車聯(lián)網技術應用場景研究

0前言為了進一步推動汽車行業(yè)的發(fā)展，相關汽車制造企業(yè)需要整合具體的智能技術應用要點，建立車輛智能化水平與自動駕駛能力匹配的應用場景技術模塊，為車聯(lián)網應用的全面提升奠定基礎，打造更加和諧高效的交通環(huán)境。1車聯(lián)網(V2X)技術概述1.1技術內涵V2X技術是指車輛與車輛(V2V)、車輛與交通基礎設施(V2I)、車輛與行人(V2P)等各方面建立的無線通信技術運行模式。V2X技術的本質就是通過對外界發(fā)送或者接收電磁波信號，使車輛可以獲得實時的路況及行人等相關信息數(shù)據(jù)，確保行車決策的正確性和規(guī)范性[1]。工業(yè)和信息化部為此制訂的2025年目標是通過V2X技術，使交通整體效率提升30%，事故率降低80%，碳排放量降低20%。在V2X技術體系中，蜂窩車聯(lián)網(C-V2X)技術是以蜂窩通信技術為基礎的V2X技術的應用模式，具有重要的研究價值。以第三代合作伙伴項目(3GPP)標準對C-V2X技術進行分類的情況見表1。表1C-V2X技術階段分類1.2技術優(yōu)勢V2X技術能有效提升典型場景或者應用環(huán)境的車輛運行質量水平，能建立非視距識別模式，且配配合第五代移動通信(5G)技術建立起遠距離通信和互聯(lián)網實時性連接處理，打造完整的雨、雪、霧天氣預警模式和紅綠燈識別模式，最大限度地提高車輛運行的安全性。2V2X應用場景分析依據(jù)物聯(lián)網技術發(fā)展要求和具體內容，V2X技術可廣泛應用于不同的典型場景，如信息服務、交通安全、交通效率管理、自動駕駛等場景。V2X技術可以打造出更加科學高效的車聯(lián)網運行服務模式，保證車輛、行人、設施等管理的有序開展，從而形成良好和諧的交通運輸環(huán)境，維持交通的安全性和穩(wěn)定性。2.1具體場景2.1.1V2VV2V是指通過車載終端進行車輛間的通信模式。V2V通信應用于車輛之間信息交互，避免或減少交通事故，其具體應用場景主要有以下幾個方面。(1)緊急自動剎車預警。在車輛運行過程中，當前車出現(xiàn)緊急制動時，該車會自動向周圍車輛廣播制動信息。周邊車輛在獲取相關信息數(shù)據(jù)和即時性指令后，判定車輛是否存在碰撞的風險，并及時向駕駛員發(fā)出前車急剎警告，為駕駛員有效地完成避險提供保障。(2)前車預警。車輛會定期向周圍車輛廣播本車的實際車速及位置、變道等基礎數(shù)據(jù)內容。周邊車輛在接收到相關信息后，依據(jù)信息判定是否存在車輛剮蹭的危險，為駕駛員開展變道、減速等操作處理提供支持，也能及時向駕駛員發(fā)出前車碰撞警告指令。(3)超車預警。車輛會定期向周圍車輛廣播本車實時速度和位置參數(shù)，尤其是車道變更信息。一旦后車開始加速或者需要采取超車變道等情況，前車就能依據(jù)收到的后車信息及時預警，避免車輛碰撞。(4)交叉路口預警。在車輛經過交叉路口位置時，車輛結合對應的智能信號指令接收模式，可以有效判定周圍車輛的實時性數(shù)據(jù)。該車輛結合周圍車輛的速度和位置參數(shù)能評估碰撞的風險，并向車輛駕駛員發(fā)送相應的駕駛警告信息。(5)車輛失控預警。車輛在特殊氣候環(huán)境下行駛，會存在車輛失控的危險。車輛失控預警信息處理機制能在車輛運行突然出現(xiàn)緊急故障失控情況下，對周圍車輛發(fā)出相應的警告信息，周邊車輛接收信息后，結合警告內容采取及時避險措施，避免發(fā)生嚴重的交通事故，造成道路擁堵和人員傷亡。(6)特殊車輛優(yōu)先預警。車輛行駛過程中若遭遇特殊車輛時，車輛會建立相應的聯(lián)動模式。如特殊車輛屬于正在執(zhí)行任務的救護車、消防車、警車等類型時，系統(tǒng)會直接向周圍車輛傳送相應的信息，并發(fā)布對應特殊指令，一旦周圍車輛接收到具體信息后，所有車輛需要采取主動避讓處理，為特殊車輛提供便捷的行車通道，確保特殊車輛優(yōu)先通過。2.1.2V2IV2I是指車輛在運行過程中，與周邊基礎設施結構形成對應的信息交互模式，為車輛提供更加便捷的運行信息指引，減少車輛運行錯誤造成的交通資源浪費。其具體應用場景主要有以下幾個方面。(1)路面異常預警。主要是借助道路終端處理信息，由道路終端定期向周邊車輛傳送相關信息數(shù)據(jù)，包括道路結冰、物品掉落、道路施工等信息，一旦車輛接收到地面異常信息指令，系統(tǒng)會結合實際情況落實相應的處理程序，從而保證信息反饋的及時性，駕駛員也能結合反饋信息及時落實相應的準備工作，以便緊急避險。(2)事故預警。主要是指用終端定期發(fā)送事故現(xiàn)場的實時性信息，車輛接收到信息數(shù)據(jù)后就能及時反饋到駕駛員處，駕駛員結合實際情況提前規(guī)劃路線，以便及時避讓危險路段或擁堵路段，保證行車路線的科學性和合理性。(3)急轉彎車速預警。一般是指路面終端向周圍車輛提供急轉彎限速等基礎信息，車輛駕駛員及時預估可能存在的風險，及時降速并順利通過急轉彎道，提升車輛運行的安全性，維持車輛行駛的平穩(wěn)性。(4)違章信息預警。近年來，隨著車輛數(shù)量的急劇增多，交通管理部門為了更好地維持道路運行的安全性，會設置很多車輛路面監(jiān)控裝置。但現(xiàn)階段有些監(jiān)控設施還不完善，有些駕駛員會利用漏洞進行違規(guī)操作。比如，在一些限速路段，如果沒有監(jiān)控攝像頭，部分車輛會超速行駛，給車輛安全行駛帶來嚴重的威脅；還有些車輛會有在高速道路行駛過程中長時間占用應急車道；在城市早晚高峰時段占用公交車道等違法行為。借助V2I技術，能建立實時性違章信息的記錄，車輛終端定時向道路終端發(fā)送車輛的實時性速度和位置信息，道路終端將信息借助運算服務器直接完成計算和評估，確認車輛是否存在違章行為，判定車輛駕駛員是否存在違規(guī)操作。交通管理部門利用對應的信息處理模式，可以打造完整且合理的實時性安全駕駛行為分析和評估處理規(guī)范，維持良好的駕駛管理模式，優(yōu)化綜合控制效果。(5)交通信息廣播。主要是結合智能交通系統(tǒng)建立實時性信息匯總處理模式。當?shù)缆方K端探測到某路段出現(xiàn)異常的擁堵現(xiàn)象時，車輛廣播系統(tǒng)會通知該區(qū)域內的車載終端，有效向駕駛員發(fā)送相應的警告信息，以便駕駛人員及時了解路況，在不違反交通規(guī)則的情況下選擇繞行，減少交通擁堵，提升道路交通的通暢性。2.1.3V2PV2P主要是指車輛和行人之間建立相應的車聯(lián)網應用控制模式，保證實時性管控工作的規(guī)范性，維持信息分析效果的最優(yōu)化。例如，行人碰撞預警模式借助V2P行人終端，定期向周圍車輛直接廣播行人的速度和實時性位置，配合V2P車輛終端，使車輛在接收到行人終端信息后能及時評估碰撞的風險，確保向駕駛員發(fā)出碰撞預警，行人也能得到相應的警示，最大程度保證行車安全。2.2場景參數(shù)依據(jù)時延和頻率，V2X技術應用場景參數(shù)包括低時延高頻率和高時延低頻率2種類型。2.2.1低時延、高頻率V2V通信類型的場景參數(shù)分別為：①前向碰撞預警、逆向超車碰撞預警，其頻率為10Hz，最大時延為100ms，定位精度為1.5m，通信范圍為300m。②盲區(qū)/便道輔助、緊急制動預警，其頻率為10Hz，最大時延100ms，定位精度為1.5m，通信范圍為150m。③交叉路口碰撞預警、左轉輔助，其頻率為10Hz，最大時延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。④高優(yōu)先級車輛讓行/緊急車輛信號優(yōu)先權、車輛失控預警、道路危險狀況提示，其頻率為10Hz，最大時延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為300m。V2P通信類型的場景參數(shù)為：弱勢交通參與者預警的頻率為10Hz，最大時延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。2.2.2高時延、低頻率V2V通信類型的場景參數(shù)主要有：①基于信號燈的車速引導，頻率為2Hz，最大時延為200ms，定位精度為1.5m，通信范圍為150m。②限速預警，頻率為1Hz，最大時延為500ms，定位精度為5.0m，通信范圍為300m。V2I通信類型的場景參數(shù)主要有：智能汽車進場支付頻率為1Hz，最大時延為500ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。2.2.3V2X測試評價為了保證V2X應用的合理性和規(guī)范性，需結合V2X的應用標準開展相應的測評工作，著重了解其實際應用效能，維持良好的運行規(guī)范，保證對應的V2X控制模式能發(fā)揮實效性價值，提高道路運行的安全性。V2X測試內容主要分為以下幾個方面。(1)開放道路實測。在封閉試驗場，基于5G通信技術，選取適當?shù)木W聯(lián)設備，包括無線網絡、監(jiān)控球機、智能紅綠燈、微波雷達檢測器、智能路測單元(RSU)及視頻檢測器等設備。在實際測量過程中，按照道路類型結構完成相應的測評工作。較為常見的道路類型包括Y路口、道路出入口、斷頭路、十字路口、環(huán)島、T字路口、交叉口、特殊道路、公交站等特殊道路場景。按照V2X場景設備集成處理、通信設備集成處理、高精度地圖/高精度定位、數(shù)據(jù)中心處理的應用模塊完成相應的實測分析工作，可以全面了解V2X的實際應用效果。例如，高精度地圖與高精度定位處理中，要將車載設備作為關鍵，配合差分增強定位系統(tǒng)、V2X設備高精度地圖集成等，有效連接數(shù)據(jù)中心，建立實時性數(shù)據(jù)匯總模式。(2)暗室整車仿真測試。該測試主要是實現(xiàn)智能網聯(lián)整車測試微波暗室環(huán)境的分析工作。測試項目包括V2X功能