交通領(lǐng)域無線通信技術(shù)發(fā)展思路

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近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通運輸問題越來越引起人們的關(guān)注，其信息化、智能化的建設(shè)對于提高出行效率、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的意義。而無線通信技術(shù)為具有移動性特點的交通智能化帶來了契機，在很多國家，GPS、3G、DSRC等無線通信技術(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，這樣就可以擴展駕駛?cè)说囊曇?、實時獲得出行交通信息、協(xié)調(diào)車輛之間的安全行駛，還可以實現(xiàn)自動收費、車輛監(jiān)控等各種基于無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用［1－3］。為了實現(xiàn)交通運輸?shù)闹悄芑?，中國學者們也已經(jīng)做了很多的研究工作，但目前中國交通運輸行業(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。因此如何運用先進的無線通信技術(shù)構(gòu)建一個安全、高效、綠色和舒適的智能交通運輸體系是中國當前研究的熱點之一。本文將結(jié)合中國智能交通現(xiàn)狀，研究分析智能交通系統(tǒng)的通信特點及其對無線通信技術(shù)的需求，并在此基礎(chǔ)上提出智能交通領(lǐng)域無線通信技術(shù)新型應(yīng)用場景設(shè)計思路，分別從場景描述、場景交通要素特征提取及分析、場景實體互聯(lián)與系統(tǒng)實現(xiàn)、場景綜合設(shè)計等對典型場景進行描述，設(shè)計出未來可實施的新型應(yīng)用場景，這對以后提升道路交通智能化水平、改善交通安全狀態(tài)，提高交通運輸系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)水平等方面，都具有重要意義。

1智能交通領(lǐng)域無線通信技術(shù)新型應(yīng)用場景設(shè)計路線

1．1智能交通領(lǐng)域無線通信技術(shù)需求分析

智能交通系統(tǒng)（intelligenttransportationsys－tem，ITS）是人們將先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等有效地綜合運用于整個交通運輸體系，來實現(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)揮作用的實時、準確、高效的綜合運輸管理系統(tǒng)［4－5］。作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，無線通信技術(shù)是一個研究的熱點和重點。智能交通領(lǐng)域無線通信體系是采用多種信息采集手段及時、全面、準確地采集各類交通數(shù)據(jù)，并依靠無線通信網(wǎng)絡(luò)進行實時傳送，為交通運營管理方提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)，同時也為道路使用者提供安全高效的服務(wù)信息［6－8］。中國智能交通系統(tǒng)對無線通信的技術(shù)需求主要包括以下幾個部分。

（1）低延時、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、車路無線通信對車輛駕駛?cè)藛T進行安全預警或?qū)囕v進行輔助駕駛控制，避免事故的發(fā)生。由于車輛在高速移動中需要不斷的與其周圍車輛和路側(cè)單元形成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，若延時時間過長，會造成信息的傳輸不能及時送達；同時，由于道路環(huán)境復雜，常常形成遮擋，會直接影響信號的傳輸，從而無法起到實時監(jiān)測與預警的作用。因此通信的實時性、可靠性是交通安全保障應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是對無線通信的重要的需求。

（2）多模式、無處不在、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)由原來的文本、圖片、語音單一信息模式逐漸向文本、圖片、語音和視頻多種信息聯(lián)合的模式發(fā)展，而無線網(wǎng)絡(luò)頻帶寬度決定了某一時刻可以傳輸?shù)男畔⒘?。另外，出行信息服?wù)正在向雙向互動的方向轉(zhuǎn)變，服務(wù)領(lǐng)域也由城市擴展至城際，大量用戶全范圍的使用也對無線通信網(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

交通運輸信息化智能化的核心實際上是如何快速、準確、及時、高效地獲取和處理相關(guān)信息，但是由于傳輸標準的問題，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)實際需要采用短距離通信和遠距離通信相結(jié)合的通信方式，并對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進行融合，使得交通網(wǎng)絡(luò)中的通訊終端可以在異構(gòu)網(wǎng)之間無縫漫游、自由切換。

（4）實時、快速、準確的海量異構(gòu)信息采集及智能化處理需求

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

1．2新型應(yīng)用場景總體設(shè)計目標及思路

1．2．1總體設(shè)計目標

本文的總體設(shè)計目標是將根據(jù)道路使用者、各職能管理部門及運營公司的各種需求，結(jié)合各種通信方式的特點及優(yōu)勢，給出能夠應(yīng)用先進的無線通信技術(shù)解決實際交通運輸問題的新型應(yīng)用場景。

1．2．2設(shè)計思路

本文對在無線通信技術(shù)需求分析支持下的智能交通應(yīng)用場景進行綜合設(shè)計，從交通實體要素和應(yīng)用系統(tǒng)需求入手，深入分析實體互聯(lián)和系統(tǒng)實現(xiàn)流程，最后對以上進行綜合設(shè)計，具體設(shè)計思路如圖1所示，主要包括3個層次：

（1）交通實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)用場景特征，主要是從人、車、路以及事件形態(tài)等幾個方面提取動態(tài)交通場景特征。

（2）實體互聯(lián)與系統(tǒng)實現(xiàn)：通過先進的無線通信技術(shù)將人、車、路等交通要素形成有機聯(lián)系，各要素通過發(fā)揮各自特長來加強信息的實時交互，保障系統(tǒng)安全、高效的運作。

（3）綜合設(shè)計：將交通實體要素層面和系統(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)域無線通信技術(shù)新型應(yīng)用場景設(shè)計方案。

2典型應(yīng)用場景設(shè)計

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

2．1典型應(yīng)用場景提出

在中國，低等級道路的對向超車行為是引發(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，由于道路限制，車輛超車往往要借用對向車道，由于視線的遮擋，對對向車道車輛的關(guān)注度較低，經(jīng)常無法判斷對向車道上的車輛情況，因而容易發(fā)生相向碰撞的嚴重交通事故。目前，車車／車路合作技術(shù)［9－10］是未來提高道路交通安全的重要技術(shù)途徑之一，根據(jù)低等級道路交通情況，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相關(guān)車輛的駕駛?cè)诉M行預警，可以有效避免交通事故的發(fā)生。

2．2場景交通要素特征提取與應(yīng)用系統(tǒng)需求分析

車輛在低等級道路對向超車行駛時，易引起跟馳風險、側(cè)碰風險和變換車道風險，造成交通事故。通過對低等級道路對向超車行為的調(diào)研和安全隱患分析，確定幾種常見的危險事故形態(tài)，具體動態(tài)特征及預警需求分析。根據(jù)上述場景交通要素特征提取與分析，該場景實現(xiàn)對無線通信需求的熱點為實現(xiàn)車車之間的無線通信，保持車輛與車輛之間速度、位置、行駛方向等信息的低延時、高可靠的實時交互和傳遞，以及高效信息處理速度來計算車輛間的關(guān)系，以保證對各道路使用者進行實時監(jiān)測與預警，防止出現(xiàn)誤報、漏報、過報等預警信息的情況。

2．3場景實體互聯(lián)與系統(tǒng)實現(xiàn)

在低等級道路對向超車避讓預警場景中，車載單元通過目標駕駛?cè)藢D(zhuǎn)向燈、方向盤、語音方式等提出變道超車需求，目標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向借道車輛進行無線通信，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，則提示允許目標車輛借道超車，若不具備，則通過聲音、圖像等信號警告目標車輛和同向、對向相關(guān)車輛。從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度考慮，低等級道路對向超車避讓預警場景主要由信息采集、信息處理和安全預警三大部分組成，具體實現(xiàn)流程如圖3所示。

（1）信息采集：采用實時多任務(wù)設(shè)計，分別采集目標車輛、同向目標車輛和對向目標車輛的各項數(shù)據(jù)，并進行預處理，根據(jù)處理后的結(jié)果，將預處理數(shù)據(jù)放入不同信息處理隊列中等待進一步處理。

（2）信息處理：車輛間將通過車車合作通信設(shè)備建立無線通信機制并共享位置、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行狀態(tài)信息進行計算判斷，得到?jīng)Q策結(jié)果。

（3）信息傳輸和安全預警：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行實時信息傳輸，對相關(guān)目標車輛進行相應(yīng)的安全預警提示。2．4場景綜合設(shè)計根據(jù)對低等級道路對向超車預警場景中的交通要素特征提取與應(yīng)用系統(tǒng)需求分析、場景實體互聯(lián)與系統(tǒng)實現(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)對相關(guān)車輛進行交通狀態(tài)采集和安全預警。

3結(jié)語

（1）基于中國智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，充分考慮先進的無線通信技術(shù)所能提供的裝備與能力，根據(jù)智能交通系統(tǒng)的通信特點及其對無線通信技術(shù)的需求，提出智能交通領(lǐng)域無線通信技術(shù)的新型應(yīng)用場景設(shè)計目標及思路，并運用所提方法給出了未來可實施的典型應(yīng)用場景設(shè)計。

（2）隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和行業(yè)對新一代信息技術(shù)的深入研究，先進的無線通信技術(shù)在智能交通領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用，通過車內(nèi)、車間及其車路等無線通信機制，可以采集到更多與交通有關(guān)的信息，并進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輸系統(tǒng)，必將全面提升交通運輸系統(tǒng)的效率、安全性和可持續(xù)性，從而推動中國智能交通系統(tǒng)逐漸從研究試驗向全面應(yīng)用推廣轉(zhuǎn)變。

作者：王笑京 楊文麗 楊蘊 王東柱 單位：交通運輸部公路科學研究院