課題研究內(nèi)容包括下列5個部分

1、. 課題研究內(nèi)容包括下列7個部分：（通信平臺是關鍵，無縫實時6M，物聯(lián)網(wǎng)）1.智能路側(cè)系統(tǒng)多級分布式體系結(jié)構(gòu)研究建立由路側(cè)傳感器和路側(cè)交通控制設備、路側(cè)信息處理單元、路側(cè)控制主機、分布式通信網(wǎng)絡和監(jiān)控中心服務器群組成的多級分布式體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖整個系統(tǒng)分為四層，自底向上分別為：設備層、控制層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)融合與決策層、應用層。設備層：公路氣象檢測傳感器、視頻檢測器、線圈檢測器、DSRC、WiFi無線通信、交通燈、情報板、可變限速標志控制層：控制主機網(wǎng)絡層：無線網(wǎng)絡（6M的帶寬實時）、工業(yè)以太網(wǎng)、光纖局域網(wǎng)、千兆局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合與決策層：車輛數(shù)據(jù)服務器、公

2、路數(shù)據(jù)服務器、高性能計算服務器、監(jiān)控服務器應用層：WEB服務，管理操作車路協(xié)同系統(tǒng)是各種應用、技術和信息的集成，其中數(shù)據(jù)的獲取、處理和傳輸方式多種多樣，設備和服務功能的開發(fā)具有階段性，這些就要求有一個統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建高效、靈活的CVIS，同時確定合理子系統(tǒng)劃分，個子系統(tǒng)的功能以及子系統(tǒng)之間的關系。從功能劃分地角度講，車路協(xié)同系統(tǒng)是由智能車載系統(tǒng)、路側(cè)系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)共同組成，如下圖所示。其中，智能車載系統(tǒng)主要包括各種傳感器、執(zhí)行部件、內(nèi)部通信單元（車內(nèi)多種傳感器、執(zhí)行部件的通信）和外部通信單元（車-車、車-路側(cè)設備、車-移動終端、車-中央系統(tǒng)）。路側(cè)系統(tǒng)主要用于獲取、收集、下發(fā)指定區(qū)域

3、的車輛通行氣象條件、交通流參數(shù)等數(shù)據(jù)，并提供車-車協(xié)作的輔助。中央控制系統(tǒng)作為主要的服務提供方，借助于分布式關系數(shù)據(jù)庫技術提供諸如路面三維模型、交通設施查詢服務，提供各種控制、協(xié)同策略。圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖2.智能路側(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流模型構(gòu)建與仿真智能路側(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜、接入設備繁多、信息交互量大，需要建立該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流模型，該模型首先建立車輛數(shù)據(jù)元模塊、道路數(shù)據(jù)元模塊、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)元模塊、控制數(shù)據(jù)元模塊，然后采用面向?qū)ο蠹夹g對系統(tǒng)中的各種信息元素進行分類、抽象，并給出各模塊之間的層次關系，建立系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，并采用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動進行仿真，定位出系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流運動的瓶頸部位，并采用優(yōu)化算

4、法對系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進行改進，從而使系統(tǒng)信息負載均衡，提高系統(tǒng)的魯棒性。3.車-路快速無縫通信技術研究車路快速無縫通信技術是本項目的重點和難點，需要考慮以下幾個方面的內(nèi)容：1.通過什么通信協(xié)議、采用什么通信方式、針對具體應用應選擇適合的通信模式.。2.DSRC安全和定位實時性高，WIFI效率和舒適性、廣播、傳輸距離和傳輸帶寬、延時） 圖4 系統(tǒng)通信邏輯結(jié)構(gòu) 圖5 異構(gòu)網(wǎng)絡并行結(jié)構(gòu)在智能交通中包括多種通信實體和通信應用種類繁多，一種無線接入方式難以滿足所有的應用場景?？梢圆捎枚喾N通信模式解決智能路側(cè)系統(tǒng)的不同應用1 短距離通信。交通安全應用 要求高可靠性、低時延、實時通信。重點考慮 安全性應用場景

5、：出現(xiàn)危險情況時，車輛向路側(cè)系統(tǒng)發(fā)送即時報警信息，車輛助手輔助司機執(zhí)行正確的操作。如轉(zhuǎn)方向，剎車。車內(nèi)還配置設備，檢測走神、疲勞、醉酒。通信方式:o CEN DSRCo European 5.9 GHz ITSo IR2 中距離通信重點考慮 交通效率和舒適性。要求高帶寬，低實時性。主要采用蜂窩通信系統(tǒng)，包括兩種類型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，（WiFi和WiMAX系統(tǒng)）。車載設備通過AP接入點進入網(wǎng)絡。高速率，高可靠性，時延大；電信系統(tǒng)，包括各種3G網(wǎng)絡，通過基站進入網(wǎng)絡。低速率，實時性好，可靠性差。應用場景：駕駛時收到實時信息。包括車輛擁堵、動態(tài)車速限制、臨時危險提示，影視頻下載； Cellular sy

6、stems:o WiFio WiMAXo GSM/GPRSo UMTS3 遠距離通信數(shù)字廣播系統(tǒng)，單向通信o DAB and DMBo DVB and DVB-Ho GPS應用場景：交通和旅游信息。包括個人導航、交通預報、停車向?qū)?、緊急服務。路側(cè)通信設備提供 交通信息、道路信息、限制、指導、建議。需要考慮車路通信的可靠性問題，以及出現(xiàn)錯誤后的處置措施。圖6 人-車-路通信環(huán)境 圖7 交叉口的通信:各種通信方式對比近距離，中距離遠距離CEN DSRC 5.8 GHzEuropean 5.9GHz ITSInfraredWiFiWiMAXUMTSDAB音頻DMB多媒體DVB-TDVB-H特點采用雙

7、向主從式通信結(jié)構(gòu)，路側(cè)設備為主，車載設備為從；主要負責車路通信，收集/發(fā)布信息。用于ETC設備， 采用TDMA機制，車載隨機選擇時隙。存在沖突。無優(yōu)先級和實時性保證。但可以通過減少負載（用戶數(shù)，包數(shù)，包長）提高實時性。采用Ad-hoc結(jié)構(gòu)，需要認證，主要針對車車通信。采用CSMA機制， 不支持實時，但負載?。ㄓ脩魯?shù)，包數(shù)，包長）時能保證。但通過上層協(xié)議可提高實時性。支持4個優(yōu)先級。滿足不同業(yè)務的不同實時性要求CALM-IR近距離人車通信，例如：開車門等車速中等時，高速接入互聯(lián)網(wǎng)。適合于加油站等熱點，車速低的地區(qū)采用CSMA機制，發(fā)放許可證，限制用戶數(shù)，保證實時性車速中等時，高速接入互聯(lián)網(wǎng)。支持

8、切換車速高速時中等延時，中等速率接入。支持切換同步發(fā)送，協(xié)調(diào)行動標準CEN EN12253-2004IEEE 802.11pISO21214IEEE802.11a/b/gIEEE 802.16GMS 3GPPTS 102 427TS 102 428EN 302 304天線單個全向天線單個全向天線單個定向天線單個全向天線多個全向天線單個全向天線單個全向天線單個全向天線傳輸距離3-155007 m覆蓋區(qū)域覆蓋區(qū)域最大50km覆蓋區(qū)域>35 km16 67km傳輸速率（Mbps）下行 0.5 Mbps上行 0.25 Mbps上下行6 Mbps上下行1 Mbps上下行 54 Mbps上下行 70

9、 依賴于車速和距離下行 高速移動時0.384Mbps 低速移動時14 Mbps上行 0.384 Mbps下行 2.4 Mbps下行 6.7-39Mbps時延ms建立時間<5 ms5-12 ms10ms0.01s依賴于接入時間200-300ms2s100ms6ms輸出功率2W1W優(yōu)先級4個等級實時性不支持支持不支持支持，較差不支持不支持方向性定向傳輸，支持廣播，非點對點全向傳輸，支持廣播， 點對點定向傳輸，支持廣播， 點對點全向傳輸，支持廣播，非點對點全向傳輸，有限廣播，非點對點全向傳輸，有限廣播，非點對點全向廣播，非點對點全向廣播，非點對點車路通信動態(tài)切換技術DSRC 通信有兩種方式:

10、路車通信( R2V ) 和車車通信( V2V )。R2V 是車輛和路邊的基礎設施進行通信, 屬于移動設備和固定設備的通信過程, 采用的網(wǎng)絡模型基于一跳A d- H oc網(wǎng)絡模型。R2V 的主要應用是智能收費系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡的多媒體下載和智能停車系統(tǒng)等。V2V 是車輛和車輛進行通信, 屬于移動設備之間的通信, 采用的網(wǎng)絡模型是基于多跳的Ad􀀁H oc網(wǎng)路模型。V2V 的典型應用是汽車主動避讓、前方障礙物檢測和避讓等切換的過程可以分成3 個部分: 切換準備階段、切換重新注冊階段和重新關聯(lián)階段。前兩部分屬于MAC層技術, 第三個屬于網(wǎng)絡層技術。在切換準備階段OBU 檢測到當前的連接信

11、號質(zhì)量下降、信噪比上升, 不能維持與當前RSU 的通信。 通過物理層的測量技術, 對周圍的RSU 進行掃描, 尋找新的RSU 接入。在掃描過程中,OBU 偵聽后備網(wǎng)絡的廣播消息, 獲得網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)(廣播消息的廣播周期10 m s)。掃描方式有兩種, 主動式和被動式掃描, 主動式掃描是OBU主動給RSU 發(fā)送申請消息, RSU 反饋網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)給OBU; 被動式是OBU 周期性地接收廣播消息, 獲得拓撲結(jié)構(gòu)。OBU 通過掃描的方式, 測量周邊RSU 的下行鏈路質(zhì)量, 尋找新的目標RSU, 按優(yōu)先級排列。在重新注冊階段, OBU 選擇優(yōu)先級最高的為目標RSU, 并通過一系列的消息交互, 實現(xiàn)與前R

12、SU 斷開連接, 并重新進入新的RSU。在重新關聯(lián)階段網(wǎng)絡層重新建立IP層連接, 實現(xiàn)無縫切換。切換過程對系統(tǒng)性能的影響主要考慮切換的延時、成功率和數(shù)據(jù)包的丟失率等因素。降低切換的延時, 即降低重新認證和重新關聯(lián)的延時, 尋找合適的切換算法, 實現(xiàn)快速切換, 提高系統(tǒng)性能。切換的成功率是對切換的判決算法進行改進, 防止出現(xiàn)乒乓效應。最后是實現(xiàn)無縫切換, 降低數(shù)據(jù)包的丟失。4.基于路側(cè)傳感和車輛信息融合的異常交通事件及交通行為感知技術研究在車輛協(xié)同技術體系中，感知系統(tǒng)是重要的組成技術之一。在此系統(tǒng)中感知功能為車-車、車-路、車-人間的沖突消解起到一個依據(jù)作用；此外，對車-車、車-路側(cè)系統(tǒng)間信息交

13、互起到先導作用。（1） 感知內(nèi)容對于含有先進的車載系統(tǒng)的車輛本身來說，它的感知內(nèi)容有如下狀態(tài)圖：車輛感知臨近車輛環(huán)境人路圖1 車輛需要感知內(nèi)容.對于對于路側(cè)系統(tǒng)，它的感知內(nèi)容有如下狀態(tài)圖：路側(cè)感知車環(huán)境人路通過傳感器網(wǎng)絡可以實時感知氣溫、降雨量、降雪量、風速、可見度等氣象信息，并根據(jù)該信息給出車輛最佳安全行駛速度。采用專用巡邏車收集道路的破損、平整度、構(gòu)造深度信息，計算道路的舒適度指數(shù)提供給車輛，及時發(fā)現(xiàn)道路附屬設施損毀情況計算養(yǎng)護等級指數(shù)給道路養(yǎng)護部門，同時還承擔道路交通事件的清理和救援任務。（2）需要感知的主體內(nèi)容作為感知，首先對感知對象進行劃分，從而形成高效的數(shù)據(jù)組織分類。主要對感知的主

14、體相關性進行了車、路、人等相關感知內(nèi)容分類。分類內(nèi)容見圖2車1 周圍車輛狀態(tài)； 與周邊車輛信息互通(交互)；2 （自身/周邊）車速；3 行車路線；4 （考慮無車載車闖入？）路1 路面異常（物理破損）；2 天氣影響下的路面行車環(huán)境（雨雪風霧）；人1 行人位置；2 行人軌跡預測；3 駕駛員特征。圖2 感知內(nèi)容劃分（3） 構(gòu)建感知體系結(jié)構(gòu) 感知體系主要由現(xiàn)代通訊技術及其數(shù)據(jù)處理等先進的信息方式作為基礎，在此基礎上支持了現(xiàn)代感知技術，感知人、車、路、環(huán)境等信息，也就是像素級、特征級、決策級的感知內(nèi)容，從而得出車-車，車-路等關系，最終形成一個感知結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。構(gòu)建感知體系結(jié)構(gòu)，見圖3?，F(xiàn)代通信、數(shù)據(jù)處理等

15、平臺線圈、視頻、無線方式（紅外、微波）車載單元交互感知路面感知人體感知環(huán)境感知車體感知像素級感知特征型級感知決策級感知車-車間關系車-路間關系車路感知系統(tǒng)體系圖3 感知體系結(jié)構(gòu)圖（4）感知分層感知分層主要分為：像素級（數(shù)據(jù)級）感知、屬性級感知、決策級感知三個層次。針對不同的感知問題，有相應的感知層次進行感知。感知最底層為像素級感知，像素級感知結(jié)果可以為屬性級感知提供感知數(shù)據(jù)來源，進一步屬性級感知為決策級感知提供數(shù)據(jù)支持。像素級感知與特征感知處理是地面交通信息和部分空間信息，輸出的是對交通狀態(tài)的部分描述，如狀態(tài)向量、特征和屬性；決策級感知屬于高層處理，處理的數(shù)據(jù)包括地面交通信息、全部的空間信息、

16、氣象信息等其他交通相關信息以及交通領域?qū)＜业闹R等，輸出的是抽象結(jié)果。像素級感知層特征級感知決策級感知圖4 信息感知層次4.3 車輛行為感知在車輛的狀態(tài)上感知，可分為常態(tài)感知與異常感知。作為常態(tài)感知，主要是對車輛自身、及相離車輛、路、人等情況在正常狀態(tài)下獲得的數(shù)據(jù)沒有偏離應該具有的常態(tài)參數(shù)或?qū)傩?。作為車輛異常感知則較為復雜，包括：行車越線、偶然停車、轉(zhuǎn)彎等。即：常態(tài)之外的任何車輛行為。異常感知，主要采用特征級感知與決策級感知共同作用。異常感知初步分解為兩種感知信息：靜態(tài)信息感知：自身的起始車輛信息，車輛自身狀態(tài)參數(shù)的離差程度（自檢）；其他臨近車輛交互參數(shù)、無授權狀態(tài)下的車輛異常；特別事件的發(fā)生

17、對道路行車路線的影響；路面方案選擇，包括路面實時狀態(tài)。檢測目的：車輛駛出時的沖突檢測。動態(tài)信息感知：在路面行駛過程中形成的信息。周邊車輛的變道、停車、轉(zhuǎn)彎等。路口人行服務設備的信號，及其路側(cè)設備與之交互的動態(tài)信息等。4.4基于車輛位置和速度信息的交通事件感知技術通過像素級（數(shù)據(jù)級）感知對車輛行駛過程中的單個屬性數(shù)據(jù)信息進行采集，如：速度可以單獨使用埋地線圈的方式，或者微波感知等方式，或者綜合起來形成屬性級感知，對精度進行提高；位置感知方法：采用服務區(qū)的方式，在車輛進入服務區(qū)內(nèi)采用特征級的感知方式獲得。5基于分布式多級決策融合體系的交通誘導與管理技術研究5.1基于車路協(xié)同的交通安全預警技術目標：

18、為司乘人員提供交通預警信息，減少交通事故、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，降低直接和非直接經(jīng)濟損失，緩解交通擁堵。主要研究內(nèi)容：前方事故的檢測及廣播，違章車輛檢測，交叉口沖突檢測，車輛超高提前預警，車輛超長提前預警，前方施工預警；5.2基于車路協(xié)同的先進交通管理技術目標：采用先進技術保障交通流通暢，減少交通擁堵。主要研究內(nèi)容：車速自適應控制、車輛編隊控制、智能交通信號控制、基于可變交通情報板的交通誘導、交通事件的快速處理方案、交通黑名單管理；5.3個性化服務管理目標：為司乘人員提供個性化服務，提高乘車舒適性主要研究內(nèi)容：天氣、股票、新聞、地圖、郵件服務，多媒體娛樂信息的上/下載服務。 6、智能路側(cè)原型系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)一套智能路側(cè)原型系