基于V2X模式的智能汽車在校園中的應(yīng)用研究

摘要：智能汽車作為新興技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，基于V2X（Vehicle-to-Everything）模式將其引入校園建設(shè)有著重要意義。V2X模式下的智能汽車能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與校園設(shè)施、校園人員的全面互聯(lián)互通，為校園安全管理、智慧交通、能源管理等帶來新的解決方案。通過部署V2X通信系統(tǒng)和配套設(shè)施，智能汽車可在校園內(nèi)提供安全便捷的接送服務(wù)、自動(dòng)泊車導(dǎo)引、車聯(lián)網(wǎng)信息共享等功能，提升校園運(yùn)行效率和師生出行體驗(yàn)。未來，智能汽車在校園中的應(yīng)用還可拓展至無人物流配送、智能巡邏監(jiān)控等諸多場景，助力校園向智能化、智慧化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能汽車；V2X通信；校園；校園交通

中圖分類號：U469.79" 收稿日期：2024-12-11

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502015

1 前言

數(shù)字時(shí)代的到來，極大地改變了人類的生活方式，智能技術(shù)也逐步融入各行各業(yè)中。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術(shù)等的迅猛發(fā)展，智能汽車的概念應(yīng)運(yùn)而生[1]。智能汽車通過感知周邊環(huán)境、判斷路況、控制車輛運(yùn)行等一系列智能化操作，為出行帶來了全新的體驗(yàn)。而V2X模式則是指車與一切通信載體（如車輛、路側(cè)設(shè)備、行人等）之間的信息交互，是實(shí)現(xiàn)智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。在校園這一相對封閉、復(fù)雜的場景中，如何有效利用V2X模式下的智能汽車，不僅能提高校園交通效率、確保校園安全，還可為師生創(chuàng)造更加智能化、人性化的出行體驗(yàn)，這將是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的全新課題。

2 智能汽車技術(shù)原理及發(fā)展現(xiàn)狀

智能汽車是指具備環(huán)境感知、智能決策、車輛控制等功能，能夠在特定場景下實(shí)現(xiàn)安全有效自動(dòng)駕駛的汽車，其核心技術(shù)主要包括環(huán)境感知、定位與地圖構(gòu)建、智能規(guī)劃與決策、車輛控制執(zhí)行等幾大模塊[2]。

環(huán)境感知是智能駕駛的“眼睛”，負(fù)責(zé)感知車輛周圍的物體和路況信息。常用的感知傳感器有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、視覺攝像頭等。激光雷達(dá)能精準(zhǔn)檢測物體的三維空間位置和形狀，毫米波雷達(dá)對惡劣天氣具有優(yōu)秀穿透性，視覺攝像頭能識別顏色、標(biāo)志物等，這些傳感器的數(shù)據(jù)相互融合，就能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境的全面感知。

定位與地圖構(gòu)建模塊通過GPS、IMU等設(shè)備獲取車輛絕對位置，結(jié)合高精度地圖進(jìn)行精確定位，并根據(jù)實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新局部地圖。智能規(guī)劃與決策模塊則根據(jù)感知信息、車輛狀態(tài)和路徑規(guī)劃，做出行車速度、轉(zhuǎn)向角度等決策[3]。車輛控制執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)將規(guī)劃好的指令通過執(zhí)行器轉(zhuǎn)化為實(shí)際的操作，如油門、剎車、轉(zhuǎn)向等，實(shí)現(xiàn)對車輛的實(shí)時(shí)控制。

V2X通信技術(shù)是智能駕駛的重要補(bǔ)充，V2X包括V2V（Vehicle-to-Vehicle）、V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、V2P（Vehicle-to-Pedestrian）等，通過車載單元與其他車輛、路側(cè)設(shè)施、行人等建立直接連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交互，能夠彌補(bǔ)傳感器的“視覺盲區(qū)”，提高環(huán)境感知和決策的準(zhǔn)確性。

經(jīng)過不斷發(fā)展，智能汽車技術(shù)日趨成熟，越來越多的主流車企紛紛布局，導(dǎo)入自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。一些科技公司的無人駕駛汽車已在部分封閉場景下投入運(yùn)營。但智能駕駛在復(fù)雜多變的實(shí)際道路中營運(yùn)仍面臨很大挑戰(zhàn)，其安全性、可靠性還有待進(jìn)一步提高，因此仍需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和大量場景實(shí)踐的積累。

3 智能汽車在校園中應(yīng)用的必要性

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，校園車輛數(shù)量與日俱增，給校園出行帶來了諸多挑戰(zhàn)，如何有效緩解校園交通壓力，提高出行效率，確保校園交通安全，成為一個(gè)亟待解決的問題。而智能汽車在校園中的應(yīng)用，或許能夠?yàn)檫@一問題提供全新的解決方案。

智能汽車能夠極大地提升校園內(nèi)的出行效率，校園內(nèi)部路線較為復(fù)雜、車流量大，停車位有限等，給師生的出行帶來了諸多不便[4]。而智能汽車依托精準(zhǔn)的環(huán)境感知、車輛控制能力，能夠合理規(guī)劃最優(yōu)路線，高效利用有限的停車資源，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)度，從而大幅提高通行效率，縮短等候時(shí)間，為師生帶來更加便捷的出行體驗(yàn)。引入智能汽車能夠從根本上解決校園交通安全隱患，駕駛員的疲勞駕駛、違規(guī)操作等人為因素，是導(dǎo)致校園交通事故的重要原因，而智能汽車憑借先進(jìn)的環(huán)境感知和智能決策能力，能夠精準(zhǔn)識別行人、車輛、障礙物等，自主進(jìn)行安全避讓，大大降低了交通事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。智能汽車與V2X技術(shù)的結(jié)合，也能夠?qū)崿F(xiàn)車與車、車與路側(cè)設(shè)施的互聯(lián)互通，擴(kuò)大感知范圍，提升預(yù)判能力，進(jìn)一步保障交通安全。

另外，在校園的智能化建設(shè)背景下，智能汽車的應(yīng)用也具有重要的示范意義。校園作為一個(gè)相對封閉、復(fù)雜的場景，對智能駕駛技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要智能駕駛系統(tǒng)具備極強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。因此，把校園作為智能駕駛的先行場景，不僅能為日后的大規(guī)模推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)，而且校園師生也能第一時(shí)間體驗(yàn)到這項(xiàng)前沿科技帶來的全新體驗(yàn)，激發(fā)創(chuàng)新思維，推動(dòng)科技創(chuàng)新與教育事業(yè)的融合發(fā)展[5]。

智能汽車在校園中的應(yīng)用前景十分廣闊，它可以緩解校園出行壓力、保障交通安全，更將為師生帶來全新的智能化出行體驗(yàn)，推動(dòng)校園智能化發(fā)展進(jìn)程。隨著相關(guān)技術(shù)的日臻成熟，完善的運(yùn)營管理模式和配套政策的出臺，智能汽車能夠在校園中發(fā)揮越來越重要的作用，讓校園出行更加便捷、高效、安全、智能。

4 智能汽車在校園中的應(yīng)用實(shí)踐

雖然智能汽車在校園環(huán)境的應(yīng)用具有重大意義和廣闊前景，但要真正實(shí)現(xiàn)其在校園中的高效落地并非一蹴而就。智能汽車系統(tǒng)的復(fù)雜性、場景的高度多變性，都對該技術(shù)的部署提出了極高的要求。而V2X通信技術(shù)的引入，能夠?yàn)橹悄芷囋谛@中的廣泛應(yīng)用提供有力支撐。

41 校園智能交通系統(tǒng)構(gòu)建

在數(shù)字化校園的背景下，基于V2X技術(shù)的智能汽車可以極大地提升校園的交通系統(tǒng)智能化水平，實(shí)現(xiàn)車與車、車與人、車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的全方位通信和協(xié)同。構(gòu)建一個(gè)高效、安全、便捷的校園智能交通系統(tǒng)可以優(yōu)化校園內(nèi)的交通流動(dòng)，減少交通擁堵，提升安全性，為學(xué)校節(jié)能減排提供技術(shù)支持，打造一個(gè)綠色智慧的校園環(huán)境。

智能汽車在校園中的應(yīng)用，依賴于高度發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)設(shè)施支持。研究人員可在校園各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝傳感器和通信設(shè)備，如智能交通燈、道路傳感器、緊急通報(bào)系統(tǒng)等，車輛可以實(shí)時(shí)接收到交通流量、行人移動(dòng)、道路條件等信息。研究人員通過校園中的WIFI網(wǎng)絡(luò)和5G通信技術(shù)，確保車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脱舆t、高可靠性，這種深度融合的智能車輛與基礎(chǔ)設(shè)施的交互，能夠有效預(yù)防交通事故，優(yōu)化車輛行駛路徑和停車管理，從而提高校園交通的整體效率和安全性。

利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，校園智能交通系統(tǒng)可以對收集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，基于此實(shí)現(xiàn)智能決策支持。系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)預(yù)測交通需求，自動(dòng)調(diào)整交通信號燈的時(shí)長，或是引導(dǎo)車輛使用最佳行駛路線，實(shí)時(shí)監(jiān)控校園交通狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，如交通事故或道路堵塞，即刻啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，及時(shí)通知相關(guān)部門和車輛采取措施，確保校園交通的流暢和學(xué)生的安全。校園智能交通系統(tǒng)的具體應(yīng)用如表1所示。

42 無人校車及智能物流運(yùn)輸

在數(shù)字化校園中，基于V2X模式的智能汽車應(yīng)用不僅限于改善校園交通安全和效率，還包括無人校車服務(wù)和智能物流運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)，這些技術(shù)的集成使校園交通更加智能化，還極大地提升了校園服務(wù)的質(zhì)量和效率，為師生提供了更加便捷和安全的校園生活環(huán)境。

無人校車?yán)肰2X通信技術(shù)與校園內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施及其他車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，確保行駛的安全性與效率，這些校車能夠自動(dòng)規(guī)劃行駛路線，根據(jù)學(xué)生的上下車情況動(dòng)態(tài)調(diào)整行程，大大減少了等待時(shí)間和行駛里程。無人校車通過高級的傳感器和攝像頭，可以準(zhǔn)確識別行人和障礙物，及時(shí)作出反應(yīng)以避免潛在的交通事故，從而保障學(xué)生的安全。同時(shí)，無人校車還可以根據(jù)天氣變化或特殊事件自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行策略，比如在雨天增加車距，或在校園活動(dòng)密集時(shí)段增加班次，這樣的靈活性和響應(yīng)速度是傳統(tǒng)校車服務(wù)無法比擬的。

V2X技術(shù)同樣適用于校園內(nèi)的智能物流運(yùn)輸，包括食品供應(yīng)、圖書和教材的配送等。智能物流車輛能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息和物流需求，優(yōu)化配送路線和時(shí)間表。例如，智能配送車輛會(huì)選擇最佳時(shí)間和路線，避開高峰期和擁堵區(qū)域，確保物資能夠快速且準(zhǔn)時(shí)地送達(dá)，這些車輛能夠在無人的狀態(tài)下進(jìn)行夜間配送，提高效率同時(shí)減少對日間校園正?；顒?dòng)的干擾。智能物流系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)跟蹤貨物狀態(tài)，學(xué)生和教職工可以通過手機(jī)應(yīng)用實(shí)時(shí)查看物資配送進(jìn)度，使得校園物流更加透明和可控。

43 智能駕駛技術(shù)教學(xué)實(shí)踐平臺

基于V2X通信模式的智能汽車不僅僅是交通工具的革新，還可以成為教學(xué)實(shí)踐的重要平臺，教學(xué)實(shí)踐平臺的基本配置和功能如表2所示。院校通過融合智能駕駛技術(shù)與教育實(shí)踐，可以構(gòu)建一個(gè)既高效又實(shí)用的教學(xué)平臺，培養(yǎng)學(xué)生在自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的技能和知識。這個(gè)平臺通過實(shí)際操作智能汽車，使學(xué)生能夠直觀地學(xué)習(xí)和理解V2X通信技術(shù)、自動(dòng)駕駛算法、車輛控制系統(tǒng)及其與周圍環(huán)境的交互。教學(xué)實(shí)踐平臺包括了虛擬模擬和實(shí)車操作兩部分，使學(xué)生能在模擬環(huán)境中安全地掌握基礎(chǔ)知識和技能，然后在實(shí)車測試中應(yīng)用所學(xué)知識，進(jìn)行更高級的操作和試驗(yàn)，平臺還提供了數(shù)據(jù)分析和問題解決的實(shí)踐，學(xué)生可以通過分析車輛收集的大數(shù)據(jù)來優(yōu)化駕駛策略和交通管理系統(tǒng)。

學(xué)生通過智能駕駛技術(shù)教學(xué)實(shí)踐平臺，可以學(xué)習(xí)到自動(dòng)駕駛的技術(shù)原理，還能獲得關(guān)于車聯(lián)網(wǎng)的深入見解，如何通過V2X通信提高交通系統(tǒng)的整體安全和效率。平臺的實(shí)際應(yīng)用包括校園內(nèi)外的環(huán)境模擬，如應(yīng)對復(fù)雜的交通狀況、自動(dòng)識別行人和障礙物、緊急情況處理等，這些都是未來智能駕駛工程師必備的技能。學(xué)生通過實(shí)踐教學(xué)能夠驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)和技術(shù)，為將來的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

智能駕駛技術(shù)教學(xué)實(shí)踐平臺包括了基本的操作和模擬組件，還涵蓋了數(shù)據(jù)分析和安全管理的重要功能，確保教學(xué)活動(dòng)的高效和安全，在交互式學(xué)習(xí)界面的幫助下，學(xué)生可以更好地理解復(fù)雜概念并實(shí)時(shí)獲得反饋，這極大地提升了學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。隨著技術(shù)的進(jìn)步和教育需求變化，這一平臺將繼續(xù)擴(kuò)展其功能，為學(xué)生提供更全面的學(xué)習(xí)和研究工具，培養(yǎng)未來智能交通領(lǐng)域的人才。

5 結(jié)語

基于V2X模式的智能汽車在校園中的應(yīng)用前景廣闊，智能汽車通過與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，能夠極大提升校園交通效率、確保交通安全，為師生創(chuàng)造智能化、人性化的出行體驗(yàn)。智能汽車不僅能在校園內(nèi)提供安全便捷的無人接駁、自動(dòng)泊車服務(wù)，還能助力無人物流配送，提高校園運(yùn)行效率，更為重要的是，智能駕駛技術(shù)與教育事業(yè)的融合，能讓校園成為培養(yǎng)未來交通科技人才的實(shí)踐平臺。隨著技術(shù)不斷成熟、相關(guān)政策法規(guī)的完善，以及社會(huì)對智能駕駛接受程度的提高，相信基于V2X模式的智能汽車必將成為推動(dòng)校園智慧化發(fā)展、服務(wù)師生的重要力量。

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作者簡介：

田榮，男，1984年生，高級工程師，研究方向?yàn)槠囕p量化及新能源汽車。