国内外车路协同系统发展现状综述

国内外车路协同系统发展现状综述付姗姗，吕植勇，陈超，彭琪（武汉理工大学智能交通系统研究中心水路公路交通安全控制与装备教育部工程研究中心武汉430063）摘要：智能交通运输系统（ITS）是目前世界交通运输领域的前沿领域，在美国、日本及欧盟等众多先进国家中尤其受到重视。车路协同系统（CVIS）作为ITS的重要子系统，近年来也备受国内外科研人员关注，是世界交通发达国家的研究、发展与应用热点。本文介绍了CVIS的概念以及内涵，介绍了美国IntelliDriveSM、欧洲eSafety、日本Smartway以及我国车路协同的发展情况，并对我国车路协同未来的发展进行了展望。关键词：智能交通运输系统（ITS)；车路协同系统（CVIS）；IntelliDriveSM中图分类号：U492.25OverviewoftheDevelopmentsaboutCooperativeVehicle-InfrastructureOverseasandInsideFuShanshan,LvZhiyong,ChenChao,PengQi(IntelligentTransportSystemsResearchCenter,EngineeringResearchCenterforTransportationSafety（MinistryofEducation）WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,430063,P.R.China)Abstract:IntelligentTransportSystems(ITS)isthefrontierareasoftran-sportationandtransportationallovertheworld,whichintheUnitedStates,Japan,theEuropeanUnionandmanyotheradvancedcountriesattractmoreattentionparticularly.CooperativeVehicle-InfrastructureSystem(CVIS)asamajorITSsubsystems,hasalsobeenoncernedaboutdomesticandforeigninrecentyears,whichisthehotspotofoverseasdevelopedcountriesinresearch,developmentandapplication.ThispaperintroducestheconceptandconnotationofCVIS,introducestheUnitedStates'IntelliDriveSM,theEuropeanUnion'eSafety,JapaneseSmartwayandourcollaborativedevelopmentofthecarriageway.Andthesametime,itmakesthefuturedevelopmentoftheCVISinourcoubtry.Keywords:IntelligentTransportationSystems;CooperativeVehiclenfrast-ructureSystem;IntelliDriveSM引言智能交通运输系统（IntelligentTransportationSystems，ITS）是目前世界交通运输领域的前沿领域，已成为世界各国极力投注资源推动的重点之一，在美国、日本及欧盟等众多先进国家尤其受到重视，被认为是提高道路交通的可靠性、安全性和减少环境污染的有效手段之一。车路协同系统（CooperativeVehicle-InfrastructureSystem，CVIS）是基于无线通信、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，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[1]。图1车路协同系统[2]近年来，电子信息和无线通信技术的迅速发展与应用，推动了车路协同系统（CVIS）的发展。其作为ITS的重要子系统也备受国内外科研人员关注，是世界交通发达国家的研究、发展与应用热点。1国内外车路协同1.1美国IntellidriveSM美国车路协同系统（VehicleInfrastructureIntegration，VII）是由美国联邦公路局、AASHTO、各州运输部、汽车工业联盟、ITSAmerican等组成的特殊联合机构，通过信息与通信技术实现汽车与道路设施的集成，并以道路设施为基础,计划于2005年推出可以实施的产品。各州将采用统一的实施模式，采用ProbeVehicle（试验车）获取实时交通数据信息，支持动态的路径规划与诱导，提高安全和效率[3,4]。VII计划主要包括智能车辆先导（IVI）计划、车辆安全通信（VSC）计划、增强型数字地图（EDMap）计划等，并且通过美国通信委员会（FCC）为车路通信还专门分配了5.9GHz的专用短程通信（DSRC）频段[5,6]，为驾驶员提供安全辅助控制[7]。最近美国交通部（theUnitedStatesDepartmentOfTransportation，USDOT）将VII更名为IntelliDriveSM，更加强调了交通安全的重要性，以下提到的IntelliDriveSM即是VII的后期，VII向IntelliDriveSM过渡趋势如图2所示。图2车路协同发展趋势IntelliDriveSM项目特点：安全：应用车-车，车-路，车-X无线通讯技术，感知车辆周围360度范围内的危险。交通机动性：应用多种信息技术，向出行者和运输管理者提供多种实时交通信息。环境：通过提供实时交通拥堵和其它信息，辅助出行者选择合适路线，减少环境污染[3,8,9]。IntelliDriveSM为美国道路交通提供了更好的安全和效率，它通过开发和集成各种车载和路侧设备以及通信技术，使得驾驶者在驾驶中能够做出更好和更安全的决策。当其与自动车辆安全系统结合应用时，如果驾驶员不能或没有及时做出响应，而车辆具有响应和动作的能力，可明显增强预防和减轻碰撞的效果。同时，运输系统管理者、车辆运营商、出行者都能得到所需的信息，以便为机动性、效率、运输成本、安全而做出动态的决策，实现高效的人员和货物移动[10]。IntelliDriveSM未来研究目标：目标1：通过汽车和基础设施的连接使交通安全转型①启用主动和被动安全应用程序（例如：应用程序的设计是为了协助车辆驾驶员躲避紧急冲撞，这需要低延时通信）；②通过提供车辆公告（不要求低延时通信）改善安全状况；③有必要执行测试以支持管理和咨询活动，对系统性能的有效性评价以及开发和验证标准；④提供技术基础使部分或全部车辆得到控制；⑤启用以车辆为基础的应用使他们实现计划目标，对司机的焦点没有负面影响；⑥协调国际标准和建筑物周围的车辆平台。目标2：在所有的道路和所有的模式下捕获完整的实时的信息以支持执行系统转换①从连接的车辆、移动设备和基础设施中捕获实时数据；②在所有的模式下，捕获实时信息系统成本；③开发一个技术框架，使用交通管理和绩效考核中的所有来源实现实时数据集成。目标3：通过车辆用和基础设施的连接应用，实现转型的交通管理和执行系统①使用实时的流动性和运输管理者的成本数据创建应用程序和策略，以确保安全、高效以及人员和货物的安全运动；②利用实时流动性和成本数据辅助运输用户的动态决策。目标4：实现“下一代”的电子支付系统以支持执行转换系统①创建跨模式的电子支付系统（互用性停车、运输、定价、收费等）；②定义技术框架以支持新兴国家和国家政策性的金融运输。目标5：通过汽车和基础设施的连接实现环境管理①从车辆移动捕获实时环境数据；②通过在交通管理和性能改进方面的所有来源的数据使用，来整合实时环境数据；③使用运输管理人员对环境影响的实时来数据，创建应用程序；④使用旅客的环境影响信息创建信息的实时数据信息。目标6：为部署的安全性、流动性建立一个制度基础，环境方面的应用基于车辆和基础设施的连接①确定和研究解决方案来解决国内和国际上的体制基础、治理、隐私问题、潜在法规和政策，以落实运输技术；②在所有目标领域解决社会公平，以确保所有的用户在运输解决方案中受益[11]。1.2日本Smartway[12]Smartway计划由政府与民间23家知名企业共同发起，用于促进土地、基础设施、运输和旅游、先进安全汽车（advancedsafetyvehicle，ASV）的发展[8]。Smartway发展重点在于整合日本各项ITS的功能及建立车上单元的共同平台，使道路与车辆能藉由ITS咨询的双向传输而成为Smartway与Smartcar，以减少交通事故和缓解交通拥堵，并希望在2010普及全日本。2007年已初步完成在TokyoMetropolitanExpressway部分公路的试验计划，自2009年起将于日本三大都会区进行试验[13]。基于统一与协调一致的行为方针Smartway示范系统还向用户提供以下几个方面的信息服务：◆辅助安全驾驶信息服务：通过路侧架设的一系列传感器检测前方道路转弯处或视线死角区域是否发生交通阻塞或存在路面障碍物等，并通过车路通信系统向驾驶者提供实时道路信息。◆静止图像信息服务：通过闭路电视(CCTV)摄像机采集的道路环境状况信息，将以静止图像的形式提供给驾驶者，例如在隧道入口处可以清楚地了解到出口处的车流情况等。◆浮动车信息采集服务：基于浮动车技术实现实时交通信息的获取，并通过车路通信系统，连同天气、路面情况以及高危地段等信息迅速提供给临近的车辆。◆道路汇集援助服务：通过专用短程通信(DSRC)天线检测行驶于主干道上的车辆，当车辆接近道路汇集处时，将通过车路通信系统向有关驾驶者发出警示信息。◆停车场电子付费服务：通过车路通信系统实现停车场电子付费服务。◆宽带互联网连接服务：通过车路通信系统实现宽带互联网连接服务。构建包括智能车辆、智能公路、紧急救援系统的Smartway，实现安全、高效、便利、舒适、低环境负荷的社会14,15]。1.3欧盟eSafety[16]eSafety由ERTICO最先提出，2003年9月得到欧盟委员会的认可并列入欧盟计划。主要内容是：充分利用先进的信息与通信技术（InformationandCommuni-cationTechnology，ICT），加快安全系统的研发与集成应用，为道路交通提供全面的安全解决方案。除自主式的车载安全装置外，还需考虑车—路协调合作方式，即通过车—车以及车—路通信技术获取道路环境信息，从而更有效地评估潜在危险并优化车载安全系统的功能。欧盟在其第6框架计划(FP6)中，准备启动77项与eSafety相关的研究开发项目，与之相配套，欧盟委员会还推荐了28项行动计划，可归纳为3类，即社会公共基础设施建设(包括道路交通基础设施及体系架构、电信基础设施等)；车辆预防与保护系统(包括车载智能终端系统、事故前安全辅助驾驶系统、事故中车内人员保护系统、事故后紧急救援系统等)；以及事故原因分析、人为因素(HumanFactor)研究、成本效益分析等[17]。eSafety重点研究安全问题，更加重视体系框架和标准、交通通信标准化、综合运输协同等技术的研究，并推动综合交通运输系统与安全技术的实用化。以下介绍eSafety项目的几个重点子项目：PreVENT项目：利用先进的信息、通讯和定位技术，开发自主式和协调式主动安全系统，降低事故发生率和减小事故严重性。I-way项目（IntelligentCooperativeSysteminCarsforRoad）：通过提供实时的周围车辆信息和路旁设备信息，来增强驾驶员的感知能力和对危险状况的反应能力。Car2car项目：推动车—车、车—路通讯技术及其接口的标准化；发展战略和商业模式，推进车—车通讯技术市场化。在欧洲，将从2010年开始用一年的时间对智能车进行道路测试，计划在欧洲道路上对1000辆以上安装了各种智能化车载设备