智慧公路技术在车路协同中的应用

田双蹄 烟台市公路事业发展中心

针对现有的交通拥堵、环境污染等问题，国家发改委以及交通运输部门印发了关于智慧交通发展相关文件，此类文件的颁布极大地刺激了车路协同系统的发展和研究。在此情况之下，智能交通技术也得到了进一步发展，各种互联网、人工智能等先进技术逐渐在交通运输行业以及汽车领域得到广泛应用。车路协同已然成为当前我国交通运输事业发展的主要方向，而智慧公路技术在其中也发挥着至关重要的作用。

一、车路协同中所应用的关键性智慧公路技术

（一）空间信息技术

在进行车路协同设计的过程中，需要事先进行公路勘察，明确周围地理环境情况，因此需要获取相应环境数据信息，此时需要使用的技术包括卫星勘测、地质遥感、三维测量等空间信息技术，此类技术的应用能够快捷、迅速、准确地获取相应地表信息，为后续智慧公路的建设提供基础数据支持。其中卫星勘测技术能够实现对于高原、高海拔、禁飞区域等地区地表信息的采集和整理，是公路建设过程中的关键性技术，当前我国诸如西藏、新疆等区域的工程勘察都是应用卫星勘测技术实现的。地质遥感技术的主要作用在于能够实现大范围地质灾害的识别，例如，在实际工程实施过程中，沿线区域可能出现的山体滑坡、崩塌、泥石流等灾害，而且该技术还能够长时间地对工程区域进行地质灾害的检测，为公路的建设，以及人们的出行提供安全保障。三维测量技术常用于新建或者原有公路改扩建工程中，能够为相应工程提供精准地形、高程以及断面信息，而且有着较高的精度，可以将高程误差控制在2cm 之内，此外，还能够实现对于路基边界、车道线等相关基础设施信息的采集。

（二）GNSS 技术

GNSS 技术就是全球导航卫星系统，在车路协同系统中，该技术主要是与其他定位技术进行综合应用，为车路协同提供全天候、高精度的位置信息，明确车辆与公路之间的位置关系，更好地为车路协同系统以及运行车辆提供相关定位服务。该技术的主要优势在于发展相对较为成熟，精准度和可靠性都较好，能够实现实时动态定位，而且该技术也不需要额外的设备、设施支持，应用成本相对较低，但是在建筑等遮挡物较为密集的区域，该技术的定位精度将会受到一定影响。GNSS 技术在车路协同中的主要形式包括测定静态交通控制单元、路侧单元位置，以及配合其他技术进行道路基础设施的测量，辅助进行三维建模。此外，GNSS 技术还能够与其他技术结合提供导航服务。

（三）路侧通信技术

车路协同系统中，路侧通信技术是系统发挥作用的关键性技术，该技术的主要用途在于车辆信息的采集、交通状态的监控以及数据信息的传输。在车路协同系统实际运行的过程中，需要借助路侧通信技术中的传感器，形成相应网络系统，并实现信息采集。当有车辆驶过时，路侧网络系统能够将传感器采集到的信息传输给车辆。此外，路侧通信技术还能够进行多渠道车辆行驶信息的采集和处理，再将处理后的数据信息传输到路侧通信单元或者云端中，实现信息共享。该技术融合了远距离道路检测、无线传输以及信息采集等多种技术，不仅有效提高了信息采集的便利性、效率以及精准度，而且对于车路协同发展也有着积极作用。

二、智慧公路技术下的车路协同系统架构

随着当前信息技术手段的发展，智慧公路技术逐渐得到更加深入的应用，车路协同系统也得到了进一步实现。在此情况之下，车路协同系统实现了对于道路交通信息的实时、精准采集和同步共享，极大地保障了车辆运输安全，也提升了车辆运行效率。在智慧公路技术的应用之下，车路协同系统架构主要包括以下三个部分。

（一）智能路侧系统

智能路侧系统的主要功能就是对公路运行过程中的道路交通信息进行采集，例如车流情况、平均车速、道路异常情况、路面状况等，并将其上传至车辆和云端中，实现信息的同步共享。智能路侧系统主要由智能路侧设备以及设备管理层两个部分组成。其中智能路侧设备主要包括路侧单元、交通电子标志以及各类检测器等，实现相应数据信息采集、存储等相关服务，确保设备之间的相互通信以及相关信息的安全。此外，智能路侧系统还需要具备路侧设备管理功能，满足各种路侧设备的接入需求，并在接收到设备上传的数据之后，能够自动计算可能存在的风险问题，并将相关信息同步给相关车辆，或者发布调度指令，同时还能够提供大量多样化设备以及传感系统的认证、接入、监控等管理功能，支持各种应用信息的交互。

（二）智能车载系统

智能车载系统主要是依靠车载传感器完成对于车辆情况以及周围环境的感知，并能够与智能路侧系统进行交互，为车辆行驶提供全面、安全的服务，能够根据驾驶人员的实际需求提供相关信息和车辆导航功能等，提升车辆驾驶的便利性以及安全性。例如，当路侧系统感知到路面冰冻、积雪等情况时，会将该信息及时传向接近转弯以及行驶在复杂道路的车辆，并提醒车辆注意控制车速，避免交通事故的发生。此外，当车辆发生交通事故时，车载系统还能够将事故相关信息及时传输到急救中心等相关机构，如事故发生位置、严重程度等。

（三）通信平台

通信平台主要负责车辆运行过程中各系统之间的通信交流，确保路侧设备与车载系统之间能够进行信息交互和传递。在传统智能交通系统中，主要是将采集到的数据信息上传至云端，然后进行计算分析，再将分析得到的结果传输至路侧单元以及移动终端中。而在车路协同系统中，对于数据信息的处理和传输效率有了更高的要求，且实时产生的数据信息量十分庞大，而云端计算传输存在一定延迟，难以满足当前车路协同系统的要求，对此需要借助智慧公路技术，通过边缘计算的方式，降低数据计算和传输延迟，满足车路协同系统的运行需求。

三、智慧公路技术在车路协同中的应用场景

（一）智能化的基础设施

智能化基础设施是实现车路协同的重要前提，在实际进行车路协同设计的过程中，为保障信息的实时交互，促进智慧公路的有效建成，需要加强对于硬件基础设施的研究和设计，实现硬件功能的多样化、交互形式的多态化以及服务形态的丰富化，满足车路协同系统的实际功能需求。当前常用的智慧型道路基础设施包括太阳能发电道路、无线网络全覆盖道路、融雪道路以及交通状态检测、风险监测预警等感知型智慧基础设施。

以哈尔滨工业大学提出的智能道钉为例，智能道钉融合了当前先进的智慧公路技术，包括物联网技术、AI技术等，能够满足道路感知以及信息交互等多样化功能需求，在规模较大、密度较高的道路环境中有着较好的应用效果。通常情况下将智能道钉安装在斑马线旁边，通过动态闪烁的方式提醒司机减速。智能道钉主要包括以下功能：第一，感知道路情况，能够感知道路车辆情况，根据相关数据进行信号灯的自适应控制，并与相关交通管控中心联网；第二，行车安全距离提示，根据相应的数据信息，当车辆间距过小时，智能道钉能够发出警示红光，以此避免追尾事故；第三，智能道钉能够对道路异常进行提示，当前方出现异常交通事故时，能够通过红色灯光闪烁提示后方车辆减速慢行或者避让，并将相关道路信息传送至交通管控部门。除此之外，智能道钉还能够实现行车路线引导、停车感知等多样化功能。

（二）交通标志的数字化

智慧公路技术在车路协同系统中的应用，能够有效改变传统交通标志的形式，通过数字化形态进行交通标志的发布和展示。在车辆实际运行的过程中，每个交通标志都会有唯一的识别码，在无线广播的帮助下，向道路当中运行的车辆发送相应识别码，并由车载设备捕获该识别码，然后进行交通标志的展示，进而使得自动驾驶系统能够根据相应交通标志进行车辆控制。在此基础上，不仅可以实现交通标志数字化，同时，还可以使用该技术，将道路标线、信号以及护栏等进行数字化转变，构建一个数字化道路交通环境，进而保障车路协同的有效性，确保车辆的合法合规行驶，减少交通拥堵以及交通事故发生的概率。

（三）实现动态车速引导

通过在公路路段设置气象监测站，对相应气象环境条件等进行实时监测，并将检测到的雨雪、沙尘、雾等数据信息上传至相应V2X 平台中，然后根据系统事先设定好的车辆控速原则改变道路限速值，同时还可以根据现有的视频监控，对各路段的车流量情况进行分析，并借助相应通信平台将限速信息传送至车载系统中，实现对于车辆运行速度的引导和控制，在保障行车通畅的情况下，通过控制车速的方式降低事故发生的概率。

（四）道路危险状况提醒

相关交通管理部门还需要及时将道路危险情况同步到周围运行车辆，道路危险情况包括但不限于道路施工、雨雪影响、滑坡等。当车辆运行至危险情况同步范围之内时，智能路侧单元就会通过通信平台向车载系统发布信息，并进行道路情况预警，提醒相关车辆小心驾驶。除此之外，车路协同系统还具有超速限速提醒功能，智能路侧系统能够在特殊限速路段事先对运行车辆进行限速提醒，当特定路段行驶车辆出现超速情况时，智能路侧单元能够对相应车辆进行自动提醒，要求驾驶员减速。这种限速超速提醒功能适用于具有限速要求的普通路段以及高速路段。

（五）匝道车辆汇入预警

对于高架以及高速公路而言，匝道是经常出现交通事故的路段，一旦匝道区域出现交通事故，将会造成严重的交通堵塞情况，甚至可能出现交通瘫痪，因此加强匝道车辆汇入提醒是十分有必要的。当车辆在行驶过程中靠近匝道时，智能路侧系统能够将匝道汇入位置的相关车流信息实时传递给直行车辆的车载系统中，并提醒驾驶员小心行驶。该车路协同系统功能极大地降低了匝道位置车辆碰撞事故发生的概率，有效保障了行车安全。

（六）车辆事故上报警示

智慧公路技术下的车路协同系统还能够及时进行车辆事故区域的警示以及车辆故障问题的上报。当某路段发生安全事故之后，发生事故车辆的车载系统以及周围监控系统等向车路协同平台进行事故以及相关数据信息的上报，明确事故发生位置、时间、占用的车道等信息，并自动联系救援机构；同时智能路侧系统还会向后方来车推送事故信息，以免造成更大的交通事故，更好地保障行车安全。除此之外，当车辆在运行过程中出现故障时，车载系统会将故障、车辆位置等相关信息上报至车路协同平台中，为后续车辆的维修、拖车服务等提供良好参考，将车辆故障信息传送给智能路侧单元，并由智能路侧单元将车辆故障信息广播给周围车辆，避免安全事故的发生。

（七）道路施工养护提示

在车辆实际运行的过程中，经常会出现由于前方道路施工、养护、清理等造成车辆拥堵的情况，甚至还可能出现车辆撞击、擦碰等交通事故，加剧交通堵塞情况。对此车路协同系统能够对相应道路施工养护情况进行精准定位，上报给交通管理部门以及车路协同平台，并通过广播向周围车辆同步警示信息。此外，还可以在道路施工养护周围，设置智能化警示安全锥桶、三角牌等，通过对此类安全设施的智能化改造，将其与互联网进行实时关联，实现对于道路施工、养护以及封闭管制信息的及时采集和同步，为车辆出行提供更好、更加全面的服务，保障车辆出行的便利性和安全性。

四、结语

智慧公路技术属于智能交通管控与服务系统的一个重要组成部分，是车路协同发展过程中的重要技术措施，该技术在实际车路协同中的应用场景包括智能化基础设施的建设，如智能道钉、交通标志数字化、动态车速引导、道路危险提醒、车辆汇入预警、交通事故和车辆故障上报，以及道路养护施工提示等。随着我国新基建的不断提速，推动智慧公路技术与智能驾驶系统无缝对接，能够实现车路之间的动态交互，有助于提高道路交通的安全性以及车辆通行效率，对于车路协同的发展意义重大，对于无人驾驶的实现更有着重要的作用。