智能车路协同系统-(北航+王云鹏)

国家863计划现代交通技术领域专家组副组长北京航空航天大学教授王云鹏车路协同技术发展现状与展望1我国“十二五”展望发展趋势国外研究现状综述车路协同2已部署实施部署实施/原型系统传统ITS技术匝道信号控制出行信息系统交通管控中心Research当前ITS方案车辆通信设备基础设施驾驶员ITS前沿技术车路协同综合汽车安全系统IVBSS出行辅助系统MSAA一体化运输走廊管理系统ICM智能驾驶电子认证收费研究热点车路协同是未来ITS的核心3车路协同系统：基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车车、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。4GPSDSRC交通控制中心车辆道路设施通信网络驾驶员汽车企业操作和运输状况信息车路协同体系架构56车路协同应用领域信号控制事故处理运输管理出行信息不停车收费应急管理高速路管理多式联运营运车辆管理气象服务施工警示安全预防交通信息管理辅助驾驶安全通报碰撞预警71.盲点警告:当驾驶员试图换道但盲点处有车辆时，盲点系统会给予驾驶员警告；2.前撞预警：当前面车辆停车或者行驶缓慢而本车没有采取制动措施时，给予驾驶员警告；3.电子紧急制动灯：当前方车辆由于某种原因紧急制动，而后方车辆因没有察觉而无采取制动措施时会给予驾驶员警告；4.交叉口辅助驾驶：当车辆进入交叉口处于危险状态时给予驾驶员以警告，如障碍物挡住驾驶员视线而无法看到对向车流；5.禁行预警：在可通行区域，试图换道但对向车道有车辆行驶时给予驾驶员警告；6.违反信号或停车标志警告：车辆处于即将闯红灯或停车线危险状态时，驾驶员会收到车载设备发来的视觉、触觉或者声音警告；7.弯道车速预警：当车辆速度比弯道预设车速高时，系统会提示驾驶员减速或者采取避险措施；典型应用场景88.道路交通状况提示：驾驶员会实时收到有关前方道路、天气和交通状况的最新信息，如道路事故、道路施工、路面湿滑程度、绕路行驶、交通拥堵、天气、停车限制和转向限制等。9.车辆作为交通数据采集终端：车载设备传输信息给路侧设备，此信息经路侧设备处理变为有效、需要的数据。10.匝道控制：根据主路和匝道的交通时变状况实时采集、传输数据来优化匝道控制。11.信号配时：收集并分析交叉口车辆实际行驶速度及停车起步数据，使信号的实时控制更加有效。如果将实时数据处理时间提高10%，每年延误时间可减少170万小时，节省110万加仑汽油以及减少9600吨CO2排放。12.专用通道管理：通过使用附近的或平行车道可平衡交通需求，也可使用控制策略，如当前方发生事故时可选择换向行驶；改变匝道配时方案；利用信息情报板发布信息，诱导驾驶员选择不同的路径。13.交通系统状况预测：实时监测交通运输系统运行状况，为交通系统有效运行提供预测数据，包括旅行时间、停车时间、延误时间等；提供交通状况信息，包括道路控制信息、道路粗糙度、降雨预测、能见度和空气质量；提供交通需求信息，如车流量等。车路协同关键技术车辆精准定位与高可靠通信技术车辆行驶安全状态及环境感知技术车载一体化系统集成技术智能车载系统关键技术车路协同关键技术智能路侧系统关键技术多通道交通流量检测多通道交通状态信息辨识与采集路面湿滑状态信息采集交叉口行人信息采集道路异物侵入信息采集密集人群信息采集突发事件快速识别与定位车车/车路通信技术通信模式蜂窝-3G无线局域网无线广域网专用短程通信自组织网络传感器网络密集车辆场景下公平高效的多信道接入控制技术稀疏车辆场景下可信可靠的信息融合技术高速车辆环境下稳定高效的切换及路由技术路侧通信设备的位置优化技术兼容各种无线网络协议的多模式连接技术高速移动状态下的多信道、高可信、高可靠的车路/车车信息交互与融合车辆动态分簇融合技术车路协同关键技术车车/车路控制技术面向效率面向安全交通控制与交通诱导协同优化技术动态协同专用车道技术精确停车控制技术智能车速预警与控制弯道侧滑/侧翻事故预警无分隔带弯道安全会车车间距离预警与控制临时性障碍预警等基于车路协同信息的集群诱导技术基于车路协同信息的交叉口智能控制技术车路协同关键技术我国“十二五”展望发展趋势国外研究现状综述车路协同131998199920002001200220032004200520062007短程通信DSRC20082009FleetNet项目车车通信(C2C-CC)智能汽车I-WayCVIS项目CarTalk2000项目PReVENT项目IntelliDrive项目车辆安全通信(VSC)车辆与基础设施集成(VII)智能型公路系统（AHS）先进安全车辆(ASV)Smartway项目美国——发展路线图路线1事故场景框架定义路线2互通性路线3性能效益评估路线4应用开发路线5驾驶员相关问题路线6政策问题完成事故场景及相关性能的定义完成通信协议的测试、隐私安全标准的制定完成目标性能的测试、安全效益的评估完成各种原型车及环境系统的建设完成与驾驶员操作相关的各种警报、接口、工作量、接受程度的测试各种标准规范、商业模式的完善15重点项目：交叉口避碰系统(CICAS)路侧设备DSRC频率处理器GPS地图存储交通控制设备预警车载设备交通信号信息车道1信号灯：红4s车道2信号灯：红4s车道3信号灯：绿信号配时系统架构16驾驶员与道路交互界面驾驶员与车辆交互界面判断开始预处理预警关闭低频闪烁高频闪烁路侧设备路侧设备车载设备CICAS应用场景17重点项目：营运车辆信息系统与网络(CVISN)智能交通系统(ITS)CVISN营运车辆管理（CVO）提高机动车运输工具、商业运输车辆和驾驶员的安全性通过强制标准的实施提升营运车辆安全标准的实施效能实现各州之间营运车辆的数据共享降低国家和企业管理费用目标18已制定车路协同相关标准3241用于车路环境无线通信的IEEE1609系列试验用标准用车路短程通信的IEEE802.11P标准SAEJ2735专用短程通信标准5.9GHz专用短程通信标准19欧洲——发展路线图200320042005200620072008eSafety综合项目启动车-车协同技术系统应用车-路协同技术系统应用通讯技术开发、标准化、推广……Car2Car项目车辆间专用频率快速数据传输车-车协调工作的智能交通COOPERS项目CVIS项目SAFESPOT项目安全车速和安全车距维持交叉路口安全辅助危险区域警示避免碰撞行人及非机动车车-路间多种方式混合通讯解决方案车-路通讯功能车辆作为移动探测器安全、高速的通讯20重点项目：基于合作的智能安全道路(COOPERS)系统架构RCU：路侧设备控制单元光缆摄像机TCC(交通控制中心)检测线圈多传感器温度风速…21重点项目：智能安全车路系统(SAFESPOT)激光扫描系统防火墙定位系统主机以太网交换机车内传感器数据网关车载总线无线网关应用计算机笔记本系统架构22重点项目：基于合作的车路系统(CVIS)系统架构路边系统交通管理系统路边网关IPv6本地管理中心本地管理中心交通管理者本地管理中心供应商服务提供方车辆系统驾驶员车辆网关23三个项目侧重点比较COOPERSCVISSAFESPOT路车通信交通安全信息交通信息服务车路通信通信网络集成自动控制人机接口车载一体化集成车车通信COOPERS侧重于路车通信及交通安全信息方面的研究CVIS侧重于自动控制相关的研究SAFESPOT侧重于车载一体化集成方面的研究24日本——发展路线图2007……20011995导航系统VICS供应信息电子收费双向通信ETC2.4GHz广播5.8GHzDSRC多媒体导航系统下一代道路服务5.8GHzDSRC：服务：车载单元：Smartway服务范围ITS车载单元VICS(大范围详细交通信息)电子收费出行信息，道路选择车内上网2526先进安全车辆ASV智能型公路系统AHS日本重点发展的两个项目27摄像机夜间行车前方探测后方监测辅助停车图像合成盲点监测图像聚类停车或前行•雷达•距离测量•道路标志探测障碍物真实图像小轿车卡车合成的图像摄像机图像车后方图像左后视镜右后视镜车辆行驶轨迹由车辆行驶轨迹计算出的基准线横向偏移量重点项目：先进安全车辆(ASV)28车载单元路侧单元车载导航动态地图基本应用接口车路通信功能车路通信功能车路通信基本应用接口基本应用重点项目：智能型公路系统(AHS)日本车路协同相关的研究组织私人机构与政府部门联合研究MLITNILIM私人公司国土设施及运输部国土及基础设施管理国家研究所23家企业ITSJAPANITS(智能交通系统)日本AHSRA先进高速公路巡航辅助系统研究会HIDO高速公路工业发展协会ARIB无线电工商业协会JARI日本汽车研究所私人公司及组织223家公司及组织日本DSRC论坛JAMA日本汽车生产制造协会ASV具有先进安全性能的车辆日本电子信息技术工业协会JEITA公共部门申请私人部门申请RSU车——路协同ITSOBU291车路协同系统应用场景以美国、欧盟和日本为代表的发达国家对车路协同系统的应用场景基本定义完毕，不同组织对应用场景的定义基本一致。2车路协同系统通信协议标准化美国和欧盟分别定义了车-车，车-路通信协议标准，目前美国的DedicatedShortRangeCommunication(DSRC)协议在学术和企业界比较普及，同时IEEE也定义了802.11P通信协议用于车-车及车-路通信。主要进展3车路协同系统技术进展仍然处于相关技术的探讨、实验和测试阶段，尚未大规模推广和应用。4两种推进方式美国模式——政府主导、科研机构积极参与；日本模式——工业企业积极参与，政府协调主要进展我国“十二五”展望发展趋势国外研究现状综述车路协同3233数据采集电子支付信号控制实时交通数据信息实时调控处置各种新型技术和应用安全信息互联网车路协同发展趋势美国预计的装备DSRC的车辆总数、接入率等指标时间2010201120122013201420152034装备DSRC的车辆总数（百万）258262266270274278350接入率百分比5%11%16%21%26%30%100%接入率（v/s）0.250.550.81.051.31.55数据包大小（bits）6952695269526952695269526952每秒写入的数据（bits）173838245562730090381042834760服务率（v/s）1223335传输数据的大小（bits）6592139041390420856208562085634760每秒每用户反映时间内的容量（Kbps）6.9513.9013.9020.8620.8620.8634.76每10秒每用户反映时间内的容量（Kbps）0.701.391.392.092.092.093.48每60秒每用户反映时间内的容量（Kbps）0.120.230.350.350.350.350.583435重点技术旅行和交通管理公共运输管理商业车辆管理先进的车辆安全系统辅助决策支持电子付款应急管理信息管理36潜在的新技术低碳绿色的出行诱导技术富信息环境下的优化管理技术交通流信息运输状态信息停车场信息环境气象信息排放最小化的行驶路线便捷、绿色的出行方式基于污染状态的交通疏导我国“十二五”展望发展趋势国外研究现状综述车路协同37安全与效率已经成为制约我国交通运输发展的关键问题，亟需通过车路协同等新技术的突破来推动安全改善与效率提升。突破车路协同智能控制关键技术，抢占智能交通前沿技术制高点，是未来我国能否形成智能交通产业核心竞争力的关键。1234多模式车路/车车通信从单一模式走向多种通信手段的互补与融合车载终端的一体化从单目标控制向多目标控制集成转变通过典型场景的应用带动技术创新以典型场景形成相关的技术体系建立车路协作系统的体系框架从特例实验走向应用场景和通信协议的标准制定发展路线图3940项目战略目标和具体任务指标初步建立我国车路协同技术框架体系，抢占智能车路协同前沿技术制高点，为智能交通系统产业升级提供技术保障。实现智能车路协同的交