一、我国高速公路的现状及面临问题
截止2018年底，我国高速里程已突破14万公里，汽车保有量达3.25亿辆。高速公路事故突发及事故严重性等问题突出，区域性拥堵、恶劣气象等阻断事件频发，突发事件影响的时空范围呈网络化扩散态势。高速公路机电三大系统（监控、收费、通信）的数字化、自动化和智能化为高速公路体系的高效、安全、绿色做出了很大的贡献。然而目前高速公路的感知能力、交互能力、智慧程度都还比较低，仍不能有效解决安全行车和畅通快捷这两大难题，同时高速公路投资成本巨大，绝大多数收益回报率较低。
二、基于C-V2X的智慧高速解决方案
在新时代背景下，大唐高鸿基于C-V2X智慧高速解决方案的目标是建设“有感觉”、“会说话”、“有记忆”、“能思考”的智慧高速公路。
有感觉：首先要为道路及设施部署感知网络，实现基础设施的数字化。实施过程中尽量复用已有的感知设备，同时按需部署新的感知设备。
会说话：及时传递或发布交通安全信息，为交通参与方提供交互能力和手段，保障出行安全、提升出行效率。
有记忆：建立强大的数据中心，存储所有的感知数据和路侧信息，为各种思考应用、路况预测，场景重现提供最重要的数据基础。
能思考：建立路侧级、中心级的车路协同管理系统，形成区域数据采集、存储、萃取、处理枢纽。
整体建设内容包括全方位的动态感知系统、边缘计算单元、有线\无线通信网络，以及分级云控中心，具体如图1所示：
图1、车路协同建设内容
三、系统架构
车路协同系统架构包含：中心级车路协同管理系统（含数据中心，中心级云控系统）、路段级车路协同管理系统、智能路侧系统（路侧级）、智能车载终端，即“云、路、侧、端”等四个层面。系统总体架构如图2所示：
图2智慧高速车路协同系统架构
（一）中心级
一般是指省级车路协同管理系统，具有远程控制车路协同设备、数据采集与分析、为外部客户的业务平台提供支持等功能。
（二）路段级
路段级系统接收智能车载系统和智能路侧系统将采集的数据，汇聚事件检测、交通控制等数据来源，形成单个路段的数据资源库。路段级系统通过管线或原有的通信站，将数据传输到省级车路协同系统。
（三）路侧级
智能路侧系统，主要由路侧单元（RSU）、边缘计算设备（MEC）、高精度摄像机、公路交通气象站、广域雷达微波检测器等设备组成。智能路侧系统集成各类传感器，利用本地边缘计算技术，完成传感数据的处理与提取，将危险事件通过直通网络实时通知给周边安装了OBU的车辆，同时将事件信息上传至路段级车路协同系统。此外，路侧系统接收路段级或中心级别的指令信息，对上路车辆实施动态交通管控。
（四）终端级
智能车载终端（OBU）通过广播的方式（LTE-V2X PC5），提供车辆与车辆（V2V）、车辆与路侧设施（V2I）车辆与行人（V2P）的通信通路；通过基站中转的方式（LTE-Uu接口）提供车辆与云平台（V2N）的通信通路。除车载通信单元外，OBU还提供安全决策和告警提示的安全应用。安全应用程序可以加载在单独的上位机上，也可以加载在OBU的应用处理器上。
四、应用场景
车路协同系统的主要目标是连接区域内的人、车、路、环境，提升车辆通信效率；保障行车安全，加强车辆监管，车辆安全预警；在此基础上实现为公众出行提供及时、准确的提醒服务，道路养护的精准评估，以及服务区特色应用。下面按照中心级、路段级和路侧级分别介绍智慧高速的车路协同应用。
（一）中心级车路协同应用
利用V2X的信息采集技术以及北斗高精度定位技术，数据中心可以实时获知车辆的状态、位置以及路况信息，从而实现整个高速的车辆监控，为车辆提供及时救援和出行服务，同时根据路政车辆上报的信息实现道路的精准养护，可实施的具体应用场景如下：
（1）营运车辆全程监控
数据中心根据车辆上报的位置和状态信息，可以实时确认车辆的位置以及车辆的状况，如车内危险物品、车辆事故情况。如果发现异常会及时启动异常处理机制，调动专业人员前往现场处理，同时向周边的车辆发布异常事件信息。营运车辆监管的业务功能包括：对两客一危车辆的全程监控，重点关注；实时监控路网中危险品运输车辆状况，向道路使用者或对应的路段级车路协同管理系统发布危险品运输路径信息，进行警示。
（2）紧急救援辅助
利用V2X的信息采集技术以及北斗高精度定位技术，省中心可以对全路段进行监控，动态、实时的获取路网中的紧急事件信息（包括事件类型、事件精确位置等），及时进行应急救援指挥，合理调配和救援车辆；通知周边交通参与者，为救援车辆快速畅通道路；发布紧急事件信息，避免引起大范围的交通事件。
（二）路段级车路协同应用
需要联合多个智能路侧系统的信息，融合判断给出不同的特色应用，针对高速公里的长下坡，多桥梁、隧道群，服务区分散不均匀等特点，进行特殊路段的交通运行区域性管理，包括交通运行数据收集、路段交通状态评估与预警等，全面直接及时了解某个特殊路段的交通、环境状态以及通行服务，为此规划如下路段级的典型应用：
（1）特殊交通事件提前预警
采集道路交通事件实时监控数据，对交通事件发生时的影响和发展进行路段级分析，根据与事件发生地点的距离远近，生成不同的交通事件预警信息，并通过路侧智能系统将预警信息发送至路侧动态信息板和智能车载终端，提示交通参与者提前采取措施，尽量缓解交通事件带来的不良影响。交通事件预警的业务功能包括：采集道路交通事件的实时监测数据；交通事件包括前方拥堵、施工区域，特殊路况（团雾、结冰、湿滑），危险道路等提前预警；对交通事件发生时的影响和发展进行全局的分析，根据与事件发生的距离远近，生成不同的交通事件预警信息；根据距离发生事件距离的远近，向不同的路侧智能系统发送不同的交通事件预警信息。
（2）隧道深度监控管理
隧道是高速公路的重要组成部分。通常隧道内外光照度差异大、信息传输时延大，没有卫星定位信号，如果发生事故，很难及时通知即将驶入隧道的车辆，存在很大的安全隐患。基于车路协同的路侧智能系统的信息交互功能，路段中心可以实现对隧道全程的深度监控管理。隧道深度监控管理的业务功能包括：结合惯性导航和视频监控等多种手段，实现隧道内车辆精准定位及跟踪，路况信息监控；实时获取隧道内车辆通行的信息，计算出隧道内的建议通行车速，并通过智能路侧系统向周围的车辆进行广播，同时在隧道口的信息板进行动态显示。
（三）路侧级车路协同应用
智能路侧系统结合道路感知设备上报的信息和车路协同控制中心下发的信息，利用自身的边缘计算能力，产生安全预警信息，并通过C-V2X通知到装有OBU的车辆内，通过可变信息板通知到没有安装OBU的车辆。主要实现如下两大类应用：
（1）主动安全提醒
该应用可充分发挥智慧高速公路的智能安全辅助驾驶特点，提高道路的通行安全和运载效率。具体可以实施的应用场景有：异常交通事件预警、异常天气预警、道路遗撒提醒、拥堵提醒、施工区域预警、可变限速提醒、危险路段预警、车内标牌提醒、禁止特定车辆通行路段预警、合流区预警、异常车辆预警、车辆失控预警、特种车辆预警、危险路段越线行驶预警、前向碰撞预警、变道中的盲区预警、紧急制动预警等共17类。
（2）驾驶行为纠正
智能车载系统可以实时获知车辆的运行状态，包括行驶的速度、车道等信息，因此可以实时判断当前车辆是否处于不良驾驶状态，并对司机进行实时提醒。智能路侧系统通过对车辆广播信息的监听，可以记录车辆的违法、违规信息，并上报数据中心。具体可以实施的应用场景有：超速提醒、违法占用应急车道提醒、疲劳驾驶提醒、长期占用超车道提醒、车速过慢提醒等。
五、应用案例
在某省市，某高速公路路段，大唐高鸿进行了智慧高速解决方案试点部署。路段基本情况：全长4.1公里，双向6车道，收费口2个，匝道口2个，无车道变窄风险，无服务区，无隧道。在该高速路段共部署8套RSU及MEC、摄像头、可变信息屏等相关配套设备。在收费站、合流区等关键位置设置RSU及路侧传感，及时采集异常道路信息。在非关键位置按照500m间隔部署RSU，在道路两侧呈之字形排布。安装在车辆上的后装OBU通过屏幕显示预警提示。目前该解决方案提供：异常交通事件预警、拥堵提醒、前向碰撞预警、异常天气预警等共16类典型应用场景。
