智能车路协同系统-(北航王云鹏)讲述

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1、国家863计划现代交通技术领域专家组 副组长 北京航空航天大学 教授 王云鹏 车路协同技术 发展 现状与展望 1 我国“十二五”展望 发展趋势 国外研究现状 综述 车路协同车路协同 2 已部署实施部署实施/原型系统 传统 ITS技术 匝道信号控制 出行信息系统 交通管控中心 Research 当前 ITS 方案 车辆 通信设备 基础设施 驾驶员 ITS前沿技术 车路协同 综合汽车 安全系统 IVBSS 出行辅助系统 MSAA 一体化运输走 廊管理系统 ICM 智能驾驶 电子认证收费 研究热点 车路协同是未来ITS的核心 3 车路协同系统：基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取， 通过车车

2、、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与配 合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。 4 GPS DSRC 交通控制中心 车辆 道路设施 通信网络 驾驶员 政府 部门 汽车企业 操作和运输状况信息 车辆运行状况 车辆、交通和服务信息 个人隐私 车路协同体系架构 5 6 车路协同应用领域 信号控制事故处理运输管理 出行信息不停车收费应急管理 高速路管理 多式联运 营运车辆管理 气象服务 施工警示 安全预防 交通信息管理 辅助驾驶安全通报碰撞预警 7 1.盲点警告:当驾驶员试图换道但盲点处有车辆时，盲点系统会给予驾驶员警告； 2.前撞预警：当前面车辆停车或者

3、行驶缓慢而本车没有采取制动措施时，给予驾驶 员警告； 3.电子紧急制动灯：当前方车辆由于某种原因紧急制动，而后方车辆因没有察觉而 无采取制动措施时会给予驾驶员警告； 4.交叉口辅助驾驶：当车辆进入交叉口处于危险状态时给予驾驶员以警告，如障碍 物挡住驾驶员视线而无法看到对向车流； 5.禁行预警：在可通行区域，试图换道但对向车道有车辆行驶时给予驾驶员警告； 6.违反信号或停车标志警告：车辆处于即将闯红灯或停车线危险状态时，驾驶员 会收到车载设备发来的视觉、触觉或者声音警告； 7.弯道车速预警：当车辆速度比弯道预设车速高时，系统会提示驾驶员减速或者采 取避险措施； 典型应用场景 8 8. 道路交通状

4、况提示：驾驶员会实时收到有关前方道路、天气和交通状况的最 新信息，如道路事故、道路施工、路面湿滑程度、绕路行驶、交通拥堵、天气 、停车限制和转向限制等。 9. 车辆作为交通数据采集终端：车载设备传输信息给路侧设备，此信息经路侧 设备处理变为有效、需要的数据。 10.匝道控制：根据主路和匝道的交通时变状况实时采集、传输数据来优化匝道控 制。 11.信号配时：收集并分析交叉口车辆实际行驶速度及停车起步数据，使信号的实 时控制更加有效。如果将实时数据处理时间提高10%，每年延误时间可减少170 万小时，节省110万加仑汽油以及减少9600吨CO2排放。 12.专用通道管理：通过使用附近的或平行车道可

5、平衡交通需求，也可使用控制 策略，如当前方发生事故时可选择换向行驶；改变匝道配时方案；利用信息情 报板发布信息，诱导驾驶员选择不同的路径。 13.交通系统状况预测：实时监测交通运输系统运行状况，为交通系统有效运行 提供预测数据，包括旅行时间、停车时间、延误时间等；提供交通状况信息， 包括道路控制信息、道路粗糙度、降雨预测、能见度和空气质量；提供交通需 求信息，如车流量等。 车路协同关键技术 车路协同关键技术 多通道交通流量检测 多通道交通状态信息辨识与采集 路面湿滑状态信息采集 交叉口行人信息采集 道路异物侵入信息采集 密集人群信息采集 突发事件快速识别与定位 车车/车路通信技术 通信 模式

6、蜂窝-3G 无线局域网无线广域网专用短程通信 自组织网络传感器网络 密集车辆场景下公平高效的多信 道接入控制技术 稀疏车辆场景下可信可靠的信息 融合技术 高速车辆环境下稳定高效的切换 及路由技术 路侧通信设备的位置优化技术 兼容各种无线网络协议的多模式 连接技术 高速移动状态下的多信道、高可信、高可靠的 车路/车车信息交互与融合 车辆动态分簇融合技术 车路协同关键技术 车车/车路控制技术 面向效率 面向安全 基于车路协同信息的 集群诱导技术 基于车路协同信息的 交叉口智能控制技术 车路协同关键技术 我国“十二五”展望 发展趋势 国外研究现状 综述 车路协同车路协同 13 美国发展路线图 路线1

7、 事故场景框架定义 路线2 互通性 路线3 性能效益评估 路线4 应用开发 路线5 驾驶员相关问题 路线6 政策问题 完成事故场景及相关性能的定义 完成通信协议的测试、隐私安全标准的制定 完成目标性能的测试、安全效益的评估 完成各种原型车及环境系统的建设 完成与驾驶员操作相关的各种警报、接口、工作量、接受程度的测试 各种标准规范、商业模式的完善 15 重点项目：交叉口避碰系统 (CICAS) 路侧 设备 DSRC频率 处理器 GPS 地图存储 交通控制设备 预警 车载设备 交通信号信息 车道1信号灯：红4s 车道2信号灯：红4s 车道3信号灯：绿 信号配时 系统架构 16 驾驶员与道 路交互界

8、面 驾驶员与车 辆交互界面 判断开始 预处理 预警 关闭 低频闪烁 高频闪烁 路侧 设备 路侧 设备 车载 设备 CICAS应用场景 17 重点项目：营运车辆信息系统与网络 (CVISN) 智能交通系统 (ITS) CVISN 营运车辆管理 （CVO） 提高机动车运输工具、商业运输车辆 和驾驶员的安全性 通过强制标准的实施提升营运车辆安 全标准的实施效能 实现各州之间营运车辆的数据共享 降低国家和企业管理费用 目标 18 已制定车路协同相关标准 3 3 2 2 4 4 1 1 用于车路环境无线通信的IEEE1609系列试验用标准 用车路短程通信的IEEE 802.11P标准 SAE J2735

9、专用短程通信标准 5.9GHz专用短程通信标准 19 欧洲发展路线图 20 重点项目：基于合作的智能安全道路 (COOPERS) 系统架构 RCU：路侧设备控制单元 光缆 摄像机 TCC (交通控制中心) 检测线圈 多传感器 温度 风速 21 重点项目：智能安全车路系统 (SAFESPOT) 激光扫 描系统 防火墙 定位系统 主机 以太网 交换机 车内传感器数据 网关 车载总线 无线网关 应用计算机 笔记本 系统架构 22 重点项目：基于合作的车路系统 (CVIS) 系统架构 路边 系统 交通管理 系统 路边 网关 IPv6 本地管理 中心 本地管理 中心 交通管理者 本地管理 中心 供应商服

10、务提供方 车辆 系统 驾驶员 车辆 网关 23 三个项目侧重点比较 COOPERS CVIS SAFESPOT 路车通信 交通安全信息 交通信息服务 车路通信通信网络集成 自动控制 人机接口 车载一体化集成 车车通信 COOPERS 侧重于路车通信及交通安全信息方面的研究 CVIS 侧重于自动控制相关的研究 SAFESPOT 侧重于车载一体化集成方面的研究 24 日本发展路线图 200720011995 导航系 统 VICS 供应信息 电子收费 双向通信 ETC 2.4GHz 广播 5.8GHz DSRC 多媒体 导航系 统 下一代道 路服务 5.8GHz DSRC ：服务 ：车载单元 ：Sm

11、artway 服务范围 ITS 车载单 元 VICS(大范围详细交通信息) 电子收费 出行信息，道路选择 车内上网 25 26 q 先进安全车辆ASV q 智能型公路系统AHS 日本重点发展的两个项目 27 摄像机 夜间行车 前方探测 后方监测 辅助停车 图像合成 盲点监测 图像聚类 停车或前行 雷达 距离测量 道路标志 探测障碍物 真实图像小轿车 卡车 合成的图像 摄像机图像 车后方图像左后视镜 右后视镜 车辆行驶轨迹 由车辆行驶 轨迹计算出 的基准线 横向偏移量 重点项目：先进安全车辆 (ASV) 28 车载单元路侧单元 车载导航 动态地图 基本应用接口 车路通信功能车路通信功能 车路通信

12、 基本应用接口 基本应用 重点项目：智能型公路系统 (AHS) 日本车路协同相关的研究组织日本车路协同相关的研究组织 私人机构与政府部门联合研究 MLITNILIM 私人公司 国土设施及运输部国土及基础设施管理 国家研究所 23家企业 ITS JAPAN ITS(智能交通系统)日 本 AHSRA 先进高速公路巡航辅助 系统研究会 HIDO 高速公路工业 发展协会 ARIB 无线电工商业 协会 JARI 日本汽车研究所 私人公司及 组织 223家公司及 组织 日本 DSRC 论坛 JAMA 日本汽车生产制造协会 ASV 具有先进安全性能的车辆 日本电子信息技术工业 协会 JEITA 公共部门门申

13、请请私人部门门申请请 RSU 车车路 协协同 ITS OBU 29 1 车路协同系统应用场景 以美国、欧盟和日本为代表的发达国家对车路协 同系统的应用场景基本定义完毕，不同组织对应 用场景的定义基本一致。 2 车路协同系统通信协议标准化 美国和欧盟分别定义了车-车，车-路通信协议 标准，目前美国的Dedicated Short Range Communication (DSRC) 协议在学术和企业界比 较普及，同时IEEE也定义了802.11P通信协议用 于车-车及车-路通信。 主要进展主要进展 3 车路协同系统技术进展 仍然处于相关技术的探讨、实验和测试阶段， 尚未大规模推广和应用。 4 两

14、种推进方式 美国模式政府主导、科研机构积极参与； 日本模式工业企业积极参与，政府协调 主要进展主要进展 我国“十二五”展望 发展趋势 国外研究现状 综述 车路协同车路协同 32 33 数据 采集 电子支付 信号控制 实时交通数据信息 实时调控处置 各种新型技 术和应用 安全信息 互联网 车路协同发展趋势 美国预计的装备DSRC的车辆总数、接入率等指标 时间201 0 201120122013201420152034 装备DSRC的车辆总 数（百 万） 258262266270274278350 接入率百分比5%11%16%21%26%30%100% 接入率（v/s）0.250.550.81.0

15、51.31.55 数据包大小（bits）695 2 695269526952695269526952 每秒写入的数据（ bits ）173 8 38245562730090381042 8 3476 0 服务率（ v/s ）1223335 传输 数据的大小（ bits ）659 2 1390 4 1390 4 2085 6 2085 6 2085 6 3476 0 每秒每用户反映时间 内的 容量（Kbps） 6.9513.9013.90 20.86 20.8620.8634.76 每10秒每用户反映时间 内的容量（Kbps） 0.701.391.392.092.092.093.48 每60秒每

16、用户反映时间 内的容量（Kbps） 0.120.230.350.350.350.350.58 34 35 重点技术 l旅行和交通管理 l公共运输管理 l商业车辆管理 l先进的车辆安全系统 l辅助决策支持 l电子付款 l应急管理 l信息管理 36 潜在的新技术 低碳绿色的出行诱导技术 富信息环境下的优化管理技术 交通流信息 运输状态信息 停车场信息 环境气象信息 排放最小化的行驶路线 便捷、绿色的出行方式 基于污染状态的交通疏导 我国“十二五”展望 发展趋势 国外研究现状 综述 车路协同车路协同 37 安全与效率已经成为制约我国交通运输发展的 关键问题，亟需通过车路协同等新技术的突破 来推动安全改善与效率提升。 突破车路协同智能控制关键技术，抢占智能交 通前沿技术制高点，是未来我国能否形成智能 交通产业核心竞争力的关键。 1 2 3 4 多模式车路/车车通信 从单一模式走向多种通信手段的互补与融合 车载终端的一体化 从单目标控制向多目标控制集成转