交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展思路

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近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸問題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，其信息化、智能化的建設(shè)對(duì)于提高出行效率、保障交通安全、改善交通環(huán)境以及便利人們的生活都有著非常深遠(yuǎn)的意義。而無(wú)線通信技術(shù)為具有移動(dòng)性特點(diǎn)的交通智能化帶來(lái)了契機(jī)，在很多國(guó)家，GPS、3G、DSRC等無(wú)線通信技術(shù)相互結(jié)合，已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)各領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)車輛之間的互連以及車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的互連，這樣就可以擴(kuò)展駕駛?cè)说囊曇?、?shí)時(shí)獲得出行交通信息、協(xié)調(diào)車輛之間的安全行駛，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)、車輛監(jiān)控等各種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用［1－3］。為了實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑?，中?guó)學(xué)者們也已經(jīng)做了很多的研究工作，但目前中國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)所采用的信息化、智能化手段大多數(shù)還僅停留在局部，信息技術(shù)應(yīng)用不均衡、不協(xié)調(diào)，已有的網(wǎng)絡(luò)并沒有充分發(fā)揮功效。因此如何運(yùn)用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建一個(gè)安全、高效、綠色和舒適的智能交通運(yùn)輸體系是中國(guó)當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本文將結(jié)合中國(guó)智能交通現(xiàn)狀，研究分析智能交通系統(tǒng)的通信特點(diǎn)及其對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的需求，并在此基礎(chǔ)上提出智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)新型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)思路，分別從場(chǎng)景描述、場(chǎng)景交通要素特征提取及分析、場(chǎng)景實(shí)體互聯(lián)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、場(chǎng)景綜合設(shè)計(jì)等對(duì)典型場(chǎng)景進(jìn)行描述，設(shè)計(jì)出未來(lái)可實(shí)施的新型應(yīng)用場(chǎng)景，這對(duì)以后提升道路交通智能化水平、改善交通安全狀態(tài)，提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)水平等方面，都具有重要意義。

1智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)新型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)路線

1．1智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)需求分析

智能交通系統(tǒng)（intelligenttransportationsys－tem，ITS）是人們將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)交通的信息化和智能化，從而建立起的一種全覆蓋、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸管理系統(tǒng)［4－5］。作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，無(wú)線通信技術(shù)是一個(gè)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信體系是采用多種信息采集手段及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地采集各類交通數(shù)據(jù)，并依靠無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，為交通運(yùn)營(yíng)管理方提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)，同時(shí)也為道路使用者提供安全高效的服務(wù)信息［6－8］。中國(guó)智能交通系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通信的技術(shù)需求主要包括以下幾個(gè)部分。

（1）低延時(shí)、高可靠的交通安全保障通信需求

交通安全保障應(yīng)用中主要是通過車車、車路無(wú)線通信對(duì)車輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行安全預(yù)警或?qū)囕v進(jìn)行輔助駕駛控制，避免事故的發(fā)生。由于車輛在高速移動(dòng)中需要不斷的與其周圍車輛和路側(cè)單元形成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，若延時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)造成信息的傳輸不能及時(shí)送達(dá)；同時(shí)，由于道路環(huán)境復(fù)雜，常常形成遮擋，會(huì)直接影響信號(hào)的傳輸，從而無(wú)法起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的作用。因此通信的實(shí)時(shí)性、可靠性是交通安全保障應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是對(duì)無(wú)線通信的重要的需求。

（2）多模式、無(wú)處不在、人性化的信息服務(wù)通信需求

目前出行信息服務(wù)已經(jīng)由原來(lái)的文本、圖片、語(yǔ)音單一信息模式逐漸向文本、圖片、語(yǔ)音和視頻多種信息聯(lián)合的模式發(fā)展，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻帶寬度決定了某一時(shí)刻可以傳輸?shù)男畔⒘?。另外，出行信息服?wù)正在向雙向互動(dòng)的方向轉(zhuǎn)變，服務(wù)領(lǐng)域也由城市擴(kuò)展至城際，大量用戶全范圍的使用也對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)頻帶寬度和覆蓋率提出了更高的需求。

（3）穩(wěn)定、安全、通暢的智能交通多網(wǎng)融合及組網(wǎng)需求

交通運(yùn)輸信息化智能化的核心實(shí)際上是如何快速、準(zhǔn)確、及時(shí)、高效地獲取和處理相關(guān)信息，但是由于傳輸標(biāo)準(zhǔn)的問題，各專用網(wǎng)絡(luò)之間容易形成信息交互的阻隔。因此，有必要根據(jù)實(shí)際需要采用短距離通信和遠(yuǎn)距離通信相結(jié)合的通信方式，并對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，使得交通網(wǎng)絡(luò)中的通訊終端可以在異構(gòu)網(wǎng)之間無(wú)縫漫游、自由切換。

（4）實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的海量異構(gòu)信息采集及智能化處理需求

由于智能交通服務(wù)質(zhì)量的提升需要以實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的各類交通數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，通過多維、立體的交通綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通狀況、車輛狀況、重要基礎(chǔ)設(shè)施等的全面監(jiān)測(cè)，并且采集到的數(shù)據(jù)量會(huì)更大、類型也會(huì)比較復(fù)雜，因此海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地提取和融合也是交通運(yùn)輸信息化、智能化實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用功能的關(guān)鍵。

1．2新型應(yīng)用場(chǎng)景總體設(shè)計(jì)目標(biāo)及思路

1．2．1總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

本文的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是將根據(jù)道路使用者、各職能管理部門及運(yùn)營(yíng)公司的各種需求，結(jié)合各種通信方式的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，給出能夠應(yīng)用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)解決實(shí)際交通運(yùn)輸問題的新型應(yīng)用場(chǎng)景。

1．2．2設(shè)計(jì)思路

本文對(duì)在無(wú)線通信技術(shù)需求分析支持下的智能交通應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，從交通實(shí)體要素和應(yīng)用系統(tǒng)需求入手，深入分析實(shí)體互聯(lián)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程，最后對(duì)以上進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)思路如圖1所示，主要包括3個(gè)層次：

（1）交通實(shí)體要素特征提取與應(yīng)用系統(tǒng)需求分析：結(jié)合智能交通要素及應(yīng)用需求特性，提取和分析應(yīng)用場(chǎng)景特征，主要是從人、車、路以及事件形態(tài)等幾個(gè)方面提取動(dòng)態(tài)交通場(chǎng)景特征。

（2）實(shí)體互聯(lián)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：通過先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)將人、車、路等交通要素形成有機(jī)聯(lián)系，各要素通過發(fā)揮各自特長(zhǎng)來(lái)加強(qiáng)信息的實(shí)時(shí)交互，保障系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)作。

（3）綜合設(shè)計(jì)：將交通實(shí)體要素層面和系統(tǒng)層面因素綜合分析，建立行人、車輛、道路合作一體化的智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)新型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)方案。

2典型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)

根據(jù)上述場(chǎng)景設(shè)計(jì)目標(biāo)和思路，本文將從中國(guó)智能交通現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)需求分析，給出智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)典型的新型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)。

2．1典型應(yīng)用場(chǎng)景提出

在中國(guó)，低等級(jí)道路的對(duì)向超車行為是引發(fā)交通安全事故的重要原因之一。在這類交通事故發(fā)生時(shí)，由于道路限制，車輛超車往往要借用對(duì)向車道，由于視線的遮擋，對(duì)對(duì)向車道車輛的關(guān)注度較低，經(jīng)常無(wú)法判斷對(duì)向車道上的車輛情況，因而容易發(fā)生相向碰撞的嚴(yán)重交通事故。目前，車車／車路合作技術(shù)［9－10］是未來(lái)提高道路交通安全的重要技術(shù)途徑之一，根據(jù)低等級(jí)道路交通情況，利用定位技術(shù)和安裝在車輛上的車車／車路專用短程通信終端對(duì)相關(guān)車輛的駕駛?cè)诉M(jìn)行預(yù)警，可以有效避免交通事故的發(fā)生。

2．2場(chǎng)景交通要素特征提取與應(yīng)用系統(tǒng)需求分析

車輛在低等級(jí)道路對(duì)向超車行駛時(shí)，易引起跟馳風(fēng)險(xiǎn)、側(cè)碰風(fēng)險(xiǎn)和變換車道風(fēng)險(xiǎn)，造成交通事故。通過對(duì)低等級(jí)道路對(duì)向超車行為的調(diào)研和安全隱患分析，確定幾種常見的危險(xiǎn)事故形態(tài)，具體動(dòng)態(tài)特征及預(yù)警需求分析。根據(jù)上述場(chǎng)景交通要素特征提取與分析，該場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線通信需求的熱點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)車車之間的無(wú)線通信，保持車輛與車輛之間速度、位置、行駛方向等信息的低延時(shí)、高可靠的實(shí)時(shí)交互和傳遞，以及高效信息處理速度來(lái)計(jì)算車輛間的關(guān)系，以保證對(duì)各道路使用者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，防止出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)、過報(bào)等預(yù)警信息的情況。

2．3場(chǎng)景實(shí)體互聯(lián)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在低等級(jí)道路對(duì)向超車避讓預(yù)警場(chǎng)景中，車載單元通過目標(biāo)駕駛?cè)藢?duì)轉(zhuǎn)向燈、方向盤、語(yǔ)音方式等提出變道超車需求，目標(biāo)車輛的車載單元一方面獲取自身的速度、位置、行駛方向、加速度等信息，另一方面與同向被超車輛和對(duì)向借道車輛進(jìn)行無(wú)線通信，收集相關(guān)車輛的速度、加速度、行駛方向等信息，在獲取以上兩方面信息后，分析計(jì)算同向車輛間是否具備安全超車距離，借道相鄰車輛間是否具備可超車插入間隙，若都具備，則提示允許目標(biāo)車輛借道超車，若不具備，則通過聲音、圖像等信號(hào)警告目標(biāo)車輛和同向、對(duì)向相關(guān)車輛。從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度考慮，低等級(jí)道路對(duì)向超車避讓預(yù)警場(chǎng)景主要由信息采集、信息處理和安全預(yù)警三大部分組成，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

（1）信息采集：采用實(shí)時(shí)多任務(wù)設(shè)計(jì)，分別采集目標(biāo)車輛、同向目標(biāo)車輛和對(duì)向目標(biāo)車輛的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)處理后的結(jié)果，將預(yù)處理數(shù)據(jù)放入不同信息處理隊(duì)列中等待進(jìn)一步處理。

（2）信息處理：車輛間將通過車車合作通信設(shè)備建立無(wú)線通信機(jī)制并共享位置、速度、加速度及車輛間距離等信息，車載單元將根據(jù)行駛安全模型由共享的車輛運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算判斷，得到?jīng)Q策結(jié)果。

（3）信息傳輸和安全預(yù)警：根據(jù)信息處理的結(jié)果通過車車間專用短程通信方式進(jìn)行實(shí)時(shí)信息傳輸，對(duì)相關(guān)目標(biāo)車輛進(jìn)行相應(yīng)的安全預(yù)警提示。2．4場(chǎng)景綜合設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)低等級(jí)道路對(duì)向超車預(yù)警場(chǎng)景中的交通要素特征提取與應(yīng)用系統(tǒng)需求分析、場(chǎng)景實(shí)體互聯(lián)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，保證在事件可能發(fā)生沖突的位置通過車車合作模式的專用短程通信車載終端和定位技術(shù)對(duì)相關(guān)車輛進(jìn)行交通狀態(tài)采集和安全預(yù)警。

3結(jié)語(yǔ)

（1）基于中國(guó)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，充分考慮先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)所能提供的裝備與能力，根據(jù)智能交通系統(tǒng)的通信特點(diǎn)及其對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的需求，提出智能交通領(lǐng)域無(wú)線通信技術(shù)的新型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)目標(biāo)及思路，并運(yùn)用所提方法給出了未來(lái)可實(shí)施的典型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)。

（2）隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和行業(yè)對(duì)新一代信息技術(shù)的深入研究，先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)在智能交通領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹?lái)越廣泛的應(yīng)用，通過車內(nèi)、車間及其車路等無(wú)線通信機(jī)制，可以采集到更多與交通有關(guān)的信息，并進(jìn)一步將這些信息做有效的融合，建立行人、車輛、道路合作一體化的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，必將全面提升交通運(yùn)輸系統(tǒng)的效率、安全性和可持續(xù)性，從而推動(dòng)中國(guó)智能交通系統(tǒng)逐漸從研究試驗(yàn)向全面應(yīng)用推廣轉(zhuǎn)變。

作者：王笑京 楊文麗 楊蘊(yùn) 王東柱 單位：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院