车-路协同系统的产生与发展

传统以修建或扩展道路解决交通问题的方法随着城市发展和土地资源越来越紧缺已变得不再可行，在这种背景下，把车辆和道路整合起来，以计算机、通信及自动控制等先进技术为手段，旨在系统高效地解决交通拥堵、交通安全、交通环境等问题的车-路协同系统应运而生。另一方面，车辆安全技术，尤其是主动安全技术得到了快速发展，ABS、ESP等安全稳定控制已非常普及，碰撞预警、车道偏离预警等安全预警技术日益成熟并开始大量在车辆上得到应用，各国安全法规及技术的不断推动，进一步促进了车辆安全技术从主动安全向协同式安全及系统安全发展。

车-路协同系统涉及车辆与道路基础设施间的信息交互，单一的汽车厂商无法开展系统的研究和部署，故与主要是由汽车厂商推动的Telematics系统相比，车-路协同系统主要是由政府主导推动相关的研究。世界各国实施的车-路协同系统项目主要有美国的Inteli Drive项目、Safety Pilot项目，日本的Smartway项目，欧洲的DRIVE C2X项目，中国的863项目“智能车路协同关键技术研究”等。

1）美国

美国运输部于1998年提出了IVI（Inteligent Vehicle Initiative）计划，并开始组织实施。该计划的基本目标是，提高出行人员的安全系数，减少由交通事故造成的人员伤亡，重点是降低交通事故中的人为因素、加强车辆安全保障系统的研发。美国于2001年开始组织实施车辆安全通信项目（VSC）。2005年，美国提出了汽车与道路设施的集成（Vehicle Infrastructure Integration，VII）计划，该项目的核心是构建能够在车辆与车辆，以及车辆与基础设施或手持设备之间实现高速信息交换的网络环境。2007年，VII项目被重新命名为Inteli Drive项目。Inteli Drive项目由美国联邦公路局、AASH-TO、各州运输部、汽车工业联盟、ITSAmerica等组成的特殊联合机构共同实施。Inteli Drive包含安全性、交通机动性以及对环境的友好性等多项特点，其重点强调了安全性指标。该项目通过多种车载/路侧设备以及相关无线通信技术的开发以及系统集成，为驾驶者提供更多的信息，支持驾驶者作出更加准确与安全的策略，从而提高道路的安全与效率。这些设备将不仅仅提供相关的信息，也将与车载的自动安全系统联动，当驾驶者在危险状况下没有或没有及时作出避险操作与响应时，车辆将自动采取合理措施以避免交通事故的发生。与此同时，由于交通系统联网运作，系统管理者、驾驶者、出行者以及各种交通方式的运营者都能够及时获取其需要的信息，从而提升人员和货物的移动效率，减少运输成本，提升交通系统的安全性。

2011年，美国运输部提出了Safety Pilot项目，该项目旨在测试车-路协同安全技术、应用程序和系统在真实道路交通环境中的性能，评估系统的人因特征和可用性，并通过数据分析来呈现这些技术的潜在安全效益，并为美国国家公路安全管理局制定在车辆上部署车间通信装置的决策提供数据支持。Safety Pilot项目由密歇根大学运输研究所负责实施，项目组在安娜堡的城市道路和周边的高速公路上部署了信号发射装置，将近3 000辆车参与了该项目，参与车辆安装的试验设备能够采集车辆行驶的位置、速度等信息，能够与路侧设备、其他实验车辆进行信息交换，其中有约300辆车辆安装了预警装置，能够根据路侧设备、其他实验车辆发送的信息向驾驶人发出预警信息。Safety Pilot项目的实验部署原计划为2年，2014年，美国运输部同意进一步深化Safety Pilot项目的实验部署，延长了实验部署计划，并将实验车辆增加到9 000辆。

美国国家公路交通安全局拟根据Safety Pilot项目的最终实验结果，确定是否最终颁布车辆部署车间通信装置的法规，该法规拟要求全美出售的汽车和其他小型车辆必须安装车-车通信系统，使相邻车辆能够利用DSRC等无线技术相互交换车速和方向等基本数据，从而提供车距等安全信息，及时为驾驶人报警，以有效阻止交通事故的发生。

2）日本

日本在车-路协同的研究上起步较早。在1995年，日本开始开发道路交通情报通信系统（VICS），该系统是车-路协同在日本交通领域的首次尝试，它主要通过安装在全国道路上的信标和FM多路广播，实时地将交通信息和路况信息传送给车辆上的VICS导航装置，驾驶人根据导航装置显示的交通堵塞、旅行时间、交通事故、道路施工、停车场及空位等实时交通信息，选择合适的路径，从而大大地提高了车辆的通行效率。该系统已经在日本开始全面实施，80%的地区可以收到VICS信息，极大地方便了人们的出行。日本从2001年开始从事电子不停车收费系统（ETC）的研究与开发，其标准化统一以及其他前期准备工作非常充分。日本国内采用全国统一标准，同样的系统全部是在同一个标准下，每一个路口实现一卡通。ETC在日本的普及率很高，装车率已超过50%，利用率将近90%。从2007年开始，日本将VICS、ETC、DSRC、ASV、AHS及其他通信技术，与道路的基础设施进行整合，推出Smartway系统。该系统遵循日本对ITS研究所一贯遵循的系统集成理念，以道路和车辆作为研究的基础，以信息采集、信息传递和信息处理作为研究核心，以提高出行的安全和效率作为研究目的，不断加快道路基础设施的智能化和车载终端设备的一体化进程，最终实现车路之间的协同运行。Smartway系统提供的功能主要包括辅助安全驾驶信息提醒服务、静止图像信息服务、浮动车信息采集服务、道路紧急援助服务以及停车场电子付费服务等。

3）欧洲

欧盟于2003年开始启动eSafety项目，其主要内容是，充分利用在信息处理和无线通信领域的先进技术，加快保障车辆安全系统的研发工作，并制定出车辆安全便捷出行的解决方案。在对保障车辆安全的系统进行研发时，除了孤立的车载安全保障设备，还需考虑动态的车-路协作式的车辆安全系统的开发，即通过高效、准确的车路间信息共享，预评估车辆出行的潜在危险，从而提高人们的出行安全。从2004年开始，欧盟又先后确立了智能安全车-路系统（SAFESPOT）、基于合作的智能安全道路（COOPERS）和基于合作的车-路系统（CVIS）三大项目，来加大对车-路协同技术的研究力度，并对车-路协同的通信技术进行开发、标准化和推广。SAFESPOT项目的主要研究内容是，安全车速和安全车距维持、交叉口安全辅助、危险区域警示和避免碰撞行人及非机动车辆；COOPERS项目的研究内容是，车-路通信功能、车辆作为移动探测器和安全高速的通信；CVIS项目的核心是车-路多种方式混合通信解决方案。近年来，欧洲在车-路协同技术的研发工作逐渐成熟的基础上，开始致力于车-路协同技术的大规模道路运行测试项目（DRIVE C2X）。DRIVE C2X项目涵盖了欧洲7国（德国、法国、荷兰、意大利、西班牙、芬兰、瑞典）的车-路协同系统测试项目，测试的主要目的为，针对5.9GHz的车-路协同系统的关键技术进行标准适应性和性能测试、车-路协同系统在现有道路运行的适应性以及多方面应用的性能评价、创建泛欧洲车-路协同项目的统一测试架构与评估平台。推动DRIVE C2X项目的组织除了欧盟有关机构外，欧洲车-车通信联盟（Car-2-Car Communication Consortium，C2C-CC）也是重要的组织者。欧洲车-车通信联盟是由欧洲主要的汽车制造厂商发起，由设备供应商、研究机构和其他伙伴支持的非营利性、行业驱动的组织，其致力于建设由车-路通信支持融合车-车通信的协同智能运输系统，以进一步提高道路交通的安全性和效率。

4）中国

和国外发达国家相比，我国在车-路协同技术领域的研究尚处在起步阶段。在“十五”和“十一五”期间，国家科技计划对车-路协同相关技术进行了部署，清华大学、北京航空航天大学、同济大学、北京交通大学、国家ITS中心等高校和科研单位已经在车-路协同技术中的车-路协同通信、交通信息提取、车辆主动安全控制、交通协同控制和车-路协同仿真等方面开展了探索性研究。2011年我国启动了国家863计划主题项目“智能车-路协同关键技术研究”，该项目的研究目标是，实现智能车-路协同的交通信息采集，车-车/车-路信息交互，集成智能车载、路侧设备和系统；建立智能车-路协同系统测试验证环境，实现关键技术与系统的仿真测试验证；初步建立我国车-路协同技术框架体系，抢占智能车-路协同前沿技术制高点，为智能运输系统产业升级提供技术保障。2014年该项目顺利完成，搭建了我国首个智能车-路协同集成测试验证实验系统，演示验证了所开发的智能车载系统与智能路侧系统。