【課件】6-3 車聯(lián)網(wǎng)高級場景應(yīng)用

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊六車聯(lián)網(wǎng)場景建模與仿真技術(shù)任務(wù)三車聯(lián)網(wǎng)高級場景應(yīng)用導(dǎo)入2017年世界移動大會到來之際，華為和德國航空航天中心于德國慕尼黑進行了基于5G網(wǎng)絡(luò)的自動駕駛測試，進行了更為復(fù)雜的車輛智能編隊應(yīng)用場景的研究與測試，并順利完成了緊急制動、緊密跟蹤、協(xié)同變道等多個場景演示。新授Newteaching1目錄一、交通信息服務(wù)應(yīng)用二、道路收費服務(wù)應(yīng)用三、協(xié)作式車輛編隊管理應(yīng)用一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（一）交通信息服務(wù)交通信息服務(wù)是指交通信息系統(tǒng)為交通參與者提供的各種信息服務(wù)。主要服務(wù)大致分為以下四類：1.出行前交通計劃服務(wù)：可給在家里、工作地點要出行的人們提供當時和預(yù)測的交通信息，幫助出行選擇最省時、最經(jīng)濟的出行方式。2.給途中駕駛員提供交通信息：通過車載（船載或機載）的交通信息顯示設(shè)備，給途中的駕駛員按其需要提供要到達目的地沿途的路線、交通狀況、去向指路標志、到達目的地附近的停車場或換乘及其他服務(wù)設(shè)施情況和天氣狀況。一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（一）交通信息服務(wù)交通信息服務(wù)是指交通信息系統(tǒng)為交通參與者提供的各種信息服務(wù)。主要服務(wù)大致分為以下四類：3.交通工具和路線導(dǎo)航：幫助要出行的人們選擇合適的交通工具和交通路線，避開擁擠的交通工具和路線，以最短的時間、最經(jīng)濟的費用、最舒適的服務(wù)到達目的地的最佳路線。4.給旅行者提供信息服務(wù)：諸如旅游地的衣、食、住、行、旅游與娛樂活動信息和預(yù)約服務(wù)；給旅行者提供地址、電話等查詢服務(wù)；給駕車旅行者提供停車場和汽車修理廠的地點和服務(wù)狀況等。一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用1.交通信息服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：（1）交通信息中心是指為整個系統(tǒng)控制的實現(xiàn)提供信息收集、數(shù)據(jù)處理、顯示和接口功能，包括對道路交通運輸數(shù)據(jù)和設(shè)備公眾信息的采集、分類、加工、分析以及涉及的最優(yōu)路徑搜索等算法的實現(xiàn)。信息采集部分具體是指把各分系統(tǒng)所采集的信息集中起來。如交通信號自動控制系統(tǒng)、路線導(dǎo)行系統(tǒng)以及電子收費系統(tǒng)等所采集的公共交通信息、市際交通管理系統(tǒng)及鐵路、航空等運行管理系統(tǒng)采集的市際交通信息、緊急救援系統(tǒng)采集的緊急事件及處理信息，以及各有關(guān)服務(wù)設(shè)施、娛樂場所等提供的公共服務(wù)信息，包括氣象、環(huán)境狀況等信息。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（2）通信網(wǎng)絡(luò)是指在用戶信息終端和交通信息中心之間提供的有線和無線雙向數(shù)據(jù)傳輸以及在信息源與信息中心之間的光纖數(shù)據(jù)傳輸。（3）用戶信息終端種類很多，如手機、智能手表等智能移動端，車載信息和導(dǎo)航終端等。車載終端主要包括導(dǎo)航輔助系統(tǒng)和無線電數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，而導(dǎo)航輔助系統(tǒng)包括車輛導(dǎo)航定位模塊、車載計算機及顯示屏。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)1.交通信息服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用交通信息服務(wù)系統(tǒng)平臺功能如表所示，其基于大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建智能交通信息服務(wù)體系，為城市交通管理和信息服務(wù)提供支持。系統(tǒng)組成可分為8類：交通信息服務(wù)平臺構(gòu)建內(nèi)容的建設(shè)標準、技術(shù)選型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等并不統(tǒng)一，具有大數(shù)據(jù)典型的4個特征，即Volume（大規(guī)模性）、Variety（多樣性）、Velocity（高速性）和Value（價值性）。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)2.交通信息服務(wù)系統(tǒng)平臺功能：一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用5統(tǒng)計分析趨勢分析、車輛流向分析、歷史擁堵排名、交通事故分析、停車信息統(tǒng)計分析、110警情分析功能6質(zhì)量管理監(jiān)測卡口、微波、地磁和信號機的故障7報表周期性城市交通報告、節(jié)假日交通出行預(yù)測報告、特殊需求交通預(yù)測報告功能；主要數(shù)據(jù)為早晚高峰的擁堵指數(shù)、平均速度、擁堵時長和擁堵道路占比8運維管理統(tǒng)計各個外場機柜狀態(tài)序號功能名稱具體功能1實時路況實時路況地圖顯示、路口運行狀態(tài)監(jiān)控、實時擁堵路段排名、實時擁堵區(qū)域排名、異常狀況提示2路況預(yù)測城市路況預(yù)測、區(qū)域路況預(yù)測、道路路況預(yù)測、節(jié)假日路況預(yù)測、大型活動路況預(yù)測功能3交通信息事件信息管理4交通數(shù)據(jù)按車牌號或時間統(tǒng)計車流量數(shù)據(jù)（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)2.交通信息服務(wù)系統(tǒng)平臺功能：一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用3.交通信息服務(wù)系統(tǒng)核心技術(shù)交通信息服務(wù)系統(tǒng)主要從交通信息采集、數(shù)據(jù)分析方法兩個方面進行建設(shè)，采用將互聯(lián)網(wǎng)交通數(shù)據(jù)與公安交管數(shù)據(jù)融合的設(shè)計理念，利用大數(shù)據(jù)方法對海量交通數(shù)據(jù)進行分析。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用公眾出行交通信息服務(wù)系統(tǒng)的信息大致分為靜態(tài)采集信息和動態(tài)采集信息這兩類。靜態(tài)采集主要是通過交通統(tǒng)計部門、交通道路規(guī)劃部門等采集公路網(wǎng)信息、交通管理設(shè)備信息等基礎(chǔ)信息。動態(tài)信息采集主要是針對車流量、道路占用率、行車速度等動態(tài)信息，利用交通信息采集系統(tǒng)來進行采集，其采集精確度高低直接影響到交通管理系統(tǒng)的整體運行和管理水平。目前，智能型交通信息采集技術(shù)主要指動態(tài)交通信息采集技術(shù)，主要的采集技術(shù)有視頻交通采集技術(shù)、感應(yīng)線圈信息采集、微波信息采集。

（1）交通信息采集系統(tǒng)分析（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用1）視頻交通采集技術(shù)視頻交通采集技術(shù)主要是利用視頻、計算機、通信等技術(shù)，實現(xiàn)對交通動態(tài)信息的采集，采集的數(shù)據(jù)通常有車流量、車速、車型分類、車道占有率、平均車距、車輛排隊長度等，為系統(tǒng)計算機提供信號控制、信號發(fā)布和交通誘導(dǎo)等動態(tài)的交通信息，幫助系統(tǒng)利用動態(tài)信息進行優(yōu)配時、選擇更為合理的交通管制方案，實時有效地控制交通。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（1）交通信息采集系統(tǒng)分析一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用2）感應(yīng)線圈信息采集感應(yīng)線圈信息采集主要是指車輛通過感應(yīng)線圈所處位置，線圈回路電感量發(fā)生變化，采集系統(tǒng)通過微處理器采集到電感變化量從而分析判別經(jīng)過車輛數(shù)量和車速等車輛信息。檢測電感變化量的方式通常有兩種：一種是利用相位鎖存器和相位比較器來檢測相位的變化；另一種則是利用耦合振蕩電路對振蕩頻率進行檢測，后者的電路設(shè)計更為簡單，部署實現(xiàn)成本更低，因此應(yīng)用更為廣泛。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（1）交通信息采集系統(tǒng)分析一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用3）微波信息采集微波信息采集主要是通過反射式檢測微波信號而使系統(tǒng)產(chǎn)生感應(yīng)，從而采集車輛信息。采集系統(tǒng)中的反射式采集器包含發(fā)射器和接收器，發(fā)射器不斷向路面發(fā)射微波信號，一旦有車輛經(jīng)過采集區(qū)域，接收器就能夠接收到從車體表面反射回來的微波信號，解調(diào)器解調(diào)信號后再通過放大、整流以及濾波信號，從而輸出采集到的車輛信息。微波信息采集方式的優(yōu)點是采集速度快、安裝方便、使用壽命長，不足之處是其容易受到環(huán)境的影響，在大風(fēng)、雨雪天氣下采集準確度不高。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（1）交通信息采集系統(tǒng)分析一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用

交通數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是服務(wù)系統(tǒng)最核心的部分，主要是通過將互聯(lián)網(wǎng)交通數(shù)據(jù)與公安交管數(shù)據(jù)融合的設(shè)計理念，利用大數(shù)據(jù)方法對海量交通數(shù)據(jù)進行分析。1）融合算法融合算法可采用的數(shù)據(jù)很多，如視頻監(jiān)控下的車牌數(shù)據(jù)、電子警察數(shù)據(jù)、地磁和微波檢測的車輛數(shù)據(jù)等。交通信息服務(wù)系統(tǒng)主要運用融合數(shù)據(jù)有：浮動車GPS檢測數(shù)據(jù)、卡口檢測設(shè)備提供的車輛經(jīng)過卡口位置的記錄數(shù)據(jù)等。因浮動車法采樣數(shù)目少、數(shù)據(jù)精確度與道路匹配度不高、浮動車輛行為有偏性；卡口數(shù)據(jù)為斷面數(shù)據(jù)，因其覆蓋范圍小、旅行時間的記錄有滯后等原因，現(xiàn)根據(jù)基于卡口數(shù)據(jù)得到的旅行時間數(shù)據(jù)和基于浮動車路況數(shù)據(jù)得到旅行時間數(shù)據(jù)，融合生成新的路況道路速度信息。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（2）交通信息系統(tǒng)服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用浮動車法需要記錄測試在對向開來的車輛和同向行駛的車輛中，超越和被超越車輛的數(shù)量。將浮動車數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)結(jié)合，共同計算不同功能道路在全網(wǎng)道路中所占權(quán)重，得到擁堵指數(shù)和擁堵道路占比。融合算法可以得到覆蓋面最廣、可信度最高的實時路況數(shù)據(jù)。交通通行狀態(tài)等級根據(jù)速度判斷指標劃分，如表所示：道路等級

擁堵狀況嚴重擁堵?lián)矶戮徯袝惩ǜ咚俾穠<1515<=v<=3030<=v<=50v>50快速路v<1010<=v<=2020<=v<=40v>40主要道路v<55<=v<=1212<=v<=25v>25次要道路v<55<=v<=1010<=v<=20v>20顏色顯示深紅色紅色黃色綠色（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（2）交通信息系統(tǒng)服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用2）大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)與云計算的關(guān)系緊密相連，單臺計算機并不能處理計算大數(shù)據(jù)，可運用分布式數(shù)據(jù)挖掘特色功能對海量數(shù)據(jù)進行處理。它必須依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術(shù)。交通信息服務(wù)系統(tǒng)采用Hadoop2.0框架技術(shù)，可以方便快速地編寫出大數(shù)據(jù)并進行程序處理，自動完成數(shù)據(jù)的劃分和調(diào)度管理，滿足系統(tǒng)對交通數(shù)據(jù)的計算速度要求。（二）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（2）交通信息系統(tǒng)服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（三）智慧交通智慧交通的前身是智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportSystem,ITS），ITS是20世紀90年代初美國提出的理念，認為智能交通系統(tǒng)是將先進的技術(shù)信息、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)以及計算機技術(shù)有效集成運用在交通系統(tǒng)，從而提高交通系統(tǒng)效率的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)。到了2009年，IBM首次正式提出了智慧交通的理念，2012年，中國《國家智慧城市（區(qū)、鎮(zhèn)）試點指標體系（試行）》當中，首次提出智慧交通的概念。中國交通運輸部規(guī)劃研究院對智慧交通的定義是：智慧交通，是指在城市已有的道路基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)集成運用于傳統(tǒng)的交通運輸管理中，整合交通數(shù)據(jù)資源的同時協(xié)同各個交通管理部門，由此形成的結(jié)合虛擬與現(xiàn)實的，提供一體化的綜合運輸服務(wù)的智慧型綜合交通運輸系統(tǒng)。一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用

智慧交通是在智能交通的基礎(chǔ)上，融入物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等高新IT技術(shù)，通過高新技術(shù)匯集交通信息，提供實時交通數(shù)據(jù)下的交通信息服務(wù)，大量使用了數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)挖掘等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)了智慧交通的系統(tǒng)性、實時性、信息交互性，智慧交通云平臺概念圖如圖：（三）智慧交通

隨著大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的智能交通技術(shù)和應(yīng)用也得到了推廣。車聯(lián)網(wǎng)及信息互聯(lián)是智能交通發(fā)展的大趨勢，車聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)是車載服務(wù)系統(tǒng)，各國都將其應(yīng)用在交通管理中，重點關(guān)注多元信息的采集與決策處理。關(guān)于美歐日中在車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用：一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用ACB美國主要應(yīng)用于安防領(lǐng)域歐洲側(cè)重于智能導(dǎo)航方向日本以動態(tài)交通信息為主D中國以智能交通管理為主一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用

我國目前車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通信息服務(wù)的應(yīng)用上主要體現(xiàn)在以下幾個方面：動態(tài)及靜態(tài)交通管理：如智能收費系統(tǒng)、最優(yōu)路徑導(dǎo)航系統(tǒng)、智能停車場管理、綜合性智能車輛調(diào)度、智能交通信號燈管理、車輛智能監(jiān)控等。公共安全：智能超速超載報警系統(tǒng)、智能預(yù)警系統(tǒng)、疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)；公共服務(wù)：智能交通查詢系統(tǒng)，智能收費系統(tǒng)，緊急救援系統(tǒng)；物流運輸：智能車輛管理系統(tǒng)，貨物實時監(jiān)測系統(tǒng)，物流檢測系統(tǒng)等一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用1）智能停車場收費系統(tǒng)：隨著社會的進步和發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生著深刻的變化。城市的交通擁擠便是這種變化引起的現(xiàn)象之一。城市由于交通設(shè)施的增加造成的交通擁擠甚至混亂給人們的生活帶來極大的不便，這種不便迫使人們?nèi)ふ腋呒夹g(shù)的有效手段去解決這種不便。智能化的停車場就是順應(yīng)這一時代需求的高技術(shù)產(chǎn)物。動態(tài)及靜態(tài)交通管理（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用2）智能交通信號燈：智能交通信號燈控制系統(tǒng)采用先進的交通信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、信息控制技術(shù)及計算機處理技術(shù)等，在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對道路車流量、人流量、路況態(tài)勢進行分析和處理以及數(shù)據(jù)的優(yōu)化產(chǎn)生高效的交通信號控制方案。極大程度地提高交通管理效率，縮減車輛的延誤時間，提高社會經(jīng)濟效益。充分利用現(xiàn)有的道路交通硬件設(shè)施，如：布設(shè)在路口的監(jiān)控攝像頭定時拍攝路口車輛排隊圖像，利用道路邊的傳感器，采集車輛排隊信息，將圖像通過LTE網(wǎng)絡(luò)實時上傳到交通燈管理控制中心進行處理。利用AI算法對采集的圖像、數(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)路口情況自動切換紅綠燈，達到交通管制的作用。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用動態(tài)及靜態(tài)交通管理一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用1）智能超速干預(yù)系統(tǒng)：ISA是一種新型的車載超速干預(yù)系統(tǒng)，當駕駛?cè)擞幸饣驘o意地超過道路限速值或系統(tǒng)自身預(yù)定義的速度閾值時，駕駛?cè)说某傩袨榫蜁盏较到y(tǒng)干涉（發(fā)出警告信息或由系統(tǒng)直接對車輛性能進行限制）。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用公共安全一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用2）疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)：疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)主要面對正在駕車的駕駛員，通過檢測駕駛員在駕駛過程中可能產(chǎn)生的疲勞駕駛姿態(tài)，在必要時進行預(yù)警。圖像采集設(shè)備持續(xù)采集駕駛員駕駛視頻，系統(tǒng)利用OpenCV庫和Dlib庫的相關(guān)功能將采集到的視頻進行人臉識別，提取信息來獲取面部的相關(guān)特征。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用公共安全一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用2）疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)：OpenCV庫提供了豐富的視覺算法可實現(xiàn)通過攝像頭獲取視頻流并對圖像進行處理。Dlib庫提供了與機器學(xué)習(xí)、圖像處理等領(lǐng)域的一系列功能，圖為人臉68關(guān)鍵點坐標，在系統(tǒng)中利用這些坐標進行定位，來獲取眼睛和嘴巴的動態(tài)變化，并使用張合度這一關(guān)鍵指標來判斷駕駛員此時是否出現(xiàn)疲勞駕駛。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用公共安全一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用

傳統(tǒng)的人工報警方式道路救援時效性差，車輛人員報警容易對救援產(chǎn)生誤導(dǎo)，而且如果肇事車輛不便完成人工報警，還會造成交通事故救援的延誤，從而降低救援效率。隨著5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，能夠提供更加全面立體的服務(wù)類型，這也為道路緊急救援服務(wù)的開展創(chuàng)造了更優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)平臺，并提供了全面的技術(shù)支持，優(yōu)化了交通公共服務(wù)系統(tǒng)。

利用5G車聯(lián)網(wǎng)實施交通救援能夠快速到達現(xiàn)場，節(jié)省救援時間，鍵少事故損失。將5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在道路緊急救援系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器傳感、位置定位及移動信息的高效通信，車輛在發(fā)生交通事故后，可以第一時間與救援服務(wù)中心完成通信，將發(fā)生位置和車輛數(shù)據(jù)傳送到救援中心，以便于救援中心迅速作出回應(yīng)，調(diào)度資源完成救援。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用公共服務(wù)一、

交通信息服務(wù)應(yīng)用

隨著中國物流業(yè)的高速發(fā)展，物流管理的重要性不言而喻。而物流管理的效率更是各個物流企業(yè)最看重的地方。近些年來，我國計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展，很多公司和企業(yè)都實現(xiàn)了自動化辦公及信息管理，這樣的管理方式更加高效率，工作人員只需要在電腦前動動手指，就可完成繁瑣的管理操作，極大程度上減輕了工作人員的工作量。（四）車聯(lián)網(wǎng)在交通信息服務(wù)系統(tǒng)上的典型應(yīng)用物流運輸二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（一）道路收費服務(wù)應(yīng)用概述道路收費服務(wù)是指，當車輛行駛到城市道路或者高速公路的收費站時，車輛能夠自動接收到收費區(qū)域附近的收費服務(wù)提醒信息，并通過車路交互來實現(xiàn)自動繳費業(yè)務(wù)。通過車載終端與路側(cè)單元的數(shù)據(jù)交互，應(yīng)用達到的預(yù)期效果是在保證支付安全的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)縮短付費時間，提高付費成功率和車輛通行效率，有助于提升用戶的體驗和道路收費服務(wù)質(zhì)量，為道路收費、停車場收費等不同業(yè)務(wù)提供更加靈活輕量級的部署方式。1.道路收費服務(wù)應(yīng)用的定義二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（一）道路收費服務(wù)應(yīng)用概述整體的道路收費服務(wù)應(yīng)用包括開放式收費服務(wù)（如過橋收費、擁堵收費）、區(qū)域式收費（如高速路段收費、停車場收費）。收費站點區(qū)域部署V2X技術(shù)內(nèi)的RSU路側(cè)設(shè)備，連接后臺收費系統(tǒng)；車輛上安裝車載電子標簽（OBU）設(shè)備，采用DSRC技術(shù)實現(xiàn)與RSU之間的微波通訊連接；當車輛進入收費區(qū)域后，能夠完成相互身份確認，自動執(zhí)行收費操作。1.道路收費服務(wù)應(yīng)用的定義二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用目前，道路收費服務(wù)向“高效、便捷、安全、舒適”的目標發(fā)展，擴充服務(wù)設(shè)施的建設(shè)，采用了更加先進的技術(shù)手段，如擴大ETC（電子不停車）收費方式的使用，不斷增設(shè)便攜式發(fā)卡機、站口電子路況信息顯示屏、綠色專用通道、消費電子終端等技術(shù)設(shè)備，實現(xiàn)道路收費服務(wù)自動化、便捷化，提高服務(wù)效率和質(zhì)量。（一）道路收費服務(wù)應(yīng)用概述2.道路收費服務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（二）道路收費服務(wù)場景描述

在道路收費應(yīng)用中主要場景有開放式道路收費服務(wù)場景（單次通道收費）和區(qū)域式道路收費服務(wù)場景（如高速公路）。在應(yīng)用中，定義了兩種安全模式，系統(tǒng)可以通過任意一種安全模式，完成道路收費服務(wù)。模式一：利用基于LTE的車輛網(wǎng)無線通信安全整數(shù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)路端和車端的身份確認，從而實現(xiàn)收費和支付過程。模式二：利用ETC電子收費系統(tǒng)的安全機制，參考GB/T20851.4-2019，在應(yīng)用層實現(xiàn)訪問許可、信息鑒別、加密保護，從而完成收費和支付。二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用開放式道路收費服務(wù)，又稱單次通道收費，整體場景描述如圖所示：（二）道路收費服務(wù)場景描述1.開放式道路收費服務(wù)二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（2）車輛進入收費區(qū)域，收到RSU廣播的收費服務(wù)信息后，會確定交互的安全模式和收費服務(wù)類型；若選擇安全模式一，車輛將收費服務(wù)類型、系統(tǒng)信息、車輛信息等發(fā)送給RSU；若選擇安全模式二，車輛使用ETC電子收費系統(tǒng)進行信息收集：車輛首先將從ESAM讀取的系統(tǒng)信息和隨機數(shù)發(fā)送給RSU；RSU根據(jù)系統(tǒng)信息和隨機數(shù)生成訪問許可，發(fā)送給車輛；車輛接收后驗證訪問許可的有效性，通過后再將車輛信息發(fā)送給RSU。（1）RSU對外廣播道路收費服務(wù)信息，包括支持的收費服務(wù)列表及對應(yīng)的收費信息等；（二）道路收費服務(wù)場景描述1.開放式道路收費服務(wù)（3）RSU通過與收費系統(tǒng)交互獲取交互信息，并將交易信息和站點信息整合發(fā)送給車輛；若上個步驟選擇了安全模式二，那RSU發(fā)送的信息匯總還需要附帶上從PSAM讀取的隨機數(shù)和用于信息鑒別的密鑰版本信息。二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（4）車輛記錄接收到的站點信息，根據(jù)消費信息生成收費交易憑證；對于安全模式一，車輛將收費交易憑證攜帶上支付賬戶信息發(fā)送給RSU；對于安全模式二，車輛將收費交易憑證攜帶上用于鑒別文件真實性的信息鑒別碼發(fā)送給RSU.（5）最后，RSU向車輛發(fā)送交易結(jié)果和通行提示，整個道路收費服務(wù)完成。（二）道路收費服務(wù)場景描述1.開放式道路收費服務(wù)二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用區(qū)域式道路收費服務(wù)，常見的為高速公路的收費服務(wù)場景，包括車輛駛?cè)胧召M入口和車輛駛出收費出口。（二）道路收費服務(wù)場景描述1.區(qū)域式道路收費服務(wù)二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用車輛駛?cè)胧召M入口的整個過程與開放式道路收費服務(wù)的過程類似，原理與過程基本相同：通過入口RSU廣播發(fā)送信息車輛接收信息確定交互安全模式和收費服務(wù)類型入口RSU再與收費系統(tǒng)交互獲取交易信息，發(fā)送給車輛車輛接收消息生成收費交易憑證最后入口RSU向車輛發(fā)送交易結(jié)果和駛?cè)胄畔?，詳細?shù)據(jù)交互需求列在表內(nèi)。此外，區(qū)域式道路入口處不一定進行費用結(jié)算。數(shù)據(jù)備注時刻

路側(cè)ID

收費類型

收費站位置參考位置收費路段

收費價格預(yù)計收費價格收費時間收費起始時間、結(jié)束時間車輛信息包括車型、車輛尺寸、車輛標識、車輪數(shù)、車軸數(shù)、軸距、載重等系統(tǒng)信息發(fā)行方簽約信息，包括服務(wù)提供商名稱、協(xié)約類型、合同版本、合同序列號、合同簽署日期和過期日期等過站信息收費站點信息交易信息包括交易金額、交易類型、交易編號、交易時間等支付賬戶信息1.車輛駛?cè)胧召M入口：（二）道路收費服務(wù)場景描述二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用出口RSU對外廣播道路收費服務(wù)信息，包括支持的收費服務(wù)列表及對應(yīng)的收費信息等；車輛進入收費區(qū)域，收到出口RSU廣播的收費服務(wù)信息后，會確定交互的安全模式和收費服務(wù)類型。若選擇安全模式一，車輛將收費服務(wù)類型、系統(tǒng)信息、車輛信息等發(fā)送給RSU；若選擇安全模式二，車輛使用ETC電子收費系統(tǒng)進行信息收集：車輛首先將從ESAM讀取的系統(tǒng)信息和隨機數(shù)發(fā)送給出口RSU；出口RSU根據(jù)系統(tǒng)信息和隨機數(shù)生成訪問許可，發(fā)送給車輛；車輛接收后驗證訪問許可的有效性，通過后再將車輛信息發(fā)送給出口RSU。1.車輛駛出收費入口：（二）道路收費服務(wù)場景描述二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用出口RSU通過與收費系統(tǒng)交互獲取交互信息，并將交易信息和站點信息整合發(fā)送給車輛；若上個步驟選擇了安全模式二，那RSU發(fā)送的信息匯總還需要附帶上從PSAM讀取的隨機數(shù)和用于信息鑒別的密鑰版本信息。車輛記錄接收到的站點信息，根據(jù)消費信息生成收費交易憑證；對于安全模式一，車輛將收費交易憑證攜帶上支付賬戶信息發(fā)送給出口RSU；對于安全模式二，車輛將收費交易憑證攜帶上用于鑒別文件真實性的信息鑒別碼發(fā)送給出口RSU。最后，出口RSU向車輛發(fā)送交易結(jié)果和通行提示，整個道路收費服務(wù)完成。1.車輛駛出收費入口：（二）道路收費服務(wù)場景描述二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（三）道路收費服務(wù)系統(tǒng)基本原理在上述的應(yīng)用中，車輛與RSU之間以單播/廣播方式進行信息交互；RSU周期性廣播道路收費消息。道路收費服務(wù)基本原理為：PSAM和ESAM分別為嵌入路側(cè)RSU和車載OBU的安全控制模塊，并存儲終端收費業(yè)務(wù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)；OBU需驗證RSU的訪問權(quán)限，RSU需鑒別OBU寫入到ESAM信息的合法性。三、

協(xié)作式車輛編隊管理應(yīng)用（一）協(xié)作式車輛編隊管理的重要性

進入21世紀以來，汽車污染日益成為各國共同面對的全球性問題。隨著汽車數(shù)量的不斷增多、使用范圍的擴大，其對世界環(huán)境的負面效應(yīng)愈加嚴重，尤其是大中城市的環(huán)境已經(jīng)不容樂觀，“霧霾”天數(shù)愈加頻繁，城市熱島效應(yīng)明顯，整個生活環(huán)境和生活質(zhì)量急劇下降。圖為著名的美國光化學(xué)污染事件。光化學(xué)煙霧主要是由于汽車尾氣和工業(yè)廢氣排放造成的，汽車尾氣中的烯烴類碳氫化合物和二氧化（NO2）被排放到大氣中后，在強烈的陽光紫外線照射下，會吸收太陽光所具有的能量。這些物質(zhì)的分子在吸收了太陽光的能量后，會變得不穩(wěn)定起來，原有的化學(xué)鏈遭到破壞，形成新的物質(zhì)。這種化學(xué)反應(yīng)被稱為光化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物就是含劇毒的光化學(xué)煙霧。二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況

協(xié)作式車輛編隊管理應(yīng)用車輛編隊控制在近年來成為廣受關(guān)注的一個問題，尤其在客運、貨運和港口物流等場景中，通過對車輛隊形、間距、速度和協(xié)同駕駛一致性的自動化控制，能夠有效提升公路交通的效率和安全性，并降低運輸成本和運輸風(fēng)險。二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用車輛編隊場景描述

車輛編隊是指車與車之間保持一定間距，能夠動態(tài)形成“車隊”模式在道路上行駛。在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，協(xié)作式車輛編隊可利用低延時、高效的通信技術(shù)來實現(xiàn)共享駕駛意圖與駕駛狀態(tài)信息，達到同步加速、減速、制動等操作效果，從而保持車輛在行駛過程中的編隊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用

車輛編隊的典型場景如圖所示，在車隊中，通常由一輛領(lǐng)航車和若干跟隨車組成，領(lǐng)航車負責(zé)管理車隊成員，如車隊的集合組成與解散、車輛的加入與離開、車隊行駛的總調(diào)度等，車隊行駛過程中，絕大部分時間是車隊的控制過程，車隊成員穩(wěn)定不變，按照一定教師策略行駛，整個車隊進行同步操作，包括勻速、加速、減速行駛或緊急制動等。（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用2.歐洲車輛編隊發(fā)展狀況

由歐洲四國（瑞典、德國、西班牙和荷蘭）參與的歐洲COMPANION項目對卡車在經(jīng)過相同路線時進行編隊，減少燃油消耗。編隊時后面卡車以大于前車的速度跟上，當?shù)竭_預(yù)定距離時，后車減速到與前車相同的速度，保持編隊向前行駛。在編隊保持過程中，后車時刻保持與前車的距離不變。（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用

日本的“能源ITS推進事業(yè)”項目由新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）開發(fā)，目的是實現(xiàn)大型卡車在高速公路上自動行駛和編隊行駛，通過縮短車距來改善交通流、減小空氣阻力，從而提高燃效，同時還能減輕駕駛員的負荷和提高安全性。2019年6月，軟銀在新東名高速上成功實現(xiàn)世界首次應(yīng)用5G通訊卡車列隊跟馳驗證試驗，成功實現(xiàn)車間距自動控制。3.日本車輛編隊發(fā)展狀況（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用

加利福尼亞大學(xué)的先進交通技術(shù)計劃（PATH）中，除了為卡車安裝必要的傳感器外，還利用V2V通信，使車輛之間保持非常小的恒定距離（10m到3m之間的距離均有測試）。測試包含有恒速跟隨下節(jié)省燃料的測量，加入、離開編隊，卡車角色（引導(dǎo)車/跟隨車）的轉(zhuǎn)換。該編隊項目的控制問題僅限于縱向車輛控制，在縱向控制中使車隊在各種模式之間能夠平滑的進行切換。4.美國車輛編隊發(fā)展狀況（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用韓國現(xiàn)代汽車公司2019年11月在韓國京畿道驪州市智能高速公路上成功進行了該公司首個卡車編隊試驗，試驗中采用了兩輛連接拖車的Xcient牽引車。當后方卡車接近領(lǐng)頭卡車時，編隊模式就會啟動，編隊操作就會開始。一旦編隊模式啟動，后方卡車會與前方卡車保持16.7米的距離，并根據(jù)領(lǐng)頭車輛的加減速情況實時微調(diào)。駕駛員無需踩油門或剎車，極大地減輕了在道路上的疲勞，提高了安全性。此外，該模式還會激活車道保持技術(shù)，讓后方車輛駕駛員的手能夠離開方向盤。5.韓國車輛編隊發(fā)展狀況（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用2017年華為與德國航空航天中心（DLR）及中國某高校分別在德國慕尼黑和中國進行了一系列基于5G網(wǎng)絡(luò)的車輛編隊自動駕駛測試，并順利完成了緊急制動、緊密跟蹤、協(xié)同變道等多個場景演示。在這些場景演示中，兩輛車或多輛車同向行駛，前車作為領(lǐng)航車，有人駕駛，后車為無人駕駛。前車在進行緊急制動、變道、轉(zhuǎn)彎時，實時將操控信號通過5G基站傳達到后車，后車在極低時延下收到信號指令，及時做出與前車協(xié)同一致的動作。6.中國車輛編隊發(fā)展狀況（二）協(xié)作式車輛編隊管理的發(fā)展狀況二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（三）車輛編隊標準及管理過程為推進車輛編隊標準的制定，國內(nèi)外各類標準化組織開始對車輛編隊的形式規(guī)范、應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互要求做出一定標準。如國際標準化組織（ISO，InternationalOrganizationforStandardization）提供了一個獨立于底層通信技術(shù)、面向車輛編隊應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互標準（ISO4272），主要包括：交互流程、數(shù)據(jù)需求和測試方法。

國際汽車工程師學(xué)會內(nèi)部的SAEJ2945/6已于2015年成功立項，主要是對美國道路與編隊做出一定規(guī)范，定義適用于美國道路的編隊消息集和數(shù)據(jù)元素。3GPP主要研究車輛編隊C-V2X通信技術(shù)及相關(guān)的需求，在TR22.886中給出了不同自動駕駛等級車輛編隊的場景描述，同時在TS22.186中給出了明確量化的通信性能需求指標。二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用（四）協(xié)作式車輛編隊技術(shù)

在車路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用幫助下，行駛路線相同的多個車輛可以形成編隊。

在每個車隊中，第一輛車稱為頭車，其余車輛為跟隨車輛，且保持較小的間隔跟隨前車，安全高效地通過交叉路口。車輛編隊中，頭車采用自適應(yīng)巡航控制，保持與前車的安全距離；隊列中其他車輛采用協(xié)同自適應(yīng)巡航控制，與前車和頭車通訊，交流信息。跟隨車

頭車

二、

道路收費服務(wù)應(yīng)用1.自適應(yīng)巡航控制自適應(yīng)巡航控制（AdaptiveCruiseControl，ACC)，也稱為智能巡航控制系統(tǒng)，是在車輛自動巡航控制基礎(chǔ)上加入了車輛前向撞擊報警系統(tǒng)，不僅可以自動巡航還能夠利用車載雷達等傳感器檢測前方路況，通常被車隊中的頭