基于ETC技术的车路协同方案

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1、方案概述

ETC-X，指基于ETC技术的车路协同方案，依托于既有的ETC网络、门架系统等基础设施，通过适度的技术升级，以较小代价实现对提升交通安全和效率有重大意义的车路协同应用。在国家政策的大力推广下，截止至2019年年底，全国形成了超过2亿的ETC用户规模及覆盖全高速路网的ETC门架系统，构建了全球最大的智能交通用户生态及基础设施网络，为ETC-X的实现奠定了坚实基础。

ETC的底层通信技术是5.8G DSRC，是一种低数据速率、低功耗的有源RFID通信技术，具备车路之间小数据量信息传输能力。国内现有ETC系统仅支持收费功能，通过对其应用层的信道编码进行适度的技术升级，即可实现面向交通安全、效率和服务的信息播报，支撑I2V车路协同应用，以多快好省的方式让用户体验车路协同应用，从而保障交通安全，提升交通效率，增强交通管控和监测手段，推动智能交通技术应用，也为未来V2X车路协同的大规模应用积累经验。

在当前行业对V2X车路协同的运营管理及商业模式普遍处于探索状态之际，金溢科技基于多年参与智能交通产业建设的经验与优势，率先提出基于ETC技术的车路协同方案，以ETC庞大的用户群体、广泛覆盖的基础设施及完善的产业为依托，为行业提供了可快速规模化落地、先行探索车路协同运营管理和商业模式的创新方案。

2、系统设计

2.1、系统架构及组成

相对于单纯用于收费的ETC系统，ETC-X需要进行实时预警或服务消息的推送，如面向安全类车路协同应用的路侧预警消息发布，因此，系统架构中除了传统ETC RSU（支持ETC-X）之外，还需要包括如路侧感知、MEC边缘计算等子系统，与传统车路协同感知、决策及交互三位一体的系统架构一致。ETC-X系统架构图如图1所示：

ETC-X系统的核心组成包括路侧感知子系统、MEC（边缘计算）主机、ETC-X RSU、ETC-X OBU、ETC-X交互网络及云控平台。系统各组成部分的具体功能阐述如下：

①路侧感知子系统：接入多种传感器（如摄像头、雷达、气象传感器等），实现对交通流、交通事件、交通环境的检测和监控；通过对路侧多源传感器的异构数据进行有效融合，解决单一传感器识别能力受限的问题，实现路网全息精准感知。

②MEC（边缘计算）主机：MEC处理传感器收集的数据，形成实时决策，也可接收云平台下发的数据，进行综合逻辑判断。MEC通过将数据、应用、智能引入基站边缘侧，一方面通过减少数据传输路由节点，将业务部署在边缘节点以降低端到端通信时延；另一方面MEC作为本地服务托管环境，能够支持部署本地更具地理和区域特色、更高吞吐量的ETC-X服务，如路径优化分析、区域车辆服务指引等。

③ETC-X RSU：指支持ETC-X场景的ETC路侧天线。传统的ETC RSU天线仅支持扣费操作，需要升级程序支持ETC-X的业务功能，升级后的ETC-X路侧设备可实现车辆信息的采集与上传、及云平台或MEC的交通事件等信息的下发。

④ETC-X OBU：指支持ETC-X功能的智能车载终端，拥有前后装多种产品形态。根据国家政策要求，从2020年7月起，新出厂车型应具备ETC前装选装配置，一般来讲，ETC前装之后将会有与车机的接口，可通过车机软件的升级实现对ETC-X应用的支持；而ETC智能后视镜、ETC行车记录仪等多功能ETC后装产品也为ETC-X的实现提供支撑。

⑤ETC-X交互网络：采用5.8G DRSC技术，实现ETC-X场景下的车路信息传输，由于传输范围及数据量有限，且不能实现V2V交互，主要用于实现较近距离的车路通信。

⑥云控平台：主要实现交通数据的汇集和分析，支持设备状态管理、交通事件管理、大数据分析、交通调度信息发布等能力。该平台通过对海量交通数据进行挖掘和分析，形成准确可靠的交通决策信息，并采用标准化的互联服务进行实时交通信息发布。平台具备提供全量数据资源、高性能算力、深度分析等能力，可解决目前平台多元化、应用离散化、信息孤岛化等问题，保障信息高效、安全、实时、无缝接入的需求。

2.2、系统关键设备及部署

①ETC-X RSU

ETC-X RSU可以使用现有传统ETC天线（每条车道布设一台），如图2所示，只需对天线进行适度的软件升级，即可实现。

②ETC-X OBU

ETC-X车载设备包括前装、后装两种模式。

如图3所示，前装OBU通过车载供电，并与车载人机接口集成，可增加蓝牙功能与手机相连，通过手机App实现ETC自助服务。

后装OBU有ETC后视镜、ETC行车记录仪等多种产品形态，如金溢科技多功能智能OBU产品，如图4所示，可满足ETC-X车路协同场景播报，实现V2X应用标准中定义的所有V2I应用，同时支持4G & Wi-Fi热点、行车记录仪、智能语音、实时路况播报与智能导航、蓝牙电话等多种特色功能。

3、方案优势

（1）有利于响应国家政策号召，推进新型基础设施建设

ETC-X是新基建中信息基础设施和融合基础设施的综合呈现。一方面，ETC-X的系统设计综合考虑了可落地性及前瞻性，在复用现有ETC设施设备的基础上，持续推动基础设施智能化、数字化，通过感知、决策、交互三位一体系统的建设，促进物联网、北斗等通信网络基础设施，人工智能、云计算等新技术基础设施，数据中心等算力基础设施在交通垂直领域的加速落地；另一方面，依托于上述新技术的应用，ETC-X方案支撑传统高速公路收费基础设施的转型升级，进而形成融合型智能交通基础设施，有利于有效巩固ETC政策的推广成果，发挥既有基础设施的最大化价值。

（2）有利于盘活既有用户群体，构建车路协同用户生态

车路协同用户生态的构建是行业目前面临的普遍难题，通过ETC-X系统盘活ETC存量用户，快速培育车路协同用户群体，是突破行业现有瓶颈的另辟蹊径。截止至2019年年底，全国ETC用户累计达到2.04亿，而在政策刺激下，前装ETC用户也将稳步增长，预计从2023年起，ETC新车装配率将达到100%，即所有的新车均支持ETC-X信息接收。通过ETC-X系统，将ETC用户转化为车路协同用户，可快速构建起一个庞大的车路协同用户生态，为先行探索车路协同运营管理和商业模式提供基础条件；同时，以多快好省的方式使大部分用户体验车路协同消息播报功能，对提升交通安全和效率具有重大意义，有利于培养用户使用习惯，促使用户规模的持续性增长。

（3）有利于先行探索商业模式，积累车路协同实践经验

ETC-X集合了ETC、电子车标及车路协同的特点，可实现车辆身份识别、预警和服务消息推送，以及金融支付等功能；同时，ETC前装设备由车厂补贴，后装产品可通过通信运营商和银行补贴，企业获得新增用户和数据红利，已经形成良好商业模式。利用ETC-X对车路协同的应用场景、运营管理模式、用户接收度、商业模式等进行先行探索和验证，可以抓住时间窗口，为V2X车路协同的大规模应用推广积累经验，在未来5G-V2X技术完全成熟且成本有所下降后，即可基于ETC-X的应用成果，和已经建设完成的路侧感知和决策系统，快速规模化铺开。

　4、系统应用

ETC-X可用于实现V2X应用标准中定义的所有V2I应用，同时，借助于ETC的车辆身份识别和金融支付能力，还可以在交通调度指挥、交通管制、拥堵收费等多个应用场景发挥作用，有效提升交通安全、效率与服务水平。ETC-X的部分典型应用场景如表1所示：

表1  ETC-X车路协同典型应用场景列表

场景示例01 弱势交通参与者碰撞预警

弱势交通参与者碰撞预警是指，车辆在行驶中，与周边行人（P，Pedestrian，含义拓展为广义上的弱势交通参与者，包括行人、摩托车等，本描述以行人为例）存在碰撞危险时，该应用将对车辆驾驶员进行预警。如图5所示，弱势交通参与者碰撞预警应用辅助驾驶员避免或减轻与前方行人碰撞危险，提高车辆及行人通行安全。

场景示例02 恶劣交通环境感知预警

恶劣交通环境感知预警系统通过路侧各类传感器（摄像机、雷达、气象传感器等）自动监测判断路段状态（恶劣天气、危险路段等），启动相应的安全预警及诱导功能，保障行驶车辆在恶劣交通环境情况下的安全顺利通行。

恶劣交通环境预警包括如下主要场景：

a） 路侧设备检测到主车行进方向较远处有恶劣交通环境情况后（如大雾、横风、冰雹、施工等），提醒主车驾驶员提前改变行驶路线，避免驶入该危险路段。

b） 如图6所示，路侧设备检测到路段不远处前方有危险情形（如地面抛洒物、隧道积水、路面湿滑、急转弯等）发生时，对驶近该危险路况点的车辆驾驶员发出安全预警，提前作出应急措施，如减速慢行、变道行驶等，防止安全事故发生。由于路侧天线的有效通信距离受限，该类提醒多布设在事故多发处。

场景示例03 前方事故预警

如图7所示，前方事故预警是指，当路侧传感设备（摄像机、雷达等）监测到主车行驶路段前方发生交通事故信息时，该应用会对车辆驾驶员进行预警，提醒同向车辆减速避让，防止二次事故发生。该应用要求RSU布设于事故多发处，或接收到平台发送的事故消息后，RSU对外进行播报。

场景示例04 车内标牌

如图8所示，车内标牌是指，当车辆经过特定路段时，附近RSU天线会向通过天线覆盖范围的车辆广播该路段道路相应的交通标牌信息（如限速标牌、前方急弯等静态信息），给予驾驶员相应的交通标牌提示，保证车辆的安全行驶。本应用适用于任何交通道路场景。

场景示例05 前方拥堵提醒

如图9所示，当车辆行驶方向发生交通拥堵状况时，RSU天线提前将信息播报给车辆驾驶员，驾驶员根据信息提示可在到达拥堵路段前提前改变当前行驶路线，减轻交通压力，提高通行效率。