全智慧路口承运车路协同之核心关键系统解决方案 喜悦智慧数据

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JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 1 深圳市喜悦智慧数据 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键 解 决 方 案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 2020 年 5 月 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 2 目 录 摘要.............................................................................................................................................3 1、项目背景.............................................................................................................................. 6 1.1、自动驾驶...................................................................................................................6 1.2、车联网.......................................................................................................................7 1.3、车路协同...................................................................................................................8 1.4、智能网联...................................................................................................................9 2、JOY SMART AI 大数据处理和信息订阅分发..................................................... 10 3、JOY SMART AI 交叉口全智慧调度....................................................................... 14 4、JOY SMART AI 车路协同优先通行....................................................................... 15 4.1、JOY SMART AI 特勤车辆（120/119 等）优先通行......................................15 4.2、JOY SMART AI 公交车/校车优先通行.............................................................15 4.3、JOY SMART AI 有轨电车优先通行...................................................................15 4.4、JOY SMART AI 智慧路灯...................................................................................15 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 3 摘要 随着我国逐渐进入建设交通强国的重要战略期，我们面临的机遇与挑战也越 来越大，比如交通安全、道路拥堵、尾气排放污染等问题。新一轮产业革命和科 技革命方兴未艾，人工智能、大数据、5G、边缘计算、云计算、移动互联网等 正在与出行行业深度融合，新模式、新产业、新业态不断涌现。“人、车、路” 三要素结合构成了我国发展智慧交通和车路协同的重要特色，融入更多创新，不 仅仅是依靠单车智能，而是结合智慧红绿灯、智慧灯杆等更多智能设备，将车、 路以及路侧基础设施按照关联整体看待，实现民众安全出行、精准出行。 “互联网+交通”无疑是当下的热点，而广泛布局这一领域，进一步推动我 国智能交通行业的发展的是以华为、BAT、滴滴为代表的互联网企业，以“无人 驾驶”、“交通大脑”、“ETC”和“智慧停车”为行业未来几年重点发展趋势。行 业专家一致认为，在接下来的几年，仅仅作为公安交通集成指挥平台、交通运行 监测与应急指挥平台的“交通大脑”远远不足，最终的落点必然在路口的交通信 号控制。因此，有“交通大脑”，相对就应该有“全智慧路口”。路口对整个交通 管控系统而言，是最重要的节点，也是体现交通信号控制系统能力、交通管理水 平的最重要场景。 什么是全智慧路口？喜悦智慧数据提出的 JOY SMART AI 全智慧路口是指 通过路侧赋能，让数据、算法和算力这三大要素靠近外场道路和终端用户，实现 路口数据实时处理和实时调控，最终实现外场道路的精准实时感知、万物互联和 路口智能实时管控。JOY SMART AI 全智慧路口应用广泛，包括远距离实时精 准感知道路流量、对城市道路交叉口的机动车和非机动车及行人三类交通参与者 在路口的通行秩序的智能监管、结合上下游路口交通态势动态调整交通信号灯信 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 4 号配时优化、特勤车辆优先通行、行人过街监管和监测、VR 展示、V2X 应用等。 在微观层面，喜悦智慧数据”JOY SMART AI 车路协同“系统以 JOY SMART AI 红绿灯信控物联治堵系统（简称为 JOY SMART AI 信控物联系统）为核心。 此系统把城市的信号配时由呆板、固定、封闭的单一系统推进为开放、协调、交 互的三位一体交通拥堵防御系统。系统通过智能“量化调度＋关联调度”模式， 可以大大降低路口空放，大幅降低车辆平均排队长度和平均等待时间；通过分布 式服务架构，在片区内多个路口之间实时进行海量交通数据的采集交换、调度方 案的计算分发以及整体优化策略的实施评估，让拥堵片区获得全天候的高效的互 联互通协调调度能力，提升片区通行效率，加速城市流通效率，实现城市智慧交 通让市民出行畅通无忧的目标。 除加速城市交通流通效率外，JOY SMART AI 信控物联系统还可以通过数 据链交互技术实现人、车、路之间的信息订阅和分发，将实时精准的路况信息（如 流量、速度、路口排队长队、路口等待时间、红绿灯状态等实时信息）分发给手 机终端、车载终端、车尾屏幕、路口大屏等设备，进而实现人、车与路的交互与 协调，实现城市交通有序可控的目标。 在宏观层面，喜悦智慧数据”JOY SMART AI 车路协同“系统通过“实时 量化+关联跳相+弹性微绿波”等技术对 120 救护车/119 消防车等特勤车辆、 公交车/校车、有轨电车、出租车提供优先服务：120/119 等特勤车辆一路绿灯、 公交车/校车优先通行、有轨电车优先通行、出租车优先通行等方案： 1) 120 救护车、119 消防车等特勤车辆一路绿灯：通过全智慧调度，在全时段 内，保证 120/119 等特勤车辆一路绿灯通过所有路口； 2) 公交车/校车优先通行：通过全智慧调度，在高峰时段，给与公交车专用车 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 5 道或者所在车道较高优先通行权，公交车数量越多，所在方向优先通行权越 高； 3) 有轨电车优先通行：通过全智慧调度，在全时段内，给与有轨电车所在道路 的方向较高优先通行权； 4) 出租车优先通行等方案：通过全智慧调度，在全时段内，给与出租车所在车 道方向较高优先通行权，出租车数量越多，所在方向优先通行权越高； 喜悦智慧数据”JOY SMART AI 车路协同“系统使用实时智能的量化跳相 全智慧调度算法，在既有有限的资源条件下，可以真正实现“ 效率优先、兼顾 公平、宏观至上”的调度理念，具有以下独特的优势： 1) 无需专用道路，不需要大量土建施工，降低土建施工对现有道路交通通行的 影响，便于项目实施与落地。通过”新基建、软升级、全兼容“模式，充分 利用现有的红绿灯及其控制设备，不影响现有交通信号控制系统的使用，避 免公共交通的额外投资，显著提升公共交通的通行效率、乘客的安全性、平 稳性和舒适性。 2) 系统通常采用全智慧调度，能够灵活根据实际需要给出特定的相位和相位时 长，保障特勤车的安全快速的通过交叉口。 3) 系统采用的全智慧调度，可以在特勤车通过道路交叉口后，会立即启动自动 补偿机制，能够将对特勤车的信号优先服务对路口交通的影响降到最低。 4) 系统具备多种车辆检测传感器，具备多级风控措施，在高可用性的基础上做 到完全的智能化和自动化，大幅度的降低人工操作和维护工作。 5) 系统本身具备多路口协调管理能力，能够针对各种情况制定灵活多变的多路 口协调调度策略，满足各种特殊调度需求，做到多路口协调的时间范围和空 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 6 间范围内的及时性和可控性。 1、项目背景 自动驾驶、无人驾驶、车联网、车路协同、智能网联这些新的概念不断被提 起，他们到底指什么，之间有什么关联和不同，喜悦智慧数据实验室一一解答。 1.1、自动驾驶 自动驾驶（Autonomous vehicles），全称为自动驾驶汽车，是指一种通过 电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置 和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全 地操作机动车辆。 自动驾驶汽车的实现主要依靠于车厂的力量，通过车厂来集成其他上游供应 商解决方案。当我们在谈论“自动驾驶”时，更多的是围绕汽车本身在讨论问题。， 根据自动驾驶汽车视智能化和自动化程度水平，自动驾驶汽车分为 6 个等级，分 别是：无自动化（L0）⇒驾驶支援（L1）⇒部分自动（L2）⇒有条件自动化（L3） ⇒高度自动化（L4）⇒完全自动化（L5）。L0 级到 L4 级的自动驾驶汽车都需要人 工干预或可能需要人工干预，而 L5 级的自动驾驶汽车在任何情况下都不需要任 何人工干预，也就是真正意义上的自动驾驶，即无人驾驶汽车。 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 7 自动驾驶示意图 以今天的科技成就和发展速度，单单只是造一辆功能完善的无人驾驶汽车并 不是天方夜谭，难的是无人驾驶汽车能够安全上路并正常运行，这就需要车联网 以及车路协同的辅助。 1.2、车联网 车联网（IOV，Internet of Vehicles），是以车内网、车际网和车载移动互 联网为基础，按通信协议和数据交互标准，在车与车、车与互联网之间进行无线 通讯和信息交换，以实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服 务的一体化网络，是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。简单来说车联网就 是通过无线网络将车辆接入互联网，为车主提供驾驶、生活所必需的各种信息， 辅助车辆和驾驶员安全驾驶。 车联网是实现智能交通管理和车辆智能化控制的关键所在。也就是说自动驾 驶汽车要安全运行，不仅需要高度智能的大脑，能自动处理各种复杂的突发情况， 还需要与其他同样智能的车辆、道路之间相互配合，以保障安全、智能、流畅的 交通运行。 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 8 车联网示意图 只要自动驾驶汽车功能完善，实现车与人协同、车与车沟通、车与云端连接 都不是问题，难点在于车与路、路与云端之间的协同。由此，衍生出了新的技术 路线——车路协同，自动驾驶汽车的发展战略开始由车向路延展。 1.3、车路协同 车 路 协 同 （ IVICS ， Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems)，全称为智能车路协同系统，是一个复杂的系统，是智慧交通系统的 延伸。 从落地与实现的角度讲，车路协同是是采用先进的无线通信和新一代互联网 等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采 集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有 效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交 通系统。 车路协同通信（V2X，Vehicle to Everything），是物联网落地应用的延伸， 是对 D2D（Device to Device）技术深入研究的成果。它是车辆之间，或者汽 车与行人、骑行者以及基础设施之间的通信系统。 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 9 喜悦智慧数据始终认为，单车智能的成本太高，老百姓用不起。通过路侧的 设施和一体化的发展，让聪明的路代替部分聪明的车，这样可以大规模降低成本， 这就是车路协同与智能网联汽车并肩齐行。通过路和车一体化的感知，以及 I2X、 V2X 信息的传输，实现网联化和预测、控制、决策功能，支撑新一代智能交通 系统。 车路协同系统示意图 V2X 是核心底层技术，V2X 主要包括车的智能化和网联化、路的信息化和网 联化、车路协调，整个 V2X 车、路信息化建设的市场规模将达到万亿级别，可 以分为路端和车端： 1）路端：国内高速公路+国道省道总计约 80 万公里，每公里改造成本 30-60 万；每个路口改造成本 60 万，国内总计约 50 万个路口，路端市场总计 7000 亿左右。 2）车端：国内汽车保有量 2.6 亿辆，假设单车智能化和网联化价值量是 1 万元，短期渗透率达到 30%，市场规模就是 7800 亿。 1.4、智能网联 智能网联（ICV，Intelligent Connected Vehicle），全称为智能网辆汽车， JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 10 是指车联网与智能车的有机联合，是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等 装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、云端等进行智能信息 交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、 高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。 把“智能的车”与“智慧的路”相结合，即是智能网联。所以，不论是自动 驾驶还是车联网，或者车路协同，都只是智能网联汽车不可分割的一部分，它们 相互独立却也相辅相成。 智能网联汽车示意图 2、JOY SMART AI 大数据处理和信息订阅分发 JOY SMART AI 是喜悦智慧数据推出的一款大数据应用系统，是一套通过 城市全智慧路口数据链与车载智慧系统的交互应用，JOY SMART AI 产生的“路 口红绿灯安全警示、道路红绿灯诱导通行、路口交通冲突预警、特勤车辆预警紧 急通行、公交智慧通行”等应用可以将 V2X （车联网）马上落地。 V2X 车联网（Vehicleto Everything）是借助新一代信息通信技术将车与一 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 11 切事物相连接，从而实现车辆与车辆（Vehicle to Vehicle）、V2l 车辆与路侧基 础设施（Vehicle to Infrastructure）、V2P 车辆与行人等弱势交通参与者 （Vehicle to Pedestrian）、V2N 车辆与云服务平台（Vehicle to Network） 的全方位连接和信息交互。它实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游， 在功能和性能上保障实时性、可服务性与网络泛在性，同时它是公网与专网的统 一体。其中 V2I 是 V2X（车联网）能不能马上落地应用的最重要基础技术环节。 城市的红绿灯路口是城市实现四通八达运转的“心脏”地带，JOY SMART AI 信控物联系统不仅十分高效的通过减少路口耗时解决了交通拥堵，全智慧路口数 据链与汽车数据链的交互联通，十分有效的解决了 V2X 应用落地的核心痛点 － －V2l 。 比如通过 JOY SMART AI V2I 技术，即使驾驶员没看到前方红绿灯，车辆 也能够实时地知道下一个要经过的路口是红灯还是绿灯，做出安全驾驶预警提示， 而且会在司机有闯红灯企图时智能启动刹车系统，在绿灯的时候提醒注意通行， 还可以在 112、119 等特勤车辆需要打开临时通道时预警提示。它将“行人、行 车、路口、云端”等交通参与要素有机地联系在一起，不仅让车厂获得更多的辅 助驾驶技术创新以支撑车辆获得比单车感知更多的信息，还有利于构建一个安全、 智慧的交通体系，促进汽车和交通服务的新模式新业态发展。 通过全智慧路口可产生“路口红绿灯安全警示、道路红绿灯诱导通行、路口 交通冲突预警、特勤车辆预警紧急通行、公交智能出行”等服务。美国高速公路 安全管理局曾预测，城市搭载 V2I 技术的车辆能够避免 12％的事故。基于 V2X 缓解拥堵方面，可使堵塞减少 60％，短途运输效率提高 70％，使现有道路网的 通行能力提高 2～3 倍。降低能耗方面，停车次数可减少 30％，行车时间降低 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方案 深圳市喜悦智慧数据有限公司 12 13％至 45％，实现降低油耗 15％。 V2X（车联网）的核心要素为：安全、效率、体验。未来，整车和车联网都 将围绕这三个词不断进步。JOY SMART AI 全智慧路口数据链接口与车联网打 通后，可以实现更安全驾驶、更精准到达、更缓解拥堵、更云端管理、更大数据 运营的智慧城市时代，而且对城市提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事 故发生率、改善交通管理具有重要意义。 JOY SMART AI 信息订阅分发应用场景 通过车联网和车路协同，JOY SMART AI 系统连接公安交管中心系统、 公安交管路侧设备、车联网应用与服务平台、车联网终端和智能网联汽车 并生产大数据，使用人工智能和大数据处理技术，使驾驶者能主动获取更 加实时精准的路况信息，实现点对点、精准合理的出行信息服务。简单比 方，给车上设了虚拟交警领航员，让你先知先觉、让你有千里眼顺风耳，让出 行更加主动，可以提前知道前面有没有拥堵，动态的、实时的知道前面道路施工 情况，现在有很多路侧设施是可变的，如可变车道、智能潮汐车道，在出行之前 或者过程当中可以第一时间知晓。这类应用场景主要对应服务社会车辆。 JOY SMART AI 全智慧路口承载车路协同之核心关键解决方