基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)設計

1、第 19卷 第 4期 2011年 12月 山東交通學院學報 JOURNAL OF SHANDONG JIAOTONG UNIVERSITY Vol19No4Dec2011收稿日期 :20111101作者簡介 :蔡志理 (1957 , 男 , 河北遵化人 , 山東交通學院教授 , 工學博士 , 主要研究方向為交通信息與智能交通 DOI :103969/jissn16720032201104005基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)設計蔡志理 , 孫豐瑞 , 韋凌翔 , 王 楠(山東交通學院 交通與物流工程學院 , 山東 濟南 250023摘要 :在全面分析系統(tǒng)功能的基礎上 , 基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了一種具

2、有感知功能的車路協(xié)同系統(tǒng)的設計方案 , 對系統(tǒng)的物理框架和邏輯框架進行了設計 , 重點研究了各子系統(tǒng)的組成與功用 , 分析了系統(tǒng)的智能感知 、 車路協(xié)同通信和智能信息處理等關(guān)鍵技術(shù) 。 研究表明 :該系統(tǒng)可以實時 、準確地感知和采集車輛 、 道路環(huán)境以及全 路網(wǎng)的交通運行狀況等信息 , 有效實現(xiàn)車與車 、 車與路 、 車路與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸 , 綜合分析 、 快速判定或預測道路上的交通異常狀況 , 并能夠提供優(yōu)質(zhì)的交通綜合服務 。關(guān) 鍵 詞 :車聯(lián)網(wǎng) ; 車路協(xié)同系統(tǒng) ; 智能交通中圖分類號 :U4911文獻標志碼 :A 文章編號 :16720032(2011 04001707車路協(xié)同系

3、統(tǒng)一直是智能交通領域發(fā)展的重點 。 近些年來 , 隨著城市交通擁堵 、 交通安全和環(huán)境污 染等問題的日趨嚴重 , 世界各國對車路協(xié)同系統(tǒng)的研究更為重視 。 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展 , 為解決未來 城市交通問題提供了一項具有突破性的技術(shù) , 它不僅賦予智能交通更多的科技內(nèi)涵 , 也在技術(shù)手段和管理理念上引起了革命性變革 。 尤其是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與車路協(xié)同系統(tǒng)相結(jié)合 ,進一步為車路協(xié)同系統(tǒng)的應用 搭建一個寬闊的技術(shù)平臺 , 提供強有力的技術(shù)保障 , 極大地提升智能交通系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和安全性 , 從而有 望成為下一代智能交通的拓展方向和具有突破性的應用領域 1。車聯(lián)網(wǎng)通常是指以車內(nèi)網(wǎng) 、 車際網(wǎng)和車載移動互

4、聯(lián)網(wǎng)為基礎 , 按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準 , 在車 車 、 車 路 、 車輛與互聯(lián)網(wǎng)之間進行無線通訊和信息交換 , 以實現(xiàn)智能交通管理控制 、 車輛智能化 控制和智能動態(tài)信息服務的一體化網(wǎng)絡 , 它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)領域的延伸 2。 車路協(xié)同系統(tǒng)則是指基于無線通信 、傳感探測等技術(shù)獲取車輛和道路信息 , 通過車 車 、 車 路通信進行交互和共享 , 實現(xiàn)車輛和基礎設施之間智能協(xié)同與配合 , 達到優(yōu)化利用系統(tǒng)資源 、 提高道路交通安全 、 緩解交通擁堵的 目標 34。 一般認為車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領域的具體實現(xiàn) , 具有明顯的物聯(lián)網(wǎng)屬性 , 它是互聯(lián)網(wǎng)的延 伸 ; 它具有網(wǎng)絡覆蓋

5、范圍較大 、 網(wǎng)絡管理相對嚴格的特點 , 所面向的應用更側(cè)重于交通宏觀管理 。 車路協(xié) 同實際上是車聯(lián)網(wǎng)的一種具體實現(xiàn) , 它更側(cè)重于車輛的差異化 、 個性化服務 , 具有網(wǎng)絡相對松散的特點 , 重點解決道路行車安全 56。 然而 , 如果能將車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與車路協(xié)同系統(tǒng)相結(jié)合 , 則必將會融合兩者的 功能強項 , 對于提升交通安全主動保障和交通管理控制水平具有重要意義 。 本文構(gòu)建了一種基于車聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng) , 探索車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與車路協(xié)同系統(tǒng)的結(jié)合應用 。1系統(tǒng)功能設計基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)的基本目標 :確保在任何時刻 、 任何路段都能實時感知到車路情況 ; 確保在任何條件下都能提

6、供必要的信息和便捷優(yōu)質(zhì)的交通綜合服務 ; 確保整體路網(wǎng)能夠協(xié)調(diào) 、 暢通 、 安 全 、 高效 , 最大限度地減少交通事故和交通擁堵的發(fā)生 , 從而達到提高道路通行能力的目的 。 為此 , 該系統(tǒng)的主要功能應該包括以下內(nèi)容 。1 感知車輛 、 環(huán)境和道路信息 。 實時感知車輛運行狀態(tài)及駕駛行為 , 實時感知車外道路上其它運行 的車輛 、 行人或周邊的靜止物體等信息 , 實時感知和準確采集全路網(wǎng)的車輛位置 、 速度 、 行程時間和交通 流信息 , 實時感知或檢測道路沿線的冰雪雨霧凍等氣象與路況信息 。2 交通數(shù)據(jù)的傳輸 。 實現(xiàn)車與車 、 車與路旁設備之間的短距離通信及數(shù)據(jù)傳輸 , 將采集到的交

7、通數(shù) 據(jù)或車載計算機處理后的交通異常信息實時 、 可靠地傳送給交通監(jiān)控中心 , 或?qū)⒔煌刂品桨赶聜鞯娇?制設備 , 實現(xiàn)車路與監(jiān)控中心之間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸 。3 數(shù)據(jù)處理與智能決策 。 對上傳后的海量交通數(shù)據(jù) , 應能夠?qū)崿F(xiàn)快速 、 精確的分析與綜合數(shù)據(jù)處理 ; 根據(jù)上傳的氣象 、 交通數(shù)據(jù) , 分析各路段和區(qū)域路網(wǎng)的交通狀態(tài) , 為制定科學合理的管理決策提供依據(jù) ; 根據(jù)車輛對車況 、 路況的感知信息 , 分析單車工況和運行狀態(tài) , 提供個性化服務和安全行駛服務 。 4 交通狀態(tài)顯示和交通異常預警或報警 。 在監(jiān)控中心 , 實時分析和判定全路網(wǎng)各監(jiān)測路段上所發(fā)生 的交通異?；虬l(fā)現(xiàn)潛在的交通

8、異常現(xiàn)象 , 及時發(fā)出預警或報警提示并在電子地圖上顯示有關(guān)目標和采取 的管制方案 ; 實時監(jiān)控路網(wǎng)中特定車輛的行駛軌跡或判定其違章行為 , 及時發(fā)出預警信息 。5 信號控制與信息發(fā)布 。 根據(jù)檢測到的道路交通異常狀況 , 及時啟動控制預案 , 能夠面向路網(wǎng)中的 特定車輛實時發(fā)布有針對性的預警信息 , 規(guī)避不安全的交通隱患 ; 面向特種車輛發(fā)布實時引導信息 , 指引 其快速通行 ; 面向路段或路網(wǎng)中的群體車輛實時發(fā)布道路交通信息 、 路況信息和交通控制與誘導信息 。2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計21系統(tǒng)的物理框架設計基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)總體上由車載感知子系統(tǒng) 、 路側(cè)感知子系統(tǒng) 、 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng) 、

9、 數(shù)據(jù)處理及預警子系統(tǒng) 、 交通控制與信息發(fā)布子系統(tǒng) 5個部分組成 。 該系統(tǒng)的物理框架設計如圖 1所示 。圖 1基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)物理框架1 車載感知子系統(tǒng)車載感知子系統(tǒng)是由安裝在車輛上的各種車輛運行參數(shù)傳感器 、 車載攝像頭和雷達 、 GPS 衛(wèi)星定位 裝置以及車載微處理單元等組成 。 該子系統(tǒng)又分為車輛感知模塊 、 環(huán)境感知模塊和 GPS 定位模塊 3部 分 。 車輛感知模塊主要通過各種車載傳感器實現(xiàn)對車輛自身發(fā)動機轉(zhuǎn)速 、 油耗 、 動力性能 、 制動性能等一 系列動態(tài)運行參數(shù)的采集 , 從而感知車輛自身的運行狀態(tài) 。 車輛感知模塊具有 2大功用 :第一 , 在車輛運 行過程

10、中 , 它會實時向駕駛員顯示或報告車輛運轉(zhuǎn)的工作狀況 , 一旦出現(xiàn)車輛運轉(zhuǎn)異常狀況 , 系統(tǒng)會及時發(fā)出預警或報警信息提醒駕駛?cè)藛T密切注意車輛自身運轉(zhuǎn)情況并采取應急措施 ; 第二 , 車輛感知模塊也 可以通過車載通信模塊及車聯(lián)網(wǎng)的其它通信設施 , 實現(xiàn)由監(jiān)控中心對車輛各種工況的遠程監(jiān)測 , 并提供 定期的維護與保養(yǎng)服務信息 。環(huán)境感知模塊主要用于感知車輛在運行過程中的道路交通信息及路況信息 , 通過主動感知 , 實時獲取 道路上周邊其它車輛運行信息 、 行人信息 、 路面狀況信息 、 障礙物 、 交通標志以及其它路側(cè)相關(guān)信息等 , 以確 保行車的安全性和高效性 ; 還可以通過車與車之間的相互感知

11、 , 在較高的行駛速度下及在一定的距離范圍 內(nèi) , 及時對前后及周邊的車輛進行識別 、 車速與車距判定 , 相互接收并發(fā)送部分周邊交通環(huán)境信息 , 并由車 載微處理單元根據(jù)這些信息做出簡單的處理 , 將 “ 決策 ” 后的信息提供給駕駛員 , 作為建議性參考 。GPS 定位模塊主要用于車輛運行位置 、 行車時間 、 行駛速度等數(shù)據(jù)的采集 。 車載接收機所獲得的車輛 位置與速度等數(shù)據(jù) , 一方面直接經(jīng)由車載計算機數(shù)據(jù)處理后 , 實現(xiàn)單車運行狀態(tài)的監(jiān)測 , 一旦發(fā)生單車交通 異常 , 即刻通過 GPRS 方式將車輛運行異常信息及時傳輸給交通監(jiān)控中心 ; 另一方面 , 將采集的數(shù)據(jù)不經(jīng)車 載計算機數(shù)

12、據(jù)處理 , 按一定的時間間隔 , 以同樣的 GPRS 方式傳輸給交通監(jiān)控中心 , 由監(jiān)控中心進行全路網(wǎng) 或各路段的宏觀交通流監(jiān)控和單車監(jiān)控 。 此外 , 智能車載子系統(tǒng)還具有監(jiān)測駕駛員行為等功能 。2 路側(cè)感知子系統(tǒng)路側(cè)感知子系統(tǒng)是由安裝在道路上的地磁 、 超聲波 、 紅外 、 RFID 、 信標 、 視頻檢測器和道路氣象站 、 路面 路況檢測器等組成 , 該子系統(tǒng)又分為道路交通感知模塊 、 道路氣象感知模塊和路面狀況感知模塊 3部分 。 道路交通感知模塊主要通過各種道路交通檢測器采集交通流量 、 速度 、 占有率 、 車頭時距等交通流參 數(shù)數(shù)據(jù)及車輛運行狀況信息 , 也可以采集車輛的行程時間

13、 、 行程速度等交通參數(shù)數(shù)據(jù) 。 道路交通感知模 塊的主要功能是通過獲取道路上的交通流信息 , 實現(xiàn)對交通流的宏觀監(jiān)控 。道路氣象感知模塊主要用于采集道路沿線的氣象信息 , 如冰 、 雪 、 雨 、 霧 、 凍 、 大風等 。 道路路面狀況 感知模塊則主要用于感知道路路面的結(jié)冰 、 濕度 、 凹凸 、 障礙物等信息 。 它們一方面為駕駛員提供實時的 道路與氣象信息 ; 另一方面為道路管理者的交通監(jiān)控與管理提供可靠的氣象分析依據(jù) 。路側(cè)感知子系統(tǒng)可接入多種交通和路況檢測設備 , 支持 2種以上無線數(shù)據(jù)傳輸模式 , 不僅能調(diào)用靜 態(tài)道路信息 , 及時將一定范圍內(nèi)的道路信息發(fā)送給駕駛?cè)藛T ; 還能感

14、知動態(tài)的道路交通環(huán)境 、 快速識別突 發(fā)交通事件或可能出現(xiàn)的交通擁擠 , 它集道路環(huán)境感知 、 信息交互等于一體 , 有利于實現(xiàn)交通狀態(tài)的識 別 、 環(huán)境監(jiān)測 、 數(shù)據(jù)傳輸?shù)染C合功能 。3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)車載通信模塊 、 路側(cè)通信模塊 、 移動通信基站以及其他通信設施共同組成了信息傳輸子系統(tǒng) , 用于實 現(xiàn)短距離無線通信及遠距離有線或無線通信與數(shù)據(jù)傳輸 。車載通信模塊主要用于車 車通信和車 路短距離通信與數(shù)據(jù)交換 , 路側(cè)通信模塊則主要用于車 路 、 路 路間的信息通信以及與基站間的數(shù)據(jù)傳輸 。 通過車 車通信可以將前車行駛狀態(tài)的突變信息實 時傳送給后車 , 提醒后面的跟馳車輛及時減速并保持安

15、全距離 。 通過車 路通信可建立車輛與路側(cè)裝置 之間的聯(lián)系 , 首先便于實現(xiàn)車輛對前方道路交通與環(huán)境路況等信息的實時獲知 , 即車輛能及時接收到路 側(cè)裝置發(fā)送的前方路況信息 ; 再次能夠?qū)④囕v自身感知的交通環(huán)境信息有選擇性的反饋給路側(cè)裝置 。 通 過路 路通信可以實現(xiàn)將前方的交通與路況信息逐個向后方的路側(cè)通信模塊傳遞 , 繼而顯示在路側(cè)信息 發(fā)布裝置上或傳輸給后方的其他車輛 。 通過路側(cè)與基站間的通信 , 或車輛與基站間的直接通信 , 可將道 路交通及路況信息上傳至監(jiān)控中心 , 或把監(jiān)控中心的控制和誘導指令下傳給路旁發(fā)布設施或道路上的行 駛車輛 。移動通信基站是無線通信網(wǎng)絡中的重要節(jié)點 , 主

16、要功能就是接收與發(fā)送無線信號以及將無線信號轉(zhuǎn) 換成易于傳輸?shù)墓?/電信號 。 它既可以接收車載 GSM 或路側(cè)通信模塊的信號 , 將其傳輸給監(jiān)控中心 , 也 可以將監(jiān)控中心傳來的信號發(fā)送給路側(cè)通信模塊或車載 GSM , 從而建立前端與中心之間的通信聯(lián)系與數(shù) 據(jù)交換 。 其中 GSM 基站是一種技術(shù)要求較高的產(chǎn)品 , 它直接影響著無線移動網(wǎng)絡的通信質(zhì)量 。 GSM 賦 予基站的無線組網(wǎng)特性使基站的實現(xiàn)形式可以多種多樣 , 宏蜂窩 、 微蜂窩 、 微微蜂窩及室內(nèi) 、 室外型基站 ,無線頻率資源的限制又使人們更充分地發(fā)展著基站的不同應用形式來增強覆蓋 。4 數(shù)據(jù)處理與預警子系統(tǒng)在交通管理中心 , 各

17、種信息處理設備及顯示 、 報警裝置等組成了數(shù)據(jù)處理和預警子系統(tǒng) 。 該子系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)處理模塊 、預警和報警模塊 。 數(shù)據(jù)處理模塊主要用于海量交通數(shù)據(jù)的處理 , 通過云計算 , 綜合分 析交通與空間 、 氣象與道路等信息以及與 GIS 匹配等 , 及時發(fā)現(xiàn)道路上的交通異常或潛在的交通危險 , 實 現(xiàn)對道路交通狀態(tài)的實時監(jiān)測 ; 通過對區(qū)域交通數(shù)據(jù)的綜合分析 , 提出科學合理的交通組織與優(yōu)化對策 , 實現(xiàn)對全路網(wǎng)交通的有效組織與疏導 ; 通過對單個車輛運行軌跡和運行參數(shù)的分析 , 實現(xiàn)對個別違章車 輛的預警或交通事故車輛的報警 ; 通過對特定車輛監(jiān)視及行駛參數(shù)的分析 , 實現(xiàn)最優(yōu)路徑的誘導 ; 通

18、過對 氣象條件與道路路況信息的綜合分析 , 實現(xiàn)對道路路況條件與惡劣氣象條件的提前預警 ; 通過對交通數(shù) 據(jù)存儲 、 管理 、 編輯 、 檢索 、 查詢和分析等綜合應用 , 實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息協(xié)同 、 數(shù)據(jù)共享與互通 , 提高交 通信息的綜合利用度 。預警與報警模塊主要用于對道路交通異常狀態(tài) 、 單車運行異常狀況 、 惡劣天氣與路況異常變化等情 況提前預警和實時報警 , 以便最大限度地減少交通異常所造成的損失 。 交通監(jiān)控中心可根據(jù)監(jiān)測目標數(shù) 目的多少采用單屏多窗口或者多屏幕顯示方式 , 分別監(jiān)測不同的目標和區(qū)域 。 一旦發(fā)現(xiàn)或預測到可能發(fā) 生的交通異?；蚪煌ㄎｋU , 則以聲光報警方式發(fā)出預

19、報或報警信息 , 并鎖定和顯示報警目標 , 提示中心工 作人員及時處理警情 。5 交通控制與信息發(fā)布子系統(tǒng)交通控制與信息發(fā)布子系統(tǒng)是由安裝在道路沿線的信號控制裝置 、 可變信息板 、 路旁廣播以及車載 信息提示與發(fā)布裝置等組成 。 該子系統(tǒng)能夠通過通信裝置自動接收來自監(jiān)控中心的交通控制信息 , 實現(xiàn) 對道路上車輛的交通信號實時控制 ; 也可接收來自監(jiān)控中心的各種預警 、 報警信息或交通誘導信息 , 實現(xiàn)對特定路段或特定區(qū)域的各種預警 、報警和交通誘導信息的發(fā)布 。 信息發(fā)布的對象可以是該路段或區(qū)域 內(nèi)的群體車輛 , 也可以是指定車輛 ; 信息發(fā)布的途徑可以通過路側(cè)各種信息發(fā)布裝置 , 也可以直

20、接傳送到 車載信息發(fā)布裝置上 。系統(tǒng)的上述 5個子系統(tǒng)緊密聯(lián)系 , 相互協(xié)調(diào) , 將人 、 車 、 路 、 環(huán)境和諧統(tǒng)一 , 共同形成一個基于車聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)的有機的車路協(xié)同整體 , 從而實現(xiàn)車路協(xié)同系統(tǒng)的總體目標與功能 。22系統(tǒng)的邏輯框架設計該系統(tǒng)的邏輯框架設計結(jié)構(gòu)如圖 2所示 。 圖中表明了該系統(tǒng)的主要功能 、 技術(shù)手段 、 各模塊之間的 信息交換方式及數(shù)據(jù)流方向。 圖 2基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)的邏輯框架3系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)涉及到多方面 、 多層次 、 多領域的技術(shù)應用 , 本文僅從系統(tǒng)應用的角 度重點分析如下關(guān)鍵技術(shù) 。31智能感知技術(shù)智能感知技術(shù)分為智能

21、車載感知技術(shù)和智能路側(cè)感知技術(shù) 。1 智能車載感知技術(shù)智能車載感知技術(shù)包括車輛運動狀態(tài)感知技術(shù) 、 車輛定位信息感知技術(shù)和行車環(huán)境信息感知技 術(shù)等 。車輛運動狀態(tài)感知主要表現(xiàn)在兩個方面 :一是利用各種加裝的獨立的傳感技術(shù)獲取車輛的發(fā)動機轉(zhuǎn) 速 、 油耗 、 車速 、 加速度 、 爬坡能力 、 轉(zhuǎn)向角等車輛的運動狀態(tài)和工作狀態(tài)數(shù)據(jù) ; 二是通過 CAN 總線技術(shù)讀 取車輛中各種原裝車載傳感器的有關(guān)工作狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù) 。車輛定位信息感知技術(shù)包括絕對定位信息感知和相對定位信息感知 。 對于較高精度的車輛絕對定 位信息 , 可以利用 GPS 及其差分基站以及加裝在車輛上的陀螺儀 、 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

22、 、 加速度傳感器等 設備與技術(shù)聯(lián)合獲取 , 并與 GIS-T 相匹配 , 確定車輛在道路上的準確位置 , 進而為車輛安全預警和控制 、 交通分析與誘導提供基礎數(shù)據(jù) 。 對于精確的車輛相對定位信息 , 主要通過車載傳感器進行檢測 , 一類是 距離傳感器 , 如激光 、 雷達 、 聲納傳感器等 , 用于測量車與車之間的距離和車與障礙物之間的距離 ; 另一類 是視覺傳感器 , 主要用于車輛在車道上的位置識別 。行車環(huán)境信息感知技術(shù)主要用于道路線形 、 行人及非機動車 、 路面狀態(tài)等信息的感知 。 道路線形感 知可以利用具有詳細線形信息的 GIS-T 查詢獲得 , 也可利用模式識別技術(shù)通過車載設備實

23、現(xiàn)線形的在線 識別 。 道路上行人和非機動車的信息則可以通過車載雷達 、 視覺傳感器或紅外傳感器等獲取 。 路面狀況 和冰雪雨凍程度可通過激光 、 視頻和紅外等技術(shù)及其相應的識別算法檢測或估算 7。此外 , 通過射頻識別系統(tǒng) (RFID 可以實現(xiàn)對車輛的自動識別和遠程監(jiān)控 。 RFID 是利用感應 、 無線 電波或微波進行非接觸雙向通信 , 從而實現(xiàn)特征識別及數(shù)據(jù)交換的自動識別技術(shù) 。 利用 RFID 可對車輛 及道路環(huán)境進行基礎交通信息采集 , 同時接收控制網(wǎng)絡傳送來的控制信息 , 完成相應的執(zhí)行動作 。 通過 RFID 可以實現(xiàn)對車輛的感知功能 , 既可向網(wǎng)絡上傳信息 , 又能接收網(wǎng)絡的控

24、制命令 。2 智能路側(cè)感知技術(shù)路側(cè)感知技術(shù)包括交通信息采集技術(shù) 、 非機動車和行人檢測技術(shù) 、 路面狀態(tài)及氣象環(huán)境檢測技術(shù) 。 傳統(tǒng)的道路交通信息采集技術(shù)有固定型采集技術(shù)和移動型采集技術(shù) 。 固定型采集技術(shù)又包括磁頻 采集技術(shù) 、 波頻采集技術(shù) 、 視頻采集技術(shù) ; 浮動型采集技術(shù)包括有基于 GPS 的交通數(shù)據(jù)采集技術(shù) 、 基于電 子標簽的交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)和基于汽車牌照自動識別的交通數(shù)據(jù)采集技術(shù) 。 然而 , 隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和車 路協(xié)同技術(shù)的不斷發(fā)展 , 交通信息采集方法將發(fā)生質(zhì)的變化 。 首先 , 可以利用路側(cè)設備和車路通信技術(shù) 實現(xiàn)對路網(wǎng)中車輛信息的采集 , 從而實時獲得道路上的交通信息

25、; 其次 , 所采集到交通信息又可以通過 車 路通信和車 車通信及時地傳遞給附近的車輛 ; 最后 , 通過路側(cè)設備和通信裝置 , 可有效地實現(xiàn)路段 或路網(wǎng)的區(qū)域交通組織與優(yōu)化 。路側(cè)感知技術(shù)同樣可以實現(xiàn)對非機動車和行人的檢測 , 其技術(shù)與方法與車載感知相似 , 其檢測的數(shù)據(jù) 可用于路側(cè)設備所在區(qū)域的交通狀態(tài)分析 。 對于路面狀態(tài)及氣象環(huán)境的路側(cè)檢測 , 因不像車載設備受空間 和重量的限制 , 因而更好的檢測設備或技術(shù)方法可以被應用 , 并可及時將檢測結(jié)果發(fā)送給路網(wǎng)中的車輛 。 道路靜態(tài)信息的調(diào)用 , 可直接由路側(cè)感知子系統(tǒng)從微處理器中調(diào)出并實時發(fā)送給道路上所需信息的駕 駛?cè)藛T 。32車路協(xié)同通

26、信技術(shù)車路協(xié)同系統(tǒng)需要多種通信技術(shù)支持實現(xiàn)其短距離通信和遠程通信 。 根據(jù)系統(tǒng)功能的需求 , 設計方22 山東交通學院學報 2011 年 12 月 第 19 卷 案中主要采用了如下 3 種通信技術(shù)。 1 ） CAN 總線技術(shù)。CAN 屬于現(xiàn)場總線的范疇， 它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通 信網(wǎng)絡。CAN 具有成本相對較低、 實時性高、 可靠性良好的特點， 其應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡到低成本 的多線路網(wǎng)絡。選用汽車 CAN 總路線技術(shù)， 通過遍布車內(nèi)的各種傳感器， 汽車的行駛數(shù)據(jù)會被發(fā)送到 “總線” 上， 這些數(shù)據(jù)不會指定唯一的接收者 ， 凡是需要這些數(shù)據(jù)的接收端都可以從“總線 ” 上

27、讀取需要的 可以達到每秒傳輸 32bytes 有效數(shù)據(jù)， 這樣可以有效保證數(shù)據(jù)的實效 信息。CAN 總線的傳輸數(shù)據(jù)非?？欤?Bus 總線技術(shù)的 性和準確性。傳統(tǒng)的車輛內(nèi)都需要埋設有大量的線束以傳遞傳感器采集的信號 ， 而 Can應用可以大量減少車體內(nèi)線束的數(shù)量 ， 從而有利于降低故障發(fā)生的可能性 而實現(xiàn)對車輛自身運行狀態(tài)的感知 。 2 ） ZigBee 技術(shù)。該技術(shù)是一種近距離、 低復雜度、 低功耗、 低速率、 低成本的雙向無線通訊技術(shù)， 主要 功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù) 、 間歇 用于距離短、 性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?。車車和車路之間的

28、短距離信息的交互主要利用 ZigBee 技術(shù) 實現(xiàn)。 3 ） 3G 移動通信技術(shù)。3G 與前兩代移動通信技術(shù)的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上有大幅 度提升， 它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無縫漫游 ， 能夠處理圖像、 音樂、 視頻流等多種媒體形式， 能夠提 電話會議、 電子商務等多種信息服務。3G 移動通信具有覆蓋廣、 建設成本低、 部署方 供包括網(wǎng)頁瀏覽、 便、 具備移動性等特點， 使其將成為車聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式 。在車路協(xié)同系統(tǒng)中， 借助于 3G 技術(shù)可以方 路與監(jiān)控中心之間的遠距離語音 、 圖像和視頻等的數(shù)據(jù)傳輸。 便地實現(xiàn)車與監(jiān)控中心、 3 3 智能信息處理技術(shù) 車路協(xié)同系統(tǒng)的重要任

29、務之一是對海量的感知信息進行匯總 、 共享和分析， 并依據(jù)處理結(jié)果進行智 能決策。然而， 當今許多信息處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足對大容量信息處理的需求 ， 于是云計算便應運而生。 云計算（ Cloud Computing） 是一種分布式計算技術(shù)， 其基本工作流程為： 通過網(wǎng)絡將龐大的需要分析處理 的程序自動拆分成無數(shù)個較小的子程序 ， 再經(jīng)眾多服務器所組成的龐大系統(tǒng)搜尋 、 計算分析， 最后將處理 為交通信息提供了幾乎無上限的可伸 結(jié)果返回給用戶。云計算借助高速網(wǎng)絡將各種計算能力聯(lián)接起來 ， 縮的計算能力 9 8 。 在車路協(xié)同系統(tǒng)中利用 CAN 總線技術(shù)可以實現(xiàn)對車輛發(fā)動機轉(zhuǎn)速 、 油耗、 車速、

30、 動力性能、 制動性能等系列動態(tài)參數(shù)的傳輸， 從 。 云計算在車路協(xié)同系統(tǒng)中主要用于分析計算道路交通狀態(tài) 、 大規(guī)模車輛誘導策略、 智能交通調(diào)度等。 云計算的應用， 一方面可以實現(xiàn)業(yè)務的快速部署 ， 在短期內(nèi)為交通用戶提供系統(tǒng)的 Telematics 服務； 另一 方面， 平臺具有的強大運算能力、 最新實時數(shù)據(jù)和廣泛的服務支持 ， 能夠?qū)C合交通服務起到強大的支撐 “云導航” 。 云平臺則可以根據(jù)用戶的需求及道路交 作用， 例如基于云計算的 可以實現(xiàn)“實時智能導航 ” 通的實際情況、 異常交通因素等， 進行大范圍的交通數(shù)據(jù)的分析、 計算與規(guī)劃， 從而實現(xiàn)宏觀區(qū)域的交通 組織與優(yōu)化， 并通過服務

31、整合為路網(wǎng)中車載終端提供更豐富 、 更富有價值的綜合交通服務等 10 。 多傳感器信息融合也是車路協(xié)同系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一 。 信息融合是利用計算機技術(shù)將來自多個傳感 器或多源的觀測信息進行分析、 綜合處理 從而得出決策和估計任務所需的信息的處理過程。 信息融合 的基本原理是： 充分利用傳感器資源 通過對各種傳感器及人工觀測信息的合理支配與使用 將各種傳感 器在空間和時間上的互補與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準則或算法組合來 ， 產(chǎn)生對觀測對象的一致性解釋和 描述 11 。車路協(xié)同系統(tǒng)需要處理大量的源自路網(wǎng)的各種車載感知信息和路側(cè)感知信息 ， 如果運用數(shù)據(jù) 融合技術(shù)對其進行數(shù)據(jù)級融合、 特征級融合以及決策

32、級融合， 將有利于通過對信息的優(yōu)化和組合從中獲 得更多的有效信息。 4 結(jié)語 基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了一種具有感知功能的車路協(xié)同系統(tǒng)的設計方案 ， 重點研究了各子系統(tǒng)的組成 第4 期 蔡志理等： 基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)設計 23 與功能， 分析了系統(tǒng)的智能感知技術(shù)、 車路協(xié)同通信技術(shù)和智能處理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。 所構(gòu)建的車路協(xié) 同系統(tǒng)能夠?qū)崟r感知或采集路網(wǎng)中車輛 、 道路環(huán)境和交通運行狀況信息， 能夠?qū)崿F(xiàn)車、 路及監(jiān)控中心間的 相互數(shù)據(jù)傳輸， 能夠?qū)崿F(xiàn)云計算和數(shù)據(jù)融合等智能信息處理功能 ， 并能為用戶提供優(yōu)質(zhì)的綜合交通服務 。 該系統(tǒng)具有良好的可擴展性和廣闊的應用前景 ， 對于提高道路的主動安

33、全性、 緩解交通擁堵、 提升交通管 理層次與水平具有更重要的意義 。由于本文對該系統(tǒng)的研究尚處于初期階段 ， 很多內(nèi)容或技術(shù)需要進一 步深入探索。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展， 今后對該領域的研究將有待于更加深化 、 完善并走向?qū)嵱没?參考文獻： 1 EB / OL （ 2011 04 01） 2011 11 01 http： / / www itschina org 中國交通技術(shù)網(wǎng) 智能交通未來的發(fā)展方向 2 EB / OL （ 2011 11 01） 2011 11 12 http： / / labs chinamobile com / report / view_60705 王云鵬 車聯(lián)網(wǎng)

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