张孟1,2，王宽1,2，张云1,2，王骏涛1,2（1. 云南云岭高速公路交通科技有限公司；2. 云南省交通科学研究院有限公司） 摘要：车路协同中“车路通信”与“车车通信”的特点扩展了传统智能交通狭义的信息交互。本文首先简要分析了各国车路协同技术的发展进程，随后介绍了5种常用的车路协同应用，最后以浙江杭绍甬智慧高速公路建设为例，分析了车路协同在交通安全主动防控方面的应用。在城市化进程速度加快的当今，交通作为人和货车流动的骨骼与血脉，在城市发展的过程中起着无可替代的作用。随着城市的发展，既有交通系统已不能满足交通需求，交通事故、交通拥堵、交通污染等问题严重。为此，各地的交通工程学者、专家做了许多工作与研究，力求解决这一城市发展问题。车路协同系统基于先进的全时空动态交通信息采集、融合技术，通过全方位实施车车（Vehicle to Vehicle，V2V）、车路（Vehicle to Infrastructure，V2I）之间实时的信息交互，以实现车辆的主动安全控制和道路的协同管理，为解决城市交通、公路交通问题提供重要解决方案。美国车路协同系统是以道路设施为基础，依靠信息与通信技术集成汽车与道路设施，各州采用统一的实施模式，通过试验车的运行来实时获取交通数据信息，同时支持动态路径规划与诱导，以高效提升安全性能。VII计划主要包括智能车辆先导计划、车辆安全通信计划、增强型数字地图计划等。日本的Smartway计划用于促进基础设施建设、运输和旅游以及先进安全汽车的发展，其相关的信息服务包括：辅助安全驾驶和静止图像信息服务、浮动车信息采集、道路汇集援助、停车场电子付费服务以及宽带互联网连接服务等。美国、日本与欧洲车路协同发展历程如图1所示。基于当前技术融合、先进的全时空动态交通信息采集环境，通过车车通信与车路通信实现车与车、车与路的信息交流，保证了控制中心能够实时接收到车辆发出的运行信息，同时车辆也能接收控制中心传输的实时信息，并能够通过短程专用通信接收到车辆周围车辆的状态信息以及信号灯的信息。车路协同环境下公路交通安全主动防控的典型应用如下。道路行驶安全一直困扰着人们的出行，一旦发生安全事故将影响到人们的生命财产安全。车路协同中的车车通信系统，能够有效将周围车辆的行驶信息（如车辆数目、车辆速度、车辆方位等）反映给车辆及驾驶员，能够通过速度建议、停车警告以及自动紧急停车或减速等方式进行避撞行为，保证行车安全。对于紧急避撞系统，比较典型的应用场景包括：盲点及违反安全指示标志警告、前撞及禁行预警、弯道车速预警、电子紧急制动灯等。紧急避撞系统不仅保障了车车之间的安全，同样也保障了行人安全，避免车辆与行人或其他障碍物碰撞。避撞系统结构示意如图2所示。交通诱导是一种主动式交通控制方式，它能够合理分配道路资源，保证整个系统都处于畅通无阻的状态。在车路协同的环境下，控制中心可根据路网传输来的各个车辆的通行信息来判断道路状况，并以此对各个车辆给出路径选择建议，其调动不是针对单个车辆，而是针对全路网装有车载系统的车辆，对车辆群进行集群诱导，达到整个路网最优，避免可变信息板的劣势，能够实时将道路信息反馈给车辆，保证车辆能够对临时发生的各类交通事件做出反应。交通安全风险实时感知示意如图3所示。车路协同中的车辆连接基础设施（Connected Vehicle Infrastructure，CVI）能够通过V2V将满足一定行驶条件的车辆组成一个车辆簇，借此研究车辆簇的运行状态，提高行车安全与行车效率。CVI将许多车辆作为流动网络节点，能够在各组之间对范围内的车辆进行智能组合，减少基础设施的花费，减少车辆进入中心网络的经费（包括车辆传感器的更新以及拓扑的改变）。这样，能为同种簇中的车辆提供专用车道，提高通行效率与安全。自动驾驶专用车道示意如图4所示。车路协同使车辆与道路联系起来，这种联系能使车辆和道路二者同时受益。其中车辆相当于一个数据收集器，能够很自然地将交通与道路信息通过路边的交流设备来传输。这些信息对于提高交通数据的质量和数量有巨大帮助，车路协同中一般使用探针车辆来测定道路状况，其储存两种类型的信息：一种是定时信息，另一种是事件信息。定时信息是指每隔一段时间间隔收集一次信息，当速度较快时，时间间隔会延长。时间信息是指当发生特定事件便会收集信息。根据这种特性，能够利用探针车辆所反馈的行驶信息来估算路段的平均行程时间、交叉口的排队长度、平均停车次数、延误等，来判断道路的状况是否拥堵，进而主动改变驾驶行为及车辆操作，以适应交通运行状态变量，从源头防控交通事故。基于智能车路协同的交通运行状态感知示意如图5所示。通过V2V、V2I可以有效地将道路与车联系起来。交叉口的信号控制机可以根据道路上装有车载装置的车辆的位置、速度等信息，判断如何控制信号灯的灯色显示。目前，在车路协同环境下针对公交车与紧急车辆的信号优先控制的研究较多。当公交车或紧急车辆接近交叉口时，能够根据公交车与紧急车辆的实时行驶信息、前后车辆的运行状态以及目前的等待状态来判断是否给予车辆优先通行权。在信号控制机做出判断后，还能将控制信息传送给车辆并提供建议行驶速度，减少交叉口总的停车时间与平均停车次数，在保证安全的同时提高了交叉口的通行效率，并起到了节能减排的作用。据不完全统计，全国目前有超过4000公里的高速公路已经或即将开展车路协同创新示范工作。部分高速公路车路协同示范项目如上表所示。
本文以浙江杭绍甬智慧高速公路为例，分析其车路协同建设在交通安全主动防控中的应用。杭绍甬智慧高速公路立足于“新”，通过打造“三网合一”的智慧高速公路基础设施，建设智慧高速云控平台，实现全面支持自动驾驶、自由流收费、提升全线整体通行效率、“全天候”快速通行、电动车续航能力及更加安全等服务目标，其建设系统框图如图7所示。
在交通安全主动防控方面，杭绍甬高速构建车车、车路协同式交通安全系统，提供安全辅助驾驶信息服务，实时感知事故多发区交通运行状态、交通突发事件、公路气象环境等信息，并通过边缘计算生成安全预警和控制决策信息，通过与车辆交互进行预警，避免事故发生。同时建设车道级交通控制系统，实现车速管控功能及危险状态下的车道级车辆管控，当车辆判断出同一车道前车突然异常减速或停止时，会通过车车、车路通信传输到后续多个车辆，通过基于高精度定位的车道级精准管控可以有效避免后车连环追尾事故，为安全驾驶提供可靠的技术保障。
车路协同系统在道路效率和安全方面已有许多成功应用，但是在智能路侧系统和智能汽车关键技术、车路/车车协同信息交互技术以及车路协同系统的集成和仿真测试技术等方面仍面临诸多现实挑战。我国针对车路协同技术的实施起步较晚，但目前已有了不少的示范应用。在这个过程中，应学习、引入国外已有的研究，并积极开发创新，通过测试应用不断改进完善，形成一套符合我国国情的车路协同系统。[1] 王云鹏.车路协同技术发展现状与展望[R].2010.[2] 关积珍.智能交通发展动态与趋势[J].交通与港航,2016,3(1):21-24.[3] 徐志刚，李金龙，赵祥模，等.智能公路发展现状与关键技术[J].中国公路学报, 2019 ,32(8):1-24.[4] Bila C, Sivrikaya F, Khan M A, et al. Vehicles of the future: A survey of research on safety issues[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2016,18(5):1046-1065.[5]《中国公路学报》编辑部.中国汽车工程学术研究综述·2017[J].中国公路学报,2017, 30(6):1-197.[6] 郭戈,许阳光,徐涛,等.网联共享车路协同智能交通系统综述[J].控制与决策,2019, 34(11):2375-2389.[7] Yurtsever E, Lambert J, Carballo A, et al. A survey of autonomous driving: Common practices and emerging technologies[J].IEEE Access,2020,8:58443-58469.[8] 陈超，吕植勇，付姗姗，等.国内外车路协同系统发展现状综述[J].交通信息与安全,2011, 29(1):102-105+109.[9] 邹磊.车路协同环境下面向移动瓶颈的高速公路控制研究[D].华南理工大学, 2019.[10] Baskar L D, De Schutter B, Hellendoorn J, et al. Traffic control and intelligent vehicle highway systems: a survey[J].IET Intelligent Transport Systems,2011,5(1):38-52. （原文刊载于2020年第9期《中国交通信息化》）
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