探索车路协同技术在智慧高速公路建设中的应用

燕崇麒

（中交第一公路勘察设计研究院，陕西西安 710075）

车路协同技术是在传感技术与无线通信技术的基础上，落实了车与车、车与路、车与云、车与人的动态实时信息交互，完成了信息采集、计算以及共享工作，保证车辆在复杂的交通环境下也能够安全行驶，能够实时监测道路状态，及时向车辆提醒前方道路状况，以保证车辆在道路上能够舒适行驶。考虑到车路协同技术在高速公路中的应用还处于初级阶段，本文从路侧通信系统关键技术、车路协同技术架构切入展开分析，进一步探索车路协同技术在智慧高速公路中的应用情况。

1 路侧通信系统关键技术

在智慧高速公路建设过程中，智能路侧系统是其中重要的一环，主要包括车辆信息的采集、交通状态信息的采集以及信息传输。车辆在道路上行驶时，路侧系统会通过道路两侧的无线传感器采集信息，此时无线通信形成多跳的自组织网络系统。有车辆驶过时，自组织网络系统将感知的对象发送给接受者（车辆）。在此无线传感网络中，传感器、感知对象以及接收者成为重要因素[1]。

车辆行驶时，可能会有其他车辆同时行进，此时，交通状态信息采集与传输技术作用得到充分发挥。通过路侧系统多渠道采集车辆行驶信息，将信息通过传感器导入微处理器，利用微处理器或边缘计算单元处理采集的数据信息，再将信息传输到路侧通信单元以及云端中，实现信息的存储及共享[2]。

多通道信息采集系统如图1所示。

图1 多通道信息采集系统

一体系化智能路侧设备是智能路侧系统中的关键技术。在已有的网络通信设备的基础上，将中远距离道路检测设备、无线信息传输设备与多通道交通信息采集技术相结合，开发集无线通信和数据管理于一体的路侧设备，促进车路协同系统的应用。此外，多通道数据采集也方便了系统采集信息，具有较高的自动化程度和准确度，有利于实现采集智能化，有效推动后续工作的进程。

2 车路协同技术架构

传统的交通流预测中，只能预测1 h内的交通流量，无法对每辆车的到达时间进行预测，在后续调节过程中无法达到理想的控制效果。随着各种先进技术的不断发展与革新，智能车路协同技术逐渐进入人们的视野。智能车路协同技术以实时、可靠的全时空交通信息为根本，实现车辆与道路设施的智能化和信息共享，保障交通安全，提升通行效率。

智能车路协同系统主要由智能路侧系统、智能车载系统和通信平台三个部分构成。智能车载系统负责搜集自身车辆状况信息和感知周围行车环境；智能路侧系统负责采集交通流信息（车流量、平均车速等）和道路异常信息、道路路面状况、道路几何状况等；通信平台负责系统的通信，促成路侧设备与车载设备之间的信息交互。有研究表明，车路协同设施相对于传统的检测设施，设备具有较好的鲁棒性，在检测交通信息时能够提供更为全面的信息。道路交通系统中，车路协同技术的研究重点是如何利用道路和车辆协同技术实现安全高效的交通管理，其最大特点是完成移动车辆与道路信息的信息实时交互，能够有效提升车辆通行效率，保证车辆安全。

车辆在高速公路上行驶时，该系统通过车车、车路、车云的信息交互，在高速路沿线构建一个安全的信息服务走廊。在高速公路汇流区域，车辆进入公路主干道之前，该系统能够将主线交通的通行状况和安全信息发送给车辆，避免车辆在交通的交汇区域发生交通事故。此外，遇到恶劣天气时，为保证车辆行车安全，运管部门会实行高速公路流量管控，关闭高速口。采用车路协同技术，可以为出行者提供安全的行车诱导。同时，道路传感器也会在车辆驶入高速公路后，自动连接至车路协同系统，让出行者对车辆的自身状况、周围的行车环境、路面状态、交通流等信息充分了解。智慧高速公路落实高效、绿色、快速通行，给出行人员提供舒适的道路环境。

车路协同技术架构如图2所示。

图2 车路协同技术框架

由图2可知，车路协同技术框架中路侧系统与车载系统十分重要，负责将车辆与道路信息系统整合，进一步发挥各部分的作用。车载传感器是智能驾驶的重要组成部分，也是车辆感知外界的关键所在，主要功能为感知车辆行驶状况以及周边行车环境。车载传感器是车路协同技术的核心，包含对车子实时制动、转向等运行参数，能够对驾驶人的驾驶状态进行检测，感知驾驶人是否发生危险行为。车载传感器能够对复杂路况下车辆的危险状态信息、驾驶行为以及形式环境状态进行检测，保证行车安全。

路面信息如冰冻、积水或者积雪等，也会通过路侧系统与车载系统相连，气象监测器中的能见度检测仪、雨雪量计以及通信模块能够将信息传输到路侧系统中，及时向接近转弯或者复杂路面的车辆发布，提醒车辆注意减速，防止追尾。此外，出现前方障碍、弯道等情况也会对车辆进行实时提醒，保证车辆安全，为出行者提供最优车速及行驶路径，避免车辆在转弯时发生侧移或者侧翻。车辆在视距不足的情况下，可以通过车路通信进行信息交互，系统为准备转弯或者变道的车辆提供更广泛的视觉图像，给予车主足够的信息对目前的状况进行判断，防止车辆在转弯及变道时未注意到其他信息导致事故发生。

高速公路上发生车辆故障或者交通事故时，车载系统能够将事故地点、严重程度等信息，第一时间传输给急救中心及管理机构，此时路侧系统也会对该信息进行基础分析，及时将路况及相关信息通过车路协同系统传输到后台和后续车辆的车载端，让驾驶人有足够的时间进行路线决策并进行避让。同时，高速公路也会实行信号等控制，为后续车辆提供更全面的道路信息，协助驾驶人及时调整行车路线，保证急救车辆通行顺畅。

3 车路协同系统的应用

车辆在高速公路不同的地点和路段行驶过程中，获取道路上的交通信息后，可以根据周围道路的交通流量、车道占有率、车型、车速和车头位置以及最近的高速出口、服务区等信息进行判断，进一步选择最优的行驶路径以及车速。实现这些操作需要采用多种传感器技术，尤其是与先进的通信技术相配合，将信息实时反馈到系统后台，分享到各个车辆的车载端。

路侧传感器的优势和不足均较为明显，因此需要将多种技术进行融合，以实现路网信息的实时采集。高速公路的路侧传感器种类较多，除了超声波、红外线以及雷达等传感器外，还包括称重传感器等，全面采集高速公路上行驶车辆的各项信息。

在车路协同系统中，高可靠的无线通信技术为车车、车路之间的数据创造传输条件，以实现及时、稳定的信息通信与传输。目前，5G技术的研发与应用，为信息传输提供了更多可能，不仅能够实现信息的实时快速采集，也能够将计算好的信息快速传递到车辆的车载系统中，使出行者能够根据发布的信息来判断车辆的行驶路径及安全范围，保证高速公路上车辆的安全。

因此，将车路协同技术与5G技术进行融合，应用到智慧高速公路中，保证驶入高速公路的车辆更安全、高效地行驶，避免恶劣天气等客观因素影响车辆出行。探索车路协同技术在智慧高速公路建设中的应用情况，对于未来智慧高速公路的发展以及车路协同技术、路侧系统、传感器以及通信技术有重要意义。同时降低了事故发生频率，为营造高速、安全的交通运行环境提供了很好的技术支持。

4 结语

智慧高速公路的深入发展，与先进的技术密不可分。随着人工智能、物联网、大数据以及信息通信等技术的快速发展，人们的出行方式发生了较大变化。物联网不断发展，智能化的高速公路建设加快，智慧网联汽车核心技术取得了较大的突破。将车路协同技术应用到智慧高速公路建设中，能够全面提升道路交通系统的通行效率，保障车辆的安全、绿色出行，具有较高的社会效益与经济效益。在未来的智慧高速公路发展中，车路协同技术的应用非常重要，能够使驾驶更安全、更高效，构建智能化的交通系统，进一步实现智慧交通的长久发展。