杜奕霖
(广西计算中心有限责任公司，广西 南宁 530200)
近年来，随着我国经济的快速发展，很多地区的高速公路出现拥堵、运输能力不足等问题，制约了地方经济的发展。智慧高速公路充分运用数据处理技术、北斗卫星定位技术和通信技术等先进技术，可有效减少交通拥堵，提高公路运输能力，保证货物运输的时效性。广西南宁市沙吴路定位为智慧高速公路，运用了很多先进的公路管理技术，实现了科技成果的转化，建立了一套相对完善的道路运行管理体系，大大提高了公路运营管理效率。本文以南宁沙井至吴圩高速公路(简称沙吴路)车路协同云管控平台建设为研究背景，从平台总体架构设计、系统数据处理架构、车路协同云管控平台应用等方面对车路协同云管控平台的架构设计进行全面阐述，分析设计要点。
沙吴路主线设计全长28.5 km，其中第一段为沙井至那洋段互通，设计长度为21.0 km，路基设计宽度为34 m，采用双向六车道高速公路标准设计，设计速度为120 km/h。第二段为那洋互通至吴圩西互通段，设计长度为4.7 km，路基设计宽度为43 m，采用双向八车道设计，设计速度为120 km/h。第三段为新修南宁绕城高速改线段，设计长度为2.8 km，路基设计宽度为26 m，采用双向四车道设计，设计速度为100 km/h。该道路工程设计3处互通式立交、1处收费站、1处服务区、1处养护工区和1处监控通信分中心。项目建设核心包括智慧交通基础设施、5G高通量低延迟通信、车路协同云管控平台和智慧示范应用四大板块。该项目建成后可大大提高边境城市货运车辆运输能力，服务地方经济发展。
2.1 总体架构设计
运用大数据、互联网、人工智能、超级计算和北斗导航等新技术，在南宁沙井至吴圩高速公路建设中进一步强化精细化信息采集、挖掘，支撑智慧交通人车路协同示范应用，形成适应车辆自动驾驶的高速公路试验路段。沙吴路车路协同示范工程由4类智慧基础设施、1条5G高通量低延迟通信链路(沿线通信基站拟由社会通信商建设)、1个车路协同云管控平台和3类智慧示范应用四大板块构成，总体架构如图1所示。
图1 沙吴路车路协同示范工程总体框架图
(1)北斗CORS站数据通过运营商专线或高速公路光纤网接入北斗高精度服务中心进行差分参数解算，同时根据网联车辆、施工车辆和测绘无人机等终端的定位请求，将解算结果通过5G专网与运营商网络进行播发，同时将网联终端的定位数据上传到数据中心。
(2)毫米波雷达、摄像头、高清卡口、微气象站、水膜感知、边坡稳定性传感器和桥梁基础健康监测等传感器数据，在本地经过边缘计算等处理后，将结果通过5G专网和高速骨干光纤网，传输到数据中心；
第三方平台数据例如“两客一危”、天气气象等数据通过云管控平台的接入功能，汇聚到数据中心。通过多种采集手段，获取全方位的智慧交通数据，构建沙吴路智慧交通大数据中心。云管控平台大数据分析后的结果通过5G专网、高速骨干网和移动通信公网等链路传输到发布层(车道级可变信息板、智慧道钉、智慧光带、RSU)，并提供给所需的车载终端和手机客户端。
云管控平台需要面向高速公路骨干网和互联网提供服务，一些敏感数据如高精度电子地图等在互联网发布时需要进行脱密处理，并需要进行物理隔离。因此，多模态空间数据平台、云管控平台中面向互联网提供的服务，均需单独准备网络环境和脱密数据。
2.2 总体数据架构设计
南宁沙井至吴圩智慧高速公路车路协同示范工程数据链路分为感知层、计算层、通信层、数据层、控制层和发布层。(1)感知层通过雷达感知系统、视频感知系统、水膜感知系统、气象感知系统、边坡稳定性及基础设施健康监测系统、北斗高精度增强网等获得沿线交通及道路环境参数信息。其中，雷达感知系统和视频感知系统可以获得联系车辆轨迹及交通事件信息；
水膜感知系统可以获取路面水膜厚度、冰层厚度和积雪厚度；
气象感知系统可以获得沿线气象情况(包括：温度、湿度、风速、风向和能见度等)；
边坡稳定性及基础设施健康监测系统可获取边坡及桥梁的稳定性；
北斗高精度增强网可获取全线高精度三维空间数据。(2)计算层通过边缘计算单元在路侧实现视频信息处理、雷达数据信息处理、气象信息处理和水膜信息处理等功能，形成结构化数据，同时降低云端数据处理量，提高数据处理效率。(3)通信层通过光缆及5G基站，将感知层数据传输至数据层，数据层位于高速公路交通指挥中心，利用服务器将前端雷达数据、视频数据及各种传感器数据落地存储，为交通调度决策提供决策依据，同时将沿线交通数据展现在指挥中心大屏上。(4)控制层通过构建云端平台，实现数据集成、信息集成和信号集成功能，通过云端平台获取高速公路全息交通信息及路侧控制设备信息，同时通过云雾融合对数据进行分析处理，根据交通实际情况发出控制信息，通过发布层的RSU、可变信息发布系统、雾区诱导灯和智慧道钉等将控制信息发出，实现交通管控，提高道路安全水平。沙吴路车路协同云管控平台总体数据传输架构如图2所示。
2.3 系统数据处理架构
根据项目建设任务，结合总体功能架构、流程以及应用系统分析，本工程各分系统之间的数据处理流程如图3所示。
在车路协同体系中，车路协同云控应用系统主要实现云端的能力，能够得到高速公路多路段、多区域的交通状况、路况以及突发事件等多维度的信息，在掌控了车路协同路段路网信息后，车路协同云控应用可以支撑更多的智慧高速应用，为智能网联场景、公众出行场景以及监管业务应用提供数据分析服务的支持。车路协同云控应用系统功能包括车路协同状态监控、数据管理、运营管理、信息交互和数据共享等。
图2 总体数据传输架构图
图3 沙吴路云控管理平台系统数据处理流程图
3.1 车路协同状态监控
车路协同状态监控包括智能网联道路运行状态监控、车路协同设备监控和智能网联车辆监控三部分。其中，智能网联道路运行状态监控可对车路协同建设路网覆盖里程、车路协同改造路段里程、道路里程数、道路级别、交通事件和道路实时交通数据等进行统计分析，还具有实现事件通知列表功能，可及时展示新事件的处理情况，并可进行历史事件的查询；
车路协同设备监控可实现设备监控实时数据统计查询、设备布置、路侧点位布置和设备告警等功能；
智能网联车辆监控可完成车辆数量、行驶总里程、车辆种类分布统计、车辆分布、车辆报警和单车视角分析，实现单车车端的视频数据的展现。
3.2 车路协同数据管理
车路协同数据管理能从时间、空间、事件类型等维度，对交通流和交通事件数据进行统计和分析，为行业管理和决策提供数据支撑。车路协同数据管理主要功能包括交通流数据管理和交通事件数据管理。其中，交通流数据管理可统计分析前端设备采集的数据，查询交通流原始数据，确定开始时间、结束时间和监控区域等交通流信息等；
交通事件数据管理可进行交通事件感知数据的查询，查看事件详情信息，调取、查看事件发生过程的录像等。
3.3 车路协同运营管理
车路协同运营管理主要功能包括智能网联车辆管理、车路协同设备管理、OTA管理和基础信息管理。其中，智能网联车辆管理功能主要包括车辆添加、车辆信息修改、车辆信息查看、车辆配置信息、车辆证书以及车辆停用/启用状态的管理；
车路协同设备管理功能包括计算单元管理、RSU管理、摄像头管理和雷达管理；
OTA管理主要针对路侧设备实现设备软件版本的远程升级；
基础信息管理可实现车型管理、设备厂商管理和MAP数据管理等功能。
3.4 车路协同信息交互
车路协同信息交互主要功能包括信息发布、交通事件发布、测试场景发布和系统管理。其中，信息发布内容包括交通事件分布和测试事件分布，展现事件发生的位置和详细信息；
交通事件发布可实现交通事件信息的增删改查操作；
测试场景发布可实现测试类交通事件信息的增删改查操作；
系统管理主要包括用户管理、角色管理和功能模块管理等功能。
3.5 智能网联数据共享管理
数据交换共享管理可实现数据服务的统一管理和控制，根据管理需求提供数据共享服务。通过建设数据交换共享管理系统，可大大提高数据共享服务的安全性，统一数据共享服务渠道，实现系统数据的标准化、高效和实时监管。
为提高高速公路运输效率，更好地服务地方经济发展，开展智慧高速公路建设，将先进的设计和技术运用到交通运输管理中。车路协同云管控平台可实现车路协同状态监控、数据管理、运营管理、信息交互和数据共享等功能，实现道路运行状态、车辆信息、事件信息、运营管理和数据信息的统计分析、交互和共享。本文以沙吴路智慧高速公路建设为研究背景，从总体架构设计、系统数据处理架构和车路协同云控平台的应用等方面对车路协同云管控平台架构设计进行全面阐述，可为其他智慧高速公路设计和建设提供参考。
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