基于C2C和C2I的智能交通系統(tǒng)

李治城 胡欣宇

摘 要：在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，道路運(yùn)輸?shù)淖饔幂^為突出，已成為除鐵路運(yùn)輸外最重要的地面運(yùn)輸方式。隨著汽車使用量逐漸增多，這必定會增加交通運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)。從目前的路網(wǎng)建設(shè)狀況來看，已經(jīng)很難滿足日益增長的交通運(yùn)輸需求，這就形成了嚴(yán)重的道路供需矛盾。智能交通系統(tǒng)便是在此基礎(chǔ)上所提出的新型發(fā)展理念。文中主要研究基于車車無線通信系統(tǒng)（C2C）和車路無線通信系統(tǒng)（C2I）的智能交通系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)交通管理的現(xiàn)代化和信息化。

關(guān)鍵詞：C2I;C2C;信息化;智能交通系統(tǒng);通信層;路邊單元

中圖分類號：TP391;TN92文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）11-00-02

0 引 言

因汽車使用量逐年增多，交通管理難度顯著提升，常見交通擁擠和道路堵塞，這已成為現(xiàn)代大都市快速發(fā)展所必須面對的難題之一。此類問題不僅會影響交通運(yùn)輸效率，還會產(chǎn)生更多的尾氣排放，為生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。道路供需矛盾已經(jīng)成為世界各國所面臨的重點(diǎn)難題。早在上世紀(jì)

80年代，美國、日本和歐洲一些發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)開始了針對利用高新技術(shù)改造道路運(yùn)輸體系的研究。他們在不斷努力與實(shí)踐中，取得了較大的進(jìn)展，逐步形成了有助于提升交通通行能力和服務(wù)質(zhì)量的智能交通系統(tǒng)[1-2]。

1 智能交通系統(tǒng)（ITS）

智能交通系統(tǒng)是指在較為完善的交通基礎(chǔ)設(shè)施之上，融入多種現(xiàn)代化技術(shù)，包括信息技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、電子控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，將其集成為功能全面的應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于交通管理，以便提高交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少交通事故，降低環(huán)境污染，從而建立一個高效、便捷、安全、環(huán)保、舒適的綜合交通運(yùn)輸體系[3-4]。可見，ITS的鮮明特點(diǎn)，就是它將高新技術(shù)應(yīng)用于交通系統(tǒng)中，對原本的系統(tǒng)功能進(jìn)行改造與創(chuàng)新，使其形成趨于智能化和信息化的新型交通系統(tǒng)，從而使交通設(shè)施得以充分利用并能夠提高交通效率和安全，最終使交通運(yùn)輸服務(wù)和管理智能化，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)募s式發(fā)展。

2 車車無線通信系統(tǒng)（C2C）

一個車載無線通信單元（OBU）的C2C通信層結(jié)構(gòu)如圖1所示。C2C通信與傳統(tǒng)無線通信技術(shù)的主要區(qū)別在于它的802.11p。傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)技術(shù)是基于IEEE 802.11a/b/g和其它無線電技術(shù)，如GPRS或UMTS等[5]。在特殊無線技術(shù)MAC和PHY層上，網(wǎng)絡(luò)層基于地理位置和路徑提供無線多跳通信，完成車輛間的特別通信功能，如塞車控制和分流車輛。最終，分散的MAC層可能合并，C2C網(wǎng)絡(luò)也可以接入到其他無線網(wǎng)絡(luò)中[6-7]。

從OBU的C2C通信層結(jié)構(gòu)可見，非安全類應(yīng)用使用的是傳統(tǒng)協(xié)議棧。它使用的是IPv6上的TCP和UDP或二者其一，并且可以接入無線多跳通信網(wǎng)絡(luò)，與其它車內(nèi)、路邊單元或國際互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信。非安全類應(yīng)用也能夠跳過C2C通信網(wǎng)絡(luò)層，通過IEEE 802.11a/b/g網(wǎng)絡(luò)接口傳輸數(shù)據(jù)，例如與WiFi熱點(diǎn)區(qū)域的直接通信。相對非安全類應(yīng)用，安全類應(yīng)用按照規(guī)則通過C2C通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)層通信，也可以通過IEEE 802.11p物理層和作為IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 1609.4 MAC擴(kuò)展層的協(xié)議棧通信[8-9]。

3 車路無線通信系統(tǒng)（C2I）

路邊設(shè)施一般由一些功能模塊組成，包括道路設(shè)施的信息獲取敏感器件。裝載在車輛上的敏感系統(tǒng)，可以獲取車輛的狀況、速度等相關(guān)信息，同時負(fù)責(zé)與路邊設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;還包括報警部件、數(shù)據(jù)處理、融合單元和當(dāng)?shù)貏討B(tài)地理信息系統(tǒng)等[10-11]。C2I無線通信系統(tǒng)如圖2所示。

3.1 C2I通信的路邊單元

路邊單元（RSU）是一個沿著馬路或高速路在指定地點(diǎn)，或者在專用地點(diǎn)，如加油站、停車場甚至餐廳的固定設(shè)備。為了短距離無線通信需要，RSU至少包含一個基于IEEE 802.11p無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)裝置。當(dāng)然，RSU最好是裝備有其它網(wǎng)絡(luò)裝置以便與公共網(wǎng)絡(luò)通信。

RSU的主要功能表現(xiàn)在如下兩個方面。

（1）擴(kuò)展車輛間組成的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的通信距離。當(dāng)OBU進(jìn)入RSU的通信范圍時，RSU可以將兩個OBU組成的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，擴(kuò)展信息交換范圍。RSU還可以通過無線多跳技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛直接向前傳送數(shù)據(jù)的鏈路功能，這是RSU在ITS中最基本的功能[12]。RSU采用無線多跳技術(shù)向前傳送數(shù)據(jù)示意如圖3所示。

（2）行使安全應(yīng)用。在橋梁、涵洞、道路施工現(xiàn)場、十字路口等地方，安置RSU作為信息源和收發(fā)器，可對車輛發(fā)出預(yù)警信息，保障行車安全。RSU對車輛發(fā)出預(yù)警信息示意如圖4所示。RSU的拓展功能還包含環(huán)境監(jiān)測、氣象預(yù)報等。

（3）提供互聯(lián)網(wǎng)接入到車輛的OBU功能示意如圖5所示。

3.2 C2I通信的車載系統(tǒng)

車載單元是一個短距離無線收發(fā)系統(tǒng)，可以嵌入在汽車?yán)锘蛘咦鳛橐环N便攜系統(tǒng)安裝在汽車上。車載單元能提供車輛與路邊設(shè)施的通信或車輛間的通信，類似802.11無線收發(fā)機(jī)[13]。車載單元加上應(yīng)用處理系統(tǒng)、人機(jī)交互界面、GPS車輛定位系統(tǒng)等構(gòu)成車載應(yīng)用系統(tǒng)。車載系統(tǒng)（OBE）的結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

車載系統(tǒng)包括車載單元的無線電接收裝置。它用于連接車內(nèi)的電子設(shè)備。車載單元不僅要由不同的制造商設(shè)定，而且不同的車型、不同的生產(chǎn)日期均有特有標(biāo)記。任何希望連接到車輛間或車輛與路上設(shè)施的通信系統(tǒng)，首先要符合通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，且均需通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol）注冊，并在管理信息中心（Management Information Base）的服務(wù)供應(yīng)商平臺（Provider Service Table）中存儲使用者的相關(guān)信息[14]。車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)獲取GPS以及各種車輛傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)多個車輛要安全地通過一個交叉路口時，最低的數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時間不超過100 ms。數(shù)據(jù)至少包括一個臨時的ID、信息種類、時間標(biāo)記、地點(diǎn)等約定信息。數(shù)據(jù)傳送的時間根據(jù)車輛的速度，行駛的區(qū)域等多種狀態(tài)自行調(diào)整，如根據(jù)路邊設(shè)施數(shù)據(jù)、導(dǎo)航輔助系統(tǒng)等[15]。

4 結(jié) 語

基于車車無線通信系統(tǒng)（C2C）和車路無線通信系統(tǒng)（C2I）的智能交通系統(tǒng)，可以有效降低交通事故發(fā)生率，從源頭上控制交通安全隱患，這對于提升交通管理的實(shí)效性具有積極作用。因此，在后續(xù)發(fā)展中，有必要加強(qiáng)對智能交通系統(tǒng)的重視，將更多新興技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，不斷完善和創(chuàng)新系統(tǒng)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]金歡.基于無線傳感網(wǎng)的城市智能交通車輛定位技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，34（9）：73.

[2]趙婉辰.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)碼世界，2018，17（1）：189.

[3]胡妮娜.基于時空相關(guān)性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略研究[D].廈門：集美大學(xué)，2017.

[4]文劍瀾.基于SOPC系統(tǒng)的智能傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2016.

[5]孫海艷.簡論在智能交通系統(tǒng)中運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的重要性[J].移動信息，2015，37（12）：38.

[6]陸化普.智能交通系統(tǒng)主要技術(shù)的發(fā)展[J].科技導(dǎo)報，2019，37（6）：27-35.

[7]王笑京，張紀(jì)升，宋向輝，等.國際智能交通系統(tǒng)研發(fā)熱點(diǎn)[J].科技導(dǎo)報，2019，37（6）：36-43.

[8]鐘德健.基于車聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)簡述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，9（24）：64-65.

[9] WU Qiong，HE Fanfan，F(xiàn)AN Xiumei. The intelligent control system of traffic light based on fog computing [J]. Chinese journal of electronics，2018，27（6）：1265-1270.

[10]尚金生.智能交通中的視頻圖像處理技術(shù)分析[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（14）：86-88.

[11]武雯婧.面向未來智能社會的智能交通系統(tǒng)發(fā)展策略[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2017，23（1）：118-119.

[12]吳卓惠.信息通信系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].通訊世界，2017，24（8）：91.

[13]劉敬坡，劉朝暉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中源位置隱私保護(hù)研究綜述[J].電子世界，2019，41（4）：97-100.

[14]陳瑞鳳，倪明，徐春婕，等.面向鐵路環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信性能分析[J].電信科學(xué)，2019，64（5）：70-77.

[15]畢燁，陳麗娜，苗春雨.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位與漂移檢測[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2018，39（1）：156-160.