智能車路協(xié)同系統(tǒng)-(北航王云鵬)

1、國家國家863863計劃現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M計劃現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M 副組長副組長北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué) 教授教授王云鵬王云鵬車路協(xié)同技術(shù) 發(fā)展 現(xiàn)狀與展望1 我國“十二五”展望發(fā)展趨勢國外研究現(xiàn)狀綜述2已部署實施已部署實施部署實施部署實施/原型系統(tǒng)原型系統(tǒng)傳統(tǒng)傳統(tǒng) ITS技術(shù)技術(shù)匝道信號控制匝道信號控制出行信息系統(tǒng)出行信息系統(tǒng)交通管控中心交通管控中心Research當(dāng)前當(dāng)前 ITS 方案方案車輛車輛通信設(shè)備通信設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施駕駛員駕駛員ITS前沿技術(shù)前沿技術(shù)車路協(xié)同車路協(xié)同綜合汽車綜合汽車安全系統(tǒng)安全系統(tǒng)IVBSS出行輔助系統(tǒng)出行輔助系統(tǒng)MSAA一體化運輸走一體化運輸走廊

2、管理系統(tǒng)廊管理系統(tǒng)ICM智能駕駛智能駕駛電子認(rèn)證收費電子認(rèn)證收費研究熱點研究熱點車路協(xié)同是未來ITS的核心 3車路協(xié)同系統(tǒng)：車路協(xié)同系統(tǒng)：基于無線通信、傳感探測等技術(shù)進(jìn)行車路信息獲取，基于無線通信、傳感探測等技術(shù)進(jìn)行車路信息獲取，通過車車、車路信息交互和共享，并實現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間智能協(xié)同與通過車車、車路信息交互和共享，并實現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間智能協(xié)同與配合，達(dá)到優(yōu)化利用系統(tǒng)資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目標(biāo)。配合，達(dá)到優(yōu)化利用系統(tǒng)資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目標(biāo)。4GPSDSRC 交通控制中心交通控制中心車輛車輛道路設(shè)施道路設(shè)施通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)駕駛員駕駛員政府政府部門部門

3、汽車企業(yè)汽車企業(yè)操作和運輸狀況信息操作和運輸狀況信息車輛運行狀況車輛運行狀況車輛、交通和服務(wù)信息車輛、交通和服務(wù)信息個人隱私個人隱私車路協(xié)同體系架構(gòu)車路協(xié)同體系架構(gòu)56車路協(xié)同應(yīng)用領(lǐng)域信號控制信號控制事故處理事故處理運輸管理運輸管理出行信息出行信息不停車收費不停車收費應(yīng)急管理應(yīng)急管理高速路管理高速路管理多式聯(lián)運多式聯(lián)運營運車輛管理營運車輛管理氣象服務(wù)氣象服務(wù)施工警示施工警示安全預(yù)防安全預(yù)防交通信息管理交通信息管理輔助駕駛輔助駕駛安全通報安全通報碰撞預(yù)警碰撞預(yù)警7盲點警告:當(dāng)駕駛員試圖換道但盲點處有車輛時，盲點系統(tǒng)會給予駕駛員警告；前撞預(yù)警：當(dāng)前面車輛停車或者行駛緩慢而本車沒有采取制動措施時，給

4、予駕駛員警告；電子緊急制動燈：當(dāng)前方車輛由于某種原因緊急制動，而后方車輛因沒有察覺而無采取制動措施時會給予駕駛員警告；交叉口輔助駕駛：當(dāng)車輛進(jìn)入交叉口處于危險狀態(tài)時給予駕駛員以警告，如障礙物擋住駕駛員視線而無法看到對向車流；禁行預(yù)警：在可通行區(qū)域，試圖換道但對向車道有車輛行駛時給予駕駛員警告；違反信號或停車標(biāo)志警告：車輛處于即將闖紅燈或停車線危險狀態(tài)時，駕駛員會收到車載設(shè)備發(fā)來的視覺、觸覺或者聲音警告；彎道車速預(yù)警：當(dāng)車輛速度比彎道預(yù)設(shè)車速高時，系統(tǒng)會提示駕駛員減速或者采取避險措施；典型應(yīng)用場景8道路交通狀況提示：道路交通狀況提示：駕駛員會實時收到有關(guān)前方道路、天氣和交通狀況的最新信息，如道路

5、事故、道路施工、路面濕滑程度、繞路行駛、交通擁堵、天氣、停車限制和轉(zhuǎn)向限制等。車輛作為交通數(shù)據(jù)采集終端：車輛作為交通數(shù)據(jù)采集終端：車載設(shè)備傳輸信息給路側(cè)設(shè)備，此信息經(jīng)路側(cè)設(shè)備處理變?yōu)橛行А⑿枰臄?shù)據(jù)。匝道控制：匝道控制：根據(jù)主路和匝道的交通時變狀況實時采集、傳輸數(shù)據(jù)來優(yōu)化匝道控制。信號配時：信號配時：收集并分析交叉口車輛實際行駛速度及停車起步數(shù)據(jù)，使信號的實時控制更加有效。如果將實時數(shù)據(jù)處理時間提高10%，每年延誤時間可減少170萬小時，節(jié)省110萬加侖汽油以及減少9600噸CO2排放。專用通道管理：專用通道管理：通過使用附近的或平行車道可平衡交通需求，也可使用控制策略，如當(dāng)前方發(fā)生事故時可選

6、擇換向行駛；改變匝道配時方案；利用信息情報板發(fā)布信息，誘導(dǎo)駕駛員選擇不同的路徑。交通系統(tǒng)狀況預(yù)測：交通系統(tǒng)狀況預(yù)測：實時監(jiān)測交通運輸系統(tǒng)運行狀況，為交通系統(tǒng)有效運行提供預(yù)測數(shù)據(jù)，包括旅行時間、停車時間、延誤時間等；提供交通狀況信息，包括道路控制信息、道路粗糙度、降雨預(yù)測、能見度和空氣質(zhì)量；提供交通需求信息，如車流量等。車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)多通道交通流量檢測多通道交通狀態(tài)信息辨識與采集路面濕滑狀態(tài)信息采集交叉口行人信息采集道路異物侵入信息采集密集人群信息采集突發(fā)事件快速識別與定位車車車車/ /車路通信技術(shù)車路通信技術(shù)通信模式蜂窩-3G 無線局域網(wǎng)無線廣

7、域網(wǎng)專用短程通信自組織網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)密集車輛場景下公平高效的多信道接入控制技術(shù)稀疏車輛場景下可信可靠的信息融合技術(shù)高速車輛環(huán)境下穩(wěn)定高效的切換及路由技術(shù)路側(cè)通信設(shè)備的位置優(yōu)化技術(shù)兼容各種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多模式連接技術(shù)高速移動狀態(tài)下的多信道、高可信、高可靠的車路/車車信息交互與融合車輛動態(tài)分簇融合技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車車車車/ /車路控制技術(shù)車路控制技術(shù)面向效率面向效率面向安全面向安全基于車路協(xié)同信息的集群誘導(dǎo)技術(shù) 基于車路協(xié)同信息的交叉口智能控制技術(shù) 車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù) 我國“十二五”展望發(fā)展趨勢國外研究現(xiàn)狀綜述13美國美國發(fā)展路線圖發(fā)展路線圖路線路線1 事故場景框

8、架定義事故場景框架定義路線路線2 互通性互通性路線路線3 性能效益評估性能效益評估路線路線4 應(yīng)用開發(fā)應(yīng)用開發(fā)路線路線5 駕駛員相關(guān)問題駕駛員相關(guān)問題路線路線6 政策問題政策問題完成事故場景及相關(guān)性能的定義完成通信協(xié)議的測試、隱私安全標(biāo)準(zhǔn)的制定完成目標(biāo)性能的測試、安全效益的評估完成各種原型車及環(huán)境系統(tǒng)的建設(shè)完成與駕駛員操作相關(guān)的各種警報、接口、工作量、接受程度的測試各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、商業(yè)模式的完善15重點項目：交叉口避碰系統(tǒng)重點項目：交叉口避碰系統(tǒng)(CICAS) (CICAS) 路側(cè)路側(cè)設(shè)備設(shè)備DSRCDSRC頻率頻率處理器處理器GPSGPS地圖存儲地圖存儲交通控制設(shè)備交通控制設(shè)備預(yù)警預(yù)警車載設(shè)備

9、車載設(shè)備交通信號信息交通信號信息車道車道1 1信號燈：紅信號燈：紅4s4s車道車道2 2信號燈：紅信號燈：紅4s4s車道車道3 3信號燈：綠信號燈：綠信號配時信號配時系統(tǒng)架構(gòu)16駕駛員與道駕駛員與道路交互界面路交互界面駕駛員與車駕駛員與車輛交互界面輛交互界面判斷開始判斷開始預(yù)處理預(yù)處理預(yù)警預(yù)警關(guān)閉關(guān)閉低頻閃爍低頻閃爍高頻閃爍高頻閃爍路側(cè)路側(cè)設(shè)備設(shè)備路側(cè)路側(cè)設(shè)備設(shè)備車載車載設(shè)備設(shè)備CICASCICAS應(yīng)用場景應(yīng)用場景17重點項目：營運車輛信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)重點項目：營運車輛信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)(CVISN)智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng) (ITS)(ITS)CVISNCVISN營運車輛管理營運車輛管理（CVOC

10、VO）提高機(jī)動車運輸工具、商業(yè)運輸車輛和駕駛員的安全性通過強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的實施提升營運車輛安全標(biāo)準(zhǔn)的實施效能實現(xiàn)各州之間營運車輛的數(shù)據(jù)共享降低國家和企業(yè)管理費用目標(biāo)18已制定車路協(xié)同相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已制定車路協(xié)同相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于車路環(huán)境無線通信的用于車路環(huán)境無線通信的IEEE1609IEEE1609系列試驗用標(biāo)準(zhǔn)系列試驗用標(biāo)準(zhǔn)用車路短程通信的用車路短程通信的IEEE 802.11PIEEE 802.11P標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) SAE J2735SAE J2735專用短程通信標(biāo)準(zhǔn)專用短程通信標(biāo)準(zhǔn)5.9GHz5.9GHz專用短程通信標(biāo)準(zhǔn)專用短程通信標(biāo)準(zhǔn)19歐洲歐洲發(fā)展路線圖發(fā)展路線圖20重點項目：基于合作的智能安全道路重點項目

11、：基于合作的智能安全道路(COOPERS)系統(tǒng)架構(gòu)RCURCU：路側(cè)設(shè)備控制單元：路側(cè)設(shè)備控制單元光纜光纜攝像機(jī)攝像機(jī)TCCTCC( (交通控制中心交通控制中心) )檢測線圈檢測線圈多傳感器多傳感器溫度溫度風(fēng)速風(fēng)速21重點項目：智能安全車路系統(tǒng)重點項目：智能安全車路系統(tǒng)(SAFESPOT)激光掃激光掃描系統(tǒng)描系統(tǒng)防火墻防火墻定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)主機(jī)主機(jī)以太網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)交換機(jī)車內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)車內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)車載總線車載總線無線網(wǎng)關(guān)無線網(wǎng)關(guān)應(yīng)用計算機(jī)應(yīng)用計算機(jī)筆記本筆記本系統(tǒng)架構(gòu)22重點項目：基于合作的車路系統(tǒng)重點項目：基于合作的車路系統(tǒng)(CVIS)系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)路邊路邊系統(tǒng)系統(tǒng)交通管理交通管

12、理系統(tǒng)系統(tǒng)路邊路邊網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)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 供應(yīng)商供應(yīng)商服務(wù)提供方服務(wù)提供方車輛車輛 系統(tǒng)系統(tǒng)駕駛員駕駛員車輛車輛網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)23三個項目側(cè)重點比較三個項目側(cè)重點比較COOPERSCVISSAFESPOT路車通信交通安全信息交通信息服務(wù)車路通信通信網(wǎng)絡(luò)集成自動控制人機(jī)接口車載一體化集成車車通信COOPERS側(cè)重于路車通信及交通安全信息方面的研究CVIS側(cè)重于自動控制相關(guān)的研究SAFESPOT側(cè)重于車載一體化集成方面的研究24日本日本發(fā)展路線圖發(fā)展路線圖200720011995導(dǎo)航系導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)VICS 供應(yīng)信息

13、供應(yīng)信息電子收費電子收費雙向通信雙向通信ETC 2.4GHz廣播廣播5.8GHzDSRC多媒體多媒體導(dǎo)航系導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)下一代道下一代道路服務(wù)路服務(wù)5.8GHzDSRC：服務(wù)：服務(wù)：車載單元：車載單元：Smartway 服務(wù)范圍服務(wù)范圍ITS車載單車載單元元VICS(大范圍詳細(xì)交通信息大范圍詳細(xì)交通信息)電子收費電子收費出行信息，道路選擇出行信息，道路選擇車內(nèi)上網(wǎng)車內(nèi)上網(wǎng)2526q 先進(jìn)安全車輛ASVq 智能型公路系統(tǒng)AHS日本重點發(fā)展的兩個項目日本重點發(fā)展的兩個項目27攝像機(jī)攝像機(jī)夜間行車夜間行車前方探測前方探測后方監(jiān)測后方監(jiān)測輔助停車輔助停車圖像合成圖像合成盲點監(jiān)測盲點監(jiān)測圖像聚類圖像聚類停車

14、或前行停車或前行雷達(dá)雷達(dá)距離測量距離測量道路標(biāo)志道路標(biāo)志探測障礙物探測障礙物真實圖像真實圖像小轎車小轎車卡車卡車合成的圖像合成的圖像攝像機(jī)圖像攝像機(jī)圖像車后方圖像車后方圖像左后視鏡左后視鏡右后視鏡右后視鏡車輛行駛軌跡車輛行駛軌跡由車輛行駛由車輛行駛軌跡計算出軌跡計算出的基準(zhǔn)線的基準(zhǔn)線橫向偏移量橫向偏移量重點項目：先進(jìn)安全車輛重點項目：先進(jìn)安全車輛(ASV)28車載單元車載單元路側(cè)單元路側(cè)單元車載導(dǎo)航車載導(dǎo)航動態(tài)地圖動態(tài)地圖基本應(yīng)用接口基本應(yīng)用接口車路通信功能車路通信功能車路通信功能車路通信功能車路通信車路通信基本應(yīng)用接口基本應(yīng)用接口基本應(yīng)用基本應(yīng)用重點項目：智能型公路系統(tǒng)重點項目：智能型公路系

15、統(tǒng)(AHS) 私人機(jī)構(gòu)與政府部門聯(lián)合研究私人機(jī)構(gòu)與政府部門聯(lián)合研究MLITNILIM私人公司私人公司國土設(shè)施及運輸部國土設(shè)施及運輸部國土及基礎(chǔ)設(shè)施管理國土及基礎(chǔ)設(shè)施管理國家研究所國家研究所23家企業(yè)家企業(yè)ITS JAPANITS(智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng))日日本本AHSRA先進(jìn)高速公路巡航輔助先進(jìn)高速公路巡航輔助系統(tǒng)研究會系統(tǒng)研究會HIDO高速公路工業(yè)高速公路工業(yè)發(fā)展協(xié)會發(fā)展協(xié)會ARIB無線電工商業(yè)無線電工商業(yè)協(xié)會協(xié)會JARI日本汽車研究所日本汽車研究所私人公司及私人公司及組織組織223家公司及家公司及組織組織日本日本 DSRC 論壇論壇JAMA日本汽車生產(chǎn)制造協(xié)會日本汽車生產(chǎn)制造協(xié)會ASV具

16、有先進(jìn)安全性能的車輛具有先進(jìn)安全性能的車輛日本電子信息技術(shù)工業(yè)日本電子信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會協(xié)會JEITA公共部門申請公共部門申請私人部門申請私人部門申請RSU車車路路協(xié)同協(xié)同ITSOBU291車路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用場景以美國、歐盟和日本為代表的發(fā)達(dá)國家對車路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用場景基本定義完畢，不同組織對應(yīng)用場景的定義基本一致。2車路協(xié)同系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化美國和歐盟分別定義了車-車，車-路通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目前美國的Dedicated Short Range Communication (DSRC) 協(xié)議在學(xué)術(shù)和企業(yè)界比較普及，同時IEEE也定義了802.11P通信協(xié)議用于車-車及車-路通信。3車路協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)

17、展 仍然處于相關(guān)技術(shù)的探討、實驗和測試階段，尚未大規(guī)模推廣和應(yīng)用。4兩種推進(jìn)方式美國模式政府主導(dǎo)、科研機(jī)構(gòu)積極參與；日本模式工業(yè)企業(yè)積極參與，政府協(xié)調(diào) 我國“十二五”展望發(fā)展趨勢國外研究現(xiàn)狀綜述3233數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集電子支付電子支付信號控制信號控制 實時交通數(shù)據(jù)信息實時交通數(shù)據(jù)信息實時調(diào)控處置實時調(diào)控處置各種新型技各種新型技術(shù)和應(yīng)用術(shù)和應(yīng)用安全信息安全信息互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)車路協(xié)同發(fā)展趨勢車路協(xié)同發(fā)展趨勢美國預(yù)計的裝備DSRC的車輛總數(shù)、接入率等指標(biāo)時間2010201120122013201420152034裝備DSRC的車輛總數(shù)（百萬）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數(shù)據(jù)包大?。╞its）6952695269526952695269526952每秒寫入的數(shù)據(jù)（ bits ）173838245562730090381042834760服務(wù)率（ v/s ）1223335傳輸數(shù)據(jù)的大?。?bits ）659213904 13904 20856 208562085634760每秒每用戶反映時間內(nèi)的容量（Kbps）6.9513.9013.9020.8620.8620.8634.76每10秒每用戶反映時間內(nèi)的容量（Kbps）0.701.391.392.092.092.093

19、.48每60秒每用戶反映時間內(nèi)的容量（Kbps）0.120.230.350.350.350.350.583435重點技術(shù)重點技術(shù)l旅行和交通管理旅行和交通管理l公共運輸管理公共運輸管理l商業(yè)車輛管理商業(yè)車輛管理l先進(jìn)的車輛安全系統(tǒng)先進(jìn)的車輛安全系統(tǒng)l輔助決策支持輔助決策支持l電子付款電子付款l應(yīng)急管理應(yīng)急管理l信息管理信息管理36潛在的新技術(shù)潛在的新技術(shù)低碳綠色的出行誘導(dǎo)技術(shù)富信息環(huán)境下的優(yōu)化管理技術(shù)交通流信息運輸狀態(tài)信息停車場信息環(huán)境氣象信息排放最小化的行駛路線便捷、綠色的出行方式基于污染狀態(tài)的交通疏導(dǎo) 我國“十二五”展望發(fā)展趨勢國外研究現(xiàn)狀綜述37安全與效率已經(jīng)成為制約我國交通運輸發(fā)展的安

20、全與效率已經(jīng)成為制約我國交通運輸發(fā)展的關(guān)鍵問題，亟需通過關(guān)鍵問題，亟需通過車路協(xié)同等新技術(shù)的突破車路協(xié)同等新技術(shù)的突破來推動安全改善與效率提升。來推動安全改善與效率提升。突破車路協(xié)同智能控制關(guān)鍵技術(shù)，搶占突破車路協(xié)同智能控制關(guān)鍵技術(shù)，搶占智能交智能交通前沿技術(shù)制高點通前沿技術(shù)制高點，是未來我國能否形成智能，是未來我國能否形成智能交通產(chǎn)業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵。交通產(chǎn)業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵。1234多模式車路多模式車路/車車通信車車通信從單一模式走向多種通信手段的互補與融合從單一模式走向多種通信手段的互補與融合車載終端的一體化車載終端的一體化從單目標(biāo)控制向多目標(biāo)控制集成轉(zhuǎn)變從單目標(biāo)控制向多目標(biāo)控制集成轉(zhuǎn)變通過典型場景的應(yīng)用帶動技術(shù)創(chuàng)新通過典型場景的應(yīng)用帶動技術(shù)創(chuàng)新以典型場景形成相關(guān)的技術(shù)體系以典型場景形成相關(guān)的技術(shù)體系建立車路協(xié)作系統(tǒng)的體系框架建立車路協(xié)作系統(tǒng)的體系框架