车路协同技术在智慧高速公路建设中的应用分析

曹俊

（甘肃公航旅信息科技有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

现阶段，随着社会经济不断发展，道路上的车辆与日俱增，提高了对道路交通安全的要求，所以智慧高速公路理念与技术得到了广泛应用。其中，车路协同技术主要是指加强传感技术与无线通信技术的应用，使车与车、车与路的信息交互得到有效地落实，其动态性和实时性特点显著，可以促进信息采集、计算等工作的顺利进行，在复杂的交通环境下，不断提高车辆行驶的安全性，对道路状态进行实时监测，给予车辆前方道路状况正确的提示，保证车辆的行驶安全。由此可以看出，车路协同技术在高速公路中具有较高的应用价值，特别是在智慧高速公路中的应用方面，可以将高速公路建设水平提升到全新的高度和领域。

1 车路协同技术架构

对于传统交通流预测，预测的交通流量大多在1个小时内，这很难准确预测每辆车的到达时间，也难以将后续调节过程的控制效果体现出来。目前，随着先进技术不断发展，智能车路协同技术与人们的实际生活联系愈加密切。借助智能车路协同技术，可以将全时空交通信息的实时性、可靠性体现出来，满足车辆与道路设施的智能化需求，并为信息共享提供极大的便捷，给保障交通安全和提高通行效率提供强有力的扶持。

通常来说，智能路侧系统、智能车载系统等是智能车路协同系统的重要构成内容。智能车载系统可以对自身车辆状况信息进行搜集，并对周围行车环境进行感知；智能路侧系统可以促进交通流信息和道路异常信息等采集工作的顺利进行。通信平台在系统的通信方面发挥着重要的作用，使路侧设备与车载设备的信息交互水平提升。相比于传统的检测设施，车路协同设施的鲁棒性显著，不仅可以将交通信息的检测效率提升上来，而且可以确保信息的全面性。在道路交通系统中，对车路协同技术的研究重点进行分析，应加强道路和车辆协同技术的应用，将交通管理的安全性和高效性体现出来，在其特点方面，移动车辆与道路信息的信息交互水平较高，有助于车辆通行效率的提升，使车辆安全性得到保证，图1 为车路协同技术架构。

由图1 可以看出，在车路协同技术框架中，路侧系统与车载系统的作用不容小觑，可以积极整合车辆与道路信息系统，将各部分的优势充分发挥出来。车载传感器在智能驾驶中占据着重要的地位，而且在车辆感知外界时发挥着重要的作用，旨在将车辆行驶状况的感知功能发挥出来，并对周边行车环境予以高度了解。在车路协同技术中，车载传感器的核心作用突出，其运行参数主要包括车辆实时制动、转向、及时检测驾驶人的驾驶状态、对驾驶人的危险行为进行感知等。此外，在复杂路况下可以迅速检测车辆的危险状态信息、驾驶行为等，防止行车安全隐患的出现。

图1 车路协同技术架构

2 智慧高速公路建设背景和建设原则

2.1 建设背景

截至2021年末，我国公路总里程在51 万km 以上，其中，高速公路里程在15 万km 以上，在全球高速公路通车里程和运营里程中具有较高的影响力。因为高速公路的建设规模庞大，传统高速公路信息化建设与我国经济社会发展需求并不相符，特别是在高速公路发展环境越发健全的影响下，所以应加强科技手段的应用，不断强化高速公路的安全性、效率性、服务性等，将高速公路智慧化推向可持续发展的领域。智慧高速公路与智慧城市之间的关系是紧密联系、密不可分的，应在高速公路沿线对设施设备进行布设，并加强交通运行控制中心的构建，将各种先进技术集成在一起，如应用感知、通信等，从而构建安全、快速、绿色的高速公路行驶环境。

2.2 建设原则

首先，安全至上原则。在智慧高速公路建设中，应注重交通出行安全，尤其在建设和运营期间。如果出现交通安全事故，会严重威胁到人民的生命财产安全。智慧高速公路应将安全至上的原则贯彻落实下去，基于多个视角，如建设、管理、运营等方面，共同致力于高速公路安全水平的提升。其次，效率优先原则。在高速行驶过程中，可以使人员和货物的运输时间得到有效控制，将运输效率提升。特别是在节假日、异常天气等下，极容易发生堵车、塞车等情况，严重影响到人们的正常生活。智慧高速公路的闭环应高度重视感知、传输、处理等方面，对通行路线予以不断优化，为交管部门工作的开展提供帮助，将堵塞时间控制在合理范围内，使道路使用效率不断提升。最后，服务舒适原则。智慧高速公路应确保出行者出行体验的舒适度，这与普通公路的差异化服务有明显的区别，不仅可以给人们的出行安全提供支持，而且可以满足快速高效的需求，实现被动服务向主动服务的顺利过渡，从而将全面化、端到端的服务提供给出行司乘人员。

3 车路协同技术在智慧高速公路建设中的具体应用

3.1 实现交通标志数字化

在智慧高速建筑中，车路协同技术的应用是至关重要的，这在交通标志的数字化中得到了充分体现，使以往实体标志的缺陷得到弥补、完善，为交通管理的数字化创造了有利条件。每一块交通标志的识别码均具有一定的特殊性，可以借助无线电信号向行驶的车辆发送信息。此外，智慧高速中的标线、信号等作用也十分重要，其中自动驾驶技术占据着主导地位。

3.2 道路危险预警

车辆存在潜在的危险情况时，车路协同技术的预警作用非常突出。对交通管理部门来说，在特定路段突发危险情况时（如大雾、雨雪、滑坡等），车辆行驶到这些路段时，智慧高速路侧单元会将信号发送给车辆，将预警作用发挥出来，提醒驾驶员注意安全、谨慎驾驶。此外，在事故多发路段，限速和超速预警也可以引起驾驶员的高度重视，在车速过快的情况下，通过智能路侧单元向驾驶员进行减速行驶的提示。

3.3 事故路段警示

当危险事故出现时，事故车辆上的车载设备、高速安全监控等应将车辆发生事故的相关情况发送到V2X 车路协同平台上，如具体位置、占用道路情况等，确保及时与指挥救援中心取得联络，保障事故救援工作顺利进行，最大程度地维护人员的生命财产安全。并且智慧高速两侧的智能路侧单元在后方车辆的预警方面有突出的优势，能够给予驾驶员谨慎驾驶的提示，避免不必要的损失。

3.4 车辆故障预警和匝道汇入预警

首先，在智慧高速领域内，车路协同技术可以及时预警车辆本身故障的发生，借助车载设备将车辆的故障情况、故障位置等信息自动上报，使其在V2X 车路协同平台上体现出来，提高故障车辆的救援效率，落实拖车服务。借助V2X 车路协同平台，路侧智能单元会向后方车辆通知故障车辆的位置信息，确保良好的预警效果，有效预防事故发生。

其次，错过匝道和匝道出现事故在高速公路上比较常见，在直行车辆与匝道距离较近时，智能路侧单元会向车辆终端发送匝道汇入的车辆信息，及时提示车辆驾驶员注意避让，防止碰撞事故的发生。

3.5 气候环境监测

气象监测站大多建设在高速公路上，气象监测站可以向V2X 车路协同平台传递监测信息，然后从当地实际气候情况出发，对限速值进行合理变更，利用智慧高速数字化技术，确保该路段限速变更的时效性，并第一时间向车辆传递信息，以便司机准确做出决策，正确引导车速。同时，在车辆行驶方面，天气变化具有较强的影响力，所以应密切监测路段气候，及时变更路段限速，将车车、车路信息交互的动态性体现出来，而这与车路协同技术的应用有密切的联系。

4 高速公路车路协同应用的实现场景

4.1 ETC 的高速公路服务应用

车路协同系统应提前部署在收费广场入口的连接线，特别是一些场所的收费广场较小，应从OBU 类型出发，对货车、客车予以及时引导，为客货分离创造有利条件，使入口过车秩序不断优化。在智慧服务区下，应一键推送氢能源、充电桩、加油站信息，加强免下车免操作模式的构建，并与智慧加油相结合。如果人流密度较大，且路况复杂，应对相关服务进行积极落实，如安全辅助驾驶信息推送、碰撞预警等。

4.2 高速公路特殊路段路况提示

车路协同系统应合理设置在陡坡、长下坡等特殊路段，使弯道超速预警、碰撞预警等可以顺利完成，并与可变式情报发布系统等相结合，对前方复杂路况进行告知，提示驾驶员减速慢行。车辆汇聚或拥堵碰撞事故，极容易发生在高速公路匝道及互通枢纽地段，加强车路协同系统的应用可以对车辆进行预先变道操作的提示、引导，维护车辆通行的安全性与稳定性。在长隧道前中后处，车路协同系统与声光报警的结合，可以给驾驶员提供注意行车安全的警示。

4.3 高速公路机电运维

对于机电维护部门来说，数据实时交互会使运维压力大大增加。GIS 地图的多系统平台，通过与安全准入系统、隧道监控系统等结合，再加上AI 模拟的辅助，可以使设备潜在故障等风险得到有效控制，保证机电维护部门相关工作的顺利进行。以投入的外场可变式情报发布系统为例，箱体内的温湿度传感器、烟雾传感器、智能门锁等，借助串口通信方式，可以紧密结合数据采集单元，在平台端对情报板通信及工控机工作状态进行实时监控，网络防雷模块、直流电源模块发生故障时进行声光报警，同时与定期巡检相结合，可以将设备的预防性养护水平提升上来，确保机电维护工作质量。

5 结语

通过上面的论述与思考，目前，智慧高速公路的发展速度较快，这与先进的技术有密切的联系。人工智能、物联网等技术的不断发展改变了人们的出行方式。在物联网技术的推动下，明显提升了智能化高速公路的建设速度，迅速发展出了智慧网联汽车核心技术。在智慧高速公路建设中，合理应用车路协同技术可以使道路交通系统的通行效率得到提升，给车辆安全、绿色出行提供有力的支持，确保社会效益与经济效益的双重提升。