口與路口之間,、區(qū)域與區(qū)域之間的信息共享與協(xié)同聯(lián)動(dòng)，提升區(qū)域交通通行能力,，優(yōu)化區(qū)域交通通行效率,。
基于分布式信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與算法，綜合考慮路口間距,、路徑流量,，利用創(chuàng)新的交通模型對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行子區(qū)劃分，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模路網(wǎng)區(qū)域解構(gòu),，以區(qū)域通行能力為優(yōu)化指標(biāo),，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模區(qū)域路網(wǎng)信號(hào)全局優(yōu)化。
2,、基本原理
控制方案分為五層,，包括系統(tǒng)管理層、區(qū)域信號(hào)控制層,、通信層,、子區(qū)域信號(hào)控制層,、路口控制層。
其中,，系統(tǒng)管理層負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵數(shù)據(jù),，包括區(qū)域內(nèi)部智能路側(cè)檢測(cè)設(shè)備（激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá),、攝像頭）輸出的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),，以及車(chē)輛BSM信息提供的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。
區(qū)域信號(hào)控制層運(yùn)行區(qū)域信號(hào)控制算法,，用于求解區(qū)域通行能力最大化時(shí)的最優(yōu)區(qū)域信號(hào)控制配時(shí)方案,。
通信層負(fù)責(zé)上行子區(qū)域之間協(xié)同通信交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，下發(fā)區(qū)域信號(hào)控制方案,。
子區(qū)域信號(hào)控制層負(fù)責(zé)協(xié)同子區(qū)域內(nèi)部各路口之間數(shù)據(jù)相互流轉(zhuǎn),，包括車(chē)輛數(shù)據(jù)、信號(hào)配時(shí)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù),。
路口控制層負(fù)責(zé)執(zhí)行信號(hào)配時(shí)方案,，同時(shí)，獲取并分析路口車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù),。
3,、實(shí)現(xiàn)效果
區(qū)域路網(wǎng)分布式信號(hào)控制，綜合考慮路口間距,、路徑流量,，利用適合區(qū)域路網(wǎng)的模型對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行子區(qū)劃分，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模路網(wǎng)區(qū)域解構(gòu),。同時(shí)以區(qū)域交通優(yōu)化指標(biāo)為目標(biāo),，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模區(qū)域路網(wǎng)信號(hào)全局優(yōu)化。系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)計(jì)算得出區(qū)域交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度,、通行量,、平均延誤等評(píng)價(jià)指標(biāo)，直觀(guān)體現(xiàn)對(duì)交通控制優(yōu)化的效果,。
03,、總結(jié)
本方案以智慧城市交通數(shù)據(jù)智能平臺(tái)為核心，在路口部署小規(guī)模路口邊緣云,，支持RSU,、視頻感知、激光雷達(dá),、毫米波雷達(dá)等多設(shè)備接入,，具有低延時(shí)、大帶寬的高性能通信能力,，聚焦實(shí)時(shí),、短周期數(shù)據(jù)分析,，支持路口級(jí)人、車(chē),、路協(xié)同業(yè)務(wù),，解決端到端設(shè)備管理、態(tài)勢(shì)感知,、單路口交通信號(hào)自適應(yīng)控制等問(wèn)題,。可快速完成特種車(chē)信號(hào)優(yōu)先,、行人安全預(yù)警等安全、效率與信息應(yīng)用的實(shí)施,。在區(qū)域部署中心邊緣云,，支持海量數(shù)據(jù)的處理與存儲(chǔ)，聚焦實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí),、中短期周期數(shù)據(jù)分析,，可快速完成綠波走廊、車(chē)輛動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃等應(yīng)用實(shí)施與驗(yàn)證,。通過(guò)多路口業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)的分布式信號(hào)控制,，解決大面積交通效率難題。
系統(tǒng)方案優(yōu)勢(shì)：
1.更加適合智慧交通業(yè)務(wù)模式的系統(tǒng)和邏輯架構(gòu),。相比于傳統(tǒng)的將運(yùn)算處理功能集中于云端的智慧路口方案,，該智能平臺(tái)整體架構(gòu)分為端-邊-云三個(gè)層級(jí)，通過(guò)合理規(guī)劃各個(gè)層級(jí)間的任務(wù)和交互模式,，將計(jì)算處理工作大量的放置于邊緣端,，這樣在大幅降低數(shù)據(jù)回傳、云端平臺(tái)數(shù)據(jù)處理壓力的同時(shí),，可以降低各個(gè)服務(wù)間的耦合度,，實(shí)現(xiàn)根據(jù)服務(wù)職能及業(yè)務(wù)需求進(jìn)行資源部署，避免程序運(yùn)行的瓶頸,，增加程序運(yùn)行性能,，提高數(shù)據(jù)處理能力和效率，降低數(shù)據(jù)處理整體時(shí)延,。
2.實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的信號(hào)優(yōu)化策略,。該系統(tǒng)通過(guò)路側(cè)感知設(shè)備實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)實(shí)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行交通優(yōu)化算法分析，相較于傳統(tǒng)抽樣統(tǒng)計(jì)方式,，該系統(tǒng)可以得出更加精準(zhǔn)的車(chē)速誘導(dǎo),、車(chē)輛優(yōu)先和區(qū)域交通優(yōu)化結(jié)果。并且可以根據(jù)區(qū)域交通優(yōu)化執(zhí)行前后的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)對(duì)比,，進(jìn)行算法的迭代優(yōu)化,，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高效的交通優(yōu)化控制平臺(tái)服務(wù),。
