智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)的實時互動研究

摘 要：近年來，隨著我國科技水平不斷提升，智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)水平也得到了快速發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)的高度融合，可以提升城市交通道路管理綜合水平和效率，具有較高的探討價值。文章基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用特征與城市交通信號系統(tǒng)特征，探討了智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)的實時互動，研究與分析，最后結(jié)合城市交通道路管控需要和特點來制定解決城市交通管理過程中各種問題的相關(guān)方案。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車 城市交通信號系統(tǒng) 實時互動

0 引言

隨著城市化建設(shè)與發(fā)展進(jìn)程不斷向前推進(jìn)，城市空間被進(jìn)一步壓縮，交通道路管理難度也隨之增大。目前由于各大城市汽車保有量不斷增加，為解決城市交通管理問題，交通管理部門通過加強交通信號系統(tǒng)管控，來提高城市交通車輛運行效率，并致力于優(yōu)化交通道路車輛通行方案，以更好的協(xié)調(diào)車輛的出行，減少堵塞、交通沖突等交通事故的發(fā)生。近年來，隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、移動信息技術(shù)等不斷的發(fā)展，使得城市的交通管理水平顯著提升，同時這些技術(shù)在城市交通信號管理系統(tǒng)中也發(fā)揮著巨大作用。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與傳統(tǒng)汽車存在較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在可以實現(xiàn)智能化車輛管理，完成信息高效交流與數(shù)據(jù)共享，識別外部復(fù)雜的環(huán)境，實現(xiàn)智能和汽車駕駛的高度結(jié)合。除此外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)實時互動可以提高二者之間的信息數(shù)據(jù)交換頻率，實現(xiàn)終端傳感之間的數(shù)據(jù)分析，掌握更多車與道路狀況信息，同時還能解決道路運輸?shù)戎T多問題。這對于提升城市交通管理和解決道路擁堵問題，充分保障行車安全等方面具有很大的作用。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基本原理及城市交通道路系統(tǒng)的基本原理

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基本原理

智能網(wǎng)聯(lián)汽車搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，是融合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一種智能汽車，具有實現(xiàn)車與人、車、路、云端等智能信息交管共享、擁有復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，能夠達(dá)到保障車輛安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，最終可替代駕駛?cè)藢崿F(xiàn)自動駕駛。其主要包含以下6種關(guān)鍵技術(shù)：環(huán)境感知技術(shù)、智能決策技術(shù)、控制執(zhí)行技術(shù)、V2X通信技術(shù)、云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過程中是通過控制執(zhí)行技術(shù)利用智能化應(yīng)用技術(shù)、高尖端設(shè)備及傳感器等收集信息，利用云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)來整合數(shù)據(jù)，通過利用V2X通信技術(shù)加強數(shù)據(jù)的交流與傳輸，以實現(xiàn)車輛與道路設(shè)施及車輛與車輛之間的信息交流的目的，提高信息交流能力，利用環(huán)境感知技術(shù)及時了解其他汽車的具體位置、行駛速度及運行方向。在這個過程中，又可以將自己的車輛信息傳輸給其他的車輛。智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有多種不同的功能，能實現(xiàn)汽車的自我導(dǎo)航及緊急制動等。另外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車還能獲取交通信號數(shù)據(jù)或城市道路交通信息等，根據(jù)已經(jīng)掌握的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用智能決策技術(shù)制定合理的汽車駕駛方案。

1.2 城市交通道路系統(tǒng)的基本原理

城市道路交通是城市社會、經(jīng)濟(jì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本組成部分，是城市交通系統(tǒng)的主題。城市道路交通系統(tǒng)主要由路網(wǎng)系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、交通流和交通監(jiān)測、控制系統(tǒng)構(gòu)成，其中交通信號系統(tǒng)是由信號燈、交通監(jiān)控中心、傳感器等所組成的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)運營時相互獨立運行，但可通過網(wǎng)絡(luò)和信號管理系統(tǒng)連接，通過一定的計算機技術(shù)、算法及云計算技術(shù)等進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，并制定合理的交通信號燈相位。當(dāng)交通流量較大時，城市道路監(jiān)控可獲取城市道路上的車流運行狀況，加以判斷，信號控制功能以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制信號，并通過交叉口的紅綠燈輸出完整信號控制。疏導(dǎo)道路車輛行駛，減少車輛等候時間，提高車輛通行效率，保持交通道路安全，減少各種突發(fā)性交通事故出現(xiàn)。

1.3 交叉口車輛與信號協(xié)同控制場景下交互機理

基于智能網(wǎng)聯(lián)車輛技術(shù)，可以對改善交通安全、交通效率以及交通污染等問題提供有效的解決方案。比較典型的應(yīng)用場景有：交叉口信號與智能網(wǎng)聯(lián)車輛協(xié)同控制，智能網(wǎng)聯(lián)車輛違反交通信號警告，車輛轉(zhuǎn)彎速度警告，車輛緊急剎車預(yù)警提示，車輛碰撞提前檢測預(yù)警，車輛轉(zhuǎn)向輔助提示，無信號交叉口停車輔助提示，特殊車輛信號交叉口有限通行控制等。隨著智能網(wǎng)聯(lián)車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，以及與之相適應(yīng)的路側(cè)設(shè)備逐步完善，這些場景將逐步成為現(xiàn)實。不同的場景應(yīng)用與相關(guān)技術(shù)、數(shù)據(jù)需求以及系統(tǒng)各部分的交互機理密切相關(guān)，為進(jìn)一步探究論文所研究理論對應(yīng)的實際環(huán)境，下面將對智能網(wǎng)聯(lián)車輛環(huán)境交叉口控制場景下的交互機理進(jìn)行分析。

1.3.1 車與路

發(fā)送：如圖1中箭頭1所示，智能網(wǎng)聯(lián)車輛進(jìn)入交叉口準(zhǔn)備區(qū)域后，與控制中心建立實時通信，并將車輛的位置、速度、通行需求方向等信息發(fā)送給控制中心。

感知：控制中心對路網(wǎng)內(nèi)所有車輛的狀態(tài)信息進(jìn)行匯聚分析，根據(jù)優(yōu)化控制算法，對每一輛車的通行順序和軌跡進(jìn)行求解。

控制：如圖1中箭頭2所示，控制中心將車輛的通行軌跡方案信息發(fā)送到對應(yīng)車輛，具備自動駕駛功能的智能網(wǎng)聯(lián)車輛將執(zhí)行控制中心所發(fā)來的指令，不具備自動駕駛的智能網(wǎng)聯(lián)車輛，將參考引導(dǎo)軌跡方案進(jìn)行駕駛操控。

1.3.2 車與其他對象

為了確保交叉口的行車安全，車與車、行人等在近距離跟馳或有通行軌跡沖突時，如圖1中箭頭3所示，智能網(wǎng)聯(lián)車輛根據(jù)自身傳感器以及實時通信所傳來的沖突目標(biāo)信息，根據(jù)安全閾值來調(diào)整自身的控制行為。

1.3.3 沖突規(guī)則

當(dāng)信號控制中心發(fā)送給車輛的軌跡方案，與車輛根據(jù)當(dāng)前周圍沖突目標(biāo)采取的算法相沖突時，優(yōu)先將避免沖突的控制方案操作提前，并將此改動發(fā)送給控制中心，控制中心在當(dāng)前車輛發(fā)來的不可變更操作軌跡信息基礎(chǔ)上，對其后續(xù)軌跡進(jìn)一步規(guī)劃。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通信號控制系統(tǒng)實時互動的優(yōu)勢

2.1 有效的優(yōu)化城市交通管理水平

隨著城市經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通也變得日益擁堵，這嚴(yán)重影響到城市交通道路管理和安全[1]。通過加強智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)的實時互動，能實現(xiàn)交通道路信息數(shù)據(jù)與城市交通運輸管理部門信息的高度融合，可以改善城市管理工作，提高交通引導(dǎo)水平，并實現(xiàn)對城市交通道路狀況數(shù)據(jù)的實施監(jiān)控，實時分析城市道路交通問題成因，確保城市整個路網(wǎng)交通的暢通，優(yōu)化城市交通管理水平。

2.2 提高汽車行車安全性

當(dāng)前，隨著城鎮(zhèn)化水平的穩(wěn)步提高，道路車輛不斷增多，城市交通道路安全問題變得越發(fā)突出，一旦城市交通安全管理問題出現(xiàn)，將直接威脅到路人和車輛駕駛員的安全，因此加強車輛行駛安全管理就變得十分重要。就當(dāng)下和未來而言想要做好城市交通運營管理工作，需考慮智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)管理的高度融合度，以此可提高城市道路交通堵塞問題，同時通過調(diào)取不同城市道路的攝像頭或者車輛定位等數(shù)據(jù)信息，完成在線分析，經(jīng)過計算機算法計算后，計算出新的交通運行方案，以提高汽車的行駛安全和效率。交通部門也可通過信息數(shù)據(jù)的共享，科學(xué)的進(jìn)行道路管理，提高城市道路智能應(yīng)用水平[2]。

2.3 減少汽車怠速排隊時間及尾氣的排放

城市道路交通一旦發(fā)生擁堵，會導(dǎo)致車輛等待時間變長，怠速時間也將變長，由此就會導(dǎo)致能源浪費，導(dǎo)致車輛尾氣排放量增多，造成嚴(yán)重的城市交通空氣污染問題。想要真正解決城市交通擁堵問題，就要從源頭上加強交通管制工作，制定合理的交通管制方案及交通道路行駛方案。通過加強智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市智能交通信號控制系統(tǒng)的實時互動，可進(jìn)一步的優(yōu)化交通流量，減少車輛在不同交通路口的等待時間與頻繁啟動次數(shù)，可以降低汽車的燃油消耗量，降低汽車尾氣的排放，這對于進(jìn)一步的改善城市環(huán)境質(zhì)量管理具有很大的作用，有利于實現(xiàn)綠色交通管理目標(biāo)。

2.4 提高城市交通突發(fā)事故的處理能力

眾所周知，在城市交通道路運行管理的過程中，如果交通道路上出現(xiàn)交通事故，就會引起交通道路堵塞。提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)的實時互動效率之后，可以通過及時調(diào)取事故發(fā)生的錄像，實時監(jiān)測交通道路狀況分析引起突發(fā)事件的根源，了解前因后果。城市交通管理后臺，也可以結(jié)合所在路段當(dāng)下交通運行狀況，來制定不同道路管制和車輛疏導(dǎo)方案。在緊急時刻，交通信息后臺可以迅速調(diào)整信號燈相位，延長交通道路車輛通行時間。如此一來，便可以大幅減少車輛擁堵時間，提高交通道路通行時間。這對于充分的確保城市交通安全與通暢都具有著十分重要的意義與作用。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)實時互動技術(shù)融合分析

3.1 實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高效互動，優(yōu)化城市交通信息共享能力

智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有智能化的高度應(yīng)用，車輛可以根據(jù)道路交通環(huán)自動制定出新的交通線路，也可實現(xiàn)車輛與車輛之間的信息數(shù)據(jù)交換，并對交通道路進(jìn)行有效的實時性分析。當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)進(jìn)行實時互動后，首先車輛可以通過先進(jìn)的傳感器實現(xiàn)車與交通信息系統(tǒng)的互動，提高信息數(shù)據(jù)的互動效率和頻率。其次當(dāng)城市交通管理部門與車輛信息共享后，交管部門可以掌握車輛動態(tài)對道路交通進(jìn)行實時管理，并制定相應(yīng)的一些交通管理方案。除此外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以在行駛目的地后將車輛運行狀態(tài)信息發(fā)送至交通信息系統(tǒng)后臺，由城市交通信號系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理，城市交通信號系統(tǒng)匯集不同車輛的目的地信息后，結(jié)合不同時間段來制定路口的交通信號燈工作狀態(tài)，以達(dá)到更好的交通疏導(dǎo)效果，進(jìn)而提高城市道路管理水平和能力，為城市車輛提供一個更好的出行體驗。

3.2 構(gòu)建信息同步管理體系，掌握道路交叉口車輛通行情況

目前，交叉口協(xié)同控制成為技術(shù)研究重點，將該技術(shù)應(yīng)用到城市交通管理當(dāng)中具有很大的作用和價值。首先，V2X通信技術(shù)是一種先進(jìn)的無線通信技術(shù)，借助于車與車 （V2V）、車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車與行人（V2P）之間的無線通信，實時感知車輛周邊狀況，并及時預(yù)警，可完成車輛狀態(tài)信息和交通環(huán)境信息的采集，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，達(dá)到車與其他事物互聯(lián)的狀態(tài)。LTE-V2X是通過在終端和基站之間建立5G無限空中接口通信，實現(xiàn)車車通信，以LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)為V2X基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議，工作在傳統(tǒng)移動通信授權(quán)頻段，由基站集中分配并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)集中化的資源調(diào)度功能，可提高LTE-V2X的接入能力和組網(wǎng)效率。將該技術(shù)應(yīng)用到城市交通道路管理當(dāng)中，可以明顯的幫助汽車更好地行駛，有助于交通信息后臺制定不同的交通道路行駛管制方案，提高二者之間的智能化應(yīng)用水平，使車輛和交通道路管理變得更加的人性化，從而滿足不同車主出行需要和交通信息后臺對城市道路管理的需要。當(dāng)車輛行駛到交叉路口后，會收到交叉路口的信號運行狀況及前車、后車的具體行駛狀況[3]。由此可以實現(xiàn)城市交通道路管理部門對道路交通的高效管理，做好行駛路線的安排，提升道路通行能力。

3.3 提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛協(xié)同效率，優(yōu)化交通信息系統(tǒng)管理信息交換能力

智能交通信號控制系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)后臺與車輛之間的信息互動性，通過利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提升信息交換效率，增強協(xié)作性。其次，通過利用智能化技術(shù)和計算機算法與不同設(shè)備的協(xié)作，來完成車輛信息和交通道路數(shù)據(jù)的采集，提升設(shè)備的整體運行能力和水平，結(jié)合城市道路擁擠程度、車輛運行情況等，來制定與之相對應(yīng)的交通運輸管理解決方案，同時采取預(yù)先和預(yù)后管理方法，來不斷加強交通干預(yù)，以改善城市道路交通環(huán)境，充分保障城市道路上的車輛和路人的安全。在促進(jìn)城市交通道路管理工作不斷發(fā)展的同時實現(xiàn)智能化的管理目標(biāo)。

4 結(jié)論

城市交通信號系統(tǒng)是城市交通管理不可缺少的一個部分，對疏導(dǎo)城市交通擁堵具有一定的幫助，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有強大的數(shù)據(jù)傳輸能力，加強其與城市交通信號系統(tǒng)的融合度，可提高二者之間的信息數(shù)據(jù)共享能力，便于制定城市交通信號管理方案。相較于傳統(tǒng)的用車方式而言，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過程中智能化程度、便捷性及靈活性更高，一方面可以在線查詢交通數(shù)據(jù)信息，提高出行效率。另一方面，可以實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)信息數(shù)據(jù)在線交換，改善信息交流效率。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號系統(tǒng)高效結(jié)合，實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的高效互動，完成了車聯(lián)、道路交通信息互動，可以合理的提前規(guī)避交通管理中存在的各種問題，優(yōu)化交通線路及交通水平。因此，繼續(xù)加強二者之間的研究可以優(yōu)化城市交通管理的措施，促進(jìn)綠色城市的發(fā)展。

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