车路协同环境下城市交通控制分析

摘要：随着城市交通管制网络的发展，在车路协同环境下收集道路信息可以进一步对单点控制系统和综合管理系统进行研究。文章总结了在交通发展中车路协同联动的机遇和挑战，介绍了车路协同的发展模式，并基于车辆数据的实时评估提出了具体的控制策略，以期推动城市交通领域的突破和发展。

关键词：车路协同;城市交通控制;交通信息

中图法分类号：TP393

文献标识码：A

Analysis of urban traffic control in vehicle-road collaboration environment

YU Lnghua

（StarSoft Group Ltd. ， Hangzhou 310000， China）

Abstract： With the development of urban traffic control network， collecting road information in avehicleroad collaborative environment can further study singlepoint control and comprehensivemanagement. This paper summarizes the opportunities and challenges of vehicleroad synergy intransportation development， points out the development mode of vehicleroad synergy， and proposesspecific control strategies based on real-time evaluation of vehicle data， in order to promotebreakthroughs and development in the field of urban transportation.

Key words： vehicleroad collaboration， urban traffic control， traffic information

1 引言

随着人们生活水平的提高，私家车保有量逐年增加，交通日益拥堵。为解决城市交通拥堵问题必须采用车路协同技术。该技术利用无线技术获取城市道路车辆和道路信息，并通过传感器整合车辆、人员、道路、设施和交通资源，以解决城市道路拥堵问题。

2 车路协同环境下划分区域交通子区

2.1 红绿灯及其他信号灯

此前，交通信号灯主要对路口进行控制，然而这种传统而过时的方式并不能满足城市日益增长的交通需求。随着经济快速发展，城市规模逐渐扩大，城市十字路口之间的联系更加紧密。由于最初对路口以及干线实行单点控制，因此根据市区路口与市区交通的比例可采用本地交通信号灯等交通信号控制方法。局部交通信号管理可以有效地提高城市交通信号的控制效率，改善交通拥堵状况，提高人口流动效率[I]。

2.2 区域交通控制系统结构

区域交通控制系统主要采用集中控制结构，将交通信号灯连接到一台或多台计算机，并将该地区的所有十字路口连接到其中一个控制中心。控制中心可以直接控制任何路口的交通信号。虽然该控制系统的结构、维护和保养较为简单，但由于控制系统需要同时处理大量数据，因此对通行车辆、存储设备和处理器提出了很高的要求。

3 车路协同系统的功能设计

3.1 感知车辆

在设计车路协同系统时需要尽可能多地检测路况，并提出具体解决方案，为每个路段建立更安全的车路协同系统，以解决交通拥堵问题。认知车辆是保障交通畅通的功能设计之一，其可以对车辆进行系统定位和监控，以实时识别车辆的行驶情况，从而全方位采集道路环境信息，确保无险情。通过实时检查车辆状况并预测其对过往车辆速度和位置的影响，可以降低事故发生的概率。在车辆识别的基础上对每辆车通过的道路進行实时监控，并预测不同地区道路的天气情况，可以在恶劣天气下及早封锁道路，从而提高车辆的行驶效率，使其不干扰整个运输网络。

3.2 运输信息的传递

实时传输、收集运输信息，并将其传送到交通控制中心。在运输信息传输的过程中，系统实时采集条件信息，可以确保所采取的措施能有效解决交通拥堵问题。在运输信息传输中，车路协同系统借助车辆检测系统观察周边道路，并借助信息处理计算机检测交通问题，再将信息及时传送至控制中心，可以在最短时间内对不正常交通行为进行远程控制。

3.3 数据处理和智能决策

对运输信息进行分类，可以做出合理决策。在发送各种异常流的数据后，计算机可以对各种异常信息进行分类，即将相似问题归为一类，并根据不同的异常流处理数据，采取不同的智能化的解决方案。例如，当个别地区出现交通拥堵时，车载计算机便会把资料传送至主控制中心，然后对数据进行处理和分类，最后在数据库中进行检测。结合交通与天气联动系统，力求优化、完善解决方案，制定最有效的智能解决方案。由于不同车辆对应不同的路段，各主控制中心可以采用不同的数据处理方案。因此，智能求解多种优化方法可以确定方法的可行性，从而制定最有效的解决方案。

3.4 交通状态显示和交通异常预警

系统采用智能化方案解决异常道路情况并对其进行实时监控，确保异常问题得到解决。如果未完全解决异常问题，计算机会直接将信息传递到主控中心并发出预警，通过实时监控系统向控制中心发送各种交通网络的状态信息。例如，车辆若在指定路线超速行驶系统便会登记、传输相关信息至主控制中心，并在地图上显示交通情况以及向该地区发出交通事故警告，以提示车主违法行为带来的危害，从而保障道路安全。

3.5 信号管理和信息披露

在监测交通的过程中，收集和处理交通区域内可能发生的各种异常情况，并在数据处理后计算异常情况发生的概率，可以有效降低异常情况发生的概率。当交通出现拥堵时，主控制中心会向车载计算机发出信号，然后利用信号实时传送信息。当车辆出现故障后，系统会通过信号控制将资料传送给计算机，而计算机亦会将资料传送给上级服务器，确保车辆信息的透明度，并指导其合理通行。在收集道路信息的过程中，利用信号控制将各类道路交通信息以信号形式传输给总控制中心，可以为城市道路交通安全提供保障。

4 城市道路交通监管的机遇与挑战

在车路协同的背景下，信息采集方式正从大规模的基础设施投资，如传感器线圈、视频监控、铺设标记等，进入更密集的分布式交通信息无线采集，使处理系统的建设和运行费用大幅度下降[2]。传统的探测器只能从特定的位置或信号附近收集运动数据，无法获取路口、道路进出口的交通需求，不能及时预测车辆到达路口的时间。而在车路协同的背景下，基于车对车和车对路的通信，可以全天候收集车内信息，并提供更准确地控制策略。此外，实时延误数据、停机时间和油耗也可以作为实际交通管理绩效指标，使其超越现行交通管理评价模型的应用，更客观地反映管理运行的实际情况，以便有效解决交通管理评价模型局限性大、参数标定不规范、缺乏规律性等问题。主要变化取决于时间、地点、路线，这将给传统交通理论和交通管理带来严峻挑战和彻底变革，缩短驾驶员的反应时间，大大提高交通安全水平，减少等待红灯的时间，有效控制信号灯，从而为城市公共交通、应急交通和VIP汽车运输提供便利。此外，系统的数据收集提高了准确性，实现了交通管理与车辆控制和交通诱导的融合，大大提高了城市交通管理的智能化水平。

5 车路协同环境下城市交通控制

5.1 提高交通网络系统的运行效率

车路协同系统最初是针对安全问题而建立的，重点是通过交通工具和通信手段克服“盲区”以及预防交通事故，有效确保道路安全。但随着系统的不断发展，研究人员发现，车路协同系统在提高交通网络运行效率方面也起着显著作用。当汽车相互连接时，驾驶员的反应时间缩短，汽车之间的运行距离增大，增加了交通安全强度，从而提高了通行效率。此外，车路协同系统背景下的公路交通状况数据采集可以显著提高城市公路状况预测的准确性，用实时通信手段取代传统的固定位置检测技术，提高道路信号控制器对车辆的响应速度，控制车辆行驶的状态，使交通信号灯的控制和协调更加准确，特别是可以将主动安全控制与交通信号灯相结合。在管理目标方面，通过车路协同，逐步引入交通管理体系，从紧急救援、公交优先开始，进一步以车辆、道路和人来实现慢行交通控制，整合各种交通工具，从而有效提高城市道路交通的控制水平。

5.2 通过数据分析实现交通预测与预警

交通事故预测和预警功能也需要完善。这意味着可以汇集更多的数据，并用改进的调查和判断方法加以补充。基于算法、交通密度预测、二次交通事故的解决、预警，在进行分析后，提升至更高级别的分析。随着数据日益丰富，对数据处理算法的要求越来越高，从中长期来看，可以为数据中心建立一个统一的平台[3]，从而改进数据库建设，提高数据存储效率。此外，为了满足日益增长的算法需求，可以利用数据预处理算法、可视化数据处理组件等。该平台包含许多数据分析组成部分，将拥有一个更好的共享机制，允许其他操作系统使用应用程序数据。数据收集功能为整个系统提供了足够的数据，为了缓解交通拥堵，数据处理至关重要。为了查找交通拥堵问题，需要利用数据分析规律，结合历史数据规律，对交通拥堵等惯性现象进行初步验证和分析，从而进行相应的影响分析。不过，无论采用哪种手段，均需建立人工确认机制，确认方式可为周边视频图像技术，从而保证调查结论的准确性，并以此保证后续信息披露的有效性。

5.3 智能感知技术的应用

基于控制中心的智能计算机，智能感知技术的得以有效应用，以处理每一条道路上的数据，并利用信号灯控制每一辆车上的传感器，以识别车辆和道路信息，并采取一系列措施。智能感知方法较多，首先是智能车辆传输技术，即通过在车辆上安装传感器，对照正常、合理的数据检查车辆行驶情况，检查车辆是否存在危險。例如，如果车辆引擎的运行速度明显低于普通车辆引擎的运行速度，该系统会及时处理相关资料，并通过信号控制系统将资料传送给车主，提示将车辆行驶到安全的地方，并进行维修以免发生交通事故。其次是智能路旁识别技术，即通过在路旁安装传感器和观察图像系统，在道路系统中实时记录车辆行驶过程中出现的违规行为。将违规行为反馈到最近的公共中心后，如果道路被视频系统所覆盖，那么车辆以及相关违规行为将直接显示在视频中。

5.4 车路协同通信技术的应用

公路交通网络联合结构的一个重要组成部分是利用通信技术实现模式控制和信息传输。在通信技术的应用过程中，云计算机通过各种有效的网络处理每一条道路的交通数据，分析每种运输方式的实时信息，从而计算和模拟每种运输方式对行程的影响，进而有效提供交通运输信息。

6 车路协同环境下城市交通控制的未来发展

目前，解决城市交通问题的有效方法之一是建设车路协同系统，从而引发城市道路交通领域的新革命。传统城市道路交通模式对城市发展具有重要意义，但其存在一定不足，包括信息采集不全面和交通预测不准确等。鉴于目前城市交通环境较为复杂，需要在新形势下解决交通拥堵问题，当车路协同成为城市交通发展的主要趋势时，需要更多地关注影响车路协同的冈素[4]。

在车路协同环境下，汽车与汽车相关信息的传输将改变驾驶员的交通行为特征，如路径改变、反应时间缩短等。因此，之后的研究重点是分析全日制乘客流量数据，以制定新的交通管理策略。利用公路通信系统对车辆数据进行实时分析，可以消除传统道路交通中的诸多缺陷。通过数据收集系统，基于主动交通安全、交通管制、车辆能耗和排放等指标，逐步实现多目标指标的实时优化。

7 结论

从城市发展的角度看，道路交通越来越拥堵，道路交通系统和城市环境发生了重大变化，面临的任务随之改变。因此，为了有效解决相关问题，需要找到新的解决办法。为了改进和完善城市道路交通管理体系，必须构建车路协同系统，以加强对城市交通的控制。

参考文献：

[1]陈利红.基丁车联例技术的交叉口交通信号控制系统研究[J].计算机时代，2019（1）：9-12.

[2]吴文静，陈润超，贾洪飞，等.车路协同环境下路段掉头区域车辆协同控制[J].吉林大学学报（工学版），2019，49（4）：1100-1106.

[3]王庞伟，于洪斌，张为，等.城市车路协同系统下实时交通状态评价方法[J].中国公路学报，2019，32（6）;176-187.

[4]常振廷，谢振东，董志国.智能网联车路协同城市大脑建设框架研究[J].智能网联汽车，2020（2）：88-95.

作者简介：

余灵华（1975-），本科，中级工程师，研究方向：车联网。