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(wèn)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(kāi)始逐步應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)各領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間的互連以及車(chē)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(chē)輛之間的安全行駛，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)、車(chē)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袊?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(méi)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(lèi)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(guò)車(chē)車(chē)、車(chē)路無(wú)線通信對(duì)車(chē)輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行安全預(yù)警或?qū)?chē)輛進(jìn)行輔助駕駛控制，避免事故的發(fā)生。由于車(chē)輛在高速移動(dòng)中需要不斷的與其周?chē)?chē)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(guò)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(wèn)題，各專(zhuān)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(lèi)交通數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，通過(guò)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(chē)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(lèi)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(mén)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(wèn)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(chē)、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(guò)先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)將人、車(chē)、路等交通要素形成有機(jī)聯(lián)系，各要素通過(guò)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(chē)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(chē)行為是引發(fā)交通安全事故的重要原因之一。在這類(lèi)交通事故發(fā)生時(shí)，由于道路限制，車(chē)輛超車(chē)往往要借用對(duì)向車(chē)道，由于視線的遮擋，對(duì)對(duì)向車(chē)道車(chē)輛的關(guān)注度較低，經(jīng)常無(wú)法判斷對(duì)向車(chē)道上的車(chē)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(chē)車(chē)／車(chē)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(chē)輛上的車(chē)車(chē)／車(chē)路專(zhuān)用短程通信終端對(duì)相關(guān)車(chē)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(chē)輛在低等級(jí)道路對(duì)向超車(chē)行駛時(shí)，易引起跟馳風(fēng)險(xiǎn)、側(cè)碰風(fēng)險(xiǎn)和變換車(chē)道風(fēng)險(xiǎn)，造成交通事故。通過(guò)對(duì)低等級(jí)道路對(duì)向超車(chē)行為的調(diào)研和安全隱患分析，確定幾種常見(jiàn)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(chē)車(chē)之間的無(wú)線通信，保持車(chē)輛與車(chē)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(chē)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(guò)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(chē)避讓預(yù)警場(chǎng)景中，車(chē)載單元通過(guò)目標(biāo)駕駛?cè)藢?duì)轉(zhuǎn)向燈、方向盤(pán)、語(yǔ)音方式等提出變道超車(chē)需求，目標(biāo)車(chē)輛的車(chē)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(chē)輛和對(duì)向借道車(chē)輛進(jìn)行無(wú)線通信，收集相關(guān)車(chē)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(chē)輛間是否具備安全超車(chē)距離，借道相鄰車(chē)輛間是否具備可超車(chē)插入間隙，若都具備，則提示允許目標(biāo)車(chē)輛借道超車(chē)，若不具備，則通過(guò)聲音、圖像等信號(hào)警告目標(biāo)車(chē)輛和同向、對(duì)向相關(guān)車(chē)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(chē)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(chē)輛、同向目標(biāo)車(chē)輛和對(duì)向目標(biāo)車(chē)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(chē)輛間將通過(guò)車(chē)車(chē)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(chē)輛間距離等信息，車(chē)載單元將根據(jù)行駛安全模型由共享的車(chē)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(guò)車(chē)車(chē)間專(zhuān)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(chē)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(chē)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(guò)車(chē)車(chē)合作模式的專(zhuān)用短程通信車(chē)載終端和定位技術(shù)對(duì)相關(guān)車(chē)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(guò)車(chē)內(nèi)、車(chē)間及其車(chē)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(chē)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