杨良义，陈 涛，谢 飞

(1.重庆西部汽车试验场管理有限公司, 重庆 401122；2.中国汽车工程研究院股份有限公司， 重庆 401122)

随着中国公路交通事业的快速发展，严峻的道路交通安全形势和较低的运输效率受到人们广泛的关注，传统的交通管控方式已难以解决目前所面临的交通问题[1]。因此，车路协同技术应运而生，给问题的解决带来了新思路和新方法。车路协同是基于先进的传感器和无线通信等技术，实现车车、车路动态实时信息交互，保证车、路的有效协同，从而形成安全、高效和环保的道路交通系统[2]。国外对车路协同技术已有初步应用，如美国的Intellidrive、欧盟的SafeSpot、日本的Smartway等[3]。与世界主要发达国家相比，我国车路协同技术还处于研究探索阶段[4]。为了促进我国车路协同技术的发展，工业和信息化部推出了多个国家级的智慧道路交通示范区建设项目[5]。本文结合项目实践，对车路协同系统功能实现的场景测试技术进行探讨。

1 协同系统的功能实现

协同系统运行于中国汽车工程研究院现有示范工程平台，利用现有的网络系统、交叉口监视摄像头和信号以及其他路侧设备，并新增行人及排队检测摄像头、智能路侧终端和车载手机，实现车车、车路动态实时信息交互。协同系统包括四大功能模块[6]：① 基于车路协同的交叉口预警模块；② 交叉口信号灯智能配时模块；③ 行人、车辆、道路信息的感知模块；④ 车速引导与优先通行模块。车路协同系统配置见图1。

图1 车路协同系统配置

系统由智能路侧终端(内配视频服务器、工控机、交换机、4G通信模块等)、路况监测摄像头、车载和行人手机信息服务软件等连接组成。路况监测摄像头等前端设备检测到交叉口图像信息，通过现场视频处理器分析后，将交通信息发送给智能路侧终端。其他路侧设备通过RS232/485接口完成信号灯的控制和状态检测。车载手机和行人手机通过Wi-Fi网络与智能路侧终端相连，实时获取控制区域道路路况信息，实现车、路、行人的有效监控与协同。同时，在智能路侧终端上配置了4G模块，当Wi-Fi连接有麻烦时，也可以通过4G网络与智能路侧终端相连。整个系统设备可分为前端、传输和末端设备，其各自的功能如下：

1) 前端设备：利用路侧设备监控摄像机等传感器获取路况信息；利用车载GPS信息和手机内置传感器获取车辆速度和方向信息；利用车载导航软件获取车辆行为信息。

2) 传输设备：使用WiFi/4G或以太网传输图像和数据信息。

3) 末端设备：系统监控平台用于实时监控各路摄像机视频信息、路况信息和车辆运行状态信息。数据管理平台用于实时处理图像信息、发现路况信息，根据信息处理结果给出相应的提示信息，存储视频信息，离线调用，对测试的情况做统计分析。控制平台用于将信息实时发送到车载终端，控制路侧设备做出相应的指示，如调整红绿灯等。

2 典型场景功能测试

对车路协同系统中人、车、路的协同状况进行测试时，需要建立基于车路协同典型场景的功能测试系统[7]。首先需要对测试场景做出合理的描述，以模拟真实的交通环境，包括实验场地、交通状况、智能路侧设备等；其次，需要制定可具体实施的测试方案，以确保车路协同系统的功能实现。

2.1 测试场景描述

2.1.1 测试场地选择

基于对车路协同系统各项功能的分析，选择一个交叉口及外延的两条主干道作为测试场地，场景为城市路段，直行路段为双向多车道，交叉口符合交通标准。

测试场地要求具备的主要设施包括路口监视摄像头、基本路侧设备、行人及排队检测摄像头、智能路侧终端、交通信号控制设备等。本文选取的典型测试场地如图2所示，为典型十字路口。

图2 测试场示意图

2.1.2 交通设备部署

车路协同系统运行在现有的示范平台上，交叉口路段原有的监控摄像机、路侧设备、信号灯等设备保持不变。在交通设备部署方案中新增行人及车辆排队检测摄像头的部署、智能路侧终端及与其他路侧装置的连接。智能路侧终端包含处理器、基站数据库、网络与传感器接口等设备[8]，其内部结构与外部连接关系如图3所示。

图3 智能路侧终端内部结构及外部连接

1) 嵌入式视频辨识处理器

图像处理器与交叉口路段摄像头相互连接，通过监控图像可分析交叉口车流、道路与行人的状态，并对交通违章、交通异常等状况进行辨识。借助该辨识处理器，可将图像信息转换为特征数据信息，提高信息的利用价值，降低检测网络的通信要求。

2) 接口服务器

接口服务器用于完成常规路侧传感器信号接入与信息转换，实现对典型路侧设备如信号灯、情报板等控制信息的输出。该服务器既可提供典型的模拟、数字量的输入接口，又要能兼容典型的RS232/485、CAN等接口，并进行相应通信协议的定制转换。

3) 网络接口

网络接口包含无线和有线2个接口，其中：交叉口路段短距离范围的通信由WIFI/DSRC/4G完成，用于无线路侧设备、近距离移动车辆与行人的通信；远程的信息服务、管理由TCP/IP宽带网络接口实现。

4) 基站数据库

基站数据库用于存储连接交叉口路段的地图、路况和交通等信息，为附近的车辆提供及时全面的信息查询与行程引导服务，并在后台记录连接路段的运行数据信息。

5) 基站GPS

基站GPS用于提供连接交叉口路段的地理位置，方便车辆的多路段信息搜索。此外，还可提供地理位置参考基准，为附近车辆基于差分技术的GPS定位提供帮助。

6) RSU处理器

该处理器负责交叉口路段信息融合处理以辨识交通状态。根据交叉口路段状态和交通控制发布交通信息，处理交通信息的存储与检索。

路口摄像头通过TCP/IP与智能路侧终端内的处理器相连。信号灯、地感线圈等路侧设备一般有RS485和TCP/IP两类接口，对于RS485接口的设备，直接通过智能终端的接口服务器将设备与智能路侧终端处理器相连接。对于有TCP/IP接口的设备，通过内部以太网实现路侧设备与智能路侧终端的连接。

智能路侧终端安装在信号灯旁一侧，行人及车辆排队检测摄像机的安装示意图如图4所示。

交叉口的4根信号灯杆位置分别安装1台用于检测行人和车流量的摄像机。摄像机的具体位置和角度可根据交叉口的现场状况进行调节。

图4 行人及车辆排队检测摄像机安装示意图

2.2 测试方案设计

2.2.1 交叉口测试方案设计

通过车路协同系统功能分析，可得出在交叉口典型应用的功能，包括行人横穿提醒、无信号灯的车速引导与协调、信号灯的智能配时、基于车路协同的交叉口预警功能。

1) 行人横穿提醒

利用S7-5～S7-8共4路行人检测摄像机检测各交叉口处行人，如图5所示。车辆正常行驶在各个路段上，D7-5区域突然出现2位行人开始横穿马路，行人检测摄像机S7-5立刻捕捉到该信息，经过处理后将行人信息通过TCP/IP发送到智能路侧终端，智能路侧终端自动发送报警信息到该路线行驶车辆的车载手机上，车辆接收到信息后，控制车辆减速行驶以避让行人。

图5 行人横穿提醒示意图

2) 无信号灯车速引导与协调

当交叉口无信号灯或信号灯故障时，系统可根据车载手机定位的车辆位置、车速等信息和车辆检测摄像机检测到的车辆排队信息进行车辆间的信息交互。当多辆车同时驶入时，智能路侧终端可发送最佳车速引导信息到车载手机，引导各种车辆协同通过该交叉口。

3) 信号灯的智能配时

如图6所示，该场景涉及11辆测试车。假设11辆车辆按照固定的时间间隔均匀到达交叉口，如果按传统信号灯固定配时，交叉口的延误及停车次数必然大大增加。该系统可借助S7-1～S7-4车辆排队检测摄像机监测D7-1～D7-4路段的车辆排队长度，通过交通信号优化算法实现对交叉口信号灯的智能控制，降低交叉口平均延误时间和停车次数，从而提高交叉口车辆通行效率并减缓交通拥堵。

4) 基于车路协同的交叉口预警

系统可实现盲区、左转辅助等预警。① 左转辅助预警：交叉口转弯处，系统根据车辆GPS位置信息和车辆行驶轨迹，判断车辆有左转趋势。车辆在左转的过程中，摄像机将检测到的行人、车辆排队信息传输给智能路侧终端，智能路侧终端将当前交叉口行人信息和视频信息发送到车载手机，并提示相应的预警信息。② 盲区预警：利用车辆及行人检测摄像机检测交叉口人行道行人和车辆状况。当车辆在正常行驶过程中，根据车辆GPS位置信息及行驶轨迹，智能路侧终端将车辆前进区域的视频信息发送到车载手机，并发送相应的预警信息。

图6 信号灯智能配时

2.2.2 路段测试方案设计

交叉口附近路段的典型应用功能包括基于路段路况信息的预警、路段拥堵提醒、基于车路协同的车速引导与优先通行。

1) 基于路段路况信息的预警

根据手机定位的车辆信息发送相应路况信息。将该路段的特殊状况上传到系统，当检测到有车辆驶入该路段时，及时发送提示信息到车载手机，实现预警功能，如道路施工、前方事故、禁止通行、隧道、限速提醒等。

2) 路段拥堵提醒

利用交叉口车流量监控摄像机统计交叉口各方向的车流量状况。当该路段出现车流量较大、车辆拥堵情况时，根据手机定位的车辆位置信息，智能路侧终端将发送信息到正在驶向该路段的车辆，提醒车辆前方路段拥堵。

3) 车速引导与优先通行

当车辆正常行驶在交叉口一侧的路段时，系统根据车辆行驶速度和当前交叉口红绿灯显示状况，通过智能算法对车辆应当进行减速行驶还是加速行驶做出决策，以利于节能。

当路段出现特殊车辆时，摄像机捕捉到特殊车辆后，路侧终端发送指令到交通信号机，控制信号机确保特殊车辆通行，保持绿灯畅行。

3 初步测试及其分析

车载端导航测试界面如图7所示。

图7 车载端导航测试界面

行人横穿测试：行人穿越路面过程中，路侧终端可检测到行人穿越路面，并可同时检测前方是否有车辆驶过。路侧终端可及时将行人穿越信息发送到车载端，提醒车辆注意前方有行人穿越。

智能信号灯测试：在交叉路口处车辆数量较多，摄像机可监控路面车辆排队状况，并采用智能算法最优化通行效率，自动给红绿灯智能配时。

4 结束语

本文探讨了车路协同系统功能实现的场景测试技术，并提出了车路协同系统功能实现的场景测试方案。某交叉路口的实际道路场景测试结果验证了所推出场景测试方案的合理性与可行性，可为协同系统功能实现的场景测试设计提供参考。

[1] 葛满强.车路协同环境下多模式通信平台设计与典型场景应用[D].北京：北京交通大学,2015.

[2] SUN R,HU J,XIE X,et al.Variable Speed Limit Design to Relieve Traffic Congestion based on Cooperative Vehicle Infrastructure System[J].Procedia-social and Beha-vioral Sciences,2014(138):427-438.

[3] NAKANISHI Y J.Vehicle and Road Automation[M].Berlin,Heidelberg：Springer Handbook of Automation,Springer Berlin Heidelberg，2009：1165-1180.

[4] 张家铭.车路协同仿真系统测试及其验证方法研究[D].北京:北京交通大学,2014.

[5] 千方科技. 建设北京首个智能汽车与智慧交通示范区[J].交通建设与管理,2016(Z1):104-105.

[6] 易振国.车路协同实验测试系统及安全控制技术研究[D].长春：吉林大学,2011.

[7] 柴少丹.车路协同系统功能测试与评价方法研究[D].武汉：武汉理工大学,2013.

[8] 王博思，祖晖，陈新海，等.基于专用短程通信技术DSRC的智能车路协同系统设计与实现[J].激光杂志，2017，38(6):147-150.