2 车路协同 综述国外研究现状发展趋势我国 十二五 展望

1 车路协同技术发展现状与展望 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

2 车路协同 综述国外研究现状发展趋势我国 十二五 展望

3 车路协同是未来 ITS 的核心 传统 ITS 技术 当前 ITS 方案 ITS 前沿技术车路协同 研究热点 Research 匝道信号控制 出行信息系统 一体化运输走廊管理系统 ICM 智能驾驶 驾驶员 车辆 基础设施 电子认证收费 交通管控中心 综合汽车安全系统 IVBSS 出行辅助系统 MSAA 通信设备 已部署实施 部署实施 / 原型系统

4 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 GPS 交通控制中心 DSRC

5 车路协同体系架构 汽车企业 车路协调实质 : 车辆与车辆之间实现对话车辆, 车路与道路之间实现对话 驾驶员 道路设施 操作和运输状况信息 通信网络

6 车路协调本质 : 车辆与车辆之间实现对话, 车路与道路之间实现对话 实现这种对话有什么作用?

7 车路协同应用领域 信号控制 高速路管理 运输管理 事故处理 应急管理 不停车收费 出行信息 交通信息管理 安全预防 施工警示 气象服务 营运车辆管理 多式联运 碰撞预警 安全通报 辅助驾驶

8 典型应用场景 1. 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 ;

9 8. 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 播放一 播放二

车路协同关键技术 智能车载系统关键技术 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

车路协同关键技术 智能路侧系统关键技术 多通道交通状态信息辨识与采集 多通道交通流量检测 道路异物侵入信息采集 路面湿滑状态信息采集 密集人群信息采集 交叉口行人信息采集 突发事件快速识别与定位

车车 / 车路通信技术 车路协同关键技术 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 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 高速车辆环境下稳定高效的切换及路由技术 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 通信模式 无线广域网 自组织网络 无线局域网 传感器网络 专用短程通信 蜂窝 -3G

车车 / 车路控制技术 面向效率 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 面向安全 智能车速预警与控制 基于车路协同信息的集群诱导技术 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 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

14 车路协同 综述国外研究现状发展趋势我国 十二五 展望

FleetNet 项目 CarTalk 2000 项目 PReVENT 项目 车车通信 (C2C CC) 智能汽车 I Way CVIS 项目 短程通信 DSRC IntelliDrive 项目 车辆安全通信 (VSC) 车辆与基础设施集成 (VII) 先进安全车辆 (ASV) 智能型公路系统 (AHS) Smartway 项目 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

16 美国 发展路线图 路线 1 事故场景框架定义 完成事故场景及相关性能的定义 路线 2 互通性 完成通信协议的测试 隐私安全标准的制定 路线 3 性能效益评估 完成目标性能的测试 安全效益的评估 路线 4 应用开发 完成各种原型车及环境系统的建设 路线 5 驾驶员相关问题 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 路线 6 政策问题 各种标准规范 商业模式的完善

17 系统架构 重点项目 : 交叉口避碰系统 (CICAS) DSRC 频率 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 车载设备 预警 处理器 GPS 地图存储交通控制设备 路侧 设备

18 CICAS 应用场景 驾驶员与道路交互界面 驾驶员与车辆交互界面 关闭 路侧设备 路侧设备 预处理 低频闪烁 判断开始 车载设备 高频闪烁 预警

19 重点项目 : 营运车辆信息系统与网络 (CVISN) 目标 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

20 已制定车路协同相关标准 1 用于车路环境无线通信的 IEEE1609 系列试验用标准 2 3 4 用车路短程通信的 IEEE 802.11P 标准 SAE J2735 专用短程通信标准 5.8GHz 专用短程通信标准

21 欧洲 发展路线图

22 系统架构 重点项目 : 基于合作的智能安全道路 (COOPERS) 摄像机 检测线圈 多传感器温度风速 光缆 TCC ( 交通控制中心 ) RCU: 路侧设备控制单元

23 系统架构 重点项目 : 智能安全车路系统 (SAFESPOT) 定位系统 防火墙 车内传感器数据 车载总线 网关 以太网交换机 应用计算机 无线网关 激光扫描系统 笔记本 主机

24 系统架构 路边系统 重点项目 : 基于合作的车路系统 路边网关 (CVIS) 本地管理中心 驾驶员 交通管理系统 IPv6 车辆网关 车辆系统 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

25 三个项目侧重点比较 COOPERS 侧重于路车通信及交通安全信息方面的研究 COOPERS SAFESPOT CVIS SAFESPOT 侧重于车载一体化集成方面的研究 交通安全信息 路车通信 交通信息服务 CVIS 通信网络集成 车路通信 侧重于自动控制相关的研究 自动控制 车车通信 人机接口 车载一体化集成

26 日本 发展路线图 1995 2001 2007 多媒体 VICS( 大范围详细交通信息 ) 导航系统 导航系统 VICS 2.4GHz 广播 ETC ITS 车载单元 电子收费 5.8GHz DSRC 5.8GHz DSRC 出行信息, 道路选择 供应信息 电子收费双向通信 下一代道路服务 车内上网 : 服务 : 车载单元 :Smartway 服务范围

27 日本重点发展的两个项目 先进安全车辆 ASV 智能型公路系统 AHS

28 重点项目 : 先进安全车辆 (ASV) 车辆行驶轨迹 车后方图像 左后视镜 由车辆行驶轨迹计算出的基准线 横向偏移量 前方探测 后方监测 摄像机图像 辅助停车 右后视镜 图像合成 合成的图像 夜间行车 摄像机 停车或前行 盲点监测图像聚类 卡车 探测障碍物 雷达 距离测量 道路标志 真实图像 小轿车

29 重点项目 : 智能型公路系统 (AHS) 车载单元车载导航动态地图基本应用接口 车路通信 路侧单元 基本应用 基本应用接口 车路通信功能 车路通信功能

30 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 MLIT NILIM 私人公司 ITS JAPAN ITS( 智能交通系统 ) 日本 国土设施及运输部 国土及基础设施管理国家研究所 公共部门申请 私人部门申请 23 家企业 JAMA 日本汽车生产制造协会 ASV AHSRA 先进高速公路巡航辅助系统研究会 RSU 车 路协同 ITS OBU 具有先进安全性能的车辆 JEITA 日本电子信息技术工业协会 HIDO ARIB JARI 私人公司及组织 高速公路工业发展协会 无线电工商业协会 日本汽车研究所 223 家公司及组织 日本 DSRC 论坛

主要进展 1 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 Dedicated Short Range Communication (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

33 车路协同 综述国外研究现状发展趋势我国 十二五 展望

34 车路协同发展趋势 电子支付 互联网 各种新型技术和应用 安全信息 信号控制 实时交通数据信息 实时调控处置 数据采集

35 美国预计的装备 DSRC 的车辆总数 接入率等指标 时间 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2034 装备 DSRC 的车辆总数 ( 百万 ) 258 262 266 270 274 278 350 接入率百分比 5% 11% 16% 21% 26% 30% 100% 接入率 (v/s) 0.25 0.55 0.8 1.05 1.3 1.5 5 数据包大小 (bits) 6952 6952 6952 6952 6952 6952 6952 每秒写入的数据 ( bits ) 1738 3824 5562 7300 9038 10428 34760 服务率 ( v/s ) 1 2 2 3 3 3 5 传输数据的大小 ( bits ) 6592 13904 13904 20856 20856 20856 34760 每秒每用户反映时间内的容量 (Kbps) 每 10 秒每用户反映时间内的容量 (Kbps) 每 60 秒每用户反映时间内的容量 (Kbps) 6.95 13.90 13.90 20.86 20.86 20.86 34.76 0.70 1.39 1.39 2.09 2.09 2.09 3.48 0.12 0.23 0.35 0.35 0.35 0.35 0.58

36 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

37 潜在的新技术 低碳绿色的出行诱导技术 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 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

38 车路协同 综述国外研究现状发展趋势我国 十二五 展望

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

40 发展路线图 4 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 3 车载终端的一体化从单目标控制向多目标控制集成转变 2 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 1 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

41 项目战略目标和具体任务指标 战略目标 1 2 3 实现智能车路协同的交通信息采集 车车 / 车路信息交互, 集成智能车载 路侧设备和系统 建立智能车路协同系统测试验证环境, 实现关键技术与系统的仿真测试验证 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

42 项目战略目标和具体任务指标 任务指标 1 2 3 4 具备精确定位 车辆 - 驾驶员 - 环境实时感知的智能车载系统 多通道交通状态信息辨识与采集的一体化智能路侧系统 高速移动状态下高可信 高可靠的车路 / 车车信息交互与控制系统 大规模跨平台开放式一体化车路协同仿真测试系统

43 拟攻克的关键技术 1. 智能汽车关键技术 2. 3. 4. 智能路侧系统关键技术 车路 / 车车协同信息交互技术 车路协同系统集成和仿真测试技术

44 交叉口车路协同示例

计划进度

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