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智慧公路车路协同系统的发展探讨

来源:赛迪智库  作者:于萍 程明睿  投稿时间:2018-11-28

2018年初,我国首条超级高速路———杭甬复线高速公路建设计划公开,这条计划2022年通车的超级高速路将采用车路协同系统,具备智能、快速、绿色、安全四大特征。作为解决交通拥堵、事故、污染等问题的有效手段,智慧公路的车路协同系统已进入成熟期,具有能够与车辆主动安全技术互补、进行车流优化并快速处理道路交通事故、进一步提升重点营运车辆安全水平等作用。因此,如何加快我国车路协同系统发展值得探讨。

全球车路协同系统的研发与应用取得实质进展

车路协同(V2X)系统是智慧公路建设的重要支撑,是通过无线通信技术和网络技术,使车辆与外界各项元素之间实现信息互联互通的智能交通系统。其概念最初由欧盟委员会第六科技框架计划(FP6,2002—2006)提出,目前世界各国都对其开展了研发与应用。V2X通常包括车辆与路侧基础设施(V2I)、车辆之间(V2V)、车辆与行人(V2P)、车辆与骑行车(V2M)等。V2V技术能够实现视距外的车辆相对位置互报,达成盲区预警和车辆间提前规避的效果;V2I技术能够实现车辆与道路间的信息交换,也可通过与主动安全装备联动提高V2V防碰撞效能,亦能对无人驾驶汽车进行引导;V2P和V2I技术能够利用智能交通信号灯等基础设施对人流、车流进行主动引导,从而提高车流运行效率并可有效规避事故发生,避免或减轻二次事故造成的损失。

车路协同理念及技术各具特色。车路协同技术实践时间长、成熟技术多,作为连接车辆和道路的关键技术,各行业新兴技术的涌现对车路协同技术发展具有持续的创新推动作用,进而也产生了各国各具特色的车路协同技术应用。

日本于1996年建设了世界上第一个基于实时道路信息及诱导方式的交通信息通信系统VICS,1997年建设了具有路面信息通信及紧急处理能力的AHS智能化交通系统,2007年开始建设的SmartWay又进一步加强了路侧基础设施感知能力。美国、欧盟均于2003年起开始车路协同系统计划及建设,旨在提升交通安全性、环保度和实现调度优化,其中,美国的IntelliDrive偏向于向驾驶者提供安全辅助控制或全自动控制支持,欧盟的eSafety、SAFESPOT、COOPERS、CVIS等更侧重车路协调合作方式的研究。

我国车路协同技术起步晚,但发展迅速。我国车路协同研发起步较晚,但国家对智能交通的重视和战略布局有力推动了车路协同系统的技术进步,尤其是近年,多项政策和规划都对车路协同系统研发应用给予了支持。《国务院关于印发“十三五”现代综合交通运输体系发展规划的通知》要求开展新一代国家交通控制网、智慧公路建设试点,推动路网管理、车路协同和出行信息服务的智能化;至2020年,我国交通基础设施、运载装备、经营业户和从业人员等基本要素信息数字化率要达到100%,各种交通方式信息交换取得突破。《交通运输部办公厅关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》对北京、河北、吉林、江苏、浙江、福建、江西、河南、广东的交通运输厅(委)作出部署:重点在基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、“互联网+”路网综合服务、新一代国家交通控制网等六个方向开展试点。目前,上海、北京、重庆、武汉、无锡等城市开展了基于宽带移动互联网的智能汽车与智慧交通应用示范,在推动我国车流干预、行人预警、智能城市系统等车路协同技术发展和应用方面积累了一定经验。但车路协同系统中5G或拓展应用5.8GHz专用短程通信技术提供极低延时宽带无线通信、路侧智能基站系统的应用等方面还存在短板,是未来一段时期我国智慧公路车路协同系统的重点应用方向。

我国车路协同技术发展面临的主要阻碍

V2X应用场景存在技术短板,制约V2X技术革新及应用步伐。随着应用场景技术的快速发展,已然成熟的V2X技术又面临新的发展机遇,实现了由“成熟”到“革新”的需求转化。车辆主动安全技术是与V2X技术进行协同的重要技术,较低的车辆主动安全技术普及率是当前制约V2X技术在“V”一侧发展的主要短板之一。日本的Smartway、美国的IntelliDrive均试图利用V2X技术,通过为车辆主动安全系统提供车辆及路况信息服务,增强车辆主动安全技术的可靠性。但目前,以主动防撞技术为代表的主动安全技术基础尚未夯实,主动安全技术与公路物联网互联度低、对网联信息处理能力较弱,传统汽车前后装市场主动安全技术推广进度缓慢,以无人驾驶技术为代表的前沿主动安全技术未获公众普遍信任,V2X与主动安全技术的协同效应差制约了我国V2X技术发展。

高速公路应用实践不足,严重阻碍了我国V2X技术的应用。由于高速公路路况好、道路基础设施较为健全、车流控制难度小,美、英、日、荷等发达国家车路协同技术应用多始于高速公路。我国超级高速路建设时间较短,在模型建立、车路通信等方面还缺少大量实践,难以在短时期内大规模推广应用。同时,我国公路信息化建设投资在高速公路总体建设投资中占比低于4%,高速公路智能化水平不高,各地低等级公路信息化水平则更低,智能化升级成本巨大。我国V2I技术在高等级公路上应用经验不足,在低等级公路的推广也是困难重重。

商业模式缺乏吸引力,V2X技术发展乏力。营运车辆事故往往会造成重大人员伤亡和财产损失,避免营运车辆间事故历来是世界各国的重要课题。由于营运车辆路线、车辆和驾驶者相对固定,在营运车辆上应用V2X是技术推广的切入点。但目前,在传统“使用者/所有者买单”模式下,车辆使用者/所有者将安全技术和装备投入视为额外成本支出,加之与技术配套的设备可选择范围小、成本偏高,且部分设备不够人性化,对固有工作习惯改变较大导致易用性差,缺少统一标准和接口导致普适性差等原因,V2X对车辆使用者/所有者吸引力较低。为加快车辆安全装备部署,日本等国的保险公司在各车辆险种中,依据ABS、安全气囊、主动防撞等主被动安全装备加装情况,设置了每项5%~10%不等的保费优惠。在我国,车辆安全与保险的合作模式还处于探讨阶段,我国利用保险带动车辆使用者/所有者积极性的模式仍需时间培育。

发展建议

从推进车辆主动安全装备应用着手,增强车辆与智能道路的协同能力。增强车辆主动安全装备的信息化水平,借助车联网,发挥装备车路协同能力、超视距反应能力和主动干预能力。一方面,通过颁布重点营运车辆领域的强制性安全标准,在重点营运车辆中进行推广,从后装市场入手,逐渐向前装市场渗透,最终使主动安全装备成为营运车辆出厂标配;另一方面,通过出台建议性行业标准,鼓励主动安全技术装备厂家向运输企业提供短期无偿服务、与整车企业合作等模式,逐步向非营运车辆领域推广。加快推进V2X各级道路建设改造,积累车路协同应用实践经验。第一,加快具有车路协同能力的、有示范作用的智能高速公路建设,推广普及道路建设运行中获取的先进经验,最终形成智能高速公路建设标准;第二,组织专家分析制定现有各等级公路进行改造的可能性、经济效应和改造方案,将智能公路建设纳入智慧城市建设总体架构,制定从高速公路向低等级公路逐步推开的公路智能化实施方案。

改变传统商业模式,加强对车辆使用者和所有者的引导。车路协同系统应用的关键在于使用者的配合,成本低廉、简单实用、人机交互方便的设备和软件更容易提高营运车辆运营人员的接受程度。建议在目前智能公路刚刚铺开的情况下,借鉴合同能源管理模式,鼓励使用者与保险公司合作,安装具有与智能道路协同功能的手机导航免费APP,然后通过应用车路协同系统后安全性提升的保费差额收益和经济性提升的能源差额收益等抵扣设备成本和运行费用的模式,向车辆所有者推广专用设备,强化对车辆使用者和所有者的引导,推动车辆协同技术的发展与应用。

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