應用車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵問題的研究

韓杰堯

(交通運輸部管理干部學院，北京 101601)

1 前 言

隨著城市化進程的加快，大量人口涌向城市，城市交通擁堵問題日益加重。車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的典型應用，成為城市交通擁堵治理的重要應用手段，傳統(tǒng)汽車與移動互聯(lián)網(wǎng)融為一體是治理城市交通擁堵的關鍵一步，也是實現(xiàn)智能交通的重要一招。

2 車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵的現(xiàn)狀

日本城市交通治理一直走在世界前列，最具代表性的CACS(汽車綜合控制系統(tǒng))項目的開發(fā)和應用直接促成以建設省為主干的車路通信系統(tǒng)RACS，日本在車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵方面開展的項目從理論到研發(fā)、從技術突破到產(chǎn)品應用逐漸形成產(chǎn)業(yè)化[1]。

重慶通過產(chǎn)品和系統(tǒng)的應用示范，使重慶城區(qū)車輛管理及交通控制指揮水平位居世界前列。江西省與航天科技控股集團在北斗定位、汽車探感技術、行車記錄等方面進行合作，推動江西智慧交通的大力發(fā)展。上海市主導并成立車聯(lián)網(wǎng)與車載信息服務產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，進一步將國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)資源進行整合并做大做強[2]。

3 車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術分析

3.1 汽車探感技術

人、車、物的感知是行車安全、避免碰撞和智能駕駛的基本要求，主要采用RFID技術。RFID技術與無線傳感網(wǎng)絡技術是物聯(lián)網(wǎng)最基本的技術之一，用于感知周圍物理環(huán)境和標識物體。全局標識是RFID技術首要解決的關鍵技術難題，現(xiàn)有的RFID標識并沒有統(tǒng)一規(guī)范，假設要全部接入互聯(lián)網(wǎng)就需要有統(tǒng)一的規(guī)范和標準。隨著RFID感應技術逐漸趨向成熟，物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應用以及整合異構傳感網(wǎng)所產(chǎn)生的問題將會得到妥善解決。

3.2 通信與網(wǎng)絡技術

車路通信主要是通過DSRC協(xié)議實現(xiàn)路側單元(RSU)和車載終端(OBU)的通信。車載設備能夠有效接受路側單元發(fā)出的信息并分析交通流量、道路安全狀況及車輛緊急狀況，交通指示信號等。車與車的通信基于車載AdHoc網(wǎng)絡，此種模式可以讓車輛數(shù)據(jù)在傳輸范圍內(nèi)進行自由交互，對于設定范圍外的車輛通信，數(shù)據(jù)交互主要建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議基礎上。

3.3 數(shù)據(jù)處理技術

海量數(shù)據(jù)處理技術的開發(fā)和功能推廣的重點主要集中在云計算技術、數(shù)據(jù)智能預處理技術、數(shù)據(jù)安全保障技術和大數(shù)據(jù)存儲技術。云計算技術推廣應用的主要突破方向在于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對海量數(shù)據(jù)預處理功能、交通信息交互和安全等方面。現(xiàn)有的云計算技術主要采用Hadoop團隊開發(fā)的HDFS數(shù)據(jù)存儲技術，交通云的數(shù)據(jù)存儲技術的突破發(fā)展方向應傾向于海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加密和安全性保證以及提高I/O速率等方面。

4 車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵問題的典型應用

4.1 車聯(lián)網(wǎng)技術在汽車上的應用

奔馳在全新S級轎車實踐了“避免事故，減小傷害”的理念，更新部分車輛功能和采用最新智能平臺，主被動安全性得到極大提升，在一定條件下，車輛的燃油經(jīng)濟性也有所提升，奔馳事故研究部將其定義為“智能駕駛”[3]。奔馳將車聯(lián)網(wǎng)先進技術率先運用在轎車上勢必會在汽車研究領域造成不小的震動，其他汽車生產(chǎn)廠家未來迎合潮流將會做出戰(zhàn)略調整，始終以汽車用戶為中心。

沃爾沃始終將汽車安全放在戰(zhàn)略首位，在自動駕駛的廣闊前景下，其必須依靠車聯(lián)網(wǎng)相關技術，自然而然在車聯(lián)網(wǎng)方面的研究投入增多。沃爾沃新推出的Sensus是一種智能人機交互系統(tǒng)，在吸收傳統(tǒng)沃爾沃人機交互系統(tǒng)優(yōu)點后推陳出新，隨后開發(fā)了Volvo oncall隨車管家，能提供挽救生命的緊急救援和安保方面的服務，該系統(tǒng)還涵蓋了災難救援、緊急情況自救、導航與定位等方面。

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的快速發(fā)展離不開傳感器、數(shù)據(jù)采集運算等技術。蘇州金龍和杭州鴻泉數(shù)字設備有限公司簽訂合作協(xié)議，車輛將配備車載信息采集設備用于監(jiān)控車輛行駛狀況和周圍交通數(shù)據(jù)，相關資料顯示由杭州鴻泉公司研發(fā)，蘇州金龍使用的G-BOS系統(tǒng)已經(jīng)管理車輛60 000多臺。當用戶快速增長的同時，也暴露出售后服務遲滯、數(shù)據(jù)采集、存儲、運算逐漸不能滿足當前復雜交通環(huán)境等問題。

4.2 車聯(lián)網(wǎng)在道路貨運車輛公共監(jiān)管與服務方面的應用

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在客車市場相對成熟，南京依維柯率先研究應用第一套車聯(lián)網(wǎng)平臺，該平臺將車輛監(jiān)控、路線規(guī)劃、安全行車等融為一體，同時在導航與定位方面兼容GPS和北斗系統(tǒng)，其工作原理是車載設備在后臺接入公共平臺，車廠在比對自主客車數(shù)據(jù)庫的前提下，平臺能夠實時匯總所有車載平臺的上傳數(shù)據(jù)，將其應用服務范圍拓展，以整體的方式展示給駕駛員，當前的企業(yè)推廣還局限于傳統(tǒng)服務流動車，在積累相關經(jīng)驗和數(shù)據(jù)的前提下，能夠通過再找大客戶進行專項開發(fā)研究[4]。

4.3 車聯(lián)網(wǎng)技術在城市交通的應用

蘭州在全國城市應用車聯(lián)網(wǎng)領域走在前列，已立體開啟“車聯(lián)網(wǎng)”城市智能交通系統(tǒng)。屆時，蘭州市行政區(qū)域內(nèi)注冊登記、轉入和年檢的機動車將統(tǒng)一免費安裝車輛電子信息卡。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進一步拓展應用后，用戶可以24 h通過通訊手段獲取實時道路交通信息[5]。

5 車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵的主要措施

5.1 道路環(huán)境感知與定位導航

在交通堵塞治理方面，車輛位置探感最核心的技術就是衛(wèi)星系統(tǒng)定位，以周圍車輛位置信息為參考，能夠達到城市交通擁堵治理的目的，同時也將有助于無人駕駛、智能交通等技術的發(fā)展。

車載導航系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)庫，接入趨向自由化，核心是官方提供的街區(qū)數(shù)據(jù)庫，并參考其他地圖數(shù)據(jù)庫將錯誤之處予以修正優(yōu)化。在此基礎上，車載設備還將附帶其他諸如影音播放、立體移動導航、實時路況顯示、路線自動優(yōu)化等附加功能，駕駛員在參考立體交通信息的前提下，借助車載設備智能控制車輛，高度智能化的汽車甚至可以自主處理交通問題和自動行駛，減輕駕駛員的勞動強度直至最終解放駕駛員。

5.2 無線通信

當前，DSRC通信技術在車載環(huán)境下的應用主要有車路協(xié)同避撞控制和車隊跟蹤。當交通流量比較大時，車隊跟蹤是車輛和調度中心通過信息交互，考慮到信息延遲進行車輛速度動態(tài)調整，車輛速度都受前車速度的影響。DSRC通信技術從整體來講，應用最廣泛的主要在于車輛與車輛、車輛與路側單元之間的實時信息交互，能將車輛和道路兩者整體結合起來，采集充分的實時道路信息和路側單元信息，基于車聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)智能控制車輛的功能，并從根本解決城市交通擁堵的問題。

5.3 智能控制與全輔助駕駛

在城市交通方面，智能控制被認為是傳統(tǒng)控制理論在近年來的進一步發(fā)展。當用傳統(tǒng)技術面對新問題收效甚微甚至束手無策時，智能控制技術往往突破常規(guī)思路，運用神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制、分層遞階控制、學習控制、遺傳算法等在控制領域取得了重要的成果。智能控制系統(tǒng)在軟件的編程下，按照相應的算法，自己就會具備完成某種特定目的智力，特別是在監(jiān)控、報錯、自適應和自學習方面將控制系統(tǒng)與車載網(wǎng)絡智能化融合，在解決城市道路交通擁堵問題方面會有廣泛的前景。

全輔助駕駛技術能夠在遇到危險情況時自動剎車且與前后車輛保持安全車距、控制車輛偏離安全線的距離、檢測駕駛員的危險行為等。全輔助駕駛其運作基于不同的傳感器技術，車載設備探測傳感器主要有雷達傳感器、電磁傳感器、電容傳感器等，值得一提的是激光雷達開始在小汽車領域推廣，其工作原理是利用高精度定位激光束投影在目標物體上來獲取數(shù)字信息，經(jīng)過軟件編譯自動生成數(shù)字模型代碼，測量結果精確至厘米，該技術憑借其快速精準、高效的特性將在傳感技術領域內(nèi)獨樹一幟。

6 展 望

車聯(lián)網(wǎng)技術解決城市交通擁堵雖起步較晚，但已全面發(fā)展。車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術有汽車探感、通信與數(shù)據(jù)處理，但當前車聯(lián)網(wǎng)存在傳感器及數(shù)據(jù)處理整合、無線網(wǎng)絡通信的對接語音識別技術、個人信息安全隱患和APP與車載智能平臺等方面技術難點。

雖然車聯(lián)網(wǎng)技術前景廣闊，但要冷靜認識到車聯(lián)網(wǎng)用于解決城市交通擁堵存在的問題，諸如法律法規(guī)、人才引進、技術規(guī)范和產(chǎn)品開發(fā)等方面依然存在漏洞，還需要政府牽頭將汽車產(chǎn)業(yè)和科研院等力量相互滲透，貫徹中央文件的產(chǎn)學研一體化精神，有效緩解城市交通擁堵問題。