基于智慧高速公路的车路协同系统及其实践应用

2022-02-27宋罡

中国公路 2022年23期

宋罡

（河北京石高速公路开发有限公司，河北石家庄 050000）

一、智能车路系统

随着互联网技术不断成熟，互联网技术对现代高新技术的支持度也大幅提升，智能车路系统便是互联网技术与无线通信技术融合的重要成果。该系统以先进的网络技术为支撑，将当前应用较为广泛的通信技术融为一体，并在此基础上形成人、车、路三方位实时信息交互体系。智能车路协同系统在实际运行过程中，会依托于现代高新信息通信技术构建以车车之间、车路之间为基础的数据传输交互网络，具备显著的数据采集与传输高精度及实时性优势，相较于传统车路协同系统，智能车路协同系统充分弥补了车辆信息采集与交互性差、信息传输延时长等不足，成为当前世界上智能运输技术的新突破点。

二、车路协同系统构成及功能

（一）车路协同系统构成

作为一种智能交通系统，车路协同系统即“IVICS”，全称为“Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems”。车路协同系统分为三大类：路侧系统、车载系统和中央云平台。

路侧设备主要由智能路测设备、高性能天线和交通设备集线器三大模块构成，可提供系统与道路监控、车检器等多种外部设备的实时信息传输服务，同时可自动处理并输出外部设备所提供数据，实现道路信息在外部设备、车辆、驾驶员三方之间高效传输共享的目标。运行中还可通过与车辆、移动端等进行数据信息交互，为基于道路检测的智能应用提供支持。

车载系统由智能车载主机、人机交互界面及车载天线三大构件组成。该系统运行过程中通过OBD接口实时获取车辆CAN总线数据信息，并通过分析与处理获取运行车辆行驶状况。同时，在5.8G专用短线组合通信天线支持下，系统可实时交互道路、车载终端信息，获取各车辆所处位置及运行状态，并判断整个路网运行状态，为驾驶员提供行驶方案建议，提升信息服务水平，推动道路运行效率提升。

中央云平台的主要功能是存储和分析道路和车辆上的大量数据。该平台可实现与路侧与车辆间的实时通讯和交互，使运营管理者充分了解道路上的交通情况。还可为道路运行管理机构优化交通控制措施提供决策支持；同时，在临时交通控制情况下可发布命令。

（二）车路协同系统功能

车路协同系统可感应到附近其他汽车的行驶位置，通过与其他汽车的信息交流，获得汽车行驶速度和行驶的状态。通过对汽车的数据分析和处理，可以对汽车与周围汽车的撞击危险实施评价，并通过车载终端的分析和计算得出两种汽车有碰撞危险的结论，通过车载系统的终端，给司机提供相应的警示，对危险源预警，以防止冲突。

智能车路协作体系可实现与道路外部设备的互联互通，与道路两侧的系统共享通过外部设备收集到的数据，同时通过道路旁站的处理模块分析和计算车辆的数据。在此基础上，综合评价某一特定地区的交通流量、交通密度。

智能车路协作控制具有精度高、延迟低、可靠性高等特点。利用道路空间和时间信息，结合协调的控制和导航等手段，可以对地区道路网络开展最优的诱导。通过路侧系统的微波检测仪能够探测到各条道路的车流情况，并利用路边终端评估备用道路的拥堵情况，利用变智能板、车载终端、手机App等手段，将车辆从相邻的拥堵道路中分流到其他道路中，从而提升整个地区道路的通行效率，减少道路事故的发生。

三、车路协同系统适用场景

（一）事故紧急避撞

从实际发展角度分析，道路行驶安全性是当前社会民众广泛关注的重点话题，交通事故将直接对民众生命财产安全造成威胁。而在基于车路协同系统的车车通信系统支持下，周边车辆数量、速度等行驶信息会直观地呈现在驾驶员眼前，系统还能自动给出行驶方案，包括速度控制、停车警告等内容，避免出现车辆碰撞，最大限度提升行驶安全性。避撞系统如图1所示。

图1 避撞系统结构示意图

（二）基于协同信息集群诱导

从本质层面分析，交通诱导技术应属于主动性较强的交通控制技术，实际应用过程中可依照道路情况合理调配道路资源，最大限度地缩短路网堵塞时间。依托于智能车路系统，控制中心可通过路网采集系统上传的车辆通行信息判断道路畅通性，随后结合整个路网状态做出相应畅通、科学行驶路线方案供驾驶员选择。需要认识到的一点是，该建议调整并非针对个别驾驶员，而是针对所有处于该路网上的行驶车辆，通过集群性诱导分流道路上行驶车辆，避免车辆集中在某一道路上进而导致大规模车辆堵塞，同时也可以最大限度地降低车辆剐蹭或更为严重的突发性交通事故出现。

（三）协同专用车道

车路协作中的交通互联基础设施（CVI）可以将符合特定行驶状况的车辆组成为一个车群，从而分析车群的运行状况，提高行车的安全性和效率。CVI通过大量的交通工具作为交通网络的结点，可使不同的车辆在不同的群体间智能结合，进而节约交通系统的投入成本（包括更新汽车传感器和改变拓扑结构）。通过这种方式，可为同类集群内的汽车提供专门的道路，提高交通的效率和安全性。

（四）交通运行状态感知

车路协同将汽车与道路连接在一起，从而实现了汽车与公路的双赢。这些车类似于数据采集装置，可以很自然地把路况和路况信息传递给路边的通讯装置。在车路协同中，通常采用探测器来测量路况，它存储了两种信息：时间信息和事件信息。时序信息是指在一定的时间间隔内采集到的数据，并且数据随着时间的推移快速积累增加。事件信息是在某一特定的情况下发生的相关事件特征，采集到的信息根据该特征，可通过对车辆的反馈判断道路交通状况，使之与交通状态的变化相匹配，从根源上预防交通意外。

（五）交叉口智能控制

V2V、VEI能使车辆与道路之间的联系更加紧密。路口信号控制器能够根据车辆的位置、速度等信息，控制信号灯的颜色。当前，在车路协同环境下，公共汽车和应急车辆的信号优先控制已成为当前研究的热点。在公交和应急车辆到达路口时，可通过实时的车辆行驶信息、前后车辆的行驶状况和当前的等候状况，来确定车辆的优先通行权。通过判定控制器信号，可向车辆发送控制信息，给出相应的车速建议，进而降低路口的总停车时间和平均停车次数，提高路口的交通效率，节约能源和减少尾气排放。