智能车路协同系统

1 基本概念

智能车路协同系统即IVICS(Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems)，简称车路协同系统，是智能交通系统（ITS）的最新发展方向。

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

车路协同系统（CVIS），主要是通过多学科交叉与融合，采用无线通信、传感探测等先进技术手段，实现对人、车、路的信息的全面感知和车辆与基础设施之间、车辆与车辆之间的智能协同和配合，从而达到优化并利用系统资源、提高道路交通安全和效率、缓解道路交通拥挤的目标，从而推动交叉学科新理论、新技术、新应用等的产生与发展。简言之，车路协同的实质就是将控制指挥方案与道路交通条件的需求相匹配，从而实现交通的安全、环保、高效。车路协同系统作为 ITS 的重要子系统备受国内外科研人员的关注，同时也是世界上交通发达国家研究、发展和应用的热点

2 技术架构

随着智能交通技术和车联网的发展，为车路协同技术带来了很多重要的发展机遇，例如云计算、大数据、移动互联等技术，使我们在高精度定位、精细化信息服务和新一代传感网络构建等方面，都有了更加可靠的技术保证。发达国家基本建立了车路协同系统的体系框架，定义了一系列应用场景，开展了一些试验和应用，但车路协同系统的某些核心技术仍处于研究和试验阶段，制约了系统的应用。目前车路协同技术发展具有如下趋势： 

①车路协同系统体系框架的构建：车路协同系统的发展方向是由特例实验走向场景应用和制定通信协议标准。 

②车路通信平台的开放性：将从单一通信模式向多种通信手段的互补与融合方向发展。可用于车路通信的方式包括：DSRC、WiFi、DSR、GSM/GPRS、3G、RFID、WLAN、BlueTooth  等，由于通信技术各有优缺点，单一通信的方式很难满足车路通信需求，需建立一种多方式兼容的通信平台。 

③车载单元的多功能一体化集成：由单项服务向集成服务转变，从单目标控制向多目标控制集成转换。例如，把 ETC 和北斗导航系统集成到一个系统里，形成多功能一体化的车载单元，即集成的车载终端装置能够提供路桥收费、信息发布、信息采集等多种服务。

④高速公路的安全管理信息服务走廊：通过车车、车路信息交互，在高速公路沿线构建一个安全信息服务走廊。例如，在高速公路汇流区，车辆进入主线以前，将主线交通运行状况和安全信息发布给驾驶员，从而避免在交汇区发生交通事故。 

⑤多通道信息采集技术：单一传感器无法满足信息实时采集的需求，因此，必须结合多传感器信息采集技术，通过多种信息的融合，从而提高路网交通状态实时检测精度。  

⑥大范围内实现交通协调控制：如交通信号协调控制、实时路径诱导、公交优先控制等。

通过对车路协同技术国内外研究现状以及其发展趋势的分析，车路协同需要通过多途径获取数据信息，包括车辆自身状态、周围行车环境、路面状态、交通流等信息；同时，通过精准的定位与可靠的通信技术将这些数据信息传输到云服务器，以便云服务器对这些信息进行处理，形成有效的控制指挥方案，并将方案发布出去。所以，将车路协同相关技术总结为信息采集技术、通信技术、信息处理技术，这些功能分别由交通信息传感器、通信网络、云服务中心来实现.

3 信息采集 

智能车路协同技术在实时、可靠的全时空交通信息的基础上，实现车辆与道路设施的智能化和信息共享，保证交通安全，提高通行效率。智能车路协同系统主要由智能路侧系统、智能车载系统和通讯平台三个部分组成。其中，智能车载系统负责采集自身车辆状态信息和感知周围行车环境；智能路侧系统负责采集交通流信息（车流量、平均车速等）和道路异常信息、道路路面状况、道路几何状况等；通讯平台主要是负责整个系统的通讯和实现路侧设备与车载设备之间的信息交互。

4 通信

高可靠的无线通信技术可以实现车路/车车之间数据的稳定有效的实时通讯与传输。无线通信技术主要是：无线个域网通信（Bluetooth、Zigbee）、基于自组织网络和双向数据通信技术、无线局域网通信（Wi-Fi）、多信道多收发器通信技术、无线广域网通信（WiMax）和新型的 3G、IPv6 等，以及专用短程无线通信（DSRC，Dedicated Short Range Communication）。车路无线通信技术主要分为两类：一是专用短程无线通讯技术（DSRC）；二是基于固定信标（Beacon）的定向无线通讯技术。欧美国家的车路协同通讯技术主要采用 DSRC，主要因为 DSRC 具有数据传输速度高、延时小、信号覆盖范围相对集中、抗干扰能力强等特点。但 DSRC还没有制定完整的国际标准，美日欧分别建立了自己的 DSRC 标准。本小节将对车路协同通信中应用较普遍的通信技术进行介绍，实际应用中的车路协同系统的短程通信和远程通信需要采用多种通信技术的融合才能实现。

5 云服务中心

云服务中心在车路协同系统中主要用于预测道路交通姿态、大规模车辆诱导、车辆调度等。云服务中心系统由感知层、中间件、服务层及应用层组成。感知层由信息采集设备、信息处理分析设备、信息传输转换设备、信息发布设备构成。中间件由系统安全管理软件、数据库管理软件、信息处理分析软件及系统服务应用软件等构成，服务层由人与云服务中心（P2C）、车与云服务中心(V2C)、道路设施与云服务中心(I2C)、环境与云服务中心(E2C)、交通与云服务中心(T2C)五大云服务系统与云服务总中心连接构成，具有标准统一、信息共享的特点，并且具有良好的系统兼容性。应用层是智能交通系统为了满足交通服务对象的交通需求而开发的应用服务系统层。

6 车路协同技术典型应用 

智能交通技术正在从交通要素的单一智能化向交通要素的一体化方向发展，车路协同系统作为智能交通的重要子系统，车路协同技术正成为各国智能交通系统研发的热点，尤其是欧美等发达国家都在积极推进相关技术的研究。开展车路协同系统研究，突破车路协同的关键技术，抢占智能交通前沿技术的制高点，是关乎我国未来能否在智能交通产业形成核心竞争力的关键，这对提高我国交通运输系统的效率和安全，实现交通系统的可持续性发展具有重大意义。 

做车路协同技术研究，需要以场景做驱动，测试在不同场景下，车路之间、车车之间协同管理效果。例如，针对交叉口的车路协同，针对路段的行车安全，针对车路协同与信号灯之间的引导、闯红灯的定时和定位等等。车路协同技术不但可以提升道路交通系统的安全性和通行效率，还可以缓解交通拥堵、优化利用系统资源。下面针对交叉口和危险路段应用场景分析车路协同技术向车辆用户和交通管理部门提供的服务。 

1 交叉口场景车路协同技术应用分析 

道路交叉口应用场景，车路协同系统可提供如下应用： 

1）交通信号信息发布系统 

当车辆达到交叉口时，通过车路通信，向车辆发布红绿灯相位和配时信息，并提醒驾驶员不要危险驾驶和协助其做出正确判断和操作。另外，公交优先信号控制也可以通过车路协同技术实现。 

2）盲点区域图像提供系统 

当车辆在视距不足或无信号交叉口转弯时，通过车路通信，可以向准备转弯或在停止标志前停车的车辆提供盲点区域的图像信息，从而防止车辆的直角碰撞事故。 

3）过街行人检测系统 

当车辆达到交叉口时，通过车路通信，把人行道及其周围环境的行人、自行车的位置信息发布给车辆，以防止机非、人机冲突。 

4）交叉口通行车辆启停信息服务 

当车辆达到交叉口时，前车通过车路通信把启动信息及时传递给后车，以提高交叉口的通行能力；另外，前车向后车传递紧急制动信息，以避免追尾事故的发生。

5）先进的紧急救援体系 

当发生交通事故或车辆故障时，自动把事故地点、性质和严重程度等求助信息发送给急救中心及管理机构，通过车路通信实现信号灯优先控制的调度，从而让急救车辆先行并及时救援受伤人员。 

2 危险路段场景协同技术应用分析 

1）车辆安全辅助驾驶信息服务 

通过路侧设置的传感器检测前方道路转弯处或线死角区域，若发生交通阻塞、突发事件或路面存在障碍物等，通过车路通信系统向驾驶员传输实时的道路信息。  

2）路面信息发布系统 

把路面信息(冰冻、积水或积雪等)，发布给接近转弯路段的车辆，以提醒驾驶员注意减速，防止追尾事故。 

3）最优路径导航服务 

路侧设备通过车路、车车通信系统以及车载终端显示设备，把检测到前方道路拥堵状况发布给驾驶员，提醒驾驶员避开拥挤道路，并为其优化一条达目的地的最佳路线。 

4）前方障碍物碰撞预防系统 

把危险信息（如障碍物的位置、速度等）通过车路、车车通信传递给车辆，从而避免车辆之间或车辆与其它障碍物之间发生碰撞。 

5）弯道自适应车速控制 

把前方弯道的相对距离、形状（曲率半径、车线等）等信息传递给车辆，车辆再结合自身运动状态信息，为驾驶员提供最优车速，避免车辆在转弯时发生侧滑或侧翻。

车路协同