智能车路协同系统-(北航王云鹏)

1、国家国家863863计划现代交通技术领域专家组计划现代交通技术领域专家组 副组长副组长北京航空航天大学北京航空航天大学 教授教授王云鹏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2已部署实施已部署实施部署实施部署实施/原型系统原型系统传统传统 ITS技术技术匝道信号控制匝道信号控制出行信息系统出行信息系统交通管控中心交通管控中心Research当前当前 ITS 方案方案车辆车辆通信设备通信设备基础设施基础设施驾驶员驾驶员ITS前沿技术前沿技术车路协同车路协同综合汽车综合汽车安全系统安全系统IVBSS出行辅助系统出行辅助系统MSAA一体化运输走一体化运输走廊

2、管理系统廊管理系统ICM智能驾驶智能驾驶电子认证收费电子认证收费研究热点研究热点车路协同是未来ITS的核心 3车路协同系统：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，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。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 交通控制中心交通控制中心车辆车辆道路设施道路设施通信网络通信网络驾驶员驾驶员政府政府部门部门

3、汽车企业汽车企业操作和运输状况信息操作和运输状况信息车辆运行状况车辆运行状况车辆、交通和服务信息车辆、交通和服务信息个人隐私个人隐私车路协同体系架构车路协同体系架构56车路协同应用领域信号控制信号控制事故处理事故处理运输管理运输管理出行信息出行信息不停车收费不停车收费应急管理应急管理高速路管理高速路管理多式联运多式联运营运车辆管理营运车辆管理气象服务气象服务施工警示施工警示安全预防安全预防交通信息管理交通信息管理辅助驾驶辅助驾驶安全通报安全通报碰撞预警碰撞预警7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；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

4、予驾驶员警告；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；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；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；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；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8道路交通状况提示：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

5、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。车辆作为交通数据采集终端：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。匝道控制：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。信号配时：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。专用通道管理：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

6、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。交通系统状况预测：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路协同关键技术车路协同关键技术车路协同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车/ /车路通信技术车路通信技术通信模式蜂窝-3G 无线局域网无线广

7、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路协同关键技术车车车车/ /车路控制技术车路控制技术面向效率面向效率面向安全面向安全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13美国美国发展路线图发展路线图路线路线1 事故场景框

8、架定义事故场景框架定义路线路线2 互通性互通性路线路线3 性能效益评估性能效益评估路线路线4 应用开发应用开发路线路线5 驾驶员相关问题驾驶员相关问题路线路线6 政策问题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：交叉口避碰系统重点项目：交叉口避碰系统(CICAS) (CICAS) 路侧路侧设备设备DSRCDSRC频率频率处理器处理器GPSGPS地图存储地图存储交通控制设备交通控制设备预警预警车载设备

9、车载设备交通信号信息交通信号信息车道车道1 1信号灯：红信号灯：红4s4s车道车道2 2信号灯：红信号灯：红4s4s车道车道3 3信号灯：绿信号灯：绿信号配时信号配时系统架构16驾驶员与道驾驶员与道路交互界面路交互界面驾驶员与车驾驶员与车辆交互界面辆交互界面判断开始判断开始预处理预处理预警预警关闭关闭低频闪烁低频闪烁高频闪烁高频闪烁路侧路侧设备设备路侧路侧设备设备车载车载设备设备CICASCICAS应用场景应用场景17重点项目：营运车辆信息系统与网络重点项目：营运车辆信息系统与网络(CVISN)智能交通系统智能交通系统 (ITS)(ITS)CVISNCVISN营运车辆管理营运车辆管理（CVOC

10、VO）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已制定车路协同相关标准用于车路环境无线通信的用于车路环境无线通信的IEEE1609IEEE1609系列试验用标准系列试验用标准用车路短程通信的用车路短程通信的IEEE 802.11PIEEE 802.11P标准标准 SAE J2735SAE J2735专用短程通信标准专用短程通信标准5.9GHz5.9GHz专用短程通信标准专用短程通信标准19欧洲欧洲发展路线图发展路线图20重点项目：基于合作的智能安全道路重点项目

11、：基于合作的智能安全道路(COOPERS)系统架构RCURCU：路侧设备控制单元：路侧设备控制单元光缆光缆摄像机摄像机TCCTCC( (交通控制中心交通控制中心) )检测线圈检测线圈多传感器多传感器温度温度风速风速21重点项目：智能安全车路系统重点项目：智能安全车路系统(SAFESPOT)激光扫激光扫描系统描系统防火墙防火墙定位系统定位系统主机主机以太网以太网交换机交换机车内传感器数据车内传感器数据网关网关车载总线车载总线无线网关无线网关应用计算机应用计算机笔记本笔记本系统架构22重点项目：基于合作的车路系统重点项目：基于合作的车路系统(CVIS)系统架构系统架构路边路边系统系统交通管理交通管

12、理系统系统路边路边网关网关IPv6本地管理本地管理 中心中心本地管理本地管理 中心中心交通管理者交通管理者本地管理本地管理 中心中心 供应商供应商服务提供方服务提供方车辆车辆 系统系统驾驶员驾驶员车辆车辆网关网关23三个项目侧重点比较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日本日本发展路线图发展路线图200720011995导航系导航系统统VICS 供应信息

13、供应信息电子收费电子收费双向通信双向通信ETC 2.4GHz广播广播5.8GHzDSRC多媒体多媒体导航系导航系统统下一代道下一代道路服务路服务5.8GHzDSRC：服务：服务：车载单元：车载单元：Smartway 服务范围服务范围ITS车载单车载单元元VICS(大范围详细交通信息大范围详细交通信息)电子收费电子收费出行信息，道路选择出行信息，道路选择车内上网车内上网2526q 先进安全车辆ASVq 智能型公路系统AHS日本重点发展的两个项目日本重点发展的两个项目27摄像机摄像机夜间行车夜间行车前方探测前方探测后方监测后方监测辅助停车辅助停车图像合成图像合成盲点监测盲点监测图像聚类图像聚类停车

14、或前行停车或前行雷达雷达距离测量距离测量道路标志道路标志探测障碍物探测障碍物真实图像真实图像小轿车小轿车卡车卡车合成的图像合成的图像摄像机图像摄像机图像车后方图像车后方图像左后视镜左后视镜右后视镜右后视镜车辆行驶轨迹车辆行驶轨迹由车辆行驶由车辆行驶轨迹计算出轨迹计算出的基准线的基准线横向偏移量横向偏移量重点项目：先进安全车辆重点项目：先进安全车辆(ASV)28车载单元车载单元路侧单元路侧单元车载导航车载导航动态地图动态地图基本应用接口基本应用接口车路通信功能车路通信功能车路通信功能车路通信功能车路通信车路通信基本应用接口基本应用接口基本应用基本应用重点项目：智能型公路系统重点项目：智能型公路系

15、统(AHS) 私人机构与政府部门联合研究私人机构与政府部门联合研究MLITNILIM私人公司私人公司国土设施及运输部国土设施及运输部国土及基础设施管理国土及基础设施管理国家研究所国家研究所23家企业家企业ITS JAPANITS(智能交通系统智能交通系统)日日本本AHSRA先进高速公路巡航辅助先进高速公路巡航辅助系统研究会系统研究会HIDO高速公路工业高速公路工业发展协会发展协会ARIB无线电工商业无线电工商业协会协会JARI日本汽车研究所日本汽车研究所私人公司及私人公司及组织组织223家公司及家公司及组织组织日本日本 DSRC 论坛论坛JAMA日本汽车生产制造协会日本汽车生产制造协会ASV具

16、有先进安全性能的车辆具有先进安全性能的车辆日本电子信息技术工业日本电子信息技术工业协会协会JEITA公共部门申请公共部门申请私人部门申请私人部门申请RSU车车路路协同协同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。3车路协同系统技术进

17、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 我国“十二五”展望发展趋势国外研究现状综述3233数据数据采集采集电子支付电子支付信号控制信号控制 实时交通数据信息实时交通数据信息实时调控处置实时调控处置各种新型技各种新型技术和应用术和应用安全信息安全信息互联网互联网车路协同发展趋势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%1

18、1%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 ）659213904 13904 20856 208562085634760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

19、.48每60秒每用户反映时间内的容量（Kbps）0.120.230.350.350.350.350.583435重点技术重点技术l旅行和交通管理旅行和交通管理l公共运输管理公共运输管理l商业车辆管理商业车辆管理l先进的车辆安全系统先进的车辆安全系统l辅助决策支持辅助决策支持l电子付款电子付款l应急管理应急管理l信息管理信息管理36潜在的新技术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37安全与效率已经成为制约我国交通运输发展的安

20、全与效率已经成为制约我国交通运输发展的关键问题，亟需通过关键问题，亟需通过车路协同等新技术的突破车路协同等新技术的突破来推动安全改善与效率提升。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，抢占突破车路协同智能控制关键技术，抢占智能交智能交通前沿技术制高点通前沿技术制高点，是未来我国能否形成智能，是未来我国能否形成智能交通产业核心竞争力的关键。交通产业核心竞争力的关键。1234多模式车路多模式车路/车车通信车车通信从单一模式走向多种通信手段的互补与融合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车载终端的一体化从单目标控制向多目标控制集成转变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建立车路协作系统的体系框架