交通领域无线通信技术发展思路

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近年来，随着社会经济的迅速发展，交通运输问题越来越引起人们的关注，其信息化、智能化的建设对于提高出行效率、保障交通安全、改善交通环境以及便利人们的生活都有着非常深远的意义。而无线通信技术为具有移动性特点的交通智能化带来了契机，在很多国家，GPS、3G、DSRC等无线通信技术相互结合，已经开始逐步应用于智能交通系统各领域，以实现车辆之间的互连以及车辆与路边基础设施之间的互连，这样就可以扩展驾驶人的视野、实时获得出行交通信息、协调车辆之间的安全行驶，还可以实现自动收费、车辆监控等各种基于无线网络的应用［1－3］。为了实现交通运输的智能化，中国学者们也已经做了很多的研究工作，但目前中国交通运输行业所采用的信息化、智能化手段大多数还仅停留在局部，信息技术应用不均衡、不协调，已有的网络并没有充分发挥功效。因此如何运用先进的无线通信技术构建一个安全、高效、绿色和舒适的智能交通运输体系是中国当前研究的热点之一。本文将结合中国智能交通现状，研究分析智能交通系统的通信特点及其对无线通信技术的需求，并在此基础上提出智能交通领域无线通信技术新型应用场景设计思路，分别从场景描述、场景交通要素特征提取及分析、场景实体互联与系统实现、场景综合设计等对典型场景进行描述，设计出未来可实施的新型应用场景，这对以后提升道路交通智能化水平、改善交通安全状态，提高交通运输系统的运行效率和服务水平等方面，都具有重要意义。

1智能交通领域无线通信技术新型应用场景设计路线

1．1智能交通领域无线通信技术需求分析

智能交通系统（intelligenttransportationsys－tem，ITS）是人们将先进的信息技术、通信技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个交通运输体系，来实现交通的信息化和智能化，从而建立起的一种全覆盖、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输管理系统［4－5］。作为智能交通系统的重要组成部分，无线通信技术是一个研究的热点和重点。智能交通领域无线通信体系是采用多种信息采集手段及时、全面、准确地采集各类交通数据，并依靠无线通信网络进行实时传送，为交通运营管理方提供基础数据和决策依据，同时也为道路使用者提供安全高效的服务信息［6－8］。中国智能交通系统对无线通信的技术需求主要包括以下几个部分。

（1）低延时、高可靠的交通安全保障通信需求

交通安全保障应用中主要是通过车车、车路无线通信对车辆驾驶人员进行安全预警或对车辆进行辅助驾驶控制，避免事故的发生。由于车辆在高速移动中需要不断的与其周围车辆和路侧单元形成无线传感网络，若延时时间过长，会造成信息的传输不能及时送达；同时，由于道路环境复杂，常常形成遮挡，会直接影响信号的传输，从而无法起到实时监测与预警的作用。因此通信的实时性、可靠性是交通安全保障应用的基础，也是对无线通信的重要的需求。

（2）多模式、无处不在、人性化的信息服务通信需求

目前出行信息服务已经由原来的文本、图片、语音单一信息模式逐渐向文本、图片、语音和视频多种信息联合的模式发展，而无线网络频带宽度决定了某一时刻可以传输的信息量。另外，出行信息服务正在向双向互动的方向转变，服务领域也由城市扩展至城际，大量用户全范围的使用也对无线通信网络频带宽度和覆盖率提出了更高的需求。

（3）稳定、安全、通畅的智能交通多网融合及组网需求

交通运输信息化智能化的核心实际上是如何快速、准确、及时、高效地获取和处理相关信息，但是由于传输标准的问题，各专用网络之间容易形成信息交互的阻隔。因此，有必要根据实际需要采用短距离通信和远距离通信相结合的通信方式，并对异构网络进行融合，使得交通网络中的通讯终端可以在异构网之间无缝漫游、自由切换。

（4）实时、快速、准确的海量异构信息采集及智能化处理需求

由于智能交通服务质量的提升需要以实时、全面、准确的各类交通数据采集为基础，通过多维、立体的交通综合监测网络，实现对道路交通状况、车辆状况、重要基础设施等的全面监测，并且采集到的数据量会更大、类型也会比较复杂，因此海量数据的实时、快速、准确地提取和融合也是交通运输信息化、智能化实现其应用功能的关键。

1．2新型应用场景总体设计目标及思路

1．2．1总体设计目标

本文的总体设计目标是将根据道路使用者、各职能管理部门及运营公司的各种需求，结合各种通信方式的特点及优势，给出能够应用先进的无线通信技术解决实际交通运输问题的新型应用场景。

1．2．2设计思路

本文对在无线通信技术需求分析支持下的智能交通应用场景进行综合设计，从交通实体要素和应用系统需求入手，深入分析实体互联和系统实现流程，最后对以上进行综合设计，具体设计思路如图1所示，主要包括3个层次：

（1）交通实体要素特征提取与应用系统需求分析：结合智能交通要素及应用需求特性，提取和分析应用场景特征，主要是从人、车、路以及事件形态等几个方面提取动态交通场景特征。

（2）实体互联与系统实现：通过先进的无线通信技术将人、车、路等交通要素形成有机联系，各要素通过发挥各自特长来加强信息的实时交互，保障系统安全、高效的运作。

（3）综合设计：将交通实体要素层面和系统层面因素综合分析，建立行人、车辆、道路合作一体化的智能交通领域无线通信技术新型应用场景设计方案。

2典型应用场景设计

根据上述场景设计目标和思路，本文将从中国智能交通现状出发，结合无线通信技术需求分析，给出智能交通领域无线通信技术典型的新型应用场景设计。

2．1典型应用场景提出

在中国，低等级道路的对向超车行为是引发交通安全事故的重要原因之一。在这类交通事故发生时，由于道路限制，车辆超车往往要借用对向车道，由于视线的遮挡，对对向车道车辆的关注度较低，经常无法判断对向车道上的车辆情况，因而容易发生相向碰撞的严重交通事故。目前，车车／车路合作技术［9－10］是未来提高道路交通安全的重要技术途径之一，根据低等级道路交通情况，利用定位技术和安装在车辆上的车车／车路专用短程通信终端对相关车辆的驾驶人进行预警，可以有效避免交通事故的发生。

2．2场景交通要素特征提取与应用系统需求分析

车辆在低等级道路对向超车行驶时，易引起跟驰风险、侧碰风险和变换车道风险，造成交通事故。通过对低等级道路对向超车行为的调研和安全隐患分析，确定几种常见的危险事故形态，具体动态特征及预警需求分析。根据上述场景交通要素特征提取与分析，该场景实现对无线通信需求的热点为实现车车之间的无线通信，保持车辆与车辆之间速度、位置、行驶方向等信息的低延时、高可靠的实时交互和传递，以及高效信息处理速度来计算车辆间的关系，以保证对各道路使用者进行实时监测与预警，防止出现误报、漏报、过报等预警信息的情况。

2．3场景实体互联与系统实现

在低等级道路对向超车避让预警场景中，车载单元通过目标驾驶人对转向灯、方向盘、语音方式等提出变道超车需求，目标车辆的车载单元一方面获取自身的速度、位置、行驶方向、加速度等信息，另一方面与同向被超车辆和对向借道车辆进行无线通信，收集相关车辆的速度、加速度、行驶方向等信息，在获取以上两方面信息后，分析计算同向车辆间是否具备安全超车距离，借道相邻车辆间是否具备可超车插入间隙，若都具备，则提示允许目标车辆借道超车，若不具备，则通过声音、图像等信号警告目标车辆和同向、对向相关车辆。从系统实现的角度考虑，低等级道路对向超车避让预警场景主要由信息采集、信息处理和安全预警三大部分组成，具体实现流程如图3所示。

（1）信息采集：采用实时多任务设计，分别采集目标车辆、同向目标车辆和对向目标车辆的各项数据，并进行预处理，根据处理后的结果，将预处理数据放入不同信息处理队列中等待进一步处理。

（2）信息处理：车辆间将通过车车合作通信设备建立无线通信机制并共享位置、速度、加速度及车辆间距离等信息，车载单元将根据行驶安全模型由共享的车辆运行状态信息进行计算判断，得到决策结果。

（3）信息传输和安全预警：根据信息处理的结果通过车车间专用短程通信方式进行实时信息传输，对相关目标车辆进行相应的安全预警提示。2．4场景综合设计根据对低等级道路对向超车预警场景中的交通要素特征提取与应用系统需求分析、场景实体互联与系统实现，保证在事件可能发生冲突的位置通过车车合作模式的专用短程通信车载终端和定位技术对相关车辆进行交通状态采集和安全预警。

3结语

（1）基于中国智能交通系统的发展现状，充分考虑先进的无线通信技术所能提供的装备与能力，根据智能交通系统的通信特点及其对无线通信技术的需求，提出智能交通领域无线通信技术的新型应用场景设计目标及思路，并运用所提方法给出了未来可实施的典型应用场景设计。

（2）随着通信技术的快速发展和行业对新一代信息技术的深入研究，先进的无线通信技术在智能交通领域将得到越来越广泛的应用，通过车内、车间及其车路等无线通信机制，可以采集到更多与交通有关的信息，并进一步将这些信息做有效的融合，建立行人、车辆、道路合作一体化的交通运输系统，必将全面提升交通运输系统的效率、安全性和可持续性，从而推动中国智能交通系统逐渐从研究试验向全面应用推广转变。

作者：王笑京 杨文丽 杨蕴 王东柱 单位：交通运输部公路科学研究院