車路協同、智慧公路的發展和思考

來源:湖北交投科技公司    發布時間:2022年04月06日  

為什么要發展車路協同?

為什么要做車路協同?車路協同的最初起源其實就是交通,要解決交通的問題,什么問題?核心還是安全和效率。因為交通就要完成人和貨物的運輸,安全和效率是永遠的追求。具體是?

一是避撞。

車輛安全技術起源是從車的角度來做的,最開始是被動安全,逐漸產生主動安全需求。有了車路協同以后,我們提出“協同安全”。被動安全和主動安全,核心都是靠車輛自身技術實現避撞。

舉兩個例子,一個交通事故發生時天氣不是很惡劣,但地面有薄冰。前方有一個事故造成道路堵塞,有人從車上下來查看事故,當場被撞飛。所以有事故千萬不能上路去做誘導,出現事故趕緊往路邊撤離,以防止后續不斷有車因為剎車不及發生連續撞擊。

第二個是惡劣天氣情況下發生的交通事故。一個大貨車在行駛過程中因為大霧,看不清、看不遠前方路況,可視距離內看到前方事故了,但仍然停不住,貨車直接拍了上去,整個駕駛臺都拍沒了。

兩個事故,都是在不太好的天氣條件下發生的。這種事故無論是車輛的主動安全和被動安全都很難解決,顯然這樣的事故還會在發生。

還有一個典型事故,車輛在轉彎時尤其是山區公路上轉彎時,有視野盲區。在轉彎時,因為看不清路況,一輛行駛中的汽車與騎自行車的人相撞。

公路交通的安全問題很多,重點在哪里呢?連環追尾、重特大事故發生后的二次事故,以及惡劣天氣下的事故。

二是提升道路通行能力。

道路交通有很多管控方式,管控的難點在哪里呢?首先,道路的通行車輛數量遠遠大于設計的通行能力。舉個公路交通管控的典型案例:原本三個車道正常通行,但有一個車道發生了事故或維修,導致無法通行,理論上通行能力只降低了三分之一。但實際上,當通行車輛遠小于設計通行能力時,對通行的影響并沒有顯現,但車輛增多后,事故點前方位置由于換道加塞、速度變化,通行能力將急劇下降,如果車輛數量接近設計能力或者大于設計能力時,擁堵就不可避免,通行能力急劇下降。

惡劣天氣下的封路和限行。四川高速同行最近在探索全天候通行,能不能不封路,或者能不能少封路?

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解決方案

以上兩個問題如何解決?結合車路協同能解決嗎?

可以通過車路協同掌握基礎數據,然后交互基礎數據,在基礎數據的基礎上再去做過程應用。現在交通部在推進交通基礎設施數字化,就是往這個方向走。先把靜態數據數字化了,作為交通數據交互的基礎和平臺,再把動態數據數字化了,再把交互數據實時化了。在這個基礎上再去做應用,包括交通安全、交通效率、交通服務等應用都可以做。

車路協同可以做什么?一是檢測,二是交互,三是管控檢測有兩個層面,一是道路本身的感知檢測能力要補強,如流量、速度,因為在車路協同環境下一定是要檢測每一臺車輛的狀態。如位置、速度、方向、狀態等動態數據,不僅僅是統計數據而已。數據有兩個來源,一是從車輛來,車輛報送給系統,再實時交互給其他的車和路側設備,二是路側設備把每輛車的狀態檢測出來。二是交互,這個交互和傳統交互略有不同。傳統智能交通是把數據送到中心,再通過處理后下發,比如剛才剛播放的視頻中那個連續撞車事故,等送到中心再發下來,再做車輛控制,就沒什么意義了,因為延時。車路協同的數據交互一定是實時的數據交互,毫秒時間內把道路交通狀態交互給周邊車輛,即300~500米內跟安全相關的車輛,如果不交互,就和傳統的后臺數據處理是一模一樣的,對預防二次事故發生就起不到作用。當然,實時要求可以低一點,有低延時高可靠的直聯通訊,做全局大交互,比如LTE-V的PC5和5G的New radio。

有數據了,有交互了,有共享了,下一步就要做管控。管控手段有很多,跟智慧公路有關的管控叫主動管控。傳統的公路交通管控是用道路的基礎設施來實現,如誘導、關閉車道等,這是被動管控。而主動管控中,車輛本身也是個控制變量,可參與到管控當中去,管控手段包括主動避撞,主動交通控制和全天候通行。主動避撞可以實現車車交互,車輛交換安全和狀態信息,惡劣天氣和密集交通環境預警,避免連環撞擊。在特殊道路環境下,如匝道、彎道、隧道提供駕駛員盲區預警,避免碰撞。

這就是針對前文所舉問題里面的場景,給駕駛員提供實時預警服務,交互方式多種,信息可以推到智能網聯車上,如果不是智能車,可以用可變情報板/誘導屏,或者交通廣播、行車記錄儀等,想辦法推到車上,讓駕駛員知道相關信息。

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典型應用:交通主動控制。怎么處理?例如長沙市福元路大橋,往南一點是湘江二橋。要從長望路上橋,從西往東是6條車道匯聚到路口,如果不做控制,就會成為一個“死塘”。6條車道的車要擠到兩條車道里面去,交警怎么做?裝了6個車道紅綠燈,每次放兩個車道,目的讓橋上保持兩條車道的通行能力。這就是它的控制目的。有車路協同后怎么辦?交通主動控制、預警,分段車速引導、換道提示,把這三個內容加進去以后讓車輛有序的進入,不超過兩條車道的正常通行能力。分段車速引導是很有效的方法。

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全天候通行。川高特別想做這件事情,要是效果好的話,很可能成為下一階段智慧高速一個突破性的應用,既能解決路側系統的基礎設施建設,也能增加車路協同設備的裝車率。只要有足夠的裝車率,有足夠的路側系統,除了解決全天候通行的問題之外,還能把其他應用全部疊加上去,那就是一個非常快速的方式了,希望能夠快速成功。? ??

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目前存在的問題和解決方法

一是系統繼承關系不清楚。傳統智能交通管控和協同智能是一個繼承關系。車路協同是能夠支撐和提升傳統智能交通很多能力,也能增加一些新的能力。現在業界經常把兩個分開,建設的時候,傳統的交通管控(信號、誘導、監控等)和和車路協同分開建設,車路協同就幾個場景模擬模擬,這是很大的問題。

二是應用效果不明顯。車路協同講了十年,做了十年了,投了那么多錢,有用嗎?沒看到用。問題在哪里?因為只是局部道路建設。車路協同要應用,做一條路,做幾個路口,做一個小區域,沒有用,一定要在一個地方試點做全域。現在住建部試點“雙智城市”,選了16個城市來突破。我一直強調,做車路協同就要做全域,哪怕做一個細分領域的全域都可以。其次,路端設施要同步車端,路側系統建好了,但沒有車進行匹配。智能駕駛的車什么時候普及?車企說已經進入了量產計劃了,但量產計劃是三年以后才有車。三年?三年以后路側系統、設備都壞了,沒了。

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解決方案是什么?

一,基礎設施建設還是要做

構建道路基礎設施,獲得信息體系,實現全時空信息實時獲取和交互,實現所有道路參與者實時共享。

二,應用系統建設

面向需求逐步提供各類應用。首先要提升現有交通管控能力,如數據收集能力,應急管理反應能力。增加現有交通管控系統還不能提供的一些應用,比方車道級控制、避撞、誘導,這是一個整體思路。

三,拓展場景

高速公路場景并不復雜。有主線收收費站、服務區、隧道區,有匝道出入口,施工區,救援區,事故擁堵區等。

全域一定不是全道路覆蓋,300年沒擁堵、沒事故的地方真沒有必要做。為了節約成本,只在有事的地方做,這叫全域。

那做什么?要有路側、中心、車端,在沒有車端設備的時候要有過渡方案來處理。遠端,決策級引導,分流引導,收費限流等應用;近端,引導級控制,異常路段上游可變限速控制,車道選擇引導;本地做引導及預警,合流區預警,車輛超速預警,以及速度引導等。

具體每個怎么做?出入口、控制,相應的東西都有思路,整體架構都不講了。

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(圖)這是一個路網模型,把所有點全部做清楚了以后,我覺得高速公路通行能力能有非常好的提升。

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總結

車路協同可以實現現有交通安全提升,包括車輛被動安全,主動安全。我們稱之為協同智能,這可能是交通安全方面的革命,當然也是自動駕駛的一條實現路徑。將來自動駕駛真的實現了,肯定少不了車路協同技術。車路協同是新一代智能交通系統的基礎,能夠更加細致地獲取每個交通獨立對象的數據,并共享起來,把交通從被動控制變成主動控制,車輛本身運行也參與到這個控制中間,也是一個大的交通技術革命。

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注:本文為清華大學自動化系教授姚丹亞在第十六屆中國智能交通年會——智慧公路論壇上發布的演講摘要,未經本人審定。


轉載自“智慧交通”微信公眾號

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