車路協同技術在智慧高速公路建設中的應用分析

曹俊

（甘肅公航旅信息科技有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

現階段，隨著社會經濟不斷發展，道路上的車輛與日俱增，提高了對道路交通安全的要求，所以智慧高速公路理念與技術得到了廣泛應用。其中，車路協同技術主要是指加強傳感技術與無線通信技術的應用，使車與車、車與路的信息交互得到有效地落實，其動態性和實時性特點顯著，可以促進信息采集、計算等工作的順利進行，在復雜的交通環境下，不斷提高車輛行駛的安全性，對道路狀態進行實時監測，給予車輛前方道路狀況正確的提示，保證車輛的行駛安全。由此可以看出，車路協同技術在高速公路中具有較高的應用價值，特別是在智慧高速公路中的應用方面，可以將高速公路建設水平提升到全新的高度和領域。

1 車路協同技術架構

對于傳統交通流預測，預測的交通流量大多在1個小時內，這很難準確預測每輛車的到達時間，也難以將后續調節過程的控制效果體現出來。目前，隨著先進技術不斷發展，智能車路協同技術與人們的實際生活聯系愈加密切。借助智能車路協同技術，可以將全時空交通信息的實時性、可靠性體現出來，滿足車輛與道路設施的智能化需求，并為信息共享提供極大的便捷，給保障交通安全和提高通行效率提供強有力的扶持。

通常來說，智能路側系統、智能車載系統等是智能車路協同系統的重要構成內容。智能車載系統可以對自身車輛狀況信息進行搜集，并對周圍行車環境進行感知；智能路側系統可以促進交通流信息和道路異常信息等采集工作的順利進行。通信平臺在系統的通信方面發揮著重要的作用，使路側設備與車載設備的信息交互水平提升。相比于傳統的檢測設施，車路協同設施的魯棒性顯著，不僅可以將交通信息的檢測效率提升上來，而且可以確保信息的全面性。在道路交通系統中，對車路協同技術的研究重點進行分析，應加強道路和車輛協同技術的應用，將交通管理的安全性和高效性體現出來，在其特點方面，移動車輛與道路信息的信息交互水平較高，有助于車輛通行效率的提升，使車輛安全性得到保證，圖1 為車路協同技術架構。

由圖1 可以看出，在車路協同技術框架中，路側系統與車載系統的作用不容小覷，可以積極整合車輛與道路信息系統，將各部分的優勢充分發揮出來。車載傳感器在智能駕駛中占據著重要的地位，而且在車輛感知外界時發揮著重要的作用，旨在將車輛行駛狀況的感知功能發揮出來，并對周邊行車環境予以高度了解。在車路協同技術中，車載傳感器的核心作用突出，其運行參數主要包括車輛實時制動、轉向、及時檢測駕駛人的駕駛狀態、對駕駛人的危險行為進行感知等。此外，在復雜路況下可以迅速檢測車輛的危險狀態信息、駕駛行為等，防止行車安全隱患的出現。

圖1 車路協同技術架構

2 智慧高速公路建設背景和建設原則

2.1 建設背景

截至2021年末，我國公路總里程在51 萬km 以上，其中，高速公路里程在15 萬km 以上，在全球高速公路通車里程和運營里程中具有較高的影響力。因為高速公路的建設規模龐大，傳統高速公路信息化建設與我國經濟社會發展需求并不相符，特別是在高速公路發展環境越發健全的影響下，所以應加強科技手段的應用，不斷強化高速公路的安全性、效率性、服務性等，將高速公路智慧化推向可持續發展的領域。智慧高速公路與智慧城市之間的關系是緊密聯系、密不可分的，應在高速公路沿線對設施設備進行布設，并加強交通運行控制中心的構建，將各種先進技術集成在一起，如應用感知、通信等，從而構建安全、快速、綠色的高速公路行駛環境。

2.2 建設原則

首先，安全至上原則。在智慧高速公路建設中，應注重交通出行安全，尤其在建設和運營期間。如果出現交通安全事故，會嚴重威脅到人民的生命財產安全。智慧高速公路應將安全至上的原則貫徹落實下去，基于多個視角，如建設、管理、運營等方面，共同致力于高速公路安全水平的提升。其次，效率優先原則。在高速行駛過程中，可以使人員和貨物的運輸時間得到有效控制，將運輸效率提升。特別是在節假日、異常天氣等下，極容易發生堵車、塞車等情況，嚴重影響到人們的正常生活。智慧高速公路的閉環應高度重視感知、傳輸、處理等方面，對通行路線予以不斷優化，為交管部門工作的開展提供幫助，將堵塞時間控制在合理范圍內，使道路使用效率不斷提升。最后，服務舒適原則。智慧高速公路應確保出行者出行體驗的舒適度，這與普通公路的差異化服務有明顯的區別，不僅可以給人們的出行安全提供支持，而且可以滿足快速高效的需求，實現被動服務向主動服務的順利過渡，從而將全面化、端到端的服務提供給出行司乘人員。

3 車路協同技術在智慧高速公路建設中的具體應用

3.1 實現交通標志數字化

在智慧高速建筑中，車路協同技術的應用是至關重要的，這在交通標志的數字化中得到了充分體現，使以往實體標志的缺陷得到彌補、完善，為交通管理的數字化創造了有利條件。每一塊交通標志的識別碼均具有一定的特殊性，可以借助無線電信號向行駛的車輛發送信息。此外，智慧高速中的標線、信號等作用也十分重要，其中自動駕駛技術占據著主導地位。

3.2 道路危險預警

車輛存在潛在的危險情況時，車路協同技術的預警作用非常突出。對交通管理部門來說，在特定路段突發危險情況時（如大霧、雨雪、滑坡等），車輛行駛到這些路段時，智慧高速路側單元會將信號發送給車輛，將預警作用發揮出來，提醒駕駛員注意安全、謹慎駕駛。此外，在事故多發路段，限速和超速預警也可以引起駕駛員的高度重視，在車速過快的情況下，通過智能路側單元向駕駛員進行減速行駛的提示。

3.3 事故路段警示

當危險事故出現時，事故車輛上的車載設備、高速安全監控等應將車輛發生事故的相關情況發送到V2X 車路協同平臺上，如具體位置、占用道路情況等，確保及時與指揮救援中心取得聯絡，保障事故救援工作順利進行，最大程度地維護人員的生命財產安全。并且智慧高速兩側的智能路側單元在后方車輛的預警方面有突出的優勢，能夠給予駕駛員謹慎駕駛的提示，避免不必要的損失。

3.4 車輛故障預警和匝道匯入預警

首先，在智慧高速領域內，車路協同技術可以及時預警車輛本身故障的發生，借助車載設備將車輛的故障情況、故障位置等信息自動上報，使其在V2X 車路協同平臺上體現出來，提高故障車輛的救援效率，落實拖車服務。借助V2X 車路協同平臺，路側智能單元會向后方車輛通知故障車輛的位置信息，確保良好的預警效果，有效預防事故發生。

其次，錯過匝道和匝道出現事故在高速公路上比較常見，在直行車輛與匝道距離較近時，智能路側單元會向車輛終端發送匝道匯入的車輛信息，及時提示車輛駕駛員注意避讓，防止碰撞事故的發生。

3.5 氣候環境監測

氣象監測站大多建設在高速公路上，氣象監測站可以向V2X 車路協同平臺傳遞監測信息，然后從當地實際氣候情況出發，對限速值進行合理變更，利用智慧高速數字化技術，確保該路段限速變更的時效性，并第一時間向車輛傳遞信息，以便司機準確做出決策，正確引導車速。同時，在車輛行駛方面，天氣變化具有較強的影響力，所以應密切監測路段氣候，及時變更路段限速，將車車、車路信息交互的動態性體現出來，而這與車路協同技術的應用有密切的聯系。

4 高速公路車路協同應用的實現場景

4.1 ETC 的高速公路服務應用

車路協同系統應提前部署在收費廣場入口的連接線，特別是一些場所的收費廣場較小，應從OBU 類型出發，對貨車、客車予以及時引導，為客貨分離創造有利條件，使入口過車秩序不斷優化。在智慧服務區下，應一鍵推送氫能源、充電樁、加油站信息，加強免下車免操作模式的構建，并與智慧加油相結合。如果人流密度較大，且路況復雜，應對相關服務進行積極落實，如安全輔助駕駛信息推送、碰撞預警等。

4.2 高速公路特殊路段路況提示

車路協同系統應合理設置在陡坡、長下坡等特殊路段，使彎道超速預警、碰撞預警等可以順利完成，并與可變式情報發布系統等相結合，對前方復雜路況進行告知，提示駕駛員減速慢行。車輛匯聚或擁堵碰撞事故，極容易發生在高速公路匝道及互通樞紐地段，加強車路協同系統的應用可以對車輛進行預先變道操作的提示、引導，維護車輛通行的安全性與穩定性。在長隧道前中后處，車路協同系統與聲光報警的結合，可以給駕駛員提供注意行車安全的警示。

4.3 高速公路機電運維

對于機電維護部門來說，數據實時交互會使運維壓力大大增加。GIS 地圖的多系統平臺，通過與安全準入系統、隧道監控系統等結合，再加上AI 模擬的輔助，可以使設備潛在故障等風險得到有效控制，保證機電維護部門相關工作的順利進行。以投入的外場可變式情報發布系統為例，箱體內的溫濕度傳感器、煙霧傳感器、智能門鎖等，借助串口通信方式，可以緊密結合數據采集單元，在平臺端對情報板通信及工控機工作狀態進行實時監控，網絡防雷模塊、直流電源模塊發生故障時進行聲光報警，同時與定期巡檢相結合，可以將設備的預防性養護水平提升上來，確保機電維護工作質量。

5 結語

通過上面的論述與思考，目前，智慧高速公路的發展速度較快，這與先進的技術有密切的聯系。人工智能、物聯網等技術的不斷發展改變了人們的出行方式。在物聯網技術的推動下，明顯提升了智能化高速公路的建設速度，迅速發展出了智慧網聯汽車核心技術。在智慧高速公路建設中，合理應用車路協同技術可以使道路交通系統的通行效率得到提升，給車輛安全、綠色出行提供有力的支持，確保社會效益與經濟效益的雙重提升。