智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)分析

摘 要：近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程和人口流動(dòng)速度的加快，交通負(fù)擔(dān)持續(xù)加重，成為制約城市發(fā)展的重要因素之一。在此背景下，智能交通的興起為城市的可持續(xù)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提升開(kāi)辟了新的路徑。智能交通系統(tǒng)正在逐步改變民眾的出行方式，其借助一系列協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)路況信息的收集、分析和傳遞，不僅能夠預(yù)防交通事故的發(fā)生，提高交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，還能為改善交通環(huán)境、提升城市整體交通質(zhì)量提供新的解決方案。文中對(duì)智能交通協(xié)同技術(shù)進(jìn)行了綜合分析，探究了智能車(chē)載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)和通信平臺(tái)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)該技術(shù)當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，并展望了其未來(lái)的發(fā)展方向。以全面而深刻的視角，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行細(xì)致剖析，旨在為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究與實(shí)踐提供有力的支撐與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：智能交通；車(chē)路協(xié)同；智能車(chē)載；智能路側(cè)；無(wú)線通信；道路交通

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39；TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）05-00-03

0 引 言

交通作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊画h(huán)，其復(fù)雜性隨著社會(huì)的發(fā)展日益增強(qiáng)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，人們的生活水平得到顯著提升的同時(shí)，出行需求也大幅增加，尤其是對(duì)于個(gè)人交通工具的需求，汽車(chē)保有量的持續(xù)攀升便是這一趨勢(shì)的直觀體現(xiàn)，人們?cè)絹?lái)越依賴(lài)于個(gè)人交通工具來(lái)滿(mǎn)足日常出行的需求。然而，隨之而來(lái)的交通問(wèn)題卻愈發(fā)嚴(yán)峻，交通擁堵、交通安全隱患等問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

在此背景下，智能交通的興起為城市的可持續(xù)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提升開(kāi)辟了新的路徑。車(chē)路協(xié)同技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，能夠?qū)④?chē)輛、道路、交通管理等要素進(jìn)行智能化聯(lián)接，從而構(gòu)建起一個(gè)更加智能的交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更加高效、安全的交通流動(dòng)。該技術(shù)的出現(xiàn)為改善交通狀況、提高交通運(yùn)輸效率提供了全新的思路和解決方案。本文對(duì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)展開(kāi)了深入分析，詳細(xì)探討了該系統(tǒng)的三個(gè)關(guān)鍵板塊的研究現(xiàn)狀，并展望了其未來(lái)的發(fā)展方向。從全面而深刻的視角，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致剖析，為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究與實(shí)踐提供有力的支撐與指導(dǎo)。

1 車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)

智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)是一種融合了多種技術(shù)的綜合系統(tǒng)，它由智能車(chē)載系統(tǒng)、智能路側(cè)系統(tǒng)和通信平臺(tái)三部分組成[1]。這三個(gè)部分緊密協(xié)作，共同構(gòu)建了一套完整的體系。在智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的協(xié)助下，車(chē)輛在行駛過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人的信息交互。這種實(shí)時(shí)的信息共享使得人們能夠及時(shí)掌握車(chē)輛周?chē)慕煌▌?dòng)態(tài)和障礙物等信息，降低了發(fā)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)，提高了道路通行效率。同時(shí)，這套系統(tǒng)也為行人提供了更加安全和便捷的出行環(huán)境。因此，智能車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)已經(jīng)成為確?，F(xiàn)代交通順利運(yùn)行的重要手段。

1.1 智能車(chē)載系統(tǒng)

智能車(chē)載系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)輛自身狀況和周邊的行車(chē)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，包括車(chē)輛狀態(tài)、路況信息、行車(chē)安全等多個(gè)方面。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車(chē)輛的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，便能及時(shí)為駕駛員提供準(zhǔn)確的車(chē)輛與交通信息，協(xié)助駕駛員提前采取相應(yīng)的措施，保證行車(chē)安全[2]。作為車(chē)端的核心，智能車(chē)載系統(tǒng)集成了多種傳感器和執(zhí)行器，如雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭、GPS等，這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)收集車(chē)輛周?chē)慕煌顩r、行人動(dòng)態(tài)等環(huán)境信息，同時(shí)也能獲取車(chē)輛自身的狀態(tài)信息，如速度、方向、位置等。智能車(chē)載系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和分析，為駕駛員的駕駛決策提供依據(jù)。

當(dāng)前，我國(guó)智能車(chē)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有著多樣化的硬件方案。文獻(xiàn)[3]基于ARM Cortex-A53架構(gòu)的開(kāi)發(fā)板，成功打造了一款具有低功耗、高性能、高性?xún)r(jià)比等特性的硬件平臺(tái)，這樣的設(shè)計(jì)不僅標(biāo)志著技術(shù)上的飛躍，也為整個(gè)行業(yè)樹(shù)立了新的典范。研究者們借助Qt這一功能全面的跨平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架[4]，成功地將基于ARM Cortex-A53架構(gòu)的開(kāi)發(fā)板遷移至多個(gè)不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)，賦予其卓越的可移植性，從而極大地便利了各平臺(tái)用戶(hù)的操作體驗(yàn)，也為項(xiàng)目的廣泛推廣和應(yīng)用鋪設(shè)了道路。此外，研究者通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)優(yōu)化與細(xì)致的配置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了高性能與高性?xún)r(jià)比的完美平衡，在確保開(kāi)發(fā)板卓越性能的同時(shí)，有效控制其成本，為用戶(hù)帶來(lái)了既優(yōu)質(zhì)又經(jīng)濟(jì)的選擇。正因如此，該開(kāi)發(fā)板在市場(chǎng)上展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，贏得了廣大用戶(hù)的認(rèn)可。

文獻(xiàn)[5]詳細(xì)介紹了一款基于STM32芯片的智能車(chē)載預(yù)警與求助系統(tǒng)。研究者們?yōu)榱藨?yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外車(chē)載安全領(lǐng)域所面臨的諸多挑戰(zhàn)，在智能車(chē)載系統(tǒng)中集成STM32微控制器的同時(shí)，引入了多元傳感器技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)層面的飛躍，更是對(duì)當(dāng)前復(fù)雜駕駛環(huán)境下車(chē)輛智能化安全監(jiān)測(cè)的一次重要探索。在該系統(tǒng)中，STM32扮演著核心角色，為智能車(chē)載系統(tǒng)注入了強(qiáng)大的計(jì)算與控制能力，多種傳感器協(xié)同作業(yè)，為系統(tǒng)提供了全面、精確的數(shù)據(jù)支持，使系統(tǒng)能夠全方位地感知車(chē)輛周?chē)h(huán)境，確保了其在各種駕駛情境中均能高效地執(zhí)行預(yù)警與求助任務(wù)。

研究者們對(duì)國(guó)內(nèi)外車(chē)載安全系統(tǒng)領(lǐng)域的現(xiàn)狀進(jìn)行了全面且深入的探索，為智能車(chē)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，不僅充分利用了STM32等硬件平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更在系統(tǒng)的安全評(píng)估算法和輸出接口設(shè)計(jì)上進(jìn)行了卓越的創(chuàng)新。

1.2 智能路側(cè)系統(tǒng)

智能路側(cè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)流量和道路異常等信息進(jìn)行收集和處理，以便更好地為道路交通安全和高效運(yùn)營(yíng)提供保障。該系統(tǒng)主要包括路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備和路側(cè)通信設(shè)備三個(gè)模塊。路側(cè)感知設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)路面信息、交通標(biāo)志、車(chē)輛等進(jìn)行感知，為系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)源；路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備負(fù)責(zé)在本地對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、圖像識(shí)別等任務(wù)，并根據(jù)車(chē)輛數(shù)據(jù)對(duì)路況進(jìn)行預(yù)判；路側(cè)通信設(shè)備負(fù)責(zé)將收集到的數(shù)據(jù)上傳至云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息交互。

文獻(xiàn)[6]在路側(cè)安全關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，該研究以密碼為基礎(chǔ)支撐，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信安全、通信安全、數(shù)據(jù)安全等方面進(jìn)行了深入探索，旨在為V2X通信環(huán)境下OBU、RSU等V2X設(shè)備間的通信構(gòu)建一套完整的安全保障體系。該體系從網(wǎng)絡(luò)通信安全的角度出發(fā)，采用先進(jìn)的加密算法和身份認(rèn)證技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸安全，防止非法竊聽(tīng)和篡改，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化了通信安全，通過(guò)使用可靠的密鑰管理和交換機(jī)制，確保V2X設(shè)備間的通信密鑰不會(huì)被泄露或?yàn)E用。同時(shí)，為確保數(shù)據(jù)安全，該體系采用了高級(jí)數(shù)據(jù)加密技術(shù)和訪問(wèn)控制策略，確保車(chē)輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不會(huì)被非法獲取和利用。這樣的體系為V2X通信提供了堅(jiān)實(shí)的安全保障，確保了OBU、RSU等V2X設(shè)備在各種環(huán)境下都能安全地運(yùn)行。

文獻(xiàn)[7]通過(guò)對(duì)C-V2X（蜂窩式車(chē)輛到車(chē)輛通信）技術(shù)的深入研究和理解，成功地將這種技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)智慧路側(cè)系統(tǒng)。該智慧路側(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的V2X通信技術(shù)、車(chē)路協(xié)同技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)和多源融合感知計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面感知、精確傳遞、實(shí)時(shí)融合和有效利用。系統(tǒng)的基本框架包括了智能感知層、信息傳輸層、協(xié)同決策層和應(yīng)用服務(wù)層。其中，信息傳輸層利用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與道路設(shè)施之間的信息傳遞和交換；協(xié)同決策層則負(fù)責(zé)整合各方的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和計(jì)算，為道路交通預(yù)警等業(yè)務(wù)提供支持；應(yīng)用服務(wù)層則面向不同的需求方，如交通管理部門(mén)、駕駛員和行人等，提供各類(lèi)服務(wù)，如交通流量監(jiān)測(cè)、道路安全預(yù)警、緊急事件處理等。該系統(tǒng)在各種交通場(chǎng)景中都有良好的適應(yīng)性，如城市道路、高速公路、鄉(xiāng)村道路等。其部署原則根據(jù)不同場(chǎng)景的特點(diǎn)和需求確定，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。此外，該系統(tǒng)面向不同需求方，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，有助于提升交通效率、改善交通安全狀況和提升出行體驗(yàn)。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

1.3 通信平臺(tái)

通信平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)收集來(lái)的信息進(jìn)行儲(chǔ)存和傳播，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人的信息交互。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此平臺(tái)的研究多種多樣。 文獻(xiàn)[8]在5G網(wǎng)絡(luò)中引入了多接入邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing， MEC）平臺(tái)，以進(jìn)一步降低端到端通信時(shí)延，為C-V2X提供了更低時(shí)延的通信支持。通過(guò)這一技術(shù)，能夠?qū)?yīng)用智能直接引入基站邊緣側(cè)，從而減少數(shù)據(jù)傳輸路由節(jié)點(diǎn)，將信息在邊緣節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行處理，從而為用戶(hù)提供更低時(shí)延、更高帶寬和更多連接的高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此外，通過(guò)MEC的部署，能夠極大程度地降低端到端通信時(shí)延。這一技術(shù)在提高通信速度的同時(shí)，也能夠有效提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。更重要的是，MEC作為一種本地服務(wù)托管環(huán)境，能夠支持部署具有地理和區(qū)域特色的高吞吐量車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這意味著車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序能夠在最近的基站邊緣側(cè)進(jìn)行部署，從而為用戶(hù)提供更快速、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。這將極大地改善車(chē)輛之間的通信質(zhì)量，提高道路安全性，同時(shí)也為自動(dòng)駕駛等新興技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支持。

文獻(xiàn)[9]整合了大數(shù)據(jù)、無(wú)線通信、互聯(lián)網(wǎng)和汽車(chē)領(lǐng)域，巧妙地在移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)用集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，打造出一款多功能軟件。這款軟件涵蓋了登錄注冊(cè)、車(chē)輛管理、數(shù)據(jù)管理以及地圖導(dǎo)航等模塊，用戶(hù)通過(guò)操作客戶(hù)端，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)所行經(jīng)道路的狀況，這包括了道路的交通情況等信息，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)旨在最大程度地緩解城市道路擁堵問(wèn)題，提高車(chē)輛行駛速度與乘坐的舒適度的同時(shí)，還能有效地減少人們?cè)诔鲂羞^(guò)程中花費(fèi)的時(shí)間。該軟件的獨(dú)特之處在于其綜合運(yùn)用了大數(shù)據(jù)分析、無(wú)線通信以及互聯(lián)網(wǎng)連接等技術(shù)，通過(guò)這些先進(jìn)技術(shù)的協(xié)同作用，用戶(hù)可以更加智能地規(guī)劃行車(chē)路線，避開(kāi)擁堵路段，從而更快捷、便利地到達(dá)目的地。登錄注冊(cè)功能為用戶(hù)提供了個(gè)性化的體驗(yàn)，車(chē)輛管理模塊則使用戶(hù)能夠方便地監(jiān)控和管理其擁有的車(chē)輛，數(shù)據(jù)管理模塊則確保了信息的安全性和準(zhǔn)確性。這款軟件不僅僅是一款簡(jiǎn)單的工具，更是一種致力于優(yōu)化城市交通、提升出行體驗(yàn)的綜合解決方案，通過(guò)整合多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，為人們的日常出行帶來(lái)了更便捷、智能的選擇，為城市交通管理注入了創(chuàng)新活力。

文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種全面的無(wú)線通信平臺(tái)，旨在實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間、車(chē)輛與道路之間以及人與車(chē)之間的無(wú)縫溝通，這一平臺(tái)的獨(dú)特之處在于它不僅實(shí)現(xiàn)了車(chē)-車(chē)通信和車(chē)-路通信，還實(shí)現(xiàn)了人-車(chē)通信，形成了一個(gè)涵蓋人、車(chē)、路三者的協(xié)同系統(tǒng)。在該平臺(tái)中，三種不同的通信模式采用了相同的技術(shù)原理，這為系統(tǒng)的高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通信聯(lián)絡(luò)器作為這三種通信模式的共有裝置，起到了關(guān)鍵的作用，確保了它們的協(xié)同工作。該平臺(tái)采用了體現(xiàn)道路特征的三個(gè)重要參數(shù)，即行駛方位、公路類(lèi)型和行駛車(chē)道，這三個(gè)參數(shù)構(gòu)成了通信聯(lián)絡(luò)碼，通過(guò)快速生成收發(fā)相對(duì)地址，快速且可靠地建立了信息傳遞通道，這種智能的通信聯(lián)絡(luò)碼不僅令通信更加高效，而且更貼近實(shí)際道路狀況，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性和適應(yīng)性。

2 車(chē)路協(xié)同技術(shù)的展望

隨著科技的不斷進(jìn)步，智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)正成為未來(lái)交通系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。這項(xiàng)技術(shù)旨在通過(guò)車(chē)輛、道路和基礎(chǔ)設(shè)施之間的高效溝通，提高交通系統(tǒng)的安全性、效率和可持續(xù)性。展望未來(lái)，這一技術(shù)有望為社會(huì)帶來(lái)深遠(yuǎn)的變革。智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)將大大提升道路安全水平，通過(guò)車(chē)輛間的實(shí)時(shí)通信和對(duì)周?chē)h(huán)境的感知，交通系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)并采取預(yù)防措施；智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的高效運(yùn)行，車(chē)輛通過(guò)互聯(lián)互通可以共享實(shí)時(shí)交通信息，幫助駕駛員選擇最優(yōu)路徑，減少通勤時(shí)間；智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)也將在促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮作用，通過(guò)智能交通管理，可以減少車(chē)輛排放，降低空氣污染水平。然而，智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)，包括安全性、隱私性以及系統(tǒng)穩(wěn)定性等問(wèn)題，必須采取有效的安全措施、隱私保護(hù)措施，并確保系統(tǒng)具有高度的魯棒性，以應(yīng)對(duì)潛在的技術(shù)故障和攻擊。

隨著智能交通技術(shù)的不斷成熟和推廣，其帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益也日益顯現(xiàn)。首先，智能交通系統(tǒng)有望減少交通事故的發(fā)生，降低交通事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，從而減輕社會(huì)治安壓力和醫(yī)療資源負(fù)擔(dān)。其次，智能交通系統(tǒng)能夠提高交通運(yùn)輸效率，減少交通擁堵，有助于提高城市的整體運(yùn)行效率，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。未來(lái)，智能交通的發(fā)展趨勢(shì)將主要體現(xiàn)在技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展上，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能交通系統(tǒng)將更加智能、高效。同時(shí)，其在城市管理、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用也將不斷深化，為構(gòu)建更加智慧、可持續(xù)的城市交通環(huán)境奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)智能交通車(chē)路協(xié)同技術(shù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用范圍涉及到諸多領(lǐng)域，其中車(chē)路協(xié)同技術(shù)是倍受關(guān)注的一個(gè)方向，通過(guò)引入車(chē)路協(xié)同技術(shù)，不僅可以提高行車(chē)安全性，減少交通事故的發(fā)生，還能夠緩解交通擁堵，提高道路通行能力。此外，智能交通系統(tǒng)還包括了智能交通信號(hào)燈、智能停車(chē)系統(tǒng)等，這些應(yīng)用的推廣將極大地改善城市交通管理水平。相較于傳統(tǒng)交通系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先，智能化的交通系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地進(jìn)行交通流量預(yù)測(cè)和管理，避免交通擁堵的發(fā)生。其次，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通違規(guī)行為，提高交通安全性。另外，智能交通系統(tǒng)還能夠?yàn)轳{駛者提供實(shí)時(shí)路況信息，幫助其更加智能地選擇出行路線。期待未來(lái)智能交通技術(shù)在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，為社會(huì)帶來(lái)更多的便利和福祉。

注：本文通訊作者為龔金錠。

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