探索車路協(xié)同技術(shù)在智慧高速公路建設(shè)中的應(yīng)用

燕崇麒

（中交第一公路勘察設(shè)計研究院，陜西西安 710075）

車路協(xié)同技術(shù)是在傳感技術(shù)與無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，落實(shí)了車與車、車與路、車與云、車與人的動態(tài)實(shí)時信息交互，完成了信息采集、計算以及共享工作，保證車輛在復(fù)雜的交通環(huán)境下也能夠安全行駛，能夠?qū)崟r監(jiān)測道路狀態(tài)，及時向車輛提醒前方道路狀況，以保證車輛在道路上能夠舒適行駛。考慮到車路協(xié)同技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用還處于初級階段，本文從路側(cè)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)切入展開分析，進(jìn)一步探索車路協(xié)同技術(shù)在智慧高速公路中的應(yīng)用情況。

1 路側(cè)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

在智慧高速公路建設(shè)過程中，智能路側(cè)系統(tǒng)是其中重要的一環(huán)，主要包括車輛信息的采集、交通狀態(tài)信息的采集以及信息傳輸。車輛在道路上行駛時，路側(cè)系統(tǒng)會通過道路兩側(cè)的無線傳感器采集信息，此時無線通信形成多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有車輛駛過時，自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將感知的對象發(fā)送給接受者（車輛）。在此無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，傳感器、感知對象以及接收者成為重要因素[1]。

車輛行駛時，可能會有其他車輛同時行進(jìn)，此時，交通狀態(tài)信息采集與傳輸技術(shù)作用得到充分發(fā)揮。通過路側(cè)系統(tǒng)多渠道采集車輛行駛信息，將信息通過傳感器導(dǎo)入微處理器，利用微處理器或邊緣計算單元處理采集的數(shù)據(jù)信息，再將信息傳輸?shù)铰穫?cè)通信單元以及云端中，實(shí)現(xiàn)信息的存儲及共享[2]。

多通道信息采集系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 多通道信息采集系統(tǒng)

一體系化智能路側(cè)設(shè)備是智能路側(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。在已有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的基礎(chǔ)上，將中遠(yuǎn)距離道路檢測設(shè)備、無線信息傳輸設(shè)備與多通道交通信息采集技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)集無線通信和數(shù)據(jù)管理于一體的路側(cè)設(shè)備，促進(jìn)車路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用。此外，多通道數(shù)據(jù)采集也方便了系統(tǒng)采集信息，具有較高的自動化程度和準(zhǔn)確度，有利于實(shí)現(xiàn)采集智能化，有效推動后續(xù)工作的進(jìn)程。

2 車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

傳統(tǒng)的交通流預(yù)測中，只能預(yù)測1 h內(nèi)的交通流量，無法對每輛車的到達(dá)時間進(jìn)行預(yù)測，在后續(xù)調(diào)節(jié)過程中無法達(dá)到理想的控制效果。隨著各種先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展與革新，智能車路協(xié)同技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野。智能車路協(xié)同技術(shù)以實(shí)時、可靠的全時空交通信息為根本，實(shí)現(xiàn)車輛與道路設(shè)施的智能化和信息共享，保障交通安全，提升通行效率。

智能車路協(xié)同系統(tǒng)主要由智能路側(cè)系統(tǒng)、智能車載系統(tǒng)和通信平臺三個部分構(gòu)成。智能車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)搜集自身車輛狀況信息和感知周圍行車環(huán)境；智能路側(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集交通流信息（車流量、平均車速等）和道路異常信息、道路路面狀況、道路幾何狀況等；通信平臺負(fù)責(zé)系統(tǒng)的通信，促成路側(cè)設(shè)備與車載設(shè)備之間的信息交互。有研究表明，車路協(xié)同設(shè)施相對于傳統(tǒng)的檢測設(shè)施，設(shè)備具有較好的魯棒性，在檢測交通信息時能夠提供更為全面的信息。道路交通系統(tǒng)中，車路協(xié)同技術(shù)的研究重點(diǎn)是如何利用道路和車輛協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全高效的交通管理，其最大特點(diǎn)是完成移動車輛與道路信息的信息實(shí)時交互，能夠有效提升車輛通行效率，保證車輛安全。

車輛在高速公路上行駛時，該系統(tǒng)通過車車、車路、車云的信息交互，在高速路沿線構(gòu)建一個安全的信息服務(wù)走廊。在高速公路匯流區(qū)域，車輛進(jìn)入公路主干道之前，該系統(tǒng)能夠?qū)⒅骶€交通的通行狀況和安全信息發(fā)送給車輛，避免車輛在交通的交匯區(qū)域發(fā)生交通事故。此外，遇到惡劣天氣時，為保證車輛行車安全，運(yùn)管部門會實(shí)行高速公路流量管控，關(guān)閉高速口。采用車路協(xié)同技術(shù)，可以為出行者提供安全的行車誘導(dǎo)。同時，道路傳感器也會在車輛駛?cè)敫咚俟泛螅詣舆B接至車路協(xié)同系統(tǒng)，讓出行者對車輛的自身狀況、周圍的行車環(huán)境、路面狀態(tài)、交通流等信息充分了解。智慧高速公路落實(shí)高效、綠色、快速通行，給出行人員提供舒適的道路環(huán)境。

車路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 車路協(xié)同技術(shù)框架

由圖2可知，車路協(xié)同技術(shù)框架中路側(cè)系統(tǒng)與車載系統(tǒng)十分重要，負(fù)責(zé)將車輛與道路信息系統(tǒng)整合，進(jìn)一步發(fā)揮各部分的作用。車載傳感器是智能駕駛的重要組成部分，也是車輛感知外界的關(guān)鍵所在，主要功能為感知車輛行駛狀況以及周邊行車環(huán)境。車載傳感器是車路協(xié)同技術(shù)的核心，包含對車子實(shí)時制動、轉(zhuǎn)向等運(yùn)行參數(shù)，能夠?qū)︸{駛?cè)说鸟{駛狀態(tài)進(jìn)行檢測，感知駕駛?cè)耸欠癜l(fā)生危險行為。車載傳感器能夠?qū)?fù)雜路況下車輛的危險狀態(tài)信息、駕駛行為以及形式環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測，保證行車安全。

路面信息如冰凍、積水或者積雪等，也會通過路側(cè)系統(tǒng)與車載系統(tǒng)相連，氣象監(jiān)測器中的能見度檢測儀、雨雪量計以及通信模塊能夠?qū)⑿畔鬏數(shù)铰穫?cè)系統(tǒng)中，及時向接近轉(zhuǎn)彎或者復(fù)雜路面的車輛發(fā)布，提醒車輛注意減速，防止追尾。此外，出現(xiàn)前方障礙、彎道等情況也會對車輛進(jìn)行實(shí)時提醒，保證車輛安全，為出行者提供最優(yōu)車速及行駛路徑，避免車輛在轉(zhuǎn)彎時發(fā)生側(cè)移或者側(cè)翻。車輛在視距不足的情況下，可以通過車路通信進(jìn)行信息交互，系統(tǒng)為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎或者變道的車輛提供更廣泛的視覺圖像，給予車主足夠的信息對目前的狀況進(jìn)行判斷，防止車輛在轉(zhuǎn)彎及變道時未注意到其他信息導(dǎo)致事故發(fā)生。

高速公路上發(fā)生車輛故障或者交通事故時，車載系統(tǒng)能夠?qū)⑹鹿实攸c(diǎn)、嚴(yán)重程度等信息，第一時間傳輸給急救中心及管理機(jī)構(gòu)，此時路側(cè)系統(tǒng)也會對該信息進(jìn)行基礎(chǔ)分析，及時將路況及相關(guān)信息通過車路協(xié)同系統(tǒng)傳輸?shù)胶笈_和后續(xù)車輛的車載端，讓駕駛?cè)擞凶銐虻臅r間進(jìn)行路線決策并進(jìn)行避讓。同時，高速公路也會實(shí)行信號等控制，為后續(xù)車輛提供更全面的道路信息，協(xié)助駕駛?cè)思皶r調(diào)整行車路線，保證急救車輛通行順暢。

3 車路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用

車輛在高速公路不同的地點(diǎn)和路段行駛過程中，獲取道路上的交通信息后，可以根據(jù)周圍道路的交通流量、車道占有率、車型、車速和車頭位置以及最近的高速出口、服務(wù)區(qū)等信息進(jìn)行判斷，進(jìn)一步選擇最優(yōu)的行駛路徑以及車速。實(shí)現(xiàn)這些操作需要采用多種傳感器技術(shù)，尤其是與先進(jìn)的通信技術(shù)相配合，將信息實(shí)時反饋到系統(tǒng)后臺，分享到各個車輛的車載端。

路側(cè)傳感器的優(yōu)勢和不足均較為明顯，因此需要將多種技術(shù)進(jìn)行融合，以實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)信息的實(shí)時采集。高速公路的路側(cè)傳感器種類較多，除了超聲波、紅外線以及雷達(dá)等傳感器外，還包括稱重傳感器等，全面采集高速公路上行駛車輛的各項信息。

在車路協(xié)同系統(tǒng)中，高可靠的無線通信技術(shù)為車車、車路之間的數(shù)據(jù)創(chuàng)造傳輸條件，以實(shí)現(xiàn)及時、穩(wěn)定的信息通信與傳輸。目前，5G技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，為信息傳輸提供了更多可能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實(shí)時快速采集，也能夠?qū)⒂嬎愫玫男畔⒖焖賯鬟f到車輛的車載系統(tǒng)中，使出行者能夠根據(jù)發(fā)布的信息來判斷車輛的行駛路徑及安全范圍，保證高速公路上車輛的安全。

因此，將車路協(xié)同技術(shù)與5G技術(shù)進(jìn)行融合，應(yīng)用到智慧高速公路中，保證駛?cè)敫咚俟返能囕v更安全、高效地行駛，避免惡劣天氣等客觀因素影響車輛出行。探索車路協(xié)同技術(shù)在智慧高速公路建設(shè)中的應(yīng)用情況，對于未來智慧高速公路的發(fā)展以及車路協(xié)同技術(shù)、路側(cè)系統(tǒng)、傳感器以及通信技術(shù)有重要意義。同時降低了事故發(fā)生頻率，為營造高速、安全的交通運(yùn)行環(huán)境提供了很好的技術(shù)支持。

4 結(jié)語

智慧高速公路的深入發(fā)展，與先進(jìn)的技術(shù)密不可分。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及信息通信等技術(shù)的快速發(fā)展，人們的出行方式發(fā)生了較大變化。物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，智能化的高速公路建設(shè)加快，智慧網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)取得了較大的突破。將車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用到智慧高速公路建設(shè)中，能夠全面提升道路交通系統(tǒng)的通行效率，保障車輛的安全、綠色出行，具有較高的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。在未來的智慧高速公路發(fā)展中，車路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用非常重要，能夠使駕駛更安全、更高效，構(gòu)建智能化的交通系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智慧交通的長久發(fā)展。