車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景研究

0前言為了進(jìn)一步推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)汽車制造企業(yè)需要整合具體的智能技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，建立車輛智能化水平與自動(dòng)駕駛能力匹配的應(yīng)用場(chǎng)景技術(shù)模塊，為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的全面提升奠定基礎(chǔ)，打造更加和諧高效的交通環(huán)境。1車聯(lián)網(wǎng)(V2X)技術(shù)概述1.1技術(shù)內(nèi)涵V2X技術(shù)是指車輛與車輛(V2V)、車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)、車輛與行人(V2P)等各方面建立的無線通信技術(shù)運(yùn)行模式。V2X技術(shù)的本質(zhì)就是通過對(duì)外界發(fā)送或者接收電磁波信號(hào)，使車輛可以獲得實(shí)時(shí)的路況及行人等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，確保行車決策的正確性和規(guī)范性[1]。工業(yè)和信息化部為此制訂的2025年目標(biāo)是通過V2X技術(shù)，使交通整體效率提升30%，事故率降低80%，碳排放量降低20%。在V2X技術(shù)體系中，蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)技術(shù)是以蜂窩通信技術(shù)為基礎(chǔ)的V2X技術(shù)的應(yīng)用模式，具有重要的研究?jī)r(jià)值。以第三代合作伙伴項(xiàng)目(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C-V2X技術(shù)進(jìn)行分類的情況見表1。表1C-V2X技術(shù)階段分類1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)V2X技術(shù)能有效提升典型場(chǎng)景或者應(yīng)用環(huán)境的車輛運(yùn)行質(zhì)量水平，能建立非視距識(shí)別模式，且配配合第五代移動(dòng)通信(5G)技術(shù)建立起遠(yuǎn)距離通信和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)性連接處理，打造完整的雨、雪、霧天氣預(yù)警模式和紅綠燈識(shí)別模式，最大限度地提高車輛運(yùn)行的安全性。2V2X應(yīng)用場(chǎng)景分析依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展要求和具體內(nèi)容，V2X技術(shù)可廣泛應(yīng)用于不同的典型場(chǎng)景，如信息服務(wù)、交通安全、交通效率管理、自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景。V2X技術(shù)可以打造出更加科學(xué)高效的車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)模式，保證車輛、行人、設(shè)施等管理的有序開展，從而形成良好和諧的交通運(yùn)輸環(huán)境，維持交通的安全性和穩(wěn)定性。2.1具體場(chǎng)景2.1.1V2VV2V是指通過車載終端進(jìn)行車輛間的通信模式。V2V通信應(yīng)用于車輛之間信息交互，避免或減少交通事故，其具體應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾個(gè)方面。(1)緊急自動(dòng)剎車預(yù)警。在車輛運(yùn)行過程中，當(dāng)前車出現(xiàn)緊急制動(dòng)時(shí)，該車會(huì)自動(dòng)向周圍車輛廣播制動(dòng)信息。周邊車輛在獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)和即時(shí)性指令后，判定車輛是否存在碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)向駕駛員發(fā)出前車急剎警告，為駕駛員有效地完成避險(xiǎn)提供保障。(2)前車預(yù)警。車輛會(huì)定期向周圍車輛廣播本車的實(shí)際車速及位置、變道等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容。周邊車輛在接收到相關(guān)信息后，依據(jù)信息判定是否存在車輛剮蹭的危險(xiǎn)，為駕駛員開展變道、減速等操作處理提供支持，也能及時(shí)向駕駛員發(fā)出前車碰撞警告指令。(3)超車預(yù)警。車輛會(huì)定期向周圍車輛廣播本車實(shí)時(shí)速度和位置參數(shù)，尤其是車道變更信息。一旦后車開始加速或者需要采取超車變道等情況，前車就能依據(jù)收到的后車信息及時(shí)預(yù)警，避免車輛碰撞。(4)交叉路口預(yù)警。在車輛經(jīng)過交叉路口位置時(shí)，車輛結(jié)合對(duì)應(yīng)的智能信號(hào)指令接收模式，可以有效判定周圍車輛的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)。該車輛結(jié)合周圍車輛的速度和位置參數(shù)能評(píng)估碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并向車輛駕駛員發(fā)送相應(yīng)的駕駛警告信息。(5)車輛失控預(yù)警。車輛在特殊氣候環(huán)境下行駛，會(huì)存在車輛失控的危險(xiǎn)。車輛失控預(yù)警信息處理機(jī)制能在車輛運(yùn)行突然出現(xiàn)緊急故障失控情況下，對(duì)周圍車輛發(fā)出相應(yīng)的警告信息，周邊車輛接收信息后，結(jié)合警告內(nèi)容采取及時(shí)避險(xiǎn)措施，避免發(fā)生嚴(yán)重的交通事故，造成道路擁堵和人員傷亡。(6)特殊車輛優(yōu)先預(yù)警。車輛行駛過程中若遭遇特殊車輛時(shí)，車輛會(huì)建立相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)模式。如特殊車輛屬于正在執(zhí)行任務(wù)的救護(hù)車、消防車、警車等類型時(shí)，系統(tǒng)會(huì)直接向周圍車輛傳送相應(yīng)的信息，并發(fā)布對(duì)應(yīng)特殊指令，一旦周圍車輛接收到具體信息后，所有車輛需要采取主動(dòng)避讓處理，為特殊車輛提供便捷的行車通道，確保特殊車輛優(yōu)先通過。2.1.2V2IV2I是指車輛在運(yùn)行過程中，與周邊基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)形成對(duì)應(yīng)的信息交互模式，為車輛提供更加便捷的運(yùn)行信息指引，減少車輛運(yùn)行錯(cuò)誤造成的交通資源浪費(fèi)。其具體應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾個(gè)方面。(1)路面異常預(yù)警。主要是借助道路終端處理信息，由道路終端定期向周邊車輛傳送相關(guān)信息數(shù)據(jù)，包括道路結(jié)冰、物品掉落、道路施工等信息，一旦車輛接收到地面異常信息指令，系統(tǒng)會(huì)結(jié)合實(shí)際情況落實(shí)相應(yīng)的處理程序，從而保證信息反饋的及時(shí)性，駕駛員也能結(jié)合反饋信息及時(shí)落實(shí)相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，以便緊急避險(xiǎn)。(2)事故預(yù)警。主要是指用終端定期發(fā)送事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性信息，車輛接收到信息數(shù)據(jù)后就能及時(shí)反饋到駕駛員處，駕駛員結(jié)合實(shí)際情況提前規(guī)劃路線，以便及時(shí)避讓危險(xiǎn)路段或擁堵路段，保證行車路線的科學(xué)性和合理性。(3)急轉(zhuǎn)彎車速預(yù)警。一般是指路面終端向周圍車輛提供急轉(zhuǎn)彎限速等基礎(chǔ)信息，車輛駕駛員及時(shí)預(yù)估可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)降速并順利通過急轉(zhuǎn)彎道，提升車輛運(yùn)行的安全性，維持車輛行駛的平穩(wěn)性。(4)違章信息預(yù)警。近年來，隨著車輛數(shù)量的急劇增多，交通管理部門為了更好地維持道路運(yùn)行的安全性，會(huì)設(shè)置很多車輛路面監(jiān)控裝置。但現(xiàn)階段有些監(jiān)控設(shè)施還不完善，有些駕駛員會(huì)利用漏洞進(jìn)行違規(guī)操作。比如，在一些限速路段，如果沒有監(jiān)控?cái)z像頭，部分車輛會(huì)超速行駛，給車輛安全行駛帶來嚴(yán)重的威脅；還有些車輛會(huì)有在高速道路行駛過程中長(zhǎng)時(shí)間占用應(yīng)急車道；在城市早晚高峰時(shí)段占用公交車道等違法行為。借助V2I技術(shù)，能建立實(shí)時(shí)性違章信息的記錄，車輛終端定時(shí)向道路終端發(fā)送車輛的實(shí)時(shí)性速度和位置信息，道路終端將信息借助運(yùn)算服務(wù)器直接完成計(jì)算和評(píng)估，確認(rèn)車輛是否存在違章行為，判定車輛駕駛員是否存在違規(guī)操作。交通管理部門利用對(duì)應(yīng)的信息處理模式，可以打造完整且合理的實(shí)時(shí)性安全駕駛行為分析和評(píng)估處理規(guī)范，維持良好的駕駛管理模式，優(yōu)化綜合控制效果。(5)交通信息廣播。主要是結(jié)合智能交通系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)性信息匯總處理模式。當(dāng)?shù)缆方K端探測(cè)到某路段出現(xiàn)異常的擁堵現(xiàn)象時(shí)，車輛廣播系統(tǒng)會(huì)通知該區(qū)域內(nèi)的車載終端，有效向駕駛員發(fā)送相應(yīng)的警告信息，以便駕駛?cè)藛T及時(shí)了解路況，在不違反交通規(guī)則的情況下選擇繞行，減少交通擁堵，提升道路交通的通暢性。2.1.3V2PV2P主要是指車輛和行人之間建立相應(yīng)的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用控制模式，保證實(shí)時(shí)性管控工作的規(guī)范性，維持信息分析效果的最優(yōu)化。例如，行人碰撞預(yù)警模式借助V2P行人終端，定期向周圍車輛直接廣播行人的速度和實(shí)時(shí)性位置，配合V2P車輛終端，使車輛在接收到行人終端信息后能及時(shí)評(píng)估碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，確保向駕駛員發(fā)出碰撞預(yù)警，行人也能得到相應(yīng)的警示，最大程度保證行車安全。2.2場(chǎng)景參數(shù)依據(jù)時(shí)延和頻率，V2X技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景參數(shù)包括低時(shí)延高頻率和高時(shí)延低頻率2種類型。2.2.1低時(shí)延、高頻率V2V通信類型的場(chǎng)景參數(shù)分別為：①前向碰撞預(yù)警、逆向超車碰撞預(yù)警，其頻率為10Hz，最大時(shí)延為100ms，定位精度為1.5m，通信范圍為300m。②盲區(qū)/便道輔助、緊急制動(dòng)預(yù)警，其頻率為10Hz，最大時(shí)延100ms，定位精度為1.5m，通信范圍為150m。③交叉路口碰撞預(yù)警、左轉(zhuǎn)輔助，其頻率為10Hz，最大時(shí)延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。④高優(yōu)先級(jí)車輛讓行/緊急車輛信號(hào)優(yōu)先權(quán)、車輛失控預(yù)警、道路危險(xiǎn)狀況提示，其頻率為10Hz，最大時(shí)延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為300m。V2P通信類型的場(chǎng)景參數(shù)為：弱勢(shì)交通參與者預(yù)警的頻率為10Hz，最大時(shí)延為100ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。2.2.2高時(shí)延、低頻率V2V通信類型的場(chǎng)景參數(shù)主要有：①基于信號(hào)燈的車速引導(dǎo)，頻率為2Hz，最大時(shí)延為200ms，定位精度為1.5m，通信范圍為150m。②限速預(yù)警，頻率為1Hz，最大時(shí)延為500ms，定位精度為5.0m，通信范圍為300m。V2I通信類型的場(chǎng)景參數(shù)主要有：智能汽車進(jìn)場(chǎng)支付頻率為1Hz，最大時(shí)延為500ms，定位精度為5.0m，通信范圍為150m。2.2.3V2X測(cè)試評(píng)價(jià)為了保證V2X應(yīng)用的合理性和規(guī)范性，需結(jié)合V2X的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)開展相應(yīng)的測(cè)評(píng)工作，著重了解其實(shí)際應(yīng)用效能，維持良好的運(yùn)行規(guī)范，保證對(duì)應(yīng)的V2X控制模式能發(fā)揮實(shí)效性價(jià)值，提高道路運(yùn)行的安全性。V2X測(cè)試內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面。(1)開放道路實(shí)測(cè)。在封閉試驗(yàn)場(chǎng)，基于5G通信技術(shù)，選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)聯(lián)設(shè)備，包括無線網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控球機(jī)、智能紅綠燈、微波雷達(dá)檢測(cè)器、智能路測(cè)單元(RSU)及視頻檢測(cè)器等設(shè)備。在實(shí)際測(cè)量過程中，按照道路類型結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)的測(cè)評(píng)工作。較為常見的道路類型包括Y路口、道路出入口、斷頭路、十字路口、環(huán)島、T字路口、交叉口、特殊道路、公交站等特殊道路場(chǎng)景。按照V2X場(chǎng)景設(shè)備集成處理、通信設(shè)備集成處理、高精度地圖/高精度定位、數(shù)據(jù)中心處理的應(yīng)用模塊完成相應(yīng)的實(shí)測(cè)分析工作，可以全面了解V2X的實(shí)際應(yīng)用效果。例如，高精度地圖與高精度定位處理中，要將車載設(shè)備作為關(guān)鍵，配合差分增強(qiáng)定位系統(tǒng)、V2X設(shè)備高精度地圖集成等，有效連接數(shù)據(jù)中心，建立實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)匯總模式。(2)暗室整車仿真測(cè)試。該測(cè)試主要是實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)整車測(cè)試微波暗室環(huán)境的分析工作。測(cè)試項(xiàng)目包括V2X功能