智慧交通的八大关键性技术和国外实践案例!

智慧公路(IntelligentRoad,IR)是一种多功能集成的道路基础设施系统,由自动驾驶车辆、车路通信与协同、智能道路基础设施三部分组成。其目标是通过通信、电子、自动化技术构建车辆-公路一体化系统,提供大量全局、实时和先验的信息,实现在车辆间实时通信环境下最大限度地提高道路通行的能力,辅助智能网联汽车(
IntelligentandConnectedVehicle,ICV)提高环境感知和即时通信能力,消除行车安全和交通拥堵隐患,实现车路协同的深层次变革。

——许英博 中信证券首席科技产业分析师

——梁程加 中信证券首席通信行业分析师

众所周知“新基建”中,与智慧交通有关的就包括了5G、人工智能、新能源汽车等,最终的科技硬件载体基本在“人车路”三者之间的车与路上,智慧公路是智慧交通的重要组成部分和载体,通过研究关键技术、国际实践案例和经验,以及对发展趋势的展望,我想对行业发展非常重要。尤其需要行业关注的重点是数字孪生技术、信息安全将在智慧交通领域产生深刻影响。

——宋嘉 《智慧中国》杂志社副社长、机械工业经济管理研究院两化融合协同创新中心主任

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

智慧交通八大关键性技术

1:V2X网络通信技术

实现高度智能的车-路通信与协作的基础,在异构网络融合和频谱资源共享基础上实现无所不在的网络覆盖(例如5G、DSRC、RSRC、WIFI等)。

2:高精度地图技术

通过融合无线定位、惯性导航定位、卫星定位、车辆自主定位、路侧设施辅助定位和高精度地图实现智能公路上大规模车辆的实时精准定位。

3:车辆队列技术

利用距离探测传感器、车-车/车-路通信技术使得多辆汽车之间保持一定的安全距离,从而使得整个车队形成了一个一致性的整体。

4:无线充电技术

将无线充电模块配置在智能道路上,同时太阳能等新能源提供电力,大幅减少电动汽车配备的动力电池容量,节能减排,并降低电动汽车的运行成本

5:道路智能材料技术

道路智能材料能够自主感知环境,对之进行分析、处理、判断。优异特性使路面具备了能量收集、自诊断、信息交互等智能化功能,提升了道路服务能力。

6:面向主动安全的道路控制技术

道路基础设施本身着手,通过实时监控、提前预测、自动感知和自动修复等工作模块提高道路的行车安全性和稳定性。

7:车路交互技术

出行即服务(MaaS)旨在共享交通模式和智能信息技术的基础上建立无缝衔接的网络化交通系统。

8:结合基础设施的智能决策与规划

包括单车智能决策行为(换道、超车、汇入车流等)和多车协同运动规划(对多辆汽车的路径或轨迹进行求解的过程)。

欧美日等国家的智慧交通实践

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

1、日本:依托Smartway,推出ETC2.0

Smartway系统:以交通安全、环节拥堵、改善环境等为目的,通过ITS技术将人、车、道路用信息连接起来的新一代公路系统。日本在融合道路交通信息通信系统(VICS)和ETC不停车收费系统功能基础上,推出世界首款DSRC大容量双向通信设备ITSSpot,提供拥堵预测及路径规划、特殊车辆运行规律及轨迹追溯、动态费率调整、异常驾驶行为识别等智能出行引导及运营管理服务。

发展历程:2004年提出;2009年,向国会提出方案并获得审批,日本政府投资250亿日元(约15亿人民币)沿路建设Smartway设施;2011年建设完毕;2012年开始服务和销售;2016年正式提供ETC2.0服务,全国高速公路累计完成1700个路侧设备部署。

技术路径:以DSRC车路交互技术为核心,通过在高速公路上设置路侧热点(ITS-SPOT)实现与具备收费、信息服务、车路交互等功能的综合车载终端的交互服务。

实施效果:逐步实现了对运行车流及车辆的监管、诱导和控制。

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

2、韩国:ITS智能交通系统

韩国将ITS智能交通系统定义为七大系统,交通管理、公共运输、交通信息服务、电子支付、旅行信息服务、车路智能服务和货运服务

韩国从1990年开始发展ITS,2001-2003进入发展期,开始示范城市项目建设,并开始ETC试点工作。从2004年起ITS快速发展,包括高速公路,国道和城市主干线,同时,各个地方的公交信息系统蓬勃发展,ETC系统建设覆盖整个高速公路。

2014年后,侧重于协作式智能交通(C-ITS)的发展。目前韩国智能交通系统建设已经完全覆盖高速公路,在国道上已实现20%的覆盖,覆盖里程约为2607公里,预计在2020年完成45%的覆盖目标。

从投资来看,韩国ITS的发展规划为四个阶段,2001-2005年是第一阶段,智能交通投资额9亿美元;2006-2010年是第二阶段2011-2015年是第三阶段2016-2020年是第四阶段,每个阶段投资均为13亿美元;20年规划期,智能交通总投资额约为48亿美元。

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

3、欧洲:以主动交通管控为基本路径推进智慧高速建设

Easyway项目:针对全部路网开展网络化管理,根据统一规则进行关键路段的判别;通过跨国数据交换构建同步管理体系,覆盖27个国家和地区、3万公里公路。项目将欧洲分为8个地区,按照区域特点开展协同管理和服务,以信息服务、主动交通管理为手段,侧重服务协同。

实施效果:实现欧洲道路信息基础设施的全覆盖和统一标准的车路合作系统。拥堵减少25%、死亡和重伤人数减少25%、CO2排放减少10%

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

4、美国:以高速公路为载体开展车路协同、自动驾驶新技术探索

发展历程最悠久:20世纪80年代,美国联邦公路管理局开始开展有关自动公路系统(AutomatedHighwaySystems,AHS)研究。

1986年成立的美国加州PATH项目是北美首个专注于智能交通系统的研究项目,对AHS进行了全面系统研究和长期试验探索,PATH计划将AHS架构分为五个层级:网络层(NetworkLayer)、链路层(LinkLayer)、协调层(CoordinationLayer)、管理层(RegulationLayer)和物理层(PhysicalLayer)。其中,网络层的功能是基于路侧或车辆的传感器收集的信息来估计高速公路网络状态。链路层通过广播链路获得车辆的加速度和排队长度目标值,控制高速公路网络的路段或链路中的交通流量。协调层主要是协调车辆组之间操纵的执行,同时辅助管理层执行操纵。管理层和物理层构成的闭环控制系统在纵向和横向上控制每个车辆。

此外,美国高速公路管理局(NHTSA)通过730万起交通事故的分析和统计,预测车联网系统部署能够减少近80%的车辆碰撞事故。因此,为着力强化高速公路运行安全,美国持续开展基于5.9GHz短程无线通信技术的车联网产品研究,尤其是恶劣环境条件下的大载重货物运输车辆防碰撞应用,并重点推进专用无线通信带宽设置、路测RSU及车载OBU设备、超视距感知协同等技术研究,当前开展车辆网设备部署应用的州已超过50%,并在相关高速公路开展智能网联汽车测试。

“新基建”:智慧交通八大关键性技术,及欧美日韩实践案例

智慧公路四大未来发展趋势

趋势1:智能公路车协同一体化技术的发展与应用

在智能公路的建设上,未来将更多地在现有基础设施上,利用信息技术、传感技术、网络技术等技术进行系统集成改造。智能公路为车路协同一体化技术提供了有效的技术实现载体,是实现车路协同技术规模化、产业化、集成化应用的实现平台。

趋势2:数字孪生技术在平行智能公路发展与应用

数字孪生是指由某一个自然的现实系统和对应的一个或多个虚拟或理想的人工仿真公路系统所组成的共同系统。数字孪生公路通过虚实结合的交互方式实现物理公路系统与人工仿真公路系统之间的信息流传递。

趋势3:信息安全技术在智能公路中的应用与发展

智能公路是一个集成感知和控制、人-车-路数据处理的高度信息化综合体,智能公路系统中基础节点数量众多,大量感知设备不断进行信息交换。一旦还未形成统一的通信协议等诸多环节被恶意攻击和控制,将会对智能车辆、道路基础设施、驾驶人、乘客甚至行人安全造成重大影响。

中国网络安全百强北京云弈科技有限公司CEO张会源表示,未来智慧交通、无人驾驶的信息安全模式将发生根本性变化——不仅仅是信息安全,关键在于数据安全”,我们也正在积极研究部署,主要是将我们现有在电力系统信息安全、工业互联网信息安全、工业物联网信息安全的优势,以及在核心关键领域信息安全、数据安全的优势在面向未来新的形势进行部署。

趋势4:自动驾驶技术与智能公路设施建设加速融合

智能公路本身具备感知和控制等特点,可以由规模化的智能公路分担智能车辆的部分感知控制成本,通过智能公路的路侧感知设备和仅安装必需感知设备的自动驾驶车辆相结合,在使智能车获得全面感知能力的基础上,进一步促进传感器加速向低成本、小型化发展。

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