智能网联汽车与城市交通信号系统的实时互动研究

摘 要：近年来，随着我国科技水平不断提升，智能网联汽车技术水平也得到了快速发展。智能网联汽车与城市交通信号系统的高度融合，可以提升城市交通道路管理综合水平和效率，具有较高的探讨价值。文章基于智能网联汽车应用特征与城市交通信号系统特征，探讨了智能网联汽车与城市交通信号系统的实时互动，研究与分析，最后结合城市交通道路管控需要和特点来制定解决城市交通管理过程中各种问题的相关方案。

关键词：智能网联汽车 城市交通信号系统 实时互动

0 引言

随着城市化建设与发展进程不断向前推进，城市空间被进一步压缩，交通道路管理难度也随之增大。目前由于各大城市汽车保有量不断增加，为解决城市交通管理问题，交通管理部门通过加强交通信号系统管控，来提高城市交通车辆运行效率，并致力于优化交通道路车辆通行方案，以更好的协调车辆的出行，减少堵塞、交通冲突等交通事故的发生。近年来，随着云技术、大数据技术、移动信息技术等不断的发展，使得城市的交通管理水平显著提升，同时这些技术在城市交通信号管理系统中也发挥着巨大作用。智能网联汽车与传统汽车存在较大的区别，主要表现在可以实现智能化车辆管理，完成信息高效交流与数据共享，识别外部复杂的环境，实现智能和汽车驾驶的高度结合。除此外，智能网联汽车与城市交通信号系统实时互动可以提高二者之间的信息数据交换频率，实现终端传感之间的数据分析，掌握更多车与道路状况信息，同时还能解决道路运输等诸多问题。这对于提升城市交通管理和解决道路拥堵问题，充分保障行车安全等方面具有很大的作用。

1 智能网联汽车的基本原理及城市交通道路系统的基本原理

1.1 智能网联汽车的基本原理

智能网联汽车搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，是融合现代网络通信技术的一种智能汽车，具有实现车与人、车、路、云端等智能信息交管共享、拥有复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，能够达到保障车辆安全、舒适、节能、高效行驶，最终可替代驾驶人实现自动驾驶。其主要包含以下6种关键技术：环境感知技术、智能决策技术、控制执行技术、V2X通信技术、云平台与大数据技术。智能网联汽车在行驶过程中是通过控制执行技术利用智能化应用技术、高尖端设备及传感器等收集信息，利用云平台与大数据技术来整合数据，通过利用V2X通信技术加强数据的交流与传输，以实现车辆与道路设施及车辆与车辆之间的信息交流的目的，提高信息交流能力，利用环境感知技术及时了解其他汽车的具体位置、行驶速度及运行方向。在这个过程中，又可以将自己的车辆信息传输给其他的车辆。智能网联汽车具有多种不同的功能，能实现汽车的自我导航及紧急制动等。另外，智能网联汽车还能获取交通信号数据或城市道路交通信息等，根据已经掌握的相关数据信息，利用智能决策技术制定合理的汽车驾驶方案。

1.2 城市交通道路系统的基本原理

城市道路交通是城市社会、经济和物质结构的基本组成部分，是城市交通系统的主题。城市道路交通系统主要由路网系统、交通信号系统、交通流和交通监测、控制系统构成，其中交通信号系统是由信号灯、交通监控中心、传感器等所组成的系统。这些系统运营时相互独立运行，但可通过网络和信号管理系统连接，通过一定的计算机技术、算法及云计算技术等进行协调管理，并制定合理的交通信号灯相位。当交通流量较大时，城市道路监控可获取城市道路上的车流运行状况，加以判断，信号控制功能以此为依据制定相应的控制信号，并通过交叉口的红绿灯输出完整信号控制。疏导道路车辆行驶，减少车辆等候时间，提高车辆通行效率，保持交通道路安全，减少各种突发性交通事故出现。

1.3 交叉口车辆与信号协同控制场景下交互机理

基于智能网联车辆技术，可以对改善交通安全、交通效率以及交通污染等问题提供有效的解决方案。比较典型的应用场景有：交叉口信号与智能网联车辆协同控制，智能网联车辆违反交通信号警告，车辆转弯速度警告，车辆紧急刹车预警提示，车辆碰撞提前检测预警，车辆转向辅助提示，无信号交叉口停车辅助提示，特殊车辆信号交叉口有限通行控制等。随着智能网联车辆技术的不断发展，以及与之相适应的路侧设备逐步完善，这些场景将逐步成为现实。不同的场景应用与相关技术、数据需求以及系统各部分的交互机理密切相关，为进一步探究论文所研究理论对应的实际环境，下面将对智能网联车辆环境交叉口控制场景下的交互机理进行分析。

1.3.1 车与路

发送：如图1中箭头1所示，智能网联车辆进入交叉口准备区域后，与控制中心建立实时通信，并将车辆的位置、速度、通行需求方向等信息发送给控制中心。

感知：控制中心对路网内所有车辆的状态信息进行汇聚分析，根据优化控制算法，对每一辆车的通行顺序和轨迹进行求解。

控制：如图1中箭头2所示，控制中心将车辆的通行轨迹方案信息发送到对应车辆，具备自动驾驶功能的智能网联车辆将执行控制中心所发来的指令，不具备自动驾驶的智能网联车辆，将参考引导轨迹方案进行驾驶操控。

1.3.2 车与其他对象

为了确保交叉口的行车安全，车与车、行人等在近距离跟驰或有通行轨迹冲突时，如图1中箭头3所示，智能网联车辆根据自身传感器以及实时通信所传来的冲突目标信息，根据安全阈值来调整自身的控制行为。

1.3.3 冲突规则

当信号控制中心发送给车辆的轨迹方案，与车辆根据当前周围冲突目标采取的算法相冲突时，优先将避免冲突的控制方案操作提前，并将此改动发送给控制中心，控制中心在当前车辆发来的不可变更操作轨迹信息基础上，对其后续轨迹进一步规划。

2 智能网联汽车与智能交通信号控制系统实时互动的优势

2.1 有效的优化城市交通管理水平

随着城市经济不断发展，交通也变得日益拥堵，这严重影响到城市交通道路管理和安全[1]。通过加强智能网联汽车与城市交通信号系统的实时互动，能实现交通道路信息数据与城市交通运输管理部门信息的高度融合，可以改善城市管理工作，提高交通引导水平，并实现对城市交通道路状况数据的实施监控，实时分析城市道路交通问题成因，确保城市整个路网交通的畅通，优化城市交通管理水平。

2.2 提高汽车行车安全性

当前，随着城镇化水平的稳步提高，道路车辆不断增多，城市交通道路安全问题变得越发突出，一旦城市交通安全管理问题出现，将直接威胁到路人和车辆驾驶员的安全，因此加强车辆行驶安全管理就变得十分重要。就当下和未来而言想要做好城市交通运营管理工作，需考虑智能网联汽车与城市交通信号系统管理的高度融合度，以此可提高城市道路交通堵塞问题，同时通过调取不同城市道路的摄像头或者车辆定位等数据信息，完成在线分析，经过计算机算法计算后，计算出新的交通运行方案，以提高汽车的行驶安全和效率。交通部门也可通过信息数据的共享，科学的进行道路管理，提高城市道路智能应用水平[2]。

2.3 减少汽车怠速排队时间及尾气的排放

城市道路交通一旦发生拥堵，会导致车辆等待时间变长，怠速时间也将变长，由此就会导致能源浪费，导致车辆尾气排放量增多，造成严重的城市交通空气污染问题。想要真正解决城市交通拥堵问题，就要从源头上加强交通管制工作，制定合理的交通管制方案及交通道路行驶方案。通过加强智能网联汽车与城市智能交通信号控制系统的实时互动，可进一步的优化交通流量，减少车辆在不同交通路口的等待时间与频繁启动次数，可以降低汽车的燃油消耗量，降低汽车尾气的排放，这对于进一步的改善城市环境质量管理具有很大的作用，有利于实现绿色交通管理目标。

2.4 提高城市交通突发事故的处理能力

众所周知，在城市交通道路运行管理的过程中，如果交通道路上出现交通事故，就会引起交通道路堵塞。提升智能网联汽车与城市交通信号系统的实时互动效率之后，可以通过及时调取事故发生的录像，实时监测交通道路状况分析引起突发事件的根源，了解前因后果。城市交通管理后台，也可以结合所在路段当下交通运行状况，来制定不同道路管制和车辆疏导方案。在紧急时刻，交通信息后台可以迅速调整信号灯相位，延长交通道路车辆通行时间。如此一来，便可以大幅减少车辆拥堵时间，提高交通道路通行时间。这对于充分的确保城市交通安全与通畅都具有着十分重要的意义与作用。

3 智能网联汽车与城市交通信号系统实时互动技术融合分析

3.1 实现信息数据高效互动，优化城市交通信息共享能力

智能网联汽车具有智能化的高度应用，车辆可以根据道路交通环自动制定出新的交通线路，也可实现车辆与车辆之间的信息数据交换，并对交通道路进行有效的实时性分析。当智能网联汽车与城市交通信号系统进行实时互动后，首先车辆可以通过先进的传感器实现车与交通信息系统的互动，提高信息数据的互动效率和频率。其次当城市交通管理部门与车辆信息共享后，交管部门可以掌握车辆动态对道路交通进行实时管理，并制定相应的一些交通管理方案。除此外，智能网联汽车可以在行驶目的地后将车辆运行状态信息发送至交通信息系统后台，由城市交通信号系统进行统一处理，城市交通信号系统汇集不同车辆的目的地信息后，结合不同时间段来制定路口的交通信号灯工作状态，以达到更好的交通疏导效果，进而提高城市道路管理水平和能力，为城市车辆提供一个更好的出行体验。

3.2 构建信息同步管理体系，掌握道路交叉口车辆通行情况

目前，交叉口协同控制成为技术研究重点，将该技术应用到城市交通管理当中具有很大的作用和价值。首先，V2X通信技术是一种先进的无线通信技术，借助于车与车 （V2V）、车与路侧基础设施（V2I）、车与行人（V2P）之间的无线通信，实时感知车辆周边状况，并及时预警，可完成车辆状态信息和交通环境信息的采集，从而实现数据共享，达到车与其他事物互联的状态。LTE-V2X是通过在终端和基站之间建立5G无限空中接口通信，实现车车通信，以LTE蜂窝网络为V2X基础的车联网专有协议，工作在传统移动通信授权频段，由基站集中分配并转发数据，从而实现集中化的资源调度功能，可提高LTE-V2X的接入能力和组网效率。将该技术应用到城市交通道路管理当中，可以明显的帮助汽车更好地行驶，有助于交通信息后台制定不同的交通道路行驶管制方案，提高二者之间的智能化应用水平，使车辆和交通道路管理变得更加的人性化，从而满足不同车主出行需要和交通信息后台对城市道路管理的需要。当车辆行驶到交叉路口后，会收到交叉路口的信号运行状况及前车、后车的具体行驶状况[3]。由此可以实现城市交通道路管理部门对道路交通的高效管理，做好行驶路线的安排，提升道路通行能力。

3.3 提升智能网联汽车行驶协同效率，优化交通信息系统管理信息交换能力

智能交通信号控制系统最大的优势是可以实现后台与车辆之间的信息互动性，通过利用网络系统提升信息交换效率，增强协作性。其次，通过利用智能化技术和计算机算法与不同设备的协作，来完成车辆信息和交通道路数据的采集，提升设备的整体运行能力和水平，结合城市道路拥挤程度、车辆运行情况等，来制定与之相对应的交通运输管理解决方案，同时采取预先和预后管理方法，来不断加强交通干预，以改善城市道路交通环境，充分保障城市道路上的车辆和路人的安全。在促进城市交通道路管理工作不断发展的同时实现智能化的管理目标。

4 结论

城市交通信号系统是城市交通管理不可缺少的一个部分，对疏导城市交通拥堵具有一定的帮助，而智能网联汽车具有强大的数据传输能力，加强其与城市交通信号系统的融合度，可提高二者之间的信息数据共享能力，便于制定城市交通信号管理方案。相较于传统的用车方式而言，智能网联汽车在行驶过程中智能化程度、便捷性及灵活性更高，一方面可以在线查询交通数据信息，提高出行效率。另一方面，可以实现网联信息数据在线交换，改善信息交流效率。智能网联汽车与城市交通信号系统高效结合，实现了信息数据的高效互动，完成了车联、道路交通信息互动，可以合理的提前规避交通管理中存在的各种问题，优化交通线路及交通水平。因此，继续加强二者之间的研究可以优化城市交通管理的措施，促进绿色城市的发展。

参考文献：

[1]杨春雷.智能网联车辆交通信息处理技术与信号控制方法研究[J].时代汽车，2022（3）：1.

[2]徐禕青.基于增强现实技术的汽车导航系统界面设计研究[D].无锡：东南大学，2024.

[3]王晓，要婷婷，韩双双，等.平行车联网：基于ACP的智能车辆网联管理与控制[J].自动化学报，2018（8）：14.