智慧公路技術在車路協同中的應用

田雙蹄 煙臺市公路事業發展中心

針對現有的交通擁堵、環境污染等問題，國家發改委以及交通運輸部門印發了關于智慧交通發展相關文件，此類文件的頒布極大地刺激了車路協同系統的發展和研究。在此情況之下，智能交通技術也得到了進一步發展，各種互聯網、人工智能等先進技術逐漸在交通運輸行業以及汽車領域得到廣泛應用。車路協同已然成為當前我國交通運輸事業發展的主要方向，而智慧公路技術在其中也發揮著至關重要的作用。

一、車路協同中所應用的關鍵性智慧公路技術

（一）空間信息技術

在進行車路協同設計的過程中，需要事先進行公路勘察，明確周圍地理環境情況，因此需要獲取相應環境數據信息，此時需要使用的技術包括衛星勘測、地質遙感、三維測量等空間信息技術，此類技術的應用能夠快捷、迅速、準確地獲取相應地表信息，為后續智慧公路的建設提供基礎數據支持。其中衛星勘測技術能夠實現對于高原、高海拔、禁飛區域等地區地表信息的采集和整理，是公路建設過程中的關鍵性技術，當前我國諸如西藏、新疆等區域的工程勘察都是應用衛星勘測技術實現的。地質遙感技術的主要作用在于能夠實現大范圍地質災害的識別，例如，在實際工程實施過程中，沿線區域可能出現的山體滑坡、崩塌、泥石流等災害，而且該技術還能夠長時間地對工程區域進行地質災害的檢測，為公路的建設，以及人們的出行提供安全保障。三維測量技術常用于新建或者原有公路改擴建工程中，能夠為相應工程提供精準地形、高程以及斷面信息，而且有著較高的精度，可以將高程誤差控制在2cm 之內，此外，還能夠實現對于路基邊界、車道線等相關基礎設施信息的采集。

（二）GNSS 技術

GNSS 技術就是全球導航衛星系統，在車路協同系統中，該技術主要是與其他定位技術進行綜合應用，為車路協同提供全天候、高精度的位置信息，明確車輛與公路之間的位置關系，更好地為車路協同系統以及運行車輛提供相關定位服務。該技術的主要優勢在于發展相對較為成熟，精準度和可靠性都較好，能夠實現實時動態定位，而且該技術也不需要額外的設備、設施支持，應用成本相對較低，但是在建筑等遮擋物較為密集的區域，該技術的定位精度將會受到一定影響。GNSS 技術在車路協同中的主要形式包括測定靜態交通控制單元、路側單元位置，以及配合其他技術進行道路基礎設施的測量，輔助進行三維建模。此外，GNSS 技術還能夠與其他技術結合提供導航服務。

（三）路側通信技術

車路協同系統中，路側通信技術是系統發揮作用的關鍵性技術，該技術的主要用途在于車輛信息的采集、交通狀態的監控以及數據信息的傳輸。在車路協同系統實際運行的過程中，需要借助路側通信技術中的傳感器，形成相應網絡系統，并實現信息采集。當有車輛駛過時，路側網絡系統能夠將傳感器采集到的信息傳輸給車輛。此外，路側通信技術還能夠進行多渠道車輛行駛信息的采集和處理，再將處理后的數據信息傳輸到路側通信單元或者云端中，實現信息共享。該技術融合了遠距離道路檢測、無線傳輸以及信息采集等多種技術，不僅有效提高了信息采集的便利性、效率以及精準度，而且對于車路協同發展也有著積極作用。

二、智慧公路技術下的車路協同系統架構

隨著當前信息技術手段的發展，智慧公路技術逐漸得到更加深入的應用，車路協同系統也得到了進一步實現。在此情況之下，車路協同系統實現了對于道路交通信息的實時、精準采集和同步共享，極大地保障了車輛運輸安全，也提升了車輛運行效率。在智慧公路技術的應用之下，車路協同系統架構主要包括以下三個部分。

（一）智能路側系統

智能路側系統的主要功能就是對公路運行過程中的道路交通信息進行采集，例如車流情況、平均車速、道路異常情況、路面狀況等，并將其上傳至車輛和云端中，實現信息的同步共享。智能路側系統主要由智能路側設備以及設備管理層兩個部分組成。其中智能路側設備主要包括路側單元、交通電子標志以及各類檢測器等，實現相應數據信息采集、存儲等相關服務，確保設備之間的相互通信以及相關信息的安全。此外，智能路側系統還需要具備路側設備管理功能，滿足各種路側設備的接入需求，并在接收到設備上傳的數據之后，能夠自動計算可能存在的風險問題，并將相關信息同步給相關車輛，或者發布調度指令，同時還能夠提供大量多樣化設備以及傳感系統的認證、接入、監控等管理功能，支持各種應用信息的交互。

（二）智能車載系統

智能車載系統主要是依靠車載傳感器完成對于車輛情況以及周圍環境的感知，并能夠與智能路側系統進行交互，為車輛行駛提供全面、安全的服務，能夠根據駕駛人員的實際需求提供相關信息和車輛導航功能等，提升車輛駕駛的便利性以及安全性。例如，當路側系統感知到路面冰凍、積雪等情況時，會將該信息及時傳向接近轉彎以及行駛在復雜道路的車輛，并提醒車輛注意控制車速，避免交通事故的發生。此外，當車輛發生交通事故時，車載系統還能夠將事故相關信息及時傳輸到急救中心等相關機構，如事故發生位置、嚴重程度等。

（三）通信平臺

通信平臺主要負責車輛運行過程中各系統之間的通信交流，確保路側設備與車載系統之間能夠進行信息交互和傳遞。在傳統智能交通系統中，主要是將采集到的數據信息上傳至云端，然后進行計算分析，再將分析得到的結果傳輸至路側單元以及移動終端中。而在車路協同系統中，對于數據信息的處理和傳輸效率有了更高的要求，且實時產生的數據信息量十分龐大，而云端計算傳輸存在一定延遲，難以滿足當前車路協同系統的要求，對此需要借助智慧公路技術，通過邊緣計算的方式，降低數據計算和傳輸延遲，滿足車路協同系統的運行需求。

三、智慧公路技術在車路協同中的應用場景

（一）智能化的基礎設施

智能化基礎設施是實現車路協同的重要前提，在實際進行車路協同設計的過程中，為保障信息的實時交互，促進智慧公路的有效建成，需要加強對于硬件基礎設施的研究和設計，實現硬件功能的多樣化、交互形式的多態化以及服務形態的豐富化，滿足車路協同系統的實際功能需求。當前常用的智慧型道路基礎設施包括太陽能發電道路、無線網絡全覆蓋道路、融雪道路以及交通狀態檢測、風險監測預警等感知型智慧基礎設施。

以哈爾濱工業大學提出的智能道釘為例，智能道釘融合了當前先進的智慧公路技術，包括物聯網技術、AI技術等，能夠滿足道路感知以及信息交互等多樣化功能需求，在規模較大、密度較高的道路環境中有著較好的應用效果。通常情況下將智能道釘安裝在斑馬線旁邊，通過動態閃爍的方式提醒司機減速。智能道釘主要包括以下功能：第一，感知道路情況，能夠感知道路車輛情況，根據相關數據進行信號燈的自適應控制，并與相關交通管控中心聯網；第二，行車安全距離提示，根據相應的數據信息，當車輛間距過小時，智能道釘能夠發出警示紅光，以此避免追尾事故；第三，智能道釘能夠對道路異常進行提示，當前方出現異常交通事故時，能夠通過紅色燈光閃爍提示后方車輛減速慢行或者避讓，并將相關道路信息傳送至交通管控部門。除此之外，智能道釘還能夠實現行車路線引導、停車感知等多樣化功能。

（二）交通標志的數字化

智慧公路技術在車路協同系統中的應用，能夠有效改變傳統交通標志的形式，通過數字化形態進行交通標志的發布和展示。在車輛實際運行的過程中，每個交通標志都會有唯一的識別碼，在無線廣播的幫助下，向道路當中運行的車輛發送相應識別碼，并由車載設備捕獲該識別碼，然后進行交通標志的展示，進而使得自動駕駛系統能夠根據相應交通標志進行車輛控制。在此基礎上，不僅可以實現交通標志數字化，同時，還可以使用該技術，將道路標線、信號以及護欄等進行數字化轉變，構建一個數字化道路交通環境，進而保障車路協同的有效性，確保車輛的合法合規行駛，減少交通擁堵以及交通事故發生的概率。

（三）實現動態車速引導

通過在公路路段設置氣象監測站，對相應氣象環境條件等進行實時監測，并將檢測到的雨雪、沙塵、霧等數據信息上傳至相應V2X 平臺中，然后根據系統事先設定好的車輛控速原則改變道路限速值，同時還可以根據現有的視頻監控，對各路段的車流量情況進行分析，并借助相應通信平臺將限速信息傳送至車載系統中，實現對于車輛運行速度的引導和控制，在保障行車通暢的情況下，通過控制車速的方式降低事故發生的概率。

（四）道路危險狀況提醒

相關交通管理部門還需要及時將道路危險情況同步到周圍運行車輛，道路危險情況包括但不限于道路施工、雨雪影響、滑坡等。當車輛運行至危險情況同步范圍之內時，智能路側單元就會通過通信平臺向車載系統發布信息，并進行道路情況預警，提醒相關車輛小心駕駛。除此之外，車路協同系統還具有超速限速提醒功能，智能路側系統能夠在特殊限速路段事先對運行車輛進行限速提醒，當特定路段行駛車輛出現超速情況時，智能路側單元能夠對相應車輛進行自動提醒，要求駕駛員減速。這種限速超速提醒功能適用于具有限速要求的普通路段以及高速路段。

（五）匝道車輛匯入預警

對于高架以及高速公路而言，匝道是經常出現交通事故的路段，一旦匝道區域出現交通事故，將會造成嚴重的交通堵塞情況，甚至可能出現交通癱瘓，因此加強匝道車輛匯入提醒是十分有必要的。當車輛在行駛過程中靠近匝道時，智能路側系統能夠將匝道匯入位置的相關車流信息實時傳遞給直行車輛的車載系統中，并提醒駕駛員小心行駛。該車路協同系統功能極大地降低了匝道位置車輛碰撞事故發生的概率，有效保障了行車安全。

（六）車輛事故上報警示

智慧公路技術下的車路協同系統還能夠及時進行車輛事故區域的警示以及車輛故障問題的上報。當某路段發生安全事故之后，發生事故車輛的車載系統以及周圍監控系統等向車路協同平臺進行事故以及相關數據信息的上報，明確事故發生位置、時間、占用的車道等信息，并自動聯系救援機構；同時智能路側系統還會向后方來車推送事故信息，以免造成更大的交通事故，更好地保障行車安全。除此之外，當車輛在運行過程中出現故障時，車載系統會將故障、車輛位置等相關信息上報至車路協同平臺中，為后續車輛的維修、拖車服務等提供良好參考，將車輛故障信息傳送給智能路側單元，并由智能路側單元將車輛故障信息廣播給周圍車輛，避免安全事故的發生。

（七）道路施工養護提示

在車輛實際運行的過程中，經常會出現由于前方道路施工、養護、清理等造成車輛擁堵的情況，甚至還可能出現車輛撞擊、擦碰等交通事故，加劇交通堵塞情況。對此車路協同系統能夠對相應道路施工養護情況進行精準定位，上報給交通管理部門以及車路協同平臺，并通過廣播向周圍車輛同步警示信息。此外，還可以在道路施工養護周圍，設置智能化警示安全錐桶、三角牌等，通過對此類安全設施的智能化改造，將其與互聯網進行實時關聯，實現對于道路施工、養護以及封閉管制信息的及時采集和同步，為車輛出行提供更好、更加全面的服務，保障車輛出行的便利性和安全性。

四、結語

智慧公路技術屬于智能交通管控與服務系統的一個重要組成部分，是車路協同發展過程中的重要技術措施，該技術在實際車路協同中的應用場景包括智能化基礎設施的建設，如智能道釘、交通標志數字化、動態車速引導、道路危險提醒、車輛匯入預警、交通事故和車輛故障上報，以及道路養護施工提示等。隨著我國新基建的不斷提速，推動智慧公路技術與智能駕駛系統無縫對接，能夠實現車路之間的動態交互，有助于提高道路交通的安全性以及車輛通行效率，對于車路協同的發展意義重大，對于無人駕駛的實現更有著重要的作用。