智能车路协同系统-(北航 王云鹏)
车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法[发明专利]
![车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6956893fc1c708a1294a441c.png)
专利名称：车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法专利类型：发明专利
发明人：鹿应荣,范越,丁川,王云鹏,鲁光泉,陈鹏
申请号：CN201810855042.1
申请日：20180731
公开号：CN108831166A
公开日：
20181116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法，根据各转向交通流饱和度同时结合信号配时、速度诱导来判断是否触发可变导向车道，具体包括：当左转、直行车流饱和度均小于0.8时，仅对车辆进行普通速度诱导；当直行车流饱和度小于0.8而左转车流饱和度大于0.8时，对直行车辆进行普通速度诱导而对左转车辆进行适用于高饱和度的速度诱导，同时调整信号配时以降低左转车流饱和度，若经过速度诱导和信号配时优化后左转及直行车流饱和度均小于0.8，则不改变可变车道，否则改变可变导向车道功能；当左转、直行车流饱和度均大于0.8时，仅对车辆进行适用于高饱和度的速度诱导。
申请人：北京航空航天大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
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车路协同十年路：初心与三个设想
车路协同十年路：初心与三个设想车路协同十年已经记不清第一次听到车路协同这个专有技术名词是什么时候了，但笔者翻查了一下，ITS114网站最早有关车路协同的报道是在2012年，杂志最早有关车路协同的报道，也是在2012年，这一年，采访了科技部"十二五"863主题项目"智能车路协同系统关键技术"首席专家、清华大学教授姚丹亚、中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃，翻译报道当年ITS世界大会上宝马在会上做车路协同技术演示，此外，当时科技部发文称“车路协同系统有助于有效缓解交通危机”……实际上，国内车路协同研究早在北京奥运会之后就已启动，2011年11月开始，以清华大学为牵头单位的科研团队在十二五863计划的支持下，围绕车路协同关键技术开展了系统性的探索研究，有效地推动了我国智能车路协同技术发展。
自2011年863项目启动，车路协同发展到2021年，刚好十年（车路协同发展十年大事件附在文后）。
对于一个技术而言，十年时间很短，但对于技术产业化而言，十年很长。
在这十年里，车路协同被淹没在智慧高速、智慧公路、自动驾驶、智能网联等更新的概念和应用场景中，车路协同被提及，往往是因为自动驾驶，因为“协同智能”，好像车路协同只能通过自动驾驶场景，才有应用价值。
第十六届中国智能交通年会暨2021中国智能交通大会期间，有多个车路协同、智慧公路、智能网联相关的主题论坛，对这十年车路协同技术应用的发展做了全面的总结，同时也介绍了很多前沿研究，ITS114前往学习并聆听了诸位教授、专家的报告，得以整理这十年车路协同发展现状和问题，从而结合ITS114对行业的理解，对车路协同如何破局提出三个不成熟的设想，供大家交流和批判。
车路协同的初心姚丹亚教授在第十六届中国智能交通年会暨2021中国智能交通大会上的演讲中，提及如何推广车路协同技术，就强调了一点，要回归初心。
车路协同技术应用的初心是什么？也就是说我们当初为什么要研究车路协同？车路协同能解决什么问题？按姚丹亚教授的话，就是为了提升交通安全，安全和效率是交通永恒的发展目标，安全是效率的前提。
智能车路协同系统-(北航-王云鹏)
一体化运输走 廊管理系统
ICM
智能驾驶
电子认证收费 交通管控中心
综合汽车 安全系统
IVBSS
车辆
出行辅助系统 MSAA
驾驶员 基础设施
通信设备
已部署实施
部署实施/原型系统
4
车路协同系统：基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，
通过车车、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与
配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。
车路通信 车车通信
人机接口
车载一体化集成
25
日本——发展路线图
1995
2001
2007…… 多媒体
VICS(大范围详细交通信息)
导航系 统
VICS
2.4GHz 广播
ETC
5.8GHz DSRC
供应信息 ：服务
电子收费 双向通信
：车载单元 ：Smartway 服务范围
导航系 统
ITS 车载单 元
5.8GHz DSRC
车辆与基础设施集成(VII)
智能型公路系统（AHS）
1998
1999 2000
2001
先进安全车辆 (ASV) Smartway项目
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2009
15
美国——发展路线图
路线1 事故场景框架定义
完成事故场景及相关性能的定义
路线2 互通性
完成通信协议的测试、隐私安全标准的制定
12.专用通道管理：通过使用附近的或平行车道可平衡交通需求，也可使用控制
策略，如当前方发生事故时可选择换向行驶；改变匝道配时方案；利用信息情 报板发布信息，诱导驾驶员选择不同的路径。
车路协同技术发展动态综述
车路协同技术发展动态综述摘要:随着中国车辆保有量的提升,对交通拥堵、道路交通安全和汽车排放污染等问题对公路交通的管理提出了新的要求,而车路协同服务(CⅥS)是指基于传感、通信等先进技术,并通过V2V、V2I等先进技术手段实现信息的交互和共享,以达到缓解交通拥堵、提升交通安全、优化道路安全、节能减排等目的的技术。
简述了车路协同技术的概念、构成;介绍了国内外部分车路协同研究与应用的历史和现状;车路协同相关的理论与关键技术和应用现状;展望了当前车路协同技术的研究和发展方向。
关键词:车路协同;车联网;自动驾驶车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System, CⅥS)采用了新型的无线通信系统和电子传感监测网络等现代信息技术实现了人车道路多源数据收集、车-车、车-道路的数据交换与数据共享，以及交通系统与路面设施之间的智能协调指挥和配合，从而达到优化管理交通系统、改善道路环境、缓解交通拥堵的目的[1]。
车路协同系统同时也是智慧交通(Intelligent Traffic System,简称ITS)技术开发的重点目标之一，通过车-路/车-车网络通信的车路协同系统不但可以有效降低各类交通事故发生的概率，而且还可以在更大范围内进行道路交通的协调与控制。
因此车路协同技术对于提升交通质量、减少道路拥堵、节能减排等领域都具有重要意义[2]。
1国内外车路协同技术发展与应用现状美国于1998年开始, 组织实施了智能车(IVI)计划、协同式自动公路系统(CVHAS)及车路协同(VII)计划(2007年更名为IntelliDrive)的研究工作。
截止到2019年7月，美国车路协同系统(V2X)已经覆盖了美国百分之五十的州和城市。
欧洲ITS组织ERTICO提出了eSafety计划并被欧盟采纳。
自2004年至2010年相继推出了PReVENT、SAFESPOT、CVIS、COOPERS等车路协同技术平台，2011年开展了面向2020年的DRIVE C2C计划，将着重研发在车-车网络条件下的道路安全技术和应用。
北京航空航天大学科技成果——智能车路协同系统及运行监管平台
北京航空航天大学科技成果——智能车路协同系统及运行监管平台成果简介近年来伴随着交通环境感知、交通风险预估评价、车路协同控制技术的飞速发展，自动驾驶技术逐步成熟，已经突破瓶颈进入到了高速发展期。
但在自动驾驶汽车真正普及上路前，一些问题仍待解决。
比如，自动驾驶的网络安全性没有得到充足保障，因建设等原因导致的城市道路规划和布局变化，以及相关的法规政策及测试标准不完善，复杂的交通形势（混合交通、不遵守交通规则、各种标识不完善等等）等，对自动驾驶技术是严峻的考验。
因此，亟需建设智能车路协同系统及运行监管平台，以配合智能网联汽车检测基地建设的迅猛开展。
本项目将对自动驾驶车辆及路边基础设施进行升级改造，结合示范区车路协同示范、辅助驾驶示范等场景，为示范区提供智能汽车信息服务管理系统和大数据监管平台，为我国自动驾驶产业发展提供必要的公共服务，有助于智能网联汽车产业创新技术发展，加快推动制造业向智能制造转型升级。
技术描述本项目主要包括对自动驾驶车辆，以及普通道路、十字交叉路口的基础设施进行信息化升级改造，搭建综合数据平台，建设满足智能网联汽车示范应用需求的车路协同系统，建设车路协同示范、智慧交通综合应用示范等多个示范场景。
核心功能包括事故分析、车辆智能化水平评价、驾驶员监督和车辆远程预警四项。
车路协同部分：通过对自动驾驶测试示范区域现有道路、路边基础设施和交通信号系统的改造，以及通信网络的部署，构建典型的实际交通测试环境并配套智能网联设施，在开放式的测试场地，实现智能网联车测试的智能化和标准化。
将国内各地已通过试验场测试的技术，在示范区进行实地测试与示范，最终实现智能车辆的V2X应用场景试验。
完成道路示范区域若干个部署点的感知、传输、边缘服务器、信号控制系统的部署，完成前端系统建设。
通过安装V2X车载终端和车载显示终端实现智能网联车辆改造，进行网联汽车各种试验场景的测试。
通过前端系统及场景应用系统间协作配合，实现车-人、车-路、车-车等应用场景。
智能车路协同统-(北航+王云鹏)
车路通信 车车通信
人机接口
车载一体化集成
25
日本——发展路线图
1995
2001
2007…… 多媒体
VICS(大范围详细交通信息)
导航系 统
VICS
2.4GHz 广播
ETC
5.8GHz DSRC
供应信息 ：服务
电子收费 双向通信
：车载单元 ：Smartway 服务范围
导航系 统
ITS 车载单 元
5.8GHz DSRC
9. 车辆作为交通数据采集终端：车载设备传输信息给路侧设备，此信息经路侧
设备处理变为有效、需要的数据。
10.匝道控制：根据主路和匝道的交通时变状况实时采集、传输数据来优化匝道
控制。
11.信号配时：收集并分析交叉口车辆实际行驶速度及停车起步数据，使信号的
实时控制更加有效。如果将实时数据处理时间提高10%，每年延误时间可减少 170万小时，节省110万加仑汽油以及减少9600吨CO2排放。
高速公路工业 发展协会
日本 DSRC 论坛
ARIB
无线电工商业 协会
JARI
日本汽车研究所
私人公司及 组织
223家公司及 组织
主要进展
车路协同系统应用场景
1
以美国、欧盟和日本为代表的发达国家对车路协
同系统的应用场景基本定义完毕，不同组织对应
用场景的定义基本一致。
车路协同系统通信协议标准化
美国和欧盟分别定义了车-车，车-路通信协议
一体化运输走 廊管理系统
ICM
智能驾驶
电子认证收费 交通管控中心
综合汽车 安全系统
IVBSS
车辆
出行辅助系统 MSAA
驾驶员 基础设施
国内外ITS系统发展的历程和现状
Automobile Parts 2012.06036零部件论坛国内外I T S 系统发展的历程和现状北京航空航天大学教授 王云鹏交通系统是一个典型的复杂系统，依靠传统的交通管理方产品和庞大的产业；SmartWay 计划将建立“安全•安心的汽车社式，单从道路和车辆的角度考虑，很难解决近年来不断恶化的交通会”作为最优先解决的课题，目前已进入技术普及阶段，2005—拥堵、事故频发、环境污染等问题。
基于车车、车路信息交互建立2010年期间围绕 5 个重点展开研究，其中包括车路间协调系统、智人、车、路一体的车路协同系统，对提高交通运输系统的效率和安能汽车系统等；从2005年开始AHS 进入其实用化技术普及的第2阶全性，实现交通系统的可持续性发展具有十分重要的意义。
车路协段，计划2010年后,重点加强利用无线通讯技术的车车、车路间协调同技术已经成为当今国际智能交通领域的前沿技术和研究热点，欧系统实用化技术的研发，构筑人车路一体化的高度紧密的信息网络，美等发达国家都在积极推进相关技术的研究。
适时开展车路协同系研发交通对象协同式安全控制技术。
统研究，突破车路协同智能控制关键技术，抢占智能交通前沿技术自1986年以来，西欧国家主要是在“欧洲高效安全交通系统计制高点，是未来我国能否形成智能交通产业核心竞争力的关键，对划（PROMETHEUS ）”和“保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划实现城市交通现代化管理、创造可持续发展的交通环境，具有重要（DRIVE ）”两大计划指导下开展交通运输信息化领域的研究、开发意义。
与应用。
之后在第10届ITS 世界大会上，欧洲ITS 组织ERTICO 最先提目前，智能交通技术正在从单个交通要素的智能化向交通要出eSafety 基本概念，得到欧盟委员会认可并列入欧盟的计划，素一体化的方向发展，车路协同技术正成为当前各国智能交通系统eSafety70余项研发项目，都将车路通信与协同控制作为研究重点之发展的重点。
车路协同系统发展现状综述
车路协同系统发展现状综述作者：王虎魏岗来源：《城市建设理论研究》2013年第23期摘要本文首先介绍了车路协同系统的概念及内涵，然后针对不同国家不同时期不同道路交通情况，对车路协同系统的发展状况进行了阐述。
在总结车路协同系统的特点基础上，对我国车路协同未来的发展进行了展望。
关键词：智能交通运输系统（ITS）；车路协同系统（CVIS）；主动交通安全；综述中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：引言智能交通运输系统（ITS）是目前世界交通运输领域的前沿领域，已成为世界各国极力投注资源推动的重點之一，在美国、日本及欧盟等众多先进国家尤其受到重视，被认为是提高道路交通的可靠性、安全性和减少环境污染的有效手段之一[1-2]。
车路协同系统（CVIS）是基于先进的传感和无线通讯等技术的，能够实现车车、车路动态实时信息交互，完成全时空动态交通信息采集和融合，从而保障在复杂交通环境下车辆行驶安全、实现道路交通主动控制、提高路网运行效率的新一代智能交通系统[3-4]。
国内外车路协同系统发展情况美国美国车路协同系统（VII）是由美国联邦公路局、AASHTO、各州运输部、汽车工业联盟、ITS American等组成的特殊联合机构，通过信息与通信技术实现汽车与道路设施的集成。
美国对车路协同相关技术研究的发展历程两阶段。
第一阶段上世纪90年代到上世纪末，主要特点为研究的范围全而广，研究领域涉及交通监控、交通信号智能控制、不停车收费、自动驾驶等领域。
第二阶段从本世纪开始，由第一阶段的“全面开展研究”转向“重大专项研究”。
这期间主要有智能车辆计划IVI计划、车辆—基础设施集成项目（VII）[5]、商用车辆安全计划、CICAS、IVBSS等项目。
日本日本ITS技术研究历程也经历了战略性的变化，可以分为两个阶段。
第一阶段集中在上世纪90年代，研究领域虽然涉及交通安全辅助、导航系统高度化、电子收费（ETC）、交通管理优化、道路管理效率化、公共交通支援、卡车效率化、行人辅助、紧急车辆的运行辅助等方面。
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车路协同技术 发展 现状与展望
国家863计划现代交通技术领域专家组 北京航空航天大学 王云鹏 教授 副组长
2
车 路 协 同
综述 国外研究现状 发展趋势 我国“十二五”展望
3
车路协同是未来ITS的核心
研究热点
当前 ITS 方案
传统 ITS技术
ITS前沿技术 车路协同
Research
匝道信号控制
出行信息系统
一体化运输走 廊管理系统 ICM
智能驾驶
驾驶员
车辆 电子认证收费 综合汽车 安全系统 IVBSS 出行辅助系统 MSAA 通信设备
基础设施
交通管控中心
已部署实施
部署实施/原型系统
4
车路协同系统：基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，
通过车车、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与 配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。
用于车路环境无线通信的IEEE1609系列试验用标准
1 2 3 4
用车路短程通信的IEEE 802.11P标准
SAE J2735专用短程通信标准
5.9GHz专用短程通信标准
20
欧洲——发展路线图
CVIS项目
车-路间多种方 式混合通讯解决 方案
通讯技术 开发、标 准化、推 广 eSafety综合 项目启动
车载总线
以太网 交换机
应用计算机
无线网关 激光扫 描系统
笔记本
主机
23
系统架构
重点项目：基于合作的车路系统 (CVIS)
驾驶员
路边 网关
路边 系统
本地管理 中心
交通管理 系统
IPv6
车辆 网关 本地管理 中心
车辆 系统
交通管理者
本地管理 中心
供应商
服务提供方
24
三个项目侧重点比较
COOPERS
COOPERS SAFESPOT CVIS
互通性
完成通信协议的测试、隐私安全标准的制定
路线3
性能效益评估
完成目标性能的测试、安全效益的评估
路线4
应用开发
完成各种原型车及环境系统的建设
路线5
驾驶员相关问题
完成与驾驶员操作相关的各种警报、接口、工作量、业模式的完善
16
重点项目：交叉口避碰系统 (CICAS)
车辆安全通信 (VSC)
车辆与基础设施集成(VII)
智能型公路系统（AHS） 先进安全车辆 (ASV) Smartway项目
1998 1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
15 路线1
美国——发展路线图
事故场景框架定义
完成事故场景及相关性能的定义
路线2
2004
2005
2006
2007
2008
……
21
系统架构
重点项目：基于合作的智能安全道路 (COOPERS)
检测线圈 摄像机 多传感器 温度 风速…
光缆 TCC (交通控制中心) RCU：路侧设备控制单元
22
系统架构
重点项目：智能安全车路系统 (SAFESPOT)
定位系统
防火墙
车内传感器数据
网关
重点项目：营运车辆信息系统与网络 (CVISN)
目标 智能交通系统 (ITS)
提高机动车运输工具、商业运输车 辆和驾驶员的安全性 通过强制标准的实施提升营运车辆
CVISN
营运车辆管理 （CVO）
安全标准的实施效能
实现各州之间营运车辆的数据共享 降低国家和企业管理费用
19
已制定车路协同相关标准
系统架构
DSRC频率
交通信号信息
车道1信号灯：红4s 车道2信号灯：红4s 车道3信号灯：绿 信号配时
处理器
预警
GPS
地图存储
路侧 设备
交通控制设备
车载设备
17
驾驶员与道 路交互界面
CICAS应用场景
驾驶员与车 辆交互界面
关闭
路侧 设备 路侧 设备
预处理
低频闪烁
判断开始
车载 设备
高频闪烁
预警
18
27
重点项目：先进安全车辆 (ASV)
车辆行驶轨迹 横向偏移量 车后方图像 左后视镜
摄像机图像
由车辆行驶 轨迹计算出 的基准线
后方监测 前方探测 辅助停车 图像合成 夜间行车 盲点监测 摄像机 停车或前行 图像聚类
真实图像 小轿车 卡车
右后视镜
合成的图像
探测障碍物
•雷达 •距离测量 •道路标志
28
富信息环境下的优化管理技术
交通流信息 运输状态信息 停车场信息 环境气象信息
通信 模式
无线广域网 自组织网络
无线局域网 传感器网络
专用短程通信
蜂窝-3G
车路协同关键技术
车车/车路控制技术 面向效率 基于车路协同信息的 交叉口智能控制技术 基于车路协同信息的 集群诱导技术
面向安全
智能车速预警与控制
弯道侧滑/侧翻事故预警
无分隔带弯道安全会车 车间距离预警与控制 临时性障碍预警等
接入率百分比
5%
接入率（v/s）
数据包大小（bits） 每秒写入的数据（ bits ）
0.25
6952 1738
0.55
6952 3824
0.8
6952 5562
1.05
6952 7300
1.3
6952 9038
1.5
6952
5
6952
10428 34760
服务率（ v/s ）
传输数据的大小（ bits ） 每秒每用户反映时间内的 容量（Kbps）
导航系 统
导航系 统
VICS 2.4GHz 广播
ITS 车载单 元 ETC
电子收费
5.8GHz DSRC
5.8GHz DSRC
出行信息，道路选择
供应信息
：服务 电子收费 双向通信 下一代道 路服务
车内上网
：车载单元 ：Smartway 服务范围
26
日本重点发展的两个项目
先进安全车辆ASV
智能型公路系统AHS
223家公司及 组织
日本 DSRC 论坛
主要进展 车路协同系统应用场景 1
以美国、欧盟和日本为代表的发达国家对车路协 同系统的应用场景基本定义完毕，不同组织对应 用场景的定义基本一致。
车路协同系统通信协议标准化 2
美国和欧盟分别定义了车 - 车，车 - 路通信协议 标 准 ， 目 前 美 国 的 Dedicated Short Range Communication (DSRC) 协议在学术和企业界比 较普及，同时IEEE也定义了802.11P通信协议用 于车-车及车-路通信。
车路协同关键技术
车车/车路通信技术 高速移动状态下的多信道、高可信、高可靠的 车路/车车信息交互与融合
高速车辆环境下稳定高效的切换 及路由技术 密集车辆场景下公平高效的多信 道接入控制技术 稀疏车辆场景下可信可靠的信息 融合技术
车辆动态分簇融合技术 路侧通信设备的位置优化技术 兼容各种无线网络协议的多模式 连接技术
ITS(智能交通系统)日 本 日本汽车生产制造协会
公共部门申请
私人部门申请 ITS OBU
ASV
具有先进安全性能的车辆
AHSRA
先进高速公路巡航辅助 系统研究会
RSU
车——路 协同
JEITA
日本电子信息技术工业 协会
HIDO
高速公路工业 发展协会
ARIB
无线电工商业 协会
JARI
日本汽车研究所
私人公司及 组织
主要进展
车路协同系统技术进展
3
仍然处于相关技术的探讨、实验和测试阶段， 尚未大规模推广和应用。
两种推进方式 4
美国模式——政府主导、科研机构积极参与； 日本模式——工业企业积极参与，政府协调
32
车 路 协 同
综述 国外研究现状 发展趋势 我国“十二五”展望
33
车路协同发展趋势
互联网
电子支付
各种新型技 术和应用
2. 前撞预警：当前面车辆停车或者行驶缓慢而本车没有采取制动措施时，给予驾驶
3. 电子紧急制动灯：当前方车辆由于某种原因紧急制动，而后方车辆因没有察觉而
无采取制动措施时会给予驾驶员警告；
4. 交叉口辅助驾驶：当车辆进入交叉口处于危险状态时给予驾驶员以警告，如障碍
物挡住驾驶员视线而无法看到对向车流；
5. 禁行预警：在可通行区域，试图换道但对向车道有车辆行驶时给予驾驶员警告；
实时交通数据信息
安全信息
信号控制
实时调控处置
数据 采集
34
美国预计的装备DSRC的车辆总数、接入率等指标
时间 2010 2011
262 11%
2012
266 16%
2013
270 21%
2014
274 26%
2015
278 30%
2034
350 100%
装备DSRC的车辆总数（百万） 258
COOPERS项目
车-路通讯功能 车辆作为移动探测器 安全、高速的通讯
SAFESPOT项目 车-路协 同技术系 统应用
安全车速和安全车距维持 交叉路口安全辅助 危险区域警示 避免碰撞行人及非机动车
车-车协 同技术系 统应用
Car 2 Car项目
车辆间专用频率快速数据传输 车-车协调工作的智能交通
2003