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智能网联和智慧城市融合,“车城网”整体方案架构和应用探讨

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导读:通信世界网消息(CWW)在工信部“十四五”规划和住建部“新城建”政策背景下,本文提出智能网联和智慧城市融合的“车城网”整体方案架构建议,以及探讨“车城网”可以提供的四类应用——车联网应用、交通应用、视频应用和物联网应用。

一、工信部“十四五”规划车联网发展蓝图

2021年11月16日,工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》(以下简称《规划》)。在发展目标中,《规划》明确提出到2025年融合基础设施建设实现重点突破。其中包括重点高速公路、城市道路实现蜂窝车联网(C-V2X)规模覆盖。

图片来源:工信部官网

在发展重点之“建设新型数字基础设施”中,《规划》明确提出积极发展高效协同的融合基础设施。其中要求加快车联网部署应用。一是加强基于 C-V2X 的车联网基础设施部署的顶层设计,“条块结合”推进高速公路车联网升级改造和国家级车联网先导区建设。二是协同发展智慧城市基础设施与智能网联汽车,积极开展城市试点,推动多场景应用。三是推动 C-V2X与5G网络、智慧交通、智慧城市等统筹建设,加快在主要城市道路的规模化部署,探索在部分高速公路路段试点应用。四是推动车联网关键技术研发及测试验证,探索车联网运营主体和商业模式创新。五是协同汽车、交通等行业,推广车联网应用,加速车联网终端用户渗透。

另外,《规划》还要求支持新型城市基础设施建设。例如推动利用 5G、物联网、大数据、人工智能等技术对传统基础设施进行智能化升级。加快推进城市信息模型(CIM)平台和运行管理服务平台建设。建设城市道路、建筑、公共设施融合感知体系,协同发展智慧城市与智能网联汽车。

在发展重点之“全面加强网络和数据安全保障体系和能力建设”中,《规划》还明确提出持续提升新型数字基础设施安全管理水平。其中要求同步构建融合应用和新型设施网络安全保障体系。加快建立车联网网络安全保障体系,扎实推进车联网卡实名登记管理,建立完善车联网卡安全管理技术手段,健全车联网网络安全防护、检查、通报、处置等制度,建设车联网产品安全漏洞专业库,推动建设车联网身份认证和安全信任能力,加快构建车联网安全态势感知技术平台,增强车联网安全保障能力。

二、住建部“新城建”促智慧城市与智能网联协同发展

住建部提出加强新型基础设施和新型城镇化建设,加快推进基于信息化、数字化、智能化的新型城市基础设施建设,简称“新城建”。以“新城建”对接新型基础设施建设,提升城市基础设施运行效率和服务能力,更好地满足人民群众美好生活需要;推进落地实施一批“新城建”项目,带动有效投资,激发消费潜力,促进实施扩大内需战略。

“新城建”试点任务中包括协同发展智慧城市与智能网联汽车。以支撑智能网联汽车应用和改善城市出行为切入点,建设城市道路、建筑、公共设施融合感知体系,打造智慧出行平台“车城网”,推动智慧城市与智能网联汽车协同发展。

随着汽车加速朝着智能化、网联化、电动化、共享化、绿色化方向发展,对于城市建筑、道路、设施等数字化、智能化的要求也越来越高,汽车比以往任何时间都更加需要新型城市基础设施的支撑和保障。另一方面,智慧城市的建设和发展也需要以智能网联汽车发展为切入点和驱动力,通过合理规划和优化发展城市基础设施改善出行服务,提高城市的运行效率。因此,智慧城市和智能网联汽车将在基础设施、城市平台、应用场景等方面实现最大化的协同。

2021年5月6日,住建部、工信部联合发布通知称,按照《住房和城乡建设部办公厅工业和信息化部办公厅关于组织开展智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点工作的通知》有关工作安排,确定北京、上海、广州、武汉、长沙、无锡等6个城市为智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展第一批试点城市。

智慧城市基础设施和智能网联汽车协同发展主要围绕4个方面展开。一是探索建设城市智能化道路,支持车路协同发展。既能支持不同等级的自动驾驶汽车测试示范,也能支持非自动驾驶车辆的智能化出行。二是建设“车城网”平台。在CIM平台基础上,探索建设“车城网”平台,将城市道路设施、市政设施、通信设施、感知设施、车辆等进一步数字化,并接入统一平台进行管理,实现全面感知和车城互联。三是支持5G、自动驾驶、车路协同、人工智能等新技术、新产业在城市开展智能网联公交、环卫、物流、出租车、自行车等方面的示范应用。四是创新体制机制,鼓励多主体参与建设和运营。探索形成智能汽车与智慧城市协同发展的政策机制和商业模式。

三、“车城网”方案和应用探索

在工信部和住建部共同推进下,智能网联和智慧城市将融合发展,在城市打造“车城网”架构和应用。

1,“车城网”整体方案架构

本文尝试提出“车城网”整体方案架构供产业界参考。主要包括数据接入层、大数据支撑层、应用平台层、业务层、信息安全体系、运维保障体系、标准规范体系。如图1所示。

数据接入层通过各种车联网基础设施、市政感知基础设施和交通感知基础设施采集各种相关数据。其中,车联网基础设施包括路侧RSU、边缘计算MEC等;市政感知基础设施涵盖城镇供水、排水、燃气、热力等基础设施升级改造和智能化管理,包括智慧灯杆、智慧井盖、智慧道钉、地下管网和地下管廊等;交通感知基础设施根据智能汽车与智慧交通应用需要,在城市道路交叉路口及道路两侧加装雷达、摄像头等道路感知设备,对车道线、交通标识(包含警告标志、禁令标志、指示标志、指路标志、道路施工安全标志、辅助标志、旅游区标志等)、护栏等进行数字化改造,支撑车路协同发展。

数据通过C-V2X区域级MEC、交通集成网关、市政集成网关进行汇聚。

大数据支撑层完成数据汇聚与管理、数据查询与可视化、平台分析与模拟、平台运行与服务、平台开发接口等。大数据支撑层提供计算、存储和网络资源。“车城网”的网络资源主要涵盖通信网(4G/5G)、车联网(C-V2X)、位置网、能源网。另外,大数据支撑层还提供服务中台、数据中台和AI中台能力。服务中台主要提供技术支撑能力、业务开放能力、应用开发能力、业务运营能力。数据中台主要提供数据集成采集、数据资产管理、数据融合分析、数据治理开放。AI中台主要提供AI算法中心、AI原子能力中心、AI运营中心、AI工作室。

“车城网”应用平台层包括C-V2X云控平台、智能交通平台、视频平台和物联网平台。

业务层分别对应车联网应用、交通应用、视频应用和物联网应用。

信息安全体系按照国家网络安全等级相关政策和标准要求建立。

运维保障体系保障“车城网”平台网络、数据、应用及服务的稳定运行。

标准规范体系指导“车城网”平台的建设和管理,应与国家和行业数据标准与技术规范衔接。

【发稿】智能网联和智慧城市融合发展探索2704.png

图1  “车城网”总体架构

2,“车城网”应用

● 车联网应用

《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第一阶段)》应用列表中定义了17种C-V2X典型车联网应用层标准,其中包括12种安全类业务、4种效率类业务、1种近场支付信息服务。如表1所示。《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第二阶段)》定义了12种C-V2X典型车联网应用层标准。如表2所示。

表1   汽车标准委员会T/CSAE 53-2017应用列表

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表2   DAY-II应用列表

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● 交通应用

在智慧交通微观层面,车联网能够将车辆行驶的环境信息、附近的交通运行情况、周边的交通事件等信息及时传送给车辆,从而使得车辆能够做到及时感知、快速合理决策,提高了车辆行驶的安全性,并提升了出行效率。同时,由于多源感知和通信手段的存在,交警和交委等管理部门可以对微观交通态势进行全面掌握,有利于进行交通指挥及应急事件处置。

在目前的智能网联示范区项目中,摄像头、激光雷达、毫米波雷达等各类感知设备大量部署;同时,结合传统智能交通中集成的电警、卡口、交通流量、交通事件、汽车电子标识读写器等设备,智慧的道路所能感知的信息极大丰富。

另外,智能车载OBU能实时上传位置数据、车辆数据等,为交通微观数据采集提供更加可靠的数据来源,并为智能交通领域的交通路况、交通流预测提供更加可靠的数据源。

在智慧交通中观层面,由于可以及时获取大量联网数据,并通过C-V2X区域平台等支撑,车辆本身及交通管理部门都可以获得及时的区域交通态势信息。再与传统的集成化ITS控制手段结合,可以更加有效的进行区域交通调度,并适时提供交通信号自适应调节、绿波通行、特殊车辆优先通行等服务,从而有效提升区域交通效率。

在智慧交通全局(城市或者大区)层面,随着道路智慧化改造逐渐完善、车载终端渗透率不断提升、分级云控平台逐渐部署,车辆等交通参与者、道路感知、环境信息、交通事件等各种信息将汇聚于C-V2X云控平台,由云控平台进行协同感知、集中分析决策、反馈控制等,从而实现全局的决策和控制,全面提升交通安全性和交通通行效率,并为L4/L5级的自动驾驶提供支撑。

● 视频应用

推动综合利用城市视频监控,充分利用大数据、云计算、5G等技术,升级改造公共安全与管理视频监控技术手段,加快设置视频边缘计算技术,支撑多部门视频数据共建共享共用。并提供管理指挥调度系统,实现对重要路段、重要地域、重要活动场所相关人员、设施和问题的有效调度和管控。具体来说,“车城网”视频平台可以提供城市的日常安防维护、警情事件处理、一体化交通管理等各种应用。

日常安防维护:“车城网”视频平台通过动态感知、智能视频分析等手段对社区里的人、车、房、物进行日常安防维护。社区内的实有单位,室内的水、电、燃气、烟感,室外的门禁、车辆、消防等一切设施均接入“车城网”平台,“车城网”平台对社区布控告警、接报事件、人口感知、车辆感知、告警感知等警情事件的智能分析和流转处理,做到管理闭环。一旦出现安全隐患或紧急情况,相关人员就能立刻获知并上门处置。

警情事件处理:“车城网”视频平台可有效辅助公安设计巡防区域、警力卡点、警力分布等资源配备与布置。同时还可以直接进行布控模拟演练,从全空间的角度有效检验方案的完备性,降低方案验证成本。一旦布控区域发生紧急事件,可快速调取周边视频掌握现场情况,通过一键分析获取事件周边最近的警力布控点、最优支援路线、最佳狙击位置等,提升布控区域快速响应能力,保障布控区域安全。

一体化交通管理:“车城网”视频平台可以实现贴合“情、指、勤、督”的一体化交通管理应用。全“情”感知方面,实现交通视频整合、交通多维数据研判;高效“指”挥方面,实现交通指挥集成化、交通指挥专业化、交通指挥扁平化;精准助“勤”方面,实现立体化勤务管理、精细化勤务管理;全程“督”查方面,实现跟踪执法过程。

● 物联网应用

物联网可以应用在城市各个领域,例如智能化市政基础设施建设和改造(智慧供水系统、智慧排水系统、智慧电力系统、智慧燃气系统、智慧管廊系统等)、智能化城市安全管理体系建设(重要基础设施和房屋建筑安全监测预警系统、地质灾害智能化管理系统、突发自然灾害智能感知系统等)、城市综合管理服务建设(智能生态环境系统、智慧城管系统等)等。

智慧供水系统:通过水源监测、供水生产水质监控、管网调度压力监控、用户智能水表等传感设备,形成完善的水质、水量、水压传感网络。基于传感网络,构筑一个集生产、管网、营业、水质于一体的智慧供水物联网平台,实现分析预警、辅助决策。

智慧排水系统:通过排水全面智能化感知设备,实现排水设施统一融合管理。基于传感网络,建立城市排水动态监测体系,实现查询统计、分析预警、状态模拟、维护更新、信息共享、辅助决策为一体的物联网平台决策辅助应用。

智慧电力系统:通过在电力管廊中应用支持NB-IoT等技术的智能传感器,构筑基于互联网的云端能量管理服务新模式,提供多种能源优化组合方案,形成综合能源服务新业态。

智慧燃气系统:通过无线智能物联网燃气表,可以让用户足不出户完成缴费和查询,同时对管道燃气实施动态监控,一旦发现异常用气或泄漏时,在提醒用户的同时可远程遥控关闭供燃气阀门,保证用户用气安全。并且,通过物联网技术可以实现对各类燃气管线数据的采集、处理、标准化、传输装载和管理,辅助审批管线规划。

智慧管廊系统:由于管线用途的特殊性和复杂性,其布设遍及地下、空中、水下等,只有通过三维方式才能真实反映其空间位置关系。物联网感知技术加上三维可视化技术可以提高城市市政管网信息管理水平,实现管廊运行状态的统一监管、应急情况下的统一指挥调度与各项运营指标智能化分析,保障城市综合管廊安全运行。

重要基础设施和房屋建筑安全监测预警系统:对重点关注的基础设施安设先进的传感设备,建立安全监测预警体系,提升城市基础设施和房屋安全保障水平。

地质灾害智能化管理系统:对地质灾害隐患点、削坡建房、道路及水利设施沿线等风险点开展智能化专业监测,全面提升城市地质灾害智能化管理水平和预防能力。

突发自然灾害智能感知系统:通过完善城市垂直气象观测网络布局,建设城市智慧气象立体监测体系,开展城市边界层气象梯度观测、城市污染气溶胶浓度观测和大气温湿度廓线观测。

智能生态环境系统:依托卫星、无人机、地面监测站、汽车等采集的信息,形成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络,对环境质量、重点污染源进行监控。

智慧城管系统:在建废处置、垃圾分类、环卫保洁、燃气管理、广告牌管理、综合执法等领域建设智能感知、智能分析、智能研判、智能调度和智能评价的智慧型城管。

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