車(chē)路協(xié)同技術(shù)在智慧高速公路建設(shè)中的應(yīng)用分析

曹俊

（甘肅公航旅信息科技有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，道路上的車(chē)輛與日俱增，提高了對(duì)道路交通安全的要求，所以智慧高速公路理念與技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。其中，車(chē)路協(xié)同技術(shù)主要是指加強(qiáng)傳感技術(shù)與無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，使車(chē)與車(chē)、車(chē)與路的信息交互得到有效地落實(shí)，其動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性特點(diǎn)顯著，可以促進(jìn)信息采集、計(jì)算等工作的順利進(jìn)行，在復(fù)雜的交通環(huán)境下，不斷提高車(chē)輛行駛的安全性，對(duì)道路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，給予車(chē)輛前方道路狀況正確的提示，保證車(chē)輛的行駛安全。由此可以看出，車(chē)路協(xié)同技術(shù)在高速公路中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，特別是在智慧高速公路中的應(yīng)用方面，可以將高速公路建設(shè)水平提升到全新的高度和領(lǐng)域。

1 車(chē)路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

對(duì)于傳統(tǒng)交通流預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)的交通流量大多在1個(gè)小時(shí)內(nèi)，這很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)每輛車(chē)的到達(dá)時(shí)間，也難以將后續(xù)調(diào)節(jié)過(guò)程的控制效果體現(xiàn)出來(lái)。目前，隨著先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展，智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)與人們的實(shí)際生活聯(lián)系愈加密切。借助智能車(chē)路協(xié)同技術(shù)，可以將全時(shí)空交通信息的實(shí)時(shí)性、可靠性體現(xiàn)出來(lái)，滿足車(chē)輛與道路設(shè)施的智能化需求，并為信息共享提供極大的便捷，給保障交通安全和提高通行效率提供強(qiáng)有力的扶持。

通常來(lái)說(shuō)，智能路側(cè)系統(tǒng)、智能車(chē)載系統(tǒng)等是智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的重要構(gòu)成內(nèi)容。智能車(chē)載系統(tǒng)可以對(duì)自身車(chē)輛狀況信息進(jìn)行搜集，并對(duì)周?chē)熊?chē)環(huán)境進(jìn)行感知；智能路側(cè)系統(tǒng)可以促進(jìn)交通流信息和道路異常信息等采集工作的順利進(jìn)行。通信平臺(tái)在系統(tǒng)的通信方面發(fā)揮著重要的作用，使路側(cè)設(shè)備與車(chē)載設(shè)備的信息交互水平提升。相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)施，車(chē)路協(xié)同設(shè)施的魯棒性顯著，不僅可以將交通信息的檢測(cè)效率提升上來(lái)，而且可以確保信息的全面性。在道路交通系統(tǒng)中，對(duì)車(chē)路協(xié)同技術(shù)的研究重點(diǎn)進(jìn)行分析，應(yīng)加強(qiáng)道路和車(chē)輛協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用，將交通管理的安全性和高效性體現(xiàn)出來(lái)，在其特點(diǎn)方面，移動(dòng)車(chē)輛與道路信息的信息交互水平較高，有助于車(chē)輛通行效率的提升，使車(chē)輛安全性得到保證，圖1 為車(chē)路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)。

由圖1 可以看出，在車(chē)路協(xié)同技術(shù)框架中，路側(cè)系統(tǒng)與車(chē)載系統(tǒng)的作用不容小覷，可以積極整合車(chē)輛與道路信息系統(tǒng)，將各部分的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。車(chē)載傳感器在智能駕駛中占據(jù)著重要的地位，而且在車(chē)輛感知外界時(shí)發(fā)揮著重要的作用，旨在將車(chē)輛行駛狀況的感知功能發(fā)揮出來(lái)，并對(duì)周邊行車(chē)環(huán)境予以高度了解。在車(chē)路協(xié)同技術(shù)中，車(chē)載傳感器的核心作用突出，其運(yùn)行參數(shù)主要包括車(chē)輛實(shí)時(shí)制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、及時(shí)檢測(cè)駕駛?cè)说鸟{駛狀態(tài)、對(duì)駕駛?cè)说奈ｋU(xiǎn)行為進(jìn)行感知等。此外，在復(fù)雜路況下可以迅速檢測(cè)車(chē)輛的危險(xiǎn)狀態(tài)信息、駕駛行為等，防止行車(chē)安全隱患的出現(xiàn)。

圖1 車(chē)路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)

2 智慧高速公路建設(shè)背景和建設(shè)原則

2.1 建設(shè)背景

截至2021年末，我國(guó)公路總里程在51 萬(wàn)km 以上，其中，高速公路里程在15 萬(wàn)km 以上，在全球高速公路通車(chē)?yán)锍毯瓦\(yùn)營(yíng)里程中具有較高的影響力。因?yàn)楦咚俟返慕ㄔO(shè)規(guī)模龐大，傳統(tǒng)高速公路信息化建設(shè)與我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求并不相符，特別是在高速公路發(fā)展環(huán)境越發(fā)健全的影響下，所以應(yīng)加強(qiáng)科技手段的應(yīng)用，不斷強(qiáng)化高速公路的安全性、效率性、服務(wù)性等，將高速公路智慧化推向可持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)域。智慧高速公路與智慧城市之間的關(guān)系是緊密聯(lián)系、密不可分的，應(yīng)在高速公路沿線對(duì)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行布設(shè)，并加強(qiáng)交通運(yùn)行控制中心的構(gòu)建，將各種先進(jìn)技術(shù)集成在一起，如應(yīng)用感知、通信等，從而構(gòu)建安全、快速、綠色的高速公路行駛環(huán)境。

2.2 建設(shè)原則

首先，安全至上原則。在智慧高速公路建設(shè)中，應(yīng)注重交通出行安全，尤其在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間。如果出現(xiàn)交通安全事故，會(huì)嚴(yán)重威脅到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。智慧高速公路應(yīng)將安全至上的原則貫徹落實(shí)下去，基于多個(gè)視角，如建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)等方面，共同致力于高速公路安全水平的提升。其次，效率優(yōu)先原則。在高速行駛過(guò)程中，可以使人員和貨物的運(yùn)輸時(shí)間得到有效控制，將運(yùn)輸效率提升。特別是在節(jié)假日、異常天氣等下，極容易發(fā)生堵車(chē)、塞車(chē)等情況，嚴(yán)重影響到人們的正常生活。智慧高速公路的閉環(huán)應(yīng)高度重視感知、傳輸、處理等方面，對(duì)通行路線予以不斷優(yōu)化，為交管部門(mén)工作的開(kāi)展提供幫助，將堵塞時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)，使道路使用效率不斷提升。最后，服務(wù)舒適原則。智慧高速公路應(yīng)確保出行者出行體驗(yàn)的舒適度，這與普通公路的差異化服務(wù)有明顯的區(qū)別，不僅可以給人們的出行安全提供支持，而且可以滿足快速高效的需求，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)服務(wù)向主動(dòng)服務(wù)的順利過(guò)渡，從而將全面化、端到端的服務(wù)提供給出行司乘人員。

3 車(chē)路協(xié)同技術(shù)在智慧高速公路建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)交通標(biāo)志數(shù)字化

在智慧高速建筑中，車(chē)路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用是至關(guān)重要的，這在交通標(biāo)志的數(shù)字化中得到了充分體現(xiàn)，使以往實(shí)體標(biāo)志的缺陷得到彌補(bǔ)、完善，為交通管理的數(shù)字化創(chuàng)造了有利條件。每一塊交通標(biāo)志的識(shí)別碼均具有一定的特殊性，可以借助無(wú)線電信號(hào)向行駛的車(chē)輛發(fā)送信息。此外，智慧高速中的標(biāo)線、信號(hào)等作用也十分重要，其中自動(dòng)駕駛技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位。

3.2 道路危險(xiǎn)預(yù)警

車(chē)輛存在潛在的危險(xiǎn)情況時(shí)，車(chē)路協(xié)同技術(shù)的預(yù)警作用非常突出。對(duì)交通管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，在特定路段突發(fā)危險(xiǎn)情況時(shí)（如大霧、雨雪、滑坡等），車(chē)輛行駛到這些路段時(shí)，智慧高速路側(cè)單元會(huì)將信號(hào)發(fā)送給車(chē)輛，將預(yù)警作用發(fā)揮出來(lái)，提醒駕駛員注意安全、謹(jǐn)慎駕駛。此外，在事故多發(fā)路段，限速和超速預(yù)警也可以引起駕駛員的高度重視，在車(chē)速過(guò)快的情況下，通過(guò)智能路側(cè)單元向駕駛員進(jìn)行減速行駛的提示。

3.3 事故路段警示

當(dāng)危險(xiǎn)事故出現(xiàn)時(shí)，事故車(chē)輛上的車(chē)載設(shè)備、高速安全監(jiān)控等應(yīng)將車(chē)輛發(fā)生事故的相關(guān)情況發(fā)送到V2X 車(chē)路協(xié)同平臺(tái)上，如具體位置、占用道路情況等，確保及時(shí)與指揮救援中心取得聯(lián)絡(luò)，保障事故救援工作順利進(jìn)行，最大程度地維護(hù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。并且智慧高速兩側(cè)的智能路側(cè)單元在后方車(chē)輛的預(yù)警方面有突出的優(yōu)勢(shì)，能夠給予駕駛員謹(jǐn)慎駕駛的提示，避免不必要的損失。

3.4 車(chē)輛故障預(yù)警和匝道匯入預(yù)警

首先，在智慧高速領(lǐng)域內(nèi)，車(chē)路協(xié)同技術(shù)可以及時(shí)預(yù)警車(chē)輛本身故障的發(fā)生，借助車(chē)載設(shè)備將車(chē)輛的故障情況、故障位置等信息自動(dòng)上報(bào)，使其在V2X 車(chē)路協(xié)同平臺(tái)上體現(xiàn)出來(lái)，提高故障車(chē)輛的救援效率，落實(shí)拖車(chē)服務(wù)。借助V2X 車(chē)路協(xié)同平臺(tái)，路側(cè)智能單元會(huì)向后方車(chē)輛通知故障車(chē)輛的位置信息，確保良好的預(yù)警效果，有效預(yù)防事故發(fā)生。

其次，錯(cuò)過(guò)匝道和匝道出現(xiàn)事故在高速公路上比較常見(jiàn)，在直行車(chē)輛與匝道距離較近時(shí)，智能路側(cè)單元會(huì)向車(chē)輛終端發(fā)送匝道匯入的車(chē)輛信息，及時(shí)提示車(chē)輛駕駛員注意避讓?zhuān)乐古鲎彩鹿实陌l(fā)生。

3.5 氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)

氣象監(jiān)測(cè)站大多建設(shè)在高速公路上，氣象監(jiān)測(cè)站可以向V2X 車(chē)路協(xié)同平臺(tái)傳遞監(jiān)測(cè)信息，然后從當(dāng)?shù)貙?shí)際氣候情況出發(fā)，對(duì)限速值進(jìn)行合理變更，利用智慧高速數(shù)字化技術(shù)，確保該路段限速變更的時(shí)效性，并第一時(shí)間向車(chē)輛傳遞信息，以便司機(jī)準(zhǔn)確做出決策，正確引導(dǎo)車(chē)速。同時(shí)，在車(chē)輛行駛方面，天氣變化具有較強(qiáng)的影響力，所以應(yīng)密切監(jiān)測(cè)路段氣候，及時(shí)變更路段限速，將車(chē)車(chē)、車(chē)路信息交互的動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)出來(lái)，而這與車(chē)路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用有密切的聯(lián)系。

4 高速公路車(chē)路協(xié)同應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景

4.1 ETC 的高速公路服務(wù)應(yīng)用

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)提前部署在收費(fèi)廣場(chǎng)入口的連接線，特別是一些場(chǎng)所的收費(fèi)廣場(chǎng)較小，應(yīng)從OBU 類(lèi)型出發(fā)，對(duì)貨車(chē)、客車(chē)予以及時(shí)引導(dǎo)，為客貨分離創(chuàng)造有利條件，使入口過(guò)車(chē)秩序不斷優(yōu)化。在智慧服務(wù)區(qū)下，應(yīng)一鍵推送氫能源、充電樁、加油站信息，加強(qiáng)免下車(chē)免操作模式的構(gòu)建，并與智慧加油相結(jié)合。如果人流密度較大，且路況復(fù)雜，應(yīng)對(duì)相關(guān)服務(wù)進(jìn)行積極落實(shí)，如安全輔助駕駛信息推送、碰撞預(yù)警等。

4.2 高速公路特殊路段路況提示

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)合理設(shè)置在陡坡、長(zhǎng)下坡等特殊路段，使彎道超速預(yù)警、碰撞預(yù)警等可以順利完成，并與可變式情報(bào)發(fā)布系統(tǒng)等相結(jié)合，對(duì)前方復(fù)雜路況進(jìn)行告知，提示駕駛員減速慢行。車(chē)輛匯聚或擁堵碰撞事故，極容易發(fā)生在高速公路匝道及互通樞紐地段，加強(qiáng)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行預(yù)先變道操作的提示、引導(dǎo)，維護(hù)車(chē)輛通行的安全性與穩(wěn)定性。在長(zhǎng)隧道前中后處，車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)與聲光報(bào)警的結(jié)合，可以給駕駛員提供注意行車(chē)安全的警示。

4.3 高速公路機(jī)電運(yùn)維

對(duì)于機(jī)電維護(hù)部門(mén)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互會(huì)使運(yùn)維壓力大大增加。GIS 地圖的多系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)與安全準(zhǔn)入系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)等結(jié)合，再加上AI 模擬的輔助，可以使設(shè)備潛在故障等風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，保證機(jī)電維護(hù)部門(mén)相關(guān)工作的順利進(jìn)行。以投入的外場(chǎng)可變式情報(bào)發(fā)布系統(tǒng)為例，箱體內(nèi)的溫濕度傳感器、煙霧傳感器、智能門(mén)鎖等，借助串口通信方式，可以緊密結(jié)合數(shù)據(jù)采集單元，在平臺(tái)端對(duì)情報(bào)板通信及工控機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)防雷模塊、直流電源模塊發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)與定期巡檢相結(jié)合，可以將設(shè)備的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)水平提升上來(lái)，確保機(jī)電維護(hù)工作質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的論述與思考，目前，智慧高速公路的發(fā)展速度較快，這與先進(jìn)的技術(shù)有密切的聯(lián)系。人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展改變了人們的出行方式。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，明顯提升了智能化高速公路的建設(shè)速度，迅速發(fā)展出了智慧網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)核心技術(shù)。在智慧高速公路建設(shè)中，合理應(yīng)用車(chē)路協(xié)同技術(shù)可以使道路交通系統(tǒng)的通行效率得到提升，給車(chē)輛安全、綠色出行提供有力的支持，確保社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升。