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車路協(xié)同技術(shù)如何改善交通安全性？
2018年01月04日 11:14:04來源：第十二屆中國智能交通年會點擊量：34702
導(dǎo)讀 “車路協(xié)同”，顧名思義，是將所有車輛、道路設(shè)施甚至行人納入一張網(wǎng)絡(luò)，通過信息共享，合理利用道路空間資源，提升行車的安全性和提高道路通行能力。以下為清華大學(xué)自動化系系統(tǒng)工程研究所教授姚丹亞發(fā)《車路協(xié)同、交通效率和行車安全》演講稿
　　【中國安防展覽網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】 “車路協(xié)同”，顧名思義，是將所有車輛、道路設(shè)施甚至行人納入一張網(wǎng)絡(luò)，通過信息共享，合理利用道路空間資源，提升行車的安全性和提高道路通行能力。以下為清華大學(xué)自動化系系統(tǒng)工程研究所教授姚丹亞發(fā)《車路協(xié)同、交通效率和行車安全》演講稿。
 
　　一、車路協(xié)同
 
　　車路協(xié)同到底怎么提高交通效率和交通安全呢？重點就在信號交叉口，信號交叉口現(xiàn)在的優(yōu)化方式是根據(jù)一個周期的統(tǒng)計流量來優(yōu)化信號配時，這里是指單交叉口；而不同的交叉口之間還有協(xié)同。在車路協(xié)同這個環(huán)境中，除了優(yōu)化信號配時以外，還可以優(yōu)化車輛的行駛速度。實際上就從一個被動的，適應(yīng)來車量變成主動的誘導(dǎo)或者控制來車的時間或時刻，實際上這是一個保護(hù)車輛控制的更大的系統(tǒng)優(yōu)化。
 
　　在高速公路或者路段上它怎么去提升效率呢？很簡單，這是一個經(jīng)典的擁堵場景。三條車道，由于出事減了一條車道，而在實際上這種情況導(dǎo)致的通行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止降低三分之一。下圖講的舊金山港灣大橋的一個固定瓶頸的控制，在高峰期大量的要通過港灣大橋(四車道)，如果不做控制肯定這個口上是會堵死的。它的控制就是在這兒，加了一個車道信號控制燈，讓這個進(jìn)入瓶頸入口的車輛應(yīng)該是略小于或者在它的通行能力范圍之內(nèi)，這樣保證足夠大的通行能力。對于隨機出現(xiàn)的交通瓶頸(如事故、道路維修)，沒法在上游加信號燈控制，那可以利用車路協(xié)同，通過分級的車速控制，車路協(xié)同通過分級的車速控制實際上是能夠提供這樣的解決方案，這是車路協(xié)同在具體的交通效率上的應(yīng)用。像這就是在高速公路上怎么提高交通效率。如圖1所示：
 
圖1 關(guān)鍵路段流量控制
 
　　在交通安全上，我們可以把ADAS提升到C-DAS，就是將先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)，提升到協(xié)同的駕駛輔助系統(tǒng)。ADAS是用自車的傳感器來提升駕駛的安全性，只依賴汽車的自身檢測手段提高安全性，它的問題就是視野和檢測范圍是受限的。而C-DAS是在自車的數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，通過車路協(xié)同獲得更多的數(shù)據(jù)，它就能夠提供傳統(tǒng)的ADAS不能提供的很多安全輔助的應(yīng)用。它是利用汽車、道路、行人多方面信息的協(xié)同和交互來提升交通安全。它的問題是需要跨界，需要大家一起來做，才能提升它的安全性；如果只在一輛車加裝裝了這個系統(tǒng)，實際上是不解決問題的。
 
　　把車路協(xié)同與自動駕駛或無人駕駛結(jié)合以后可以在兩個環(huán)節(jié)提升自動駕駛的能力：個是環(huán)境感知的能力；第二是從自車的無人駕駛變成一個協(xié)同自動駕駛。協(xié)同駕駛經(jīng)典的應(yīng)用是車隊控制，車隊控制是一個協(xié)同駕駛的應(yīng)用。這個技術(shù)的發(fā)展將來很有可能變成無信號交叉口協(xié)同控制。
 
　　二、交通效率
 
　　在交通效率上我們做過一個簡單場景下的仿真評估，它的評估對象是單信號交叉口，它的場景是單車的獨立車速引導(dǎo)和多車協(xié)同的車速引導(dǎo)。就是在傳統(tǒng)信號控制的基礎(chǔ)加上了對車速控制，指標(biāo)是延誤停車次數(shù)和停車時間。
 
　　這是仿真架構(gòu)，場景是非常簡單的，就是一個單信號交叉口，車過來以后可能通過車速引導(dǎo)不停車通過信號路口，也有可能受道路限速的影響，還是會有一次停車的，停車了以后再啟動。這樣總共有三個通過的情況：直接過，誘導(dǎo)了以后過，停車以后再過。圖2是我剛畢業(yè)的博士生所做研究的框架：
 
圖2  車路協(xié)同環(huán)境下交叉口的交通主動控制
 
　　首先我們做一個單車的車速引導(dǎo)，就是以單車為引導(dǎo)對象，以通行時間小為優(yōu)化目標(biāo)，這個實際上這個是可以得到解析表達(dá)式的，按照解析解可以把一輛車過這個路口的佳時間計算。
 
　　第二，多車引導(dǎo)，系統(tǒng)按全局有優(yōu)化各車車速。
 
　　這是我們自己開發(fā)的仿真系統(tǒng)，它可以設(shè)置信號配時，可以設(shè)定車速引導(dǎo)的算法，可以設(shè)置不同的流量，可以設(shè)置車路協(xié)同設(shè)備的裝車率，這樣我們用剛才的優(yōu)化算法解出來以后做引導(dǎo)，仿真得出比較好的結(jié)果。單車引導(dǎo)平均延誤降低20%，單車的引導(dǎo)是車路協(xié)同車輛根據(jù)自己的位置和收到的信號配時計算佳速度。多車的引導(dǎo)是路側(cè)系統(tǒng)，將來也可以理解為云端或者路側(cè)端，根據(jù)不同的車位置，系統(tǒng)優(yōu)化計算各輛車優(yōu)化速度，多車協(xié)同引導(dǎo)有比較明顯的平均延誤的降低，當(dāng)流量接近飽和時效果更明顯的。
 
　　還有很重要的是裝車率對效率提升的影響，當(dāng)裝車率增加的時候效果會變好，但是達(dá)到40%的以后再增加效率就沒有那么明顯了。如圖3所示：
 
圖3  裝車率
 
　　三、交通安全　　安全的評估，因為我們現(xiàn)在在國內(nèi)建立了好幾個系統(tǒng)，運行長時間的是清華大學(xué)校園系統(tǒng)。在清華的校園車路協(xié)同系統(tǒng)中，檢測多個路口盲區(qū)把實時目標(biāo)，相關(guān)信息送到LED顯示屏和校園公交車的車路協(xié)同車載機上，給駕駛員預(yù)警。對有預(yù)警和沒預(yù)警的車輛進(jìn)行了對比評估，結(jié)果顯示有預(yù)警后車輛的平均速度有顯著性變化，在有提示預(yù)警的時候車輛有很明顯減速的過程，或者制動的過程。報警前后的平均速度差異是非常顯著的，另外當(dāng)有預(yù)警的時候剎車位置和沒有預(yù)警剎車位置的也有顯著性差異。
 
　　另外我們檢測了自行車，當(dāng)有預(yù)警提示的時候自行車也有很明顯的減速，從另一個方面證明了車路協(xié)同實時預(yù)警對安全提升很有效果。
 
　　結(jié)論：在收到報警信號之后汽車會迅速的減速，與沒有報警車相比，有報警車的汽車和自行車的車速顯著降低，汽車的剎車時刻顯著性提前。
 
　　總結(jié)一下，車路協(xié)同用于交通主動控制在提升交通效率上是非常明顯的，車路協(xié)同用于安全預(yù)警，肯定是可以改善交通安全性的。
 
　　原標(biāo)題 【車路協(xié)同】車路協(xié)同、交通效率和行車安全---姚丹亞
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