基于车联网的高速公路车路协同应用探究.pdf
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1、:年増刊(总第 期)中国交通信息化 基于车联网的高速公路车路协同应用探究辛晋,李斌,魏建勇(山东高速信联科技股份有限公司,山东济南)摘要:高速公路运输具有灵活、机动 的优势,是衔接各种运输方 式和发挥综合交通网效率的主要支撑,但相比民航、铁路而言,其自动化、智 能化程度偏低,尤其在突发 事件、道路拥堵、事故安全 等方面已滞后于现代交通的 发展需要。交通工具的改变无疑是促进交通方 式进步的重要环节,车联网正是目前智 能交通和网联汽 车 的重要结合,本文从通信、感知、场景等多个角度探索了车路协同的 实现。关键词:车联网;智慧高速;智 能 汽 车;车路协同目前高速公路的发展集中在两个方向,一是继续修
2、建更长更宽的公路,提高路网覆盖率;二是大力发展智能交通技术为特色的智慧高速。因 国土资 源的稀缺性,路网密度 会到达合理上限,但区域的交通经济 活动却在随时调整,部分地区存在较严重的运力浪费。总体看,路网在感知、调度、预测等 方面都比较弱,对灾害天气、异常流量和危 险驾驶等事件的解决手段也较为低效。我国高速公路建设具有公益性,投资回报低,提升路网运营管理水平也是单位发展 要求。绿色和智能已经成为新时期汽车发展 的主题,自动驾驶与 车联网技术飞速发展,使车路协同成 为了重要的研究课题。围绕用户安全舒适出行进行探索,既是高速公路未来发展的方向,也是服务 车辆出行的必然要求。一、行业发展现状(一)自
3、动驾驶等级国际汽车工程师协会(,修订)将车路协同自动驾驶分为六级,其中级、级为辅助驾驶,级为条件自动驾驶,汽车可判断交通环境的情况并选择人类驾驶员应急操作介入,级以上为高度自动驾驶。我国汽车标准化委员会也制定了自己的汽车驾驶自动化分级标准,并于 年月开始 实行。在国标中,自动驾驶等级同样划分个等级,如表所示。(二)?论点车联网理论基础方面,工程院院士李 克强则指出智能网联汽车属于车联网和智能交通系统交叉区域,车路云互联互通支撑自动驾驶发展的理念正得到越来越多国家的认可。无线移动通信国家重点实验室主任陈山枝,在国 内外最早提出融 合 蜂 窝通信与直通通信 的车联网技术方案,认为无论 是汽车领域的
4、自动驾驶,还是交通领域的道路网联化、智能化,都迫切需要为其提供基础性的通信和连接支撑能力,通 过车 车及车表自动驾驶化等级等级特征描述级也称应急辅助驾驻,系统不能持续执行驾驶控制,但具备持续执行驾驶中部分目标和事件探测与响应,不属于驾驶自动化范围,可感知环境,提供信息或短暂介入控制辅助避险级也 称部分辅 助 驾驶,系统在驾驶员帮助下能 够在设计条件下执行驾驶控制,响应部分目标和事件级也称组合驾救辅助,区别 在于系统可单独在设计条件下执行驾驶控制,并响 应部分目标和事件级也称有条件自动驾驶,系统在设计条件下能够执行全部骂驶任务,用户需参与级也称髙度自动驾驶,系统在设计条件下能够执行全部驾驶任务并
5、执行最小风险策略,用 户可不参 与级也称完全自动驾驶,系统可任何条件下执行全部驾驶任务并执行最小险策略,用户可不参与,运营范围无限制路协同的网联智能,降低对单车智 能 的能力要求。西安工业大学校长赵祥模认为,只有实现基础设施大规模数字化以及智能车载终端渗透率较高的情况下,智能网联技 术才能 发挥最大功效。传统的智能交通系统形成的是相互独立的系统,信息的共享和群体的协同比较困难,通过智能网联可以把传统的相互独立的交通系统连接起来,形成物理上分布、逻辑上统一的系统。王笑京则坦言:“自动驾驶下一步的发展依然面临着许多难以解决的问题,比如平衡安全成本和产业发展利益,还有单车智能相 关传感器和芯片短板与
6、车路协同的明确 应用场景等问题。”车路协同的应用方面,百度智能 驾驶事业群组解决方案总经理聂育仁提到了车路协同自动驾驶三个方面的应用:准全天候通行、主动安全管控和主动安全服务。山东高速集团有限公司工程管理部副部长张伟总结了从狭义与广义两个角度理解车路协同:狭义的车路协同侧重于车路动态 的实时交互,在全时空动态交通信息釆集和融合基础上,开展 车辆主动、安全控制和道路系统管理;广义的车路协同更倾向于从道路运营角度理解,最主要体现的是安全畅通和优质的服务。两者对时 间的要求、位置的要求、信息内容的要求以及服务对象和技术特点均不相同,实现从广义车路协同 向狭综合义车路协同的转变,必然要 求在时间、空间
7、及信息的精细化上更为精准和高效。公路科学研究院智能交通研究中心副主任汪林则对车路协同发展提出几点建议:一是路测与车端明确 感知信息分配方案:二是做好长期的车路通信设施建设和安全方案、构建可持续发 展 的商业模式。北京交科公路勘察设计 研究机电设计研究所长盛刚则提到已经既成事实,并非线路之争,而是覆盖率较高,且经由优化可胜任部分场景,可推动其进一步发展。(三)车联网先导区的发展工信部从 年起先后建设了江苏、天津、湖南、重庆等个国家级车联网先导区,担 负国家车联网项目先行先试,一方面是关于车联网的运营、管理、政策、法规和标准等技术,另一方面是探索车联网生态商业,均具有重要意义。江苏(无锡)国家级车
8、联网先导区是我国第一个国家级车联网先导区,主要任务和目标是实现规模部署网络、路侧单元,装配一定规模的车载终端,完成重点区域交通设施车联网功能 改造和梭心系统能力提升,丰富车联网应用场景。天津(西青)国家级车联网先导区则是发挥在标准机构、测试环境等方面的优势,积极探索跨行业标准化工作新模式,加快行业关键急需标准制定和验证,加强测试评价体系建设,促进行业管理制度和规范的完善。湖南、重庆国家级车联网先导区重点在高速公路、城市道路规模部署蜂窝车联网网络,结 合和智慧城市建设,完成重 点区域交通设施车联网功能改造和核心系统能力提升,推动公交、出租等公共服务车辆率先安装使用,构建丰富的场景创新环境,有效发
9、展车载终端用户。在车路协同的具体实施上,无锡建成了包括核心城区、城市快速路、城际高速公路的个交通路口和覆盖 的大规模城市及开放道路网络,全国率 先全面开放实时信号灯配时、道路视频监控、交通事件等余项公安交通管控信息,可向普通用户提供交通信息服务和提醒。天津车联网先导区车路协同全息感知环境工程在天津 南站科技商务区建设了 个全息感知路口,覆盖道路开放区域,实现了多家企业的 余套智能车路终端信息互联互通,完成全国首个将开放场地互联互通规模化部署。湖南(长沙)国家级车联网先导区完成了智慧高速公路、城市智能网联开放道路、智慧公交示范 线、亩封闭测试场建设,开通了国 内首 条智慧公交,投人辆自动驾驶出租
10、车在开放道路示范运行,集聚了 多家车联网相关产业重 点企业。重庆先导区的 构建逻辑主要是根据当地特色的车路协同技术,如山地地形的驾驶导航、车船联动等,更加侧重安全和效率,结合本地汽车产业、电子信息产业,加大对高校和科研机构 的引入,打造 适合当地的车联网。二、关键技术(一)信财车联网目前具有单车智能和车路协同两种技术路线,除共有的车辆感知传感器(雷达、摄像头等)之外,车路协同路线的典型特征就是采用 了技 术,不仅承担了网联汽车的基础数据通信,也是智能汽车的重要感知单元,通过车云、车路、车车通信为汽车提供自身传感器无法实现的超视距和感知能力。在早期车联网试点项目中,能较好地解决车辆快速 移动带
11、来 的多普勒频偏、车车通信资 源远近效应 和 千扰等问题,也能较好 的利用已有网络部署降低了产业经济成本,所以发展及商业化较快。随着全场景道路的开放、自动驾驶场景的推进以及版本的快速推进,车联网逐渐从交通信息获取、效率提升向智慧交通、自动驾驶发展,通信上具有高频、低延迟和 高可靠的需求,为满足上述需求车联网技术正逐渐从演进到。年月版本的首次弓人的直连通信功能和免许可频谱()、广播以及集成接人与回传等。在车联网进一步增强和扩展了直连通信、精准定位和降低时延,还研究了直通链路中终端节电机制、节省功耗的资源 选择机制,并开展终端之间 资源协调机制的研究以提高直通链路的可靠性。的各版本技术参数如表所示
12、。表 各版本技术参数版本代码时延 土 约 定位米级米级厘米级可靠性 速率级百兆级传输距离(二)感知财智能汽车和智能交通系统都依赖海量的感知设备,感知设备是汽车获取超距离视野的基础,并将获取的信息告知计算单元和决策单元,并运用到辅助驾驶、自动驾驶和车路协同等产品。常见感知传感器包括摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达和红外传感器,也包括上述技术的组合设备,如雷视、雷雷等多目识别设备。、视觉识別视觉识别是通过计算机和摄像机代替人眼对目标进行图像化处理,再使用识别的图像信息构建真实三维世界,这也是智能汽车和智慧交通领域应 用最广泛技术,目前车辆、辅助驾驶多 年増刊(总第期)丨中国交通信息化 条技
13、术路线都需要一定数量的摄像头。摄像头和识别算法是视觉识别路线的主导模块,但是在摄像头数量、像素相当情况下,识别算法 的优劣又起到决定性作用,根据镜头配 置,摄像头可以分单目、双目或多目摄像机,多目主要辅助解决视觉识别方案中视距、角度调整的一些痛点,但产品复杂度和成本较高。根据监控范围和位置,可划分为前视、环视、后视、侧视和内置等。前置摄像头主要用于车辆防撞预警、车道偏离预警、交通标志识别等功能,因此对技术要求较高,现主流标配万像素,识别距离可达到,高端还需要具备(高范围动态)、(闪烁抑制)功能,以降低强光和 闪灯对识别结果的干扰。环视摄像头可以装载多个普通万像素摄像头或鱼眼广角摄像头,主要就是
14、全景泊车 辅助。后视摄像头可通过显 示倒车影像以辅 助泊车,一般个普 通摄像头 即可,侧视摄像 头主要用于盲 点监测,个高清摄像 头是标配,内置摄像头大多数安装于车内后视镜,以监测司机状态,实现疲劳提醒等功能。、毫米波雷达毫米波是指长度在的电磁波,对应的雷达工作 频率为(公式:)。工信部要求车载雷达使用频段,产品将逐步退出市场。毫米波波长较短,指向性和抗干扰能力较好,特别对烟雾、灰尘、塑料、玻璃、雨雪等 有较好的穿透能力,也不受光照条件影响,满足全天候工作要求。毫米波雷达主要用于车辆自适应巡航、前向碰撞预警和自动紧急制动,利用回波的不同,雷达还可以识别树木、标线、行人等。毫米波雷达探测距离与
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