加快相关技术体系迭代

本文节选自《中国交通运输2022》中篇第三节“数字底座”，由浙江省交通投资集团有限公司智慧交通研究分公司供稿。

作者:

浙江省交通投资集团有限公司智慧交通研究分公司

李  炎　张玉杰　金忠富　姚进强

随着“交通强国”战略的实施和“新基建”等政策的推动，智慧高速公路成为我国基础设施建设的重要方向之一。近年来，国务院、交通运输部相继出台了一系列智慧交通政策文件及技术文件，并开展了交通控制网及智慧公路试点、交通强国单位试点等工作，为智慧高速公路的建设发展赋予了新的优势和动力。

2018年2月，交通运输部发布了《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》，明确了浙江省智慧公路试点的方向，包括基础设施数字化、基于大数据的路网综合管理和新一代国家交通控制网。

其中，新一代国家交通控制网试点要求建设面向复杂交通环境的安全辅助驾驶、车路协同等技术应用的封闭测试场和开放测试场，形成新一代国家交通网实体原型系统和应用示范基地。2023年9月，交通运输部发布了《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》，其中提到：打造路网智能感知体系。在充分利用高速公路现有感知设施的基础上，综合利用ETC门架系统、通信基站等设施，应用摄像机、雷达、气象检测器、无人机等各类感知手段，建设覆盖基础设施、运行状态、交通环境、载运工具的公路全要素动态感知网络，拓展各类数据应用，加强对车路协同和路网管理的支撑服务。

2023年10月，交通运输部发布了《公路工程设施支持自动驾驶技术指南》，其中对公路工程设施中的交通感知设施以及技术指标进行了统一，对交通流检测设施、交通事件检测设施、基础设施状态监测设施和交通气象环境监测设施提出了支持自动驾驶的功能、性能与布设要求。

路侧感知是指利用摄像机、毫米波雷达等传感器，并结合路侧边缘计算，实现对该路段的交通参与者、路况等的实时智能感知，其获取的信息是道路运营管理单位提供天气、拥堵、交通事件、安全预警等方面交通信息服务的基础。如何保证路侧感知设备在各种应用场景下稳定可靠地工作，对于确保智慧高速安全、稳定、可靠、高效地运行和养护具有极其重要的意义。

目前智慧高速路侧感知系统常用的设备包括线圈、摄像机、微波雷达、毫米波雷达、道路交通微波与视频一体化检测器（简称“雷视一体机”）等，这些设备在信息获取种类、适用场景、购置和维护成本等方面各有优劣，相关感知技术迭代更新较快，不同供应商的产品功能性能各有差异，且目前尚缺乏智慧高速新设备相关标准规范。如何核实产品标称值的真实性，以及如何根据自身需求合理选择各种设备及其组合方案与应用方案，是当前困扰智慧高速建设和管理的重要问题。

因此，迫切需要通过运用先进的测试技术和测试方法，构建科学合理的路侧设备测评体系，指导不同场景下路侧感知设备的功能、性能测试以及布设方案的测试验证，进而为智慧高速设备选型和技术方案优选提供科学依据，进一步提升智慧高速公路建设和运营管理精细化水平。同时，构建路侧设备测评体系，完善路侧设备测试相关标准，对促进智慧高速新技术的落地应用，带动智慧高速产业创新发展具有重要作用。

一、现状

1、路侧感知设备测试与应用现状

摄像机、毫米波雷达、摄像机与毫米波雷达融合设备（以下简称"雷视一体机"）是现有智慧高速公路建设中常用的三类新型交通状态感知设备。三类设备的功能各有优劣。摄像机能够获得丰富的交通场景纹理和语义信息，但是与其他两类设备相比，其数据质量最容易受到光照条件影响，同时雨雾天气也对图像质量有较大影响。

与摄像机相比，毫米波雷达具有不受光照条件影响、观测距离远、目标距离和速度数据精度高的优点，其受雨雾条件影响也相对较小，但是限于其工作性质，较容易受到非目标物体反射杂波以及其他毫米波雷达发射信号的干扰。雷视一体机兼具上述两种感知设备的优点，具有较高的目标识别和轨迹跟踪精度，但是设备造价相对较高。

虽然上述新型交通检测设备已经在国内智慧高速公路工程中得到应用，然而，业界对路侧感知设备功能性能测试的研究成果和相关测试标准规范相对较少。从国外来看，智慧高速公路相关标准规范主要集中于车路通信技术、车辆协同驾驶、基础设施数字化等方面，缺少有关路侧感知设备应用和测试相关标准规范。

从国内来看，现有智慧高速公路相关标准规范主要集中在车辆感知领域、车辆功能性能测试、测试场地场景设计等方面，只有少数标准提供了路侧感知设备的技术要求。在工程实践中，智慧高速公路工程中所使用的路侧感知设备需要根据具体的检测对象，在有限的投资约束和预期获得的交通信息之间达到有效平衡。

2、路侧感知设备现有测试方法及评价

摄像机测试。摄像机数字图像质量评价方法分为主观评价和客观评价两种，其中主观评价通过适当的标准程序由观测者对图像进行观测并打分，可用于对高速公路监控大厅实时图像的质量评估。客观评价通过客观实验设计方法对图像质量进行评估，可用于对高速公路大批量摄像机图像质量日常轮巡，以及在特定交通场景下图像质量的评估。

毫米波雷达测试。毫米波雷达在高速公路领域主要用于汽车和道路侵入物体等特定目标的检测。车辆目标电磁散射特性的测量方法可以分为理论分析法和实际测试法两种，其中，实际测试技术是指利用雷达直接测量车辆实物或模型的电磁散射特性，主要分为室内测试和室外测试两种方案。此外，对于雷达目标检测算法的干扰测试，需要以干扰类型为基础，通过设置不同类型的干扰源，测试雷达对车辆运动目标识别和跟踪的正确率。

雷视一体机测试。雷视一体机测试主要关注雷达和视觉传感器的优势以及它们之间的数据融合效果。雷达的优势在于测量纵向距离，而视觉传感器的优势在于采集横向视野。通过数据融合技术，可以兼顾两者的优点，更充分利用感知信息。通过搭载有多类型高精度传感器设备的车辆，获取车辆正常运动状态下的位置、速度、航向、加速度、轨迹等数据作为目标真值数据，与雷视一体机采集的车辆数据进行比对，在同一时间戳条件下，对测试数据进行同步性、准确性和稳定性分析。

同步性分析旨在评估雷达模块与视频模块的同步效果，准确性分析则用于衡量雷视融合结果与测量真值的偏差，稳定性分析关注的是雷视融合效果的稳定度。最后根据分析结果进行综合评分，评估雷视一体机的性能。

3、路侧感知设备功能性能评价指标

高速公路路侧感知设备的功能性能可以从目标检测精度、目标跟踪能力和目标判别能力等方面进行评价，通常所关注的检测目标包括路面静态障碍物、个体车辆、车辆队列、基于个体车辆和车辆队列提取的交通事件。

目标检测精度是设备感知的目标状态与目标真实状态偏差的度量。通过计算状态偏差和偏差离散值，确定目标状态精度。与目标真实位置相比，感知目标的状态误差的均值和标准差越小，感知设备的目标检测精度越高。具体精度指标包括位置精度、速度精度、航向精度以及横向偏差等。

对于位置精度，通过对比某时刻目标感知位置与真实位置的位置偏差获得，主要用于反映感知设备对目标检测的准确性和消除测量系统误差的能力。速度精度通过对比某时刻目标感知速度与目标真实速度的偏差获得，主要用于反映感知设备对目标瞬时速度估计的准确性。航向精度通过对比某时刻目标感知航向与目标真实航向的偏差获得，主要用于反映感知设备测量目标航向的准确性。横向偏差是衡量系统的处理精度中目标航迹光滑性的指标，横向偏差的均值和方差越小，目标的运动越光滑。

目标跟踪指标包括目标平均跟踪时间、目标平均跟踪中断时间、目标连续跟踪率和跟踪起始时延。其中，目标平均跟踪时间指感知设备对所有目标处于跟踪状态的时间平均值。目标平均跟踪中断时间指感知设备对所有目标处于非跟踪状态的时间平均值。目标连续跟踪率指感知设备对所有目标处于跟踪状态所占时间比例。跟踪起始时延指感知设备对所有目标首点发现时间延误差值的均值和标准差。

目标判别指标用于衡量目标群体运动的环境下，包括目标在做编队、交叉、分流、合流以及密集走停等运动时，感知设备所获取感知轨迹的正确关联概率、冗余轨迹率和遗漏轨迹率。

二、思考

1、测试需求：路侧感知设备测试场景与对象设定

现有智慧高速路侧感知设备的测试标准规范相对较少，已有标准规范主要制定了通用化的测试流程和指标，并未针对典型应用场景的基础应用和高级应用需求进行深入分析。如果在不区分应用场景和应用等级的情况下制定路侧感知设备测试指标和规范，可能导致根据测试结果选定的路侧感知设备功能性能无法满足实际应用需求。

建议：建立典型的应用测试场景。基于智慧高速公路开放测试场的道路基础设施条件和道路交通流条件，选取包括但不限于直线段、匝道分合流、服务区、隧道、弯道及上下坡等目标路段，分析道路基础设施、交通流和自然环境条件，确定典型测试场景设计的依托路段。

在此基础上，使用现有断面交通流检测数据和道路监控视频数据，应用车辆运动特征识别算法、计算机视觉处理技术和深度学习模型等方法，开展场景的细化辨识和分类。

2、测试指标：路侧感知设备功能性能工程适用性评价

现有相关技术标准中只有少量标准提供了具体的设备性能测试，并且缺乏与实际应用场景的紧密关联，缺乏实际道路条件下的工程适用性，如（《车路协同 路侧感知系统 第2部分：测试方法》未对不同类型路侧感知设备提供专门的测试方法说明，且未涉及不利天气和道路侵入物等异常条件下的路侧感知系统测试方法。

虽然路侧感知设备出厂前进行过厂内和第三方测试，但是测试条件通常严格限定，与实际高速公路具有开放性和随机性特点的典型应用场景具有较大差别。因此，现有路侧感知设备测试标准规范可认为是市场准入式测试，而非工程适用性测试。

建议：构建完善的测试数据集。从摄像机和毫米波雷达等路侧感知设备的工作原理出发，综合采用实际测试与模拟测试的方法，分别对设备的基础和边界功能性能进行评测。测试流程方面，应先在室内和封闭环境进行性能测试，然后，在保障安全的前提下，选择开放道路测试。

3、测试方法：路侧感知设备功能性能干扰来源挖掘

现有开放测试道路可供路侧感知设备测试的真实车流，但存在简单场景冗余，边界场景不足的问题，难以充分测试路侧感知设备功能性能。如何利用有限的测试窗口期和实验次数，从路侧感知设备的目标检测原理出发，设计人工干扰源，对设备的基础性能和高级性能的能力边界进行测试是一项挑战。

建议：开发专业的测试平台。在兼顾离线和在线测试的前提下，根据多源感知设备的集成度（单机集成式或分散集成式），设计基于典型测试场景的实验方案，研究多源融合感知设备在光照不良、异常天气、特殊路段、高密度车流等条件下的目标检测与跟踪能力的测试方法与评价指标。除了考虑场景因素之外，还可以根据多源融合感知设备可能采用的数据级、特征级和决策级数据融合机制。

4、测试实施：开放道路路侧感知设备测试方案制定

依托开放道路测试，需要有大量社会车辆行驶，且保证在不干扰正常安全通行的前提下开展路侧感知设备的功能性能测，测试环境相对复杂。测试方案的制定需要因地制宜，合理选择测试场地和测试手段，统筹考虑待测设备安装调试、真值车行驶路线规划等实际问题，形成标准统一的实施流程。

建议：制定统一的标准规范。首先建立涵盖各类型路侧感知设备功能性能测试的评价指标体系，基于路侧感知设备在开放测试场的测试数据，从数据中提取影响设备功能性能的影响因素，将其作为测试标准规范的核心参数。然后，总结在测试场景构建、测试理论与方法、测试技术、测试结果评价等方面取得的理论和实践成果，形成基于测试结果的综合评价标准，制定智慧高速路侧感知设备测试规程。

三、展望

根据目前全国多个省份交通主管部门已陆续发布的智慧高速建设指导方案来看，全方位提升现有道路交通感知能力是智慧高速建设工作的重要内容。截止2022年底，我国交通部、工信部认定了10余家封闭式测试基地，已累计开放超过9000公里智能网联汽车测试道路。

但由于相关技术体系与标准规范的成熟度不足，也缺少提供实景测试验证环境的开放式测试场，无法形成“技术研究－产品研发－测试验证－工程应用”科学合理的闭环链条，导致相关技术的创新研发与实际的工程需求匹配度不高，应用性不强，总体上处于探索阶段。

从补齐智慧高速产业链条的关键一环，加快相关技术体系迭代的角度出发，在充分利用现有资源的基础上，以在开放高速公路上采集的断面交通流真值与车辆轨迹真值数据为基准，着力打造高速公路开放式测试场景十分必要。

通过多种方式对国内不同类型的测试场进行了研究分析，浙江交通集团智慧高速公路开放测试场为交通运输部“新一代国家控制网”智慧公路示范路段的一部分，该测试场涵盖桥梁、隧道、互通、服务区、上下坡及弯道等路段，日均车流量预计超过3万辆，车型混杂多样，能够提供极其丰富的交通流数据，具备测试路侧感知设备在复杂交通场景和交通流组成条件下工作功能性能的条件。同时，测试路段全线位于德清县自动驾驶测试区范围内，可以获取相应的高精度地图资源。