重庆智能网联示范区路侧协同设施布设方案研究

骆中斌， 叶 青， 王少飞， 朱 湧， 李 敏

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067；

2.自动驾驶技术交通运输行业研发中心， 重庆 400067)

2018年至今，我国智能网联汽车发展历经封闭测试、开放道路测试、规模化示范和商业化试运营等阶段[1-3]。国家于2021年7月，由工信部、公安部、交通部联合更新印发《智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范(试行)》，要求进一步优化完善智能网联汽车道路测试管理规范，支持在条件成熟的特定路段及有需求的区域开展智能网联汽车示范应用，推动智能网联汽车技术及产业发展步伐持续向前迈进。重庆市政府积极响应，于2021年12月1日发布的《重庆市新型城市基础设施建设试点工作方案》中提出推进智能网联汽车感知设施建设，并于2022年1月发布了《重庆市智能网联汽车道路测试与应用管理试行办法》，提出道路基础设施智能化建设，逐步扩大道路测试与应用路段和区域范围。从国家到地方政府以及与之有关的研发运营单位，对智能网联汽车发展战略及落地应用有法可依，智慧交通发展进入新阶段。

道路数字化与汽车智能化可赋能自动驾驶技术创新和应用，构建一个智慧的交通体系，是降低事故发生率、提高交通效率、节省资源、减少污染、改善交通管理最有效的解决方案[4-6]。据统计和推算，智能网联下交通安全事故数量可降低到目前的1%，交通效率至少可提高10%，协同式交通系统可提高汽车燃油经济性20%～30%[7]。智能网联建设核心内容包括：顶层规划、路侧和车端建设、运营[8-10]。三者的硬核顶层规划是“科学”，路侧和车端建设是“规模”，运营是实现“价值闭环”。

路侧和车端建设规模迅速扩大，尤其车端，在良好的政策扶持与行业环境下，规模和功能不断升级。目前路端研究与发展主要集中在智慧交通体系[11-12]、车路协同系统[13-15]、路侧信息交互[16]，少量涉及路侧设施体系及道路分级[17]，路侧设施总体规模化不足，发展较为迟缓，主要原因在于路侧端复杂的道路环境、功能需求多样、部门数据壁垒、标准规范缺乏。主要表现为：1) 道路设施标准规范不完善，标准贯彻执行不够，相关规范只有指导性意见，未细化到执行层面，导致道路标识形态各异；
2) 既有道路的升级改造标准、设施利旧原则、智能路侧设施的布设方案、道路设施维护管理标准等也无统一、明确的指导。

因此，本文依托重庆山地城市智能网联大规模示范应用，开展路侧协同设施布设方案研究，提出重庆智能网联道路路侧设施布设原则与方法，助力智能网联示范区的智能路侧系统建设。

1.1 重庆城市道路特点

城市道路是城市发展的交通命脉，很大程度上决定了城市发展的主轴，与该城市的地理环境密切相关。重庆受自然山川河流水系切割及特殊地理环境影响，造就了独特的山地城市道路特点。

重庆气候多变、冬季雨雾频发，道路线形弯道多、半径小，弯道转角大，弯道视距不足，坡道多、坡度大、坡弯组合多，交叉口多且形状不规则，展线型立交较多，匝道线形标准较低，匝道绕行距离较远，隧道、桥梁、下穿涵洞等特殊路段众多。总体上，重庆山城表现出道路形态层次感较强、空间变化丰富、高低起伏、陡坡陡坎、江河溪流众多等典型的山地特色。由于重庆山城特殊的地形地质条件，导致其道路线形指标偏低、路侧遮挡较多、路侧净区不足等，且高温、雨雾气象灾害多发。因此，现有道路对智能网联示范区路侧协同设施的布设位置、使用功能存在较大影响，建设难度较大。

为此，本文以重庆山地城市特色分析为依据，开展路侧设备系统的设计，构建符合重庆智能网示范区的车路协同场景，提高市民车路协同出行体验，引导市民安全驾驶、文明出行。

1.2 重庆城市道路功能

根据《城市综合交通体系规划标准》(GB/T 51328—2018)[18]，结合地方环境和道路特点，按照等级和功能将城市道路分为12类，如表1所示。

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

表1所列的城市道路功能，主要分为以下4种类型：

商业型：道路沿线通常为商业服务业设施用地，以商业服务设施同类项集聚为主、具有一定服务能级或业态特色的道路，交通特性兼有通过性和进出性。

生活型：社区日常生活的重要场所，为居民提供会面与交往空间，具有一定服务能级或业态特色的道路。

交通型：主要指以非开放式界面为主，非交通性活动较少的道路。

景观型：沿线分布有公园绿地、防护绿地、滨水绿地等城市开放空间用地，以突出历史风貌特色、沿线布置集中成规模休闲活动设施的道路，慢速通过性和进出性交通为主。

因此，重庆市智能网联示范区涉及以上12类道路，除基本路段外，包括其交叉口、急弯、隧道特殊路段。

结合道路类型、交通运行状况，以网联化协同感知和网联协同决策与控制为分类基础，从交通感知能力、数据融合能力、交通管控能力及出行服务能力等方面将重庆智能网联道路分为3级：基础智能网联道路(Ⅰ)、中级智能网联道路(Ⅱ)和高级智能网联道路(Ⅲ)。其中前者网联化等级为网联协同感知，后二者为网联协同决策与控制。具体分类依据如下：

1) 基础智能网联道路(Ⅰ)

应以现状交通实施为基础，道路功能可覆盖有智能网联需求的所有12类道路，并以提升交通安全与效率需求为基本原则，尽可能提升道路的数字化、信息化水平，主要具备以下功能：

(1) 能通过既有监控、微波、气象站等设施，获取道路交通宏观状态及环境信息；

(2) 可快速感知交通事件(拥堵、事故、施工)、环境状态，并采取主动干预措施；

(3) 具备通过可变信息板、短信等方式向司乘人员发布宏观动态诱导信息的能力。

2) 中级智能网联道路(Ⅱ)

在基本智能网联道路的基础上，针对AT、BH、BS、BT、BJ、CH、CS、CT、CJ等道路，实现车路协同的智能道路交通环境，能以智慧化的方式对道路交通运行进行管理，对交通参与者提供精准的信息服务，具备以下功能：

(1) 部署道路基础状态监测、气象环境监测、道路桥梁监测、交通事件检测等设施，通过C-V2X直连通信和或蜂窝通信，获取道路信息、交通参与者、交通事件等静态与动态信息，支持安全类、效率类车路协同应用，包括但不限于车道级管控、可变限速、分合流预警、伴随式信息服务等；

(2) 具备多源异构融合大数据分析能力，对交通运行态势进行识别及预测；

(3) 能对人工智能车辆提供安全辅助驾驶，满足自动驾驶智慧化的道路场景的基本需求。

3) 高级智能网联道路(Ⅲ)

主要覆盖道路宜包括AT、BH、BS、BT、BJ等，在中级智能网联道路基础上支持高精度的全域信息采集和数据融合感知能力，可提供全天候、高可靠、全方位的路网服务及监管能力，具备以下功能：

(1) 能实现全时空高精度感知，从宏观-中观-微观层面对全域道路状态进行精准感知和管控决策；

(2) 车联网应用服务平台对行业平台提供开放服务，支持城市数字孪生、道路智慧养护、智慧城管等涉及城市数字化治理的各类应用；

(3) 能实现人工驾驶车辆和自动驾驶车辆混合交通流的协同管控，能满足自动驾驶车队编队行驶和在线调度的需求。

3.1 智能网联一体化平台组成

城市道路智能网联一体化平台主要包括云、网、边、端4个方面，如图1所示。

图1 云、网、边、端智能网联一体化平台Fig.1 Intelligent network integration platform of cloud, network, edge and end

1) 云侧。包括边缘云、区域云、中心云，建成基础设施云控平台，提供智能网联各项服务功能，接入路侧和车载设备数据，并可接入第三方应用服务平台的数据。

2) 网侧。以5G为代表的数据传输网络，接入网负责路侧设备、路侧边缘计算平台和车路协同区域计算中心间的信息交互。

3) 边侧。主要为路侧协同设施包括：通信设备(如RSU)、感知设备(如窄角摄像头、宽角摄像头、短距毫米波雷达SRR、长距毫米波雷达LRR、激光雷达等)、计算设备(用于本地计算)、信息发布设备及辅助设备等。

4) 端侧。终端设备主要包括：通信终端(如OBU)、移动终端、穿戴设备等。

从图1可知，边侧是智能网联道路基础设施建设最主要的部分，实现道路环境状况的全要素动态、实时检测。路侧设协同设施是智能网联道路建设的主要实体，设备布设的好坏直接影响智能网联道路建设的成本及效果，对后期扩建、功能升级也会产生极大的影响。

3.2 智能网联道路路侧协同设施技术要求与布设原则

1) 智能网联道路路侧协同设施技术要求

应根据智能网联道路的分级、功能应用需求、设备接入网率等确定感知设备的配置、选型和部署方案。

路侧感知设备宜全线连续部署，在重要转换点分合流区域、事故多发路段、交通流量大的路段应加密部署。

路侧感知设备部署安装要求：(1) 优先考虑复用电警杆或监控杆；
(2) 路侧感知设备尽量共杆部署或共点部署，便于数据融合处理；
(3) 多个路侧感知设备间应合理设置设施间距，满足感知覆盖要求；
(4) 路侧感知设备的感知区域内应尽量避免遮挡。

2) 智能网联道路路侧协同设施布设原则

(1) 安全第一原则。示范区涉及道路智能化改造，首要原则在满足功能要求的前提下，安全第一。

(2) 道路智能化改造场景归类原则。根据道路分级、功能要求，主要针对道路变化及较为特殊的地点进行应用场景深化分类，比如交叉口、互通分合流点、隧道等场景。

(3) 智能网联感知终端性能互补原则。路侧感知设备原理不同、性能不同，覆盖范围不同。因此，应根据道路类型、场景功能要求，选择合适的设备类型及其组合。综合激光雷达、毫米波雷达、智能摄像头的特点，设备选择需充分考虑现场环境及所实现的智能网联场景，合理选型，确保功能性与经济性的平衡统一。此外，路侧设备的部署安装位置应结合产品的性能及场景需求，合理设计、选择，不同类型的传感器应根据其探测范围交叉部署，实现互补。感知设备探测范围示意如图2所示。

图2 感知设备探测范围示意Fig.2 Diagram of sensing device detection range

(4) 实用为主，适度超前原则。为加强对交通流量运行状态的实时感知，为以后的路网交通调控优化，公共安全应急指挥调度、MaaS出行等提供基础支撑，同时也为支持自动驾驶、智能网联测试、智慧交通的建设，设备部署时应综合考虑当下需求与未来应用。LTE V2X(协同预警辅助)和 NR V2X(协同控制决策)协调开展。

(5) 复用利旧，节约资源原则。针对点位的外场基础设备、设施，如信号灯杆件、电子警察杆件、通讯网络、部分管道管线等充分调研，尽可能复用利旧，节约资源，减少投入。

4.1 智能网联道路路侧协同设施配置

路侧协同设施宜根据智能网联道路分级、功能需求及建设目标，提出相应的配置要求，如表2所示。

表2 路侧协同设施配置说明Table 2 Description of roadside cooperative facilities

4.2 智能网联道路典型路段路侧协同设施布设方案

根据重庆道路特点和功能对平面交叉、互通立交出入口(合流、分流)、隧道等场景提出对应的路侧协同设施布设。

不同等级智能网联道路对应路侧协同设施配置，如表3所示。

表3 路侧协同设施配置Table 3 Configuration of roadside cooperative facilities

1) 十字交叉

十字交叉路口环境复杂，检测范围大、角度大，存在各种交通参与者，需在每个进口方向安装摄像机、毫米波雷达和激光雷达，应用边缘计算(MEC)进行事件融合感知，实现路口、周围路段交通参与者行为感知和判断。根据有无中央分隔带绿化影响，分为以下2种布设方式，如图3所示。4个象限分别布设一台宽角摄像头，用于交叉口盲区检测，如果交叉口不存在覆盖盲区，可不设置。此外，针对需要建设全息路口的特殊节点，可在4个象限分别布设一台激光雷达。

单位：m图3 十字交叉路侧设备布设示意Fig.3 Layout diagram of roadside equipment at intersections

2) 互通立交分合流

互通立交区交织较多，换道频繁，是交通事故易发路段，互通立交分合流区包括主线和变速车道。但重庆山地城市一些分合流区无加、减速车道，安全隐患更为突出。为此，以无变速车道的场景为例，互通立交合流路侧设备布设如图4所示，分流场景、常规互通立交分合流区的路侧设备布设可参照执行。

单位：m图4 互通立交合流路侧设备布设示意Fig.4 Layout diagram of interchange merging area roadside equipment

3) 隧道

隧道属于相对封闭的道路，一旦隧道内发生异常事件，若不能及时向外发布相关信息，极易造成连环交通事故。根据隧道特性，结合隧道内监控全覆盖和数据低时延进行本地融合、处理和发布的需求，在隧道出口和入口安装RSU、摄像机、毫米波雷达和激光雷达；
隧道内部每隔150 m安装1个摄像头和1个毫米波雷达对隧道内交通事件进行监测，隧道内RSU布设间距300 m一个。路侧设备布设如图5所示。

单位：m图5 隧道路侧设备布设示意Fig.5 Layout diagram of tunnel roadside equipment

1) 根据重庆山地城市特点，结合重庆城市道路功能分类，从交通感知能力、数据融合能力、交通管控能力及出行服务能力等方面将重庆智能网联道路分为基础智能网联道路(Ⅰ)、中级智能网联道路(Ⅱ)和高级智能网联道路(Ⅲ)三级。

2) 路侧设协同设施是智能网联道路建设的主要实体，从安全性、互补性、归类性、实用性、节约性5个方面提出了智能网联道路路侧协同设施布设原则。

3) 根据智能网联道路分级、功能需求及建设目标，提出路侧协同设施相应的配置要求，并针对常规路段、行人过街、接入、平面交叉、互通立交出入口、隧道等场景给出了对应的路侧协同设施布设方案。

4) 目前的研究对支撑重庆山地城市智能网联道路的建设可起到一定的指导作用，但在智能路侧设施覆盖率、功能场景需求分解等方面尚需进一步研究。