车联网技术应用场景研究

0前言为了进一步推动汽车行业的发展，相关汽车制造企业需要整合具体的智能技术应用要点，建立车辆智能化水平与自动驾驶能力匹配的应用场景技术模块，为车联网应用的全面提升奠定基础，打造更加和谐高效的交通环境。1车联网(V2X)技术概述1.1技术内涵V2X技术是指车辆与车辆(V2V)、车辆与交通基础设施(V2I)、车辆与行人(V2P)等各方面建立的无线通信技术运行模式。V2X技术的本质就是通过对外界发送或者接收电磁波信号，使车辆可以获得实时的路况及行人等相关信息数据，确保行车决策的正确性和规范性[1]。工业和信息化部为此制订的2025年目标是通过V2X技术，使交通整体效率提升30%，事故率降低80%，碳排放量降低20%。在V2X技术体系中，蜂窝车联网(C-V2X)技术是以蜂窝通信技术为基础的V2X技术的应用模式，具有重要的研究价值。以第三代合作伙伴项目(3GPP)标准对C-V2X技术进行分类的情况见表1。表1C-V2X技术阶段分类1.2技术优势V2X技术能有效提升典型场景或者应用环境的车辆运行质量水平，能建立非视距识别模式，且配配合第五代移动通信(5G)技术建立起远距离通信和互联网实时性连接处理，打造完整的雨、雪、雾天气预警模式和红绿灯识别模式，最大限度地提高车辆运行的安全性。2V2X应用场景分析依据物联网技术发展要求和具体内容，V2X技术可广泛应用于不同的典型场景，如信息服务、交通安全、交通效率管理、自动驾驶等场景。V2X技术可以打造出更加科学高效的车联网运行服务模式，保证车辆、行人、设施等管理的有序开展，从而形成良好和谐的交通运输环境，维持交通的安全性和稳定性。2.1具体场景2.1.1V2VV2V是指通过车载终端进行车辆间的通信模式。V2V通信应用于车辆之间信息交互，避免或减少交通事故，其具体应用场景主要有以下几个方面。(1)紧急自动刹车预警。在车辆运行过程中，当前车出现紧急制动时，该车会自动向周围车辆广播制动信息。周边车辆在获取相关信息数据和即时性指令后，判定车辆是否存在碰撞的风险，并及时向驾驶员发出前车急刹警告，为驾驶员有效地完成避险提供保障。(2)前车预警。车辆会定期向周围车辆广播本车的实际车速及位置、变道等基础数据内容。周边车辆在接收到相关信息后，依据信息判定是否存在车辆剐蹭的危险，为驾驶员开展变道、减速等操作处理提供支持，也能及时向驾驶员发出前车碰撞警告指令。(3)超车预警。车辆会定期向周围车辆广播本车实时速度和位置参数，尤其是车道变更信息。一旦后车开始加速或者需要采取超车变道等情况，前车就能依据收到的后车信息及时预警，避免车辆碰撞。(4)交叉路口预警。在车辆经过交叉路口位置时，车辆结合对应的智能信号指令接收模式，可以有效判定周围车辆的实时性数据。该车辆结合周围车辆的速度和位置参数能评估碰撞的风险，并向车辆驾驶员发送相应的驾驶警告信息。(5)车辆失控预警。车辆在特殊气候环境下行驶，会存在车辆失控的危险。车辆失控预警信息处理机制能在车辆运行突然出现紧急故障失控情况下，对周围车辆发出相应的警告信息，周边车辆接收信息后，结合警告内容采取及时避险措施，避免发生严重的交通事故，造成道路拥堵和人员伤亡。(6)特殊车辆优先预警。车辆行驶过程中若遭遇特殊车辆时，车辆会建立相应的联动模式。如特殊车辆属于正在执行任务的救护车、消防车、警车等类型时，系统会直接向周围车辆传送相应的信息，并发布对应特殊指令，一旦周围车辆接收到具体信息后，所有车辆需要采取主动避让处理，为特殊车辆提供便捷的行车通道，确保特殊车辆优先通过。2.1.2V2IV2I是指车辆在运行过程中，与周边基础设施结构形成对应的信息交互模式，为车辆提供更加便捷的运行信息指引，减少车辆运行错误造成的交通资源浪费。其具体应用场景主要有以下几个方面。(1)路面异常预警。主要是借助道路终端处理信息，由道路终端定期向周边车辆传送相关信息数据，包括道路结冰、物品掉落、道路施工等信息，一旦车辆接收到地面异常信息指令，系统会结合实际情况落实相应的处理程序，从而保证信息反馈的及时性，驾驶员也能结合反馈信息及时落实相应的准备工作，以便紧急避险。(2)事故预警。主要是指用终端定期发送事故现场的实时性信息，车辆接收到信息数据后就能及时反馈到驾驶员处，驾驶员结合实际情况提前规划路线，以便及时避让危险路段或拥堵路段，保证行车路线的科学性和合理性。(3)急转弯车速预警。一般是指路面终端向周围车辆提供急转弯限速等基础信息，车辆驾驶员及时预估可能存在的风险，及时降速并顺利通过急转弯道，提升车辆运行的安全性，维持车辆行驶的平稳性。(4)违章信息预警。近年来，随着车辆数量的急剧增多，交通管理部门为了更好地维持道路运行的安全性，会设置很多车辆路面监控装置。但现阶段有些监控设施还不完善，有些驾驶员会利用漏洞进行违规操作。比如，在一些限速路段，如果没有监控摄像头，部分车辆会超速行驶，给车辆安全行驶带来严重的威胁；还有些车辆会有在高速道路行驶过程中长时间占用应急车道；在城市早晚高峰时段占用公交车道等违法行为。借助V2I技术，能建立实时性违章信息的记录，车辆终端定时向道路终端发送车辆的实时性速度和位置信息，道路终端将信息借助运算服务器直接完成计算和评估，确认车辆是否存在违章行为，判定车辆驾驶员是否存在违规操作。交通管理部门利用对应的信息处理模式，可以打造完整且合理的实时性安全驾驶行为分析和评估处理规范，维持良好的驾驶管理模式，优化综合控制效果。(5)交通信息广播。主要是结合智能交通系统建立实时性信息汇总处理模式。当道路终端探测到某路段出现异常的拥堵现象时，车辆广播系统会通知该区域内的车载终端，有效向驾驶员发送相应的警告信息，以便驾驶人员及时了解路况，在不违反交通规则的情况下选择绕行，减少交通拥堵，提升道路交通的通畅性。2.1.3V2PV2P主要是指车辆和行人之间建立相应的车联网应用控制模式，保证实时性管控工作的规范性，维持信息分析效果的最优化。例如，行人碰撞预警模式借助V2P行人终端，定期向周围车辆直接广播行人的速度和实时性位置，配合V2P车辆终端，使车辆在接收到行人终端信息后能及时评估碰撞的风险，确保向驾驶员发出碰撞预警，行人也能得到相应的警示，最大程度保证行车安全。2.2场景参数依据时延和频率，V2X技术应用场景参数包括低时延高频率和高时延低频率2种类型。2.2.1低时延、高频率V2V通信类型的场景参数分别为：①前向碰撞预警、逆向超车碰撞预警，其频率为10Hz，最大时延为100ms，定位精度为1.5m，通信范围为300m。②盲区/便道辅助、紧急制动预警，其频率为10Hz，最大时延100ms，定位精度为1.5m，通信范围为150m。③交叉路口碰撞预警、左转辅助，其频率为10Hz，最大时延为100ms，定位精度为5.0m，通信范围为150m。④高优先级车辆让行/紧急车辆信号优先权、车辆失控预警、道路危险状况提示，其频率为10Hz，最大时延为100ms，定位精度为5.0m，通信范围为300m。V2P通信类型的场景参数为：弱势交通参与者预警的频率为10Hz，最大时延为100ms，定位精度为5.0m，通信范围为150m。2.2.2高时延、低频率V2V通信类型的场景参数主要有：①基于信号灯的车速引导，频率为2Hz，最大时延为200ms，定位精度为1.5m，通信范围为150m。②限速预警，频率为1Hz，最大时延为500ms，定位精度为5.0m，通信范围为300m。V2I通信类型的场景参数主要有：智能汽车进场支付频率为1Hz，最大时延为500ms，定位精度为5.0m，通信范围为150m。2.2.3V2X测试评价为了保证V2X应用的合理性和规范性，需结合V2X的应用标准开展相应的测评工作，着重了解其实际应用效能，维持良好的运行规范，保证对应的V2X控制模式能发挥实效性价值，提高道路运行的安全性。V2X测试内容主要分为以下几个方面。(1)开放道路实测。在封闭试验场，基于5G通信技术，选取适当的网联设备，包括无线网络、监控球机、智能红绿灯、微波雷达检测器、智能路测单元(RSU)及视频检测器等设备。在实际测量过程中，按照道路类型结构完成相应的测评工作。较为常见的道路类型包括Y路口、道路出入口、断头路、十字路口、环岛、T字路口、交叉口、特殊道路、公交站等特殊道路场景。按照V2X场景设备集成处理、通信设备集成处理、高精度地图/高精度定位、数据中心处理的应用模块完成相应的实测分析工作，可以全面了解V2X的实际应用效果。例如，高精度地图与高精度定位处理中，要将车载设备作为关键，配合差分增强定位系统、V2X设备高精度地图集成等，有效连接数据中心，建立实时性数据汇总模式。(2)暗室整车仿真测试。该测试主要是实现智能网联整车测试微波暗室环境的分析工作。测试项目包括V2X功能