智慧公路技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用

田雙蹄 煙臺(tái)市公路事業(yè)發(fā)展中心

針對現(xiàn)有的交通擁堵、環(huán)境污染等問題，國家發(fā)改委以及交通運(yùn)輸部門印發(fā)了關(guān)于智慧交通發(fā)展相關(guān)文件，此類文件的頒布極大地刺激了車路協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展和研究。在此情況之下，智能交通技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，各種互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)逐漸在交通運(yùn)輸行業(yè)以及汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。車路協(xié)同已然成為當(dāng)前我國交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展的主要方向，而智慧公路技術(shù)在其中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

一、車路協(xié)同中所應(yīng)用的關(guān)鍵性智慧公路技術(shù)

（一）空間信息技術(shù)

在進(jìn)行車路協(xié)同設(shè)計(jì)的過程中，需要事先進(jìn)行公路勘察，明確周圍地理環(huán)境情況，因此需要獲取相應(yīng)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，此時(shí)需要使用的技術(shù)包括衛(wèi)星勘測、地質(zhì)遙感、三維測量等空間信息技術(shù)，此類技術(shù)的應(yīng)用能夠快捷、迅速、準(zhǔn)確地獲取相應(yīng)地表信息，為后續(xù)智慧公路的建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。其中衛(wèi)星勘測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于高原、高海拔、禁飛區(qū)域等地區(qū)地表信息的采集和整理，是公路建設(shè)過程中的關(guān)鍵性技術(shù)，當(dāng)前我國諸如西藏、新疆等區(qū)域的工程勘察都是應(yīng)用衛(wèi)星勘測技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。地質(zhì)遙感技術(shù)的主要作用在于能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別，例如，在實(shí)際工程實(shí)施過程中，沿線區(qū)域可能出現(xiàn)的山體滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害，而且該技術(shù)還能夠長時(shí)間地對工程區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的檢測，為公路的建設(shè)，以及人們的出行提供安全保障。三維測量技術(shù)常用于新建或者原有公路改擴(kuò)建工程中，能夠?yàn)橄鄳?yīng)工程提供精準(zhǔn)地形、高程以及斷面信息，而且有著較高的精度，可以將高程誤差控制在2cm 之內(nèi)，此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于路基邊界、車道線等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施信息的采集。

（二）GNSS 技術(shù)

GNSS 技術(shù)就是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，在車路協(xié)同系統(tǒng)中，該技術(shù)主要是與其他定位技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，為車路協(xié)同提供全天候、高精度的位置信息，明確車輛與公路之間的位置關(guān)系，更好地為車路協(xié)同系統(tǒng)以及運(yùn)行車輛提供相關(guān)定位服務(wù)。該技術(shù)的主要優(yōu)勢在于發(fā)展相對較為成熟，精準(zhǔn)度和可靠性都較好，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，而且該技術(shù)也不需要額外的設(shè)備、設(shè)施支持，應(yīng)用成本相對較低，但是在建筑等遮擋物較為密集的區(qū)域，該技術(shù)的定位精度將會(huì)受到一定影響。GNSS 技術(shù)在車路協(xié)同中的主要形式包括測定靜態(tài)交通控制單元、路側(cè)單元位置，以及配合其他技術(shù)進(jìn)行道路基礎(chǔ)設(shè)施的測量，輔助進(jìn)行三維建模。此外，GNSS 技術(shù)還能夠與其他技術(shù)結(jié)合提供導(dǎo)航服務(wù)。

（三）路側(cè)通信技術(shù)

車路協(xié)同系統(tǒng)中，路側(cè)通信技術(shù)是系統(tǒng)發(fā)揮作用的關(guān)鍵性技術(shù)，該技術(shù)的主要用途在于車輛信息的采集、交通狀態(tài)的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)信息的傳輸。在車路協(xié)同系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，需要借助路側(cè)通信技術(shù)中的傳感器，形成相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)信息采集。當(dāng)有車輛駛過時(shí)，路側(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠?qū)鞲衅鞑杉降男畔鬏斀o車輛。此外，路側(cè)通信技術(shù)還能夠進(jìn)行多渠道車輛行駛信息的采集和處理，再將處理后的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)铰穫?cè)通信單元或者云端中，實(shí)現(xiàn)信息共享。該技術(shù)融合了遠(yuǎn)距離道路檢測、無線傳輸以及信息采集等多種技術(shù)，不僅有效提高了信息采集的便利性、效率以及精準(zhǔn)度，而且對于車路協(xié)同發(fā)展也有著積極作用。

二、智慧公路技術(shù)下的車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

隨著當(dāng)前信息技術(shù)手段的發(fā)展，智慧公路技術(shù)逐漸得到更加深入的應(yīng)用，車路協(xié)同系統(tǒng)也得到了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。在此情況之下，車路協(xié)同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對于道路交通信息的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)采集和同步共享，極大地保障了車輛運(yùn)輸安全，也提升了車輛運(yùn)行效率。在智慧公路技術(shù)的應(yīng)用之下，車路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)主要包括以下三個(gè)部分。

（一）智能路側(cè)系統(tǒng)

智能路側(cè)系統(tǒng)的主要功能就是對公路運(yùn)行過程中的道路交通信息進(jìn)行采集，例如車流情況、平均車速、道路異常情況、路面狀況等，并將其上傳至車輛和云端中，實(shí)現(xiàn)信息的同步共享。智能路側(cè)系統(tǒng)主要由智能路側(cè)設(shè)備以及設(shè)備管理層兩個(gè)部分組成。其中智能路側(cè)設(shè)備主要包括路側(cè)單元、交通電子標(biāo)志以及各類檢測器等，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息采集、存儲(chǔ)等相關(guān)服務(wù)，確保設(shè)備之間的相互通信以及相關(guān)信息的安全。此外，智能路側(cè)系統(tǒng)還需要具備路側(cè)設(shè)備管理功能，滿足各種路側(cè)設(shè)備的接入需求，并在接收到設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)之后，能夠自動(dòng)計(jì)算可能存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，并將相關(guān)信息同步給相關(guān)車輛，或者發(fā)布調(diào)度指令，同時(shí)還能夠提供大量多樣化設(shè)備以及傳感系統(tǒng)的認(rèn)證、接入、監(jiān)控等管理功能，支持各種應(yīng)用信息的交互。

（二）智能車載系統(tǒng)

智能車載系統(tǒng)主要是依靠車載傳感器完成對于車輛情況以及周圍環(huán)境的感知，并能夠與智能路側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行交互，為車輛行駛提供全面、安全的服務(wù)，能夠根據(jù)駕駛?cè)藛T的實(shí)際需求提供相關(guān)信息和車輛導(dǎo)航功能等，提升車輛駕駛的便利性以及安全性。例如，當(dāng)路側(cè)系統(tǒng)感知到路面冰凍、積雪等情況時(shí)，會(huì)將該信息及時(shí)傳向接近轉(zhuǎn)彎以及行駛在復(fù)雜道路的車輛，并提醒車輛注意控制車速，避免交通事故的發(fā)生。此外，當(dāng)車輛發(fā)生交通事故時(shí)，車載系統(tǒng)還能夠?qū)⑹鹿氏嚓P(guān)信息及時(shí)傳輸?shù)郊本戎行牡认嚓P(guān)機(jī)構(gòu)，如事故發(fā)生位置、嚴(yán)重程度等。

（三）通信平臺(tái)

通信平臺(tái)主要負(fù)責(zé)車輛運(yùn)行過程中各系統(tǒng)之間的通信交流，確保路側(cè)設(shè)備與車載系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行信息交互和傳遞。在傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)中，主要是將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳至云端，然后進(jìn)行計(jì)算分析，再將分析得到的結(jié)果傳輸至路側(cè)單元以及移動(dòng)終端中。而在車路協(xié)同系統(tǒng)中，對于數(shù)據(jù)信息的處理和傳輸效率有了更高的要求，且實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量十分龐大，而云端計(jì)算傳輸存在一定延遲，難以滿足當(dāng)前車路協(xié)同系統(tǒng)的要求，對此需要借助智慧公路技術(shù)，通過邊緣計(jì)算的方式，降低數(shù)據(jù)計(jì)算和傳輸延遲，滿足車路協(xié)同系統(tǒng)的運(yùn)行需求。

三、智慧公路技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用場景

（一）智能化的基礎(chǔ)設(shè)施

智能化基礎(chǔ)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同的重要前提，在實(shí)際進(jìn)行車路協(xié)同設(shè)計(jì)的過程中，為保障信息的實(shí)時(shí)交互，促進(jìn)智慧公路的有效建成，需要加強(qiáng)對于硬件基礎(chǔ)設(shè)施的研究和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)硬件功能的多樣化、交互形式的多態(tài)化以及服務(wù)形態(tài)的豐富化，滿足車路協(xié)同系統(tǒng)的實(shí)際功能需求。當(dāng)前常用的智慧型道路基礎(chǔ)設(shè)施包括太陽能發(fā)電道路、無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋道路、融雪道路以及交通狀態(tài)檢測、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警等感知型智慧基礎(chǔ)設(shè)施。

以哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出的智能道釘為例，智能道釘融合了當(dāng)前先進(jìn)的智慧公路技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI技術(shù)等，能夠滿足道路感知以及信息交互等多樣化功能需求，在規(guī)模較大、密度較高的道路環(huán)境中有著較好的應(yīng)用效果。通常情況下將智能道釘安裝在斑馬線旁邊，通過動(dòng)態(tài)閃爍的方式提醒司機(jī)減速。智能道釘主要包括以下功能：第一，感知道路情況，能夠感知道路車輛情況，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)燈的自適應(yīng)控制，并與相關(guān)交通管控中心聯(lián)網(wǎng)；第二，行車安全距離提示，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)車輛間距過小時(shí)，智能道釘能夠發(fā)出警示紅光，以此避免追尾事故；第三，智能道釘能夠?qū)Φ缆樊惓＿M(jìn)行提示，當(dāng)前方出現(xiàn)異常交通事故時(shí)，能夠通過紅色燈光閃爍提示后方車輛減速慢行或者避讓，并將相關(guān)道路信息傳送至交通管控部門。除此之外，智能道釘還能夠?qū)崿F(xiàn)行車路線引導(dǎo)、停車感知等多樣化功能。

（二）交通標(biāo)志的數(shù)字化

智慧公路技術(shù)在車路協(xié)同系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效改變傳統(tǒng)交通標(biāo)志的形式，通過數(shù)字化形態(tài)進(jìn)行交通標(biāo)志的發(fā)布和展示。在車輛實(shí)際運(yùn)行的過程中，每個(gè)交通標(biāo)志都會(huì)有唯一的識(shí)別碼，在無線廣播的幫助下，向道路當(dāng)中運(yùn)行的車輛發(fā)送相應(yīng)識(shí)別碼，并由車載設(shè)備捕獲該識(shí)別碼，然后進(jìn)行交通標(biāo)志的展示，進(jìn)而使得自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠根據(jù)相應(yīng)交通標(biāo)志進(jìn)行車輛控制。在此基礎(chǔ)上，不僅可以實(shí)現(xiàn)交通標(biāo)志數(shù)字化，同時(shí)，還可以使用該技術(shù)，將道路標(biāo)線、信號(hào)以及護(hù)欄等進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，構(gòu)建一個(gè)數(shù)字化道路交通環(huán)境，進(jìn)而保障車路協(xié)同的有效性，確保車輛的合法合規(guī)行駛，減少交通擁堵以及交通事故發(fā)生的概率。

（三）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)車速引導(dǎo)

通過在公路路段設(shè)置氣象監(jiān)測站，對相應(yīng)氣象環(huán)境條件等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將檢測到的雨雪、沙塵、霧等數(shù)據(jù)信息上傳至相應(yīng)V2X 平臺(tái)中，然后根據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)定好的車輛控速原則改變道路限速值，同時(shí)還可以根據(jù)現(xiàn)有的視頻監(jiān)控，對各路段的車流量情況進(jìn)行分析，并借助相應(yīng)通信平臺(tái)將限速信息傳送至車載系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對于車輛運(yùn)行速度的引導(dǎo)和控制，在保障行車通暢的情況下，通過控制車速的方式降低事故發(fā)生的概率。

（四）道路危險(xiǎn)狀況提醒

相關(guān)交通管理部門還需要及時(shí)將道路危險(xiǎn)情況同步到周圍運(yùn)行車輛，道路危險(xiǎn)情況包括但不限于道路施工、雨雪影響、滑坡等。當(dāng)車輛運(yùn)行至危險(xiǎn)情況同步范圍之內(nèi)時(shí)，智能路側(cè)單元就會(huì)通過通信平臺(tái)向車載系統(tǒng)發(fā)布信息，并進(jìn)行道路情況預(yù)警，提醒相關(guān)車輛小心駕駛。除此之外，車路協(xié)同系統(tǒng)還具有超速限速提醒功能，智能路側(cè)系統(tǒng)能夠在特殊限速路段事先對運(yùn)行車輛進(jìn)行限速提醒，當(dāng)特定路段行駛車輛出現(xiàn)超速情況時(shí)，智能路側(cè)單元能夠?qū)ο鄳?yīng)車輛進(jìn)行自動(dòng)提醒，要求駕駛員減速。這種限速超速提醒功能適用于具有限速要求的普通路段以及高速路段。

（五）匝道車輛匯入預(yù)警

對于高架以及高速公路而言，匝道是經(jīng)常出現(xiàn)交通事故的路段，一旦匝道區(qū)域出現(xiàn)交通事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的交通堵塞情況，甚至可能出現(xiàn)交通癱瘓，因此加強(qiáng)匝道車輛匯入提醒是十分有必要的。當(dāng)車輛在行駛過程中靠近匝道時(shí)，智能路側(cè)系統(tǒng)能夠?qū)⒃训绤R入位置的相關(guān)車流信息實(shí)時(shí)傳遞給直行車輛的車載系統(tǒng)中，并提醒駕駛員小心行駛。該車路協(xié)同系統(tǒng)功能極大地降低了匝道位置車輛碰撞事故發(fā)生的概率，有效保障了行車安全。

（六）車輛事故上報(bào)警示

智慧公路技術(shù)下的車路協(xié)同系統(tǒng)還能夠及時(shí)進(jìn)行車輛事故區(qū)域的警示以及車輛故障問題的上報(bào)。當(dāng)某路段發(fā)生安全事故之后，發(fā)生事故車輛的車載系統(tǒng)以及周圍監(jiān)控系統(tǒng)等向車路協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行事故以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息的上報(bào)，明確事故發(fā)生位置、時(shí)間、占用的車道等信息，并自動(dòng)聯(lián)系救援機(jī)構(gòu)；同時(shí)智能路側(cè)系統(tǒng)還會(huì)向后方來車推送事故信息，以免造成更大的交通事故，更好地保障行車安全。除此之外，當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，車載系統(tǒng)會(huì)將故障、車輛位置等相關(guān)信息上報(bào)至車路協(xié)同平臺(tái)中，為后續(xù)車輛的維修、拖車服務(wù)等提供良好參考，將車輛故障信息傳送給智能路側(cè)單元，并由智能路側(cè)單元將車輛故障信息廣播給周圍車輛，避免安全事故的發(fā)生。

（七）道路施工養(yǎng)護(hù)提示

在車輛實(shí)際運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于前方道路施工、養(yǎng)護(hù)、清理等造成車輛擁堵的情況，甚至還可能出現(xiàn)車輛撞擊、擦碰等交通事故，加劇交通堵塞情況。對此車路協(xié)同系統(tǒng)能夠?qū)ο鄳?yīng)道路施工養(yǎng)護(hù)情況進(jìn)行精準(zhǔn)定位，上報(bào)給交通管理部門以及車路協(xié)同平臺(tái)，并通過廣播向周圍車輛同步警示信息。此外，還可以在道路施工養(yǎng)護(hù)周圍，設(shè)置智能化警示安全錐桶、三角牌等，通過對此類安全設(shè)施的智能化改造，將其與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對于道路施工、養(yǎng)護(hù)以及封閉管制信息的及時(shí)采集和同步，為車輛出行提供更好、更加全面的服務(wù)，保障車輛出行的便利性和安全性。

四、結(jié)語

智慧公路技術(shù)屬于智能交通管控與服務(wù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是車路協(xié)同發(fā)展過程中的重要技術(shù)措施，該技術(shù)在實(shí)際車路協(xié)同中的應(yīng)用場景包括智能化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，如智能道釘、交通標(biāo)志數(shù)字化、動(dòng)態(tài)車速引導(dǎo)、道路危險(xiǎn)提醒、車輛匯入預(yù)警、交通事故和車輛故障上報(bào)，以及道路養(yǎng)護(hù)施工提示等。隨著我國新基建的不斷提速，推動(dòng)智慧公路技術(shù)與智能駕駛系統(tǒng)無縫對接，能夠?qū)崿F(xiàn)車路之間的動(dòng)態(tài)交互，有助于提高道路交通的安全性以及車輛通行效率，對于車路協(xié)同的發(fā)展意義重大，對于無人駕駛的實(shí)現(xiàn)更有著重要的作用。