车路协同RSU 软件系统的设计与实现

2022-07-08李爽

电子技术与软件工程 2022年8期

李爽

（贵州财经大学贵州省贵阳市 550003）

1 引言

车路协同，是应用无线通信技术与信息技术开展智能化的车辆主动安全控制和道路协同管理，将这一技术应用于交通安全管理中，能减少人力资源的干预，实现安全、高效、环保的智能化管理。路侧设备RSU 软件是采集路况信息、交通信息，然后将智能的判断应用输出设备呈现出来的软件。它的设计影响车路协同管理是否能够实现。

国内外很早就开始研究车路协同RSU 软件系统，2015，日本已经开始应用ETC2.0。2017 年，新加坡开始应用ERP2.0，它是基于V2X 技术，2021 年正式应用的车路协同RSU 软件系统。2018 年，美国要求交通系统统一应用车路协同系统，并且智能终端也支持协同设备应用。当前先进国家均应用车路协同RSU 软件系统解决汽车的安全、能效和环境保护等问题。

我国的车路协同系统应用得比较晚，然而普及得却十分迅速。当前我国各个城市已经开始应用了车路协同RSU 软件系统开展交通管理，并且应用的效果也比较显著。从总体来说，我国各地发展差异较大，车路协同RSU 软件系统应用的水平也存在差异。

我国的车路协同RSU 软件系统研发的背景是在智能化城市建设还没有开始的时候，这种系统应用三层运维管理的方式。比如城市建立主体统一管理平台，采集各厂家管理平台数据，而各厂家管理平台则控制设备。RSU 是车路协同的核心单元，随着社会向前发展，路面交通越来越复杂，人们要求能够自动化、批量化、智能化、远程化的完成RSU的控制。然而在三层运维管理系统中，各厂家的设备管理是各自为政的。主体统一管理平台只能够采集和监控各平台的数据，去不能对它进行集约化、智能化的管理。为了让运营管理达到现代化的要求。现改变传统的车路协同RSU 软件系统，采用二层运维管理系统。

2 车路协同RSU软件网络架构的设计与实现目标

2.1 系统平台建立

第一层，结合智慧化城市的发展，建立面向车路协同路边设备RSU 运维管理平台。第二层，让平台直接采集不同设备厂家的RSU 设备。这种方式简化了平台的设计，应用集中化、规范化、批量化、智能化的方式开展管理。在平台中应用软件集中、统一的管理RSU 路侧设备，让路侧设备发挥功能，这是建立车路协同RSU 软件系统的目标。

2.2 系统平台架构

参看图1，车路协同同RSU 软件系统平台将将采集交通信号机、高清摄像机、基站定位、智能路测终端、其他路侧设备信息，并将信息上传到由云控平台、服务器、数据库组成的运维管理系统中，然后由运维管理系统输出数据处理的结果，人们可以应用车辆监控状态、车辆GPS、手持设备接收信息。

图1：车路协同RSU 软件系统平台架构示意图

2.3 系统关键技术应用

2.3.1 无V2X 车路协同通信技术

V2X 车路协同通信技术主要包括三种形式，即车车通信（V2V）、车路通信（V2I）、车人通信（V2P）。这种技术应用的核心是以车辆信息作为与一切事物建立连接的通信技术。首先，人们将采集车辆的信息，然后通过车辆移运的数据，给出相关的数据信息。应用了这样的技术，人们能够了解车辆向什么方向移动、以什么样的速度移动等。从而人们能够预测到车辆与其它车辆、与道路、与行人之间的关联。这套系统，实际上是把汽车作为对象，然后采集对象形成的矢量信息，人们对矢量信息进行分类，建立数据集，然后给出数集分析的结果，得到预测的矢量信息。这一技术的应用能够让车、路、人三者协调管理得以实现。

2.3.2 智能感知技术

这是一种能够通过识别图像，来提取信息的技术。应用了这一技术，人们能够识别车牌信息、长度信息、汽车类型的信息等。了解了这些信息以后，人们能够将信息分类处理。比如当人们根据特殊的需求，需要寻找到某一辆汽车时，那么人们能够根据智能感知技术得到的信息锁车目标汽车，然后能对汽车进行目标识别与跟踪。智能感知技术的应用，实际上是提取具象化的图像，然后建立图像的抽象信息。这一技术的应用，让具象化目标转化为抽象化的信息，而人们能够对这些数据信息作为数字化的信息进行处理。

2.3.3 云边缘控制技术

云边缘控制技术，就是指把要处理的范围以网格化的方式呈现。比如人们把一条道路的信息作为一个集合，那么云边缘控制技术需要确立集合的范围。通过应用这一技术，人们能够建立一套数字化的路面信息，而人们在提取了车、路、人信息以后，建立它们与数字化路面信息之间的关系——人们可以了解目标车辆大概什么时候会进入这条路面的入口，依当前车辆移动的速度什么时候将离开这条路面的出口。这一技术的实施，让数字化的车路协同建模应用实现，即局部交通协同的分布式、本地化部署，而根据模型的分析，人们可以通过V2X 技术为区域内行驶的车辆提供低时延车路协同服务。

2.3.4 多传感器信息融合技术

多传感器信息融合是系统将采集多个传感器的监测信息，然后根据需求对数据信息进行处理。不同传感器采集到的信息是不同的，应用这一技术，可以让传感器采集的信息进行互补与冗余，进而产生某种优化准则而对观测对象的客观描述。

3 车路协同RSU软件网络架构的设计与实现方法

3.1 接口功能设计

对接口功能进行设计，运维管理平台将批量化、自动化的采集数据，并完成数据的处理，该次的接口功能设计如下：

3.1.1 设备管理接口

它对设备的接口信息进行管理。设备管理接口功能设施包含以下的内容：设备列表查询，它能自动采集使用的设备信息，提供查询的功能；设备分组，支持自定义设备分组，允许手动更改分类及提供分类查询功能；设备状态管理，它将采集设备运作状态信息，支持将设备状态定义为在线、离线、异常三种；设备重启，支持定备定时重启功能，该功能支持远程操作。

3.1.2 配置管理接口

它对RSU 运维管理参数的配置进行管理，它包含以下几个部分的内容：配置参数设置，允许手动设定和修改参数；配置参数查询，允许应用关键词来查询参数信息；配置参数变更上报，对于所有设定和更改过的参数均要上报，为记录提供依据。

3.1.3 性能管理接口

它对RSU 的信能管理的接口进行采集，它包含以下几个方面的内容：性能数据采集，它定期采集RSU 信息数据，为了解系统信息提供数据分析依据；性能测量任务定制功能，它提供了RSU 性能测试模板，系统可以定期的应用此模板来测试系统性能；性能统计查询，定期统计性能数据，如发现性能参数异常则依规则给出告警。

3.1.4 告警管理接口

它是一套能够分析异常数据并给出警报的采集接口，它包含的内容如下：实时告警上报，如RSU 已经发现异常数据，则给出实时告菟告警查询，能够依关键词查询历史告警事件，并导出告警数据；告警同步，允许一边给出告警，一边完成与参数设置相关的相对处理，以让平台智能处理告警事故。

3.1.5 维护管理接口

它能够对系统软件进行维护管理，其内容包含以下几个方面：设备软件升级，当给出新的软件升级以后，对旧的软件及数据进行备份，然后系统提出手动升级方案或自动升级方案，完成升级后将备份的数据应用在升级的系统中，如升级失败则恢复旧系统；硬件版本升级，采集硬件设施厂商提供的升级软件，允许手动或自动完成升级，升级规则如软件升级规则；升级结果通知，当完成升级后，发送消息，提醒升级成功或失败的结果；日志管理，对每一次的升级进行记录，提供查询和备份的功能。

3.1.6 安全管理接口

负责整个系统的安全功能，它包含以下几个方面的内容：用户管理，通过对用户进行授权、认证、赋予管理权限对用户进行管理。当前系统同管理员、监控员、用户三种权限。这三种权限给予的权限范围不同；权限管理，管理员拥有所有的权限，并可以赋予监控员和用户权限，根据需求赋予权限，并根据不同权限，要求不同等角的ID 做好管理工胙；数据备份，系统将定期自动完成备份工作，被赋予用户的权限也可手动操作完成备份。

3.2 数据集的设计

要求厂家提供标准化的数知情达理，这利于智慧化城市的建设，利于云信息平台上的数据共享。车路协同系统是基于无线通信，传感器探测等技术获取车辆和道路信息，然后可将数据信息分为车车通信（V2V）与车路通信（V2I）两种，这意味着车路协同系统要采集车端设备OBU 信息和路端设备RSU。数据集的设计方法如下：

3.2.1 数据集的数据采集

现结合一则具体的情境说明建立路端设备RSU的方法。现某城镇有一条交通区域，该交通区域长约487.7 米，它包含4 个带有交通信号灯的路口，并且每个方向的道路包含3或者4 条车道。在该区域安装摄像头，每个摄像头采集的原始视频数据时常约9 个小时。那么车路数据的采集参数如表1，参看表1，应用这种数据集的建立方法，能够准确无岐义的记录一片区域内任意一辆驶入或者驶离该区域的车辆轨迹。

表1：车路通信（V2I）数据采集

现结合一则具体的情境说明建立车车通信（V2V）的方法。

现有一条交通大动脉，摄像头现采集数据区域长度为640 米，包含五条车道（1～5 号车道）。6 号车道两端连接7号和8 号车道，车辆轨迹点的保存周期为100ms （10Hz）那么车车通信（V2V）的数据采集方法如表2。

表2：车车通信（V2V）的数据采集

3.2.3 数据集应用示例

结合现代科学技术的研究，发现车辆通过路口可能的运动模式（motion pattern）是存在规律的。结合日常生活将车辆可能行进的方向进行分类，可分为8 类运动模式。那么根据已经分类好的数据，就能完成车辆轨迹预测建模，通过调整轨迹算法，便能对车路协同管理进行预测规划。人们建立好的数据集，可以应用各种方式导出，让车路协同管理预测的结果可视化。

3.3 通讯系统的设计

应用标准化的通讯协议来完成数据采集的环节，结合运维管理的要求该桨应用HTTPS 和TR089 两种通讯协议。

3.3.1 HTTPS 协议

结合系统及成本的限制，应用短连接的方式建立HTTPS协议栈，数据应用JSON 格式，建立方式如下：应用层使用和表示层使用HTTP 协议，会话层和传输层使用SSL/TLS协议，网络层使用IP 协议，数据错路层使用DL 协议，物理层使用PHY 协议。

上报信息包含接口信息的内容和数据集里的内容，该次上报定义的如表3。

表3：上报信息的定义

3.3.2 TR069 协议

当有线线路无法使用时，或者为了便于固定线路管理，该次也应用了TR069 协议，这一协议目前已经比较完善。TR069 协议栈表如下：应用使用CPE/ACS Management Application 协议，远程过程调用、简单对象访问协议、超文使用RPC Methods 协议，本传输协议使用SOAP，安全传输协议使用HTTP 协议，TCP/IP 协议使用SSL/TLS 及TCP/IP协议。车车通信（V2V）与车路通信（V2I）的信息均由无线路由发出，于是它也应用TR069 协议协，该次应用的数据模型基于TR181 表达，它所涉及到的到达方式如表4。