车路协同(V2X)技术是信息技术在汽车和交通产业的重要突破,是智能车辆实现的重要技术途径,将为解决车辆安全控制和交通管理提供新的解决径。

- 中国指挥与控制学会 -


一、产生背景

一项新技术的产生一般有两个方面的起因:一是用现有技术解决不了系统存在的问题,另一个就是新的技术直接带来了新的产品。对于车路协同技术的出现来说,这两个方面的因素都有。

 

目前交通面临两个主要问题:安全和拥堵。拥堵是驾驶员最头痛的事,交叉路口是最常见拥堵的地方,而现有最先进的路口红绿灯控制技术可以根据各方向来车的数量动态调节和协调绿灯时间。但是对司机而言,到路口遇到红灯和绿灯是随机的,那么有没有可能让司机每次到路口遇到的都是绿灯,这就是新的需求;我们需要设计的信号控制系统应该能将从红绿灯被动地适应交通流发展为主动引导并能控制车辆速度,这是应对交通拥堵的需求。第二类需求是安全,为了解决安全问题,汽车领域做了很多很多的事情,已经从被动安全发展到主动安全,从出了事故怎么保护人和车、减少损失(被动安全),到尽量不让事故发生(主动安全)。虽然现在很多高档车辆已经配置了碰撞预警和自动刹车系统,但有一些特殊的场景事故还是难以避免的。例如,我们在路测试验过程中就记录到一起事故,一辆直行汽车和一辆左转弯汽车发生碰撞,它们都有主动安全系统,但前向探测雷达都无法检测到对方导致了事故的发生,而 V2X 技术为这些场景应用提供解决方案。这就是我们说的现有系统的问题带来的需求。



另外一种是新技术带来新的产品形态,比如现在的热门研究:无人汽车,或者叫自动驾驶/智能驾驶,既有汽车厂在做,也有 IT 企业在做。这里面有两个相关的技术。一个是环境感知,目前研究自动驾驶企业的主要感知方案是完全靠自车的传感器,从下图左边部分可以看到智能车的传感器武装到了牙齿,能装的都装上了,但是即使如此,它还是有很多检测不出来的东西。比如路口红绿灯,目前智能车方案都是用摄像头检测,摄像头一定会受到光照、环境、下雨、雾霾的影响,在极端环境下探测一定会存在局限性。如果不仅仅利用自车传感器,还有能力通过通信拿到其他设备和车辆的信息,这就是智能驾驶的另一个信息获取渠道,通过数据交换、通过协同获取数据,这就是车路协同产生的需求。第二个相关技术,就是现在做自动驾驶的都是自车自己决策,我们可以想象一下,在一个没有红绿灯的路口,两辆不同方向行驶的汽车,即使传感器都看不到对方,也可以通过两车的协同控制实现安全同行,在交通路口、车队行驶中有大量的协同控制。这几方面的需求促进了车路协同技术的发展。



二、定义

车路协同(V2X)的定义是,通过先进的无线通信和互联网等技术,全方位实施人、车、路动态信息实时交互,这里一定强调是直接实时交互,在全时空动态交通信息的基础上开展车辆协同安全控制和道路交通主动控制,保证交通安全,提高通行效率,从而形成安全、高效和环保的交通系统。这项技术是信息技术与汽车和交通两大行业相融合的结果,是信息技术在汽车和交通行业产业的重要突破,是智能车辆实现的重要技术途径,将为车辆安全控制、交通管理提供新解决途径。

 

V2X 可以实现汽车安全产品的升级,从被动安全(安全带、气囊)、主动安全(ADAS),发展到协同主动安全(C-DAS),也是自动驾驶实现的重要技术途径,将给驾驶安全技术带来革命性变革。另外,它也是下一代智能交通系统的基础,更新了交通管理的数据基础,将交通管理和控制从被动方式发展为主动方式,如车速引导、车队聚集- 信号协调控制,车路协同也将给交通控制技术带来革命性改变。



三、关键技术


(一)数据交互

需要建立统一的数据交互标准,支持多模式无线数据交互。车路协同需要低延时、高可靠、快速接入,而传统的无线通信技术(W ifi 和 Mobile)满足不了。新的通信需求所要求的同心范围并不大,200-500 米范围,目前已经有国际标准,中国也在推LTE-V 标准。

 

(二)高精度定位

针对车辆在“避撞”类安全应用,最重要的数据是车辆实时“位置”、“速度”和“运行方向”,因此低成本、动态、可靠度高的“亚米级”定位是该类应用必须满足的条件。目前很多商业化产品还是无法满足全天候的低成本、高精度要求。

 

(三)车载终端

目前有很多车载终端,比较流行的是信息服务类终端,但它不能直接应用车路协同技术。研究开发一体化多功能智能车载终端是一个方向,它可以集成多种类型的终端。

 

(四)高集成度智能路侧系统

新的路侧系统将内置多种通信方式,提供多种传感器接口(信号机、检测器)。和局部地图服务,并提供信号配时信息和周边运动目标信息服务。当然我们也能看到,未来路侧系统可以提供车辆协同决策服务。


  

(五)多传感器(异构多元信息)融合技术

 

将来车辆获取的信息既有来自车载传感器(激光雷达、毫米波雷达、视频、GPS/BD…)的各种数据(自己的位置、状态,周边目标的位置、速度),也有来自外部传感器(协同获取的其他车辆 GPS/BD、路侧设备微波雷达、信号机…)的数据(周边目标的位置、速度、特征、状态;周边道路状态;路口信号灯状态…),这些数据特征差异很大。完全可以在传感器级、数据(特征)级和决策级进行融合。


四、市场主要产品

目前市场上的已有产品主要分两类。一类采用802.11p 协议,如电装、AutoTalkes,CodarW ireless、东软、金溢等产品;第二类采用多模式协议(CW AVE, LTE-V),如星云互联(Nebulas 系列)、北京邮电大学的产品。

 

星云互联产品系列(NEBULAS 系列)包括:多功能智能车载终端、智能路侧协同控制机、路侧多模式通讯机。产品内置多种通信模块,如 CW AVE(802.11p),W ifi、3G、CAN, Ethernet, RS232 等,支持多种通信模式无缝接入,如 LTE- V( 大唐、华为)、EUHT、5G…等,支持用户二次开发。

 

该产品系列内置多种应用。协同安全应用:车辆交叉口/盲区安全通行和主动避让,车辆协同跟驰、换道和辅助控制,突发事件辨识、定位与发布,危险路段预警与车速自适应控制,基于路侧传感的行人/非机动车危险避免。主动控制应用:信号灯路口车辆优先通行,信号灯路口车速引导,重要车辆远程实时管控与状态监测,车队控制,交通管控信息快速发布。



五、系统示范应用

车路协同(V2X)应用目前集中在测试示范区和少量的实际应用系统。示范区包括:国家智能网联汽车(上海)试点示范区、重庆智能汽车集成系统试验区、常熟无人车赛场。实际应用有清华大学校园公交车系统和芜湖主城区的车路协同系统。

 

第三个是在常熟的无人车比赛赛场(自然科学基金委支持),支持无人车比赛测试和评价,支持基于 V2I 的无人驾驶,6 处路侧单元和 3 套移动路侧单元,4 套带高精度定位智能车载装置。

 

还有清华校园公交系统应用。8 处路侧单元,实现交通目标采集:跟踪式微波监测器,视频分析,线圈,多模式无线通信(DSRC, W ifi)等。告警信息发布:公共 LED 显示屏,行人智能手机(PDA),30 辆校园大巴的车载单元。

 

其他在建的有:芜湖市交警支队中心城区车路协同应用建设、包头市石拐区智能车路协同项目。

 

规划建设的有:北京(亦庄)示范区、武汉广庭示范区、长春示范区、上海安亭(6 路口 30 逸动大巴)、江门开发区(10 路口 200 公交)、黄山景区等。


姚丹亚

刊自  中国指挥与控制学会 通讯

转载请注明出处


扫描二维码回复“原创”

关注更多原创好文

回复“会员”加入我们!



(下载iPhone或Android应用“经理人分享”,一个只为职业精英人群提供优质知识服务的分享平台。不做单纯的资讯推送,致力于成为你的私人智库。)

作者:佚名
来源:中国指挥与控制学会