摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)科技水平不斷提升，智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)水平也得到了快速發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的高度融合，可以提升城市交通道路管理綜合水平和效率，具有較高的探討價(jià)值。文章基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用特征與城市交通信號(hào)系統(tǒng)特征，探討了智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，研究與分析，最后結(jié)合城市交通道路管控需要和特點(diǎn)來(lái)制定解決城市交通管理過(guò)程中各種問(wèn)題的相關(guān)方案。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車 城市交通信號(hào)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)互動(dòng)

0 引言

隨著城市化建設(shè)與發(fā)展進(jìn)程不斷向前推進(jìn)，城市空間被進(jìn)一步壓縮，交通道路管理難度也隨之增大。目前由于各大城市汽車保有量不斷增加，為解決城市交通管理問(wèn)題，交通管理部門(mén)通過(guò)加強(qiáng)交通信號(hào)系統(tǒng)管控，來(lái)提高城市交通車輛運(yùn)行效率，并致力于優(yōu)化交通道路車輛通行方案，以更好的協(xié)調(diào)車輛的出行，減少堵塞、交通沖突等交通事故的發(fā)生。近年來(lái)，隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、移動(dòng)信息技術(shù)等不斷的發(fā)展，使得城市的交通管理水平顯著提升，同時(shí)這些技術(shù)在城市交通信號(hào)管理系統(tǒng)中也發(fā)揮著巨大作用。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與傳統(tǒng)汽車存在較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)智能化車輛管理，完成信息高效交流與數(shù)據(jù)共享，識(shí)別外部復(fù)雜的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能和汽車駕駛的高度結(jié)合。除此外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)可以提高二者之間的信息數(shù)據(jù)交換頻率，實(shí)現(xiàn)終端傳感之間的數(shù)據(jù)分析，掌握更多車與道路狀況信息，同時(shí)還能解決道路運(yùn)輸?shù)戎T多問(wèn)題。這對(duì)于提升城市交通管理和解決道路擁堵問(wèn)題，充分保障行車安全等方面具有很大的作用。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基本原理及城市交通道路系統(tǒng)的基本原理

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基本原理

智能網(wǎng)聯(lián)汽車搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，是融合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一種智能汽車，具有實(shí)現(xiàn)車與人、車、路、云端等智能信息交管共享、擁有復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，能夠達(dá)到保障車輛安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，最終可替代駕駛?cè)藢?shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。其主要包含以下6種關(guān)鍵技術(shù)：環(huán)境感知技術(shù)、智能決策技術(shù)、控制執(zhí)行技術(shù)、V2X通信技術(shù)、云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過(guò)程中是通過(guò)控制執(zhí)行技術(shù)利用智能化應(yīng)用技術(shù)、高尖端設(shè)備及傳感器等收集信息，利用云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)整合數(shù)據(jù)，通過(guò)利用V2X通信技術(shù)加強(qiáng)數(shù)據(jù)的交流與傳輸，以實(shí)現(xiàn)車輛與道路設(shè)施及車輛與車輛之間的信息交流的目的，提高信息交流能力，利用環(huán)境感知技術(shù)及時(shí)了解其他汽車的具體位置、行駛速度及運(yùn)行方向。在這個(gè)過(guò)程中，又可以將自己的車輛信息傳輸給其他的車輛。智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有多種不同的功能，能實(shí)現(xiàn)汽車的自我導(dǎo)航及緊急制動(dòng)等。另外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車還能獲取交通信號(hào)數(shù)據(jù)或城市道路交通信息等，根據(jù)已經(jīng)掌握的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用智能決策技術(shù)制定合理的汽車駕駛方案。

1.2 城市交通道路系統(tǒng)的基本原理

城市道路交通是城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本組成部分，是城市交通系統(tǒng)的主題。城市道路交通系統(tǒng)主要由路網(wǎng)系統(tǒng)、交通信號(hào)系統(tǒng)、交通流和交通監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，其中交通信號(hào)系統(tǒng)是由信號(hào)燈、交通監(jiān)控中心、傳感器等所組成的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)時(shí)相互獨(dú)立運(yùn)行，但可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)管理系統(tǒng)連接，通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)、算法及云計(jì)算技術(shù)等進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，并制定合理的交通信號(hào)燈相位。當(dāng)交通流量較大時(shí)，城市道路監(jiān)控可獲取城市道路上的車流運(yùn)行狀況，加以判斷，信號(hào)控制功能以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制信號(hào)，并通過(guò)交叉口的紅綠燈輸出完整信號(hào)控制。疏導(dǎo)道路車輛行駛，減少車輛等候時(shí)間，提高車輛通行效率，保持交通道路安全，減少各種突發(fā)性交通事故出現(xiàn)。

1.3 交叉口車輛與信號(hào)協(xié)同控制場(chǎng)景下交互機(jī)理

基于智能網(wǎng)聯(lián)車輛技術(shù)，可以對(duì)改善交通安全、交通效率以及交通污染等問(wèn)題提供有效的解決方案。比較典型的應(yīng)用場(chǎng)景有：交叉口信號(hào)與智能網(wǎng)聯(lián)車輛協(xié)同控制，智能網(wǎng)聯(lián)車輛違反交通信號(hào)警告，車輛轉(zhuǎn)彎速度警告，車輛緊急剎車預(yù)警提示，車輛碰撞提前檢測(cè)預(yù)警，車輛轉(zhuǎn)向輔助提示，無(wú)信號(hào)交叉口停車輔助提示，特殊車輛信號(hào)交叉口有限通行控制等。隨著智能網(wǎng)聯(lián)車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，以及與之相適應(yīng)的路側(cè)設(shè)備逐步完善，這些場(chǎng)景將逐步成為現(xiàn)實(shí)。不同的場(chǎng)景應(yīng)用與相關(guān)技術(shù)、數(shù)據(jù)需求以及系統(tǒng)各部分的交互機(jī)理密切相關(guān)，為進(jìn)一步探究論文所研究理論對(duì)應(yīng)的實(shí)際環(huán)境，下面將對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)車輛環(huán)境交叉口控制場(chǎng)景下的交互機(jī)理進(jìn)行分析。

1.3.1 車與路

發(fā)送：如圖1中箭頭1所示，智能網(wǎng)聯(lián)車輛進(jìn)入交叉口準(zhǔn)備區(qū)域后，與控制中心建立實(shí)時(shí)通信，并將車輛的位置、速度、通行需求方向等信息發(fā)送給控制中心。

感知：控制中心對(duì)路網(wǎng)內(nèi)所有車輛的狀態(tài)信息進(jìn)行匯聚分析，根據(jù)優(yōu)化控制算法，對(duì)每一輛車的通行順序和軌跡進(jìn)行求解。

控制：如圖1中箭頭2所示，控制中心將車輛的通行軌跡方案信息發(fā)送到對(duì)應(yīng)車輛，具備自動(dòng)駕駛功能的智能網(wǎng)聯(lián)車輛將執(zhí)行控制中心所發(fā)來(lái)的指令，不具備自動(dòng)駕駛的智能網(wǎng)聯(lián)車輛，將參考引導(dǎo)軌跡方案進(jìn)行駕駛操控。

1.3.2 車與其他對(duì)象

為了確保交叉口的行車安全，車與車、行人等在近距離跟馳或有通行軌跡沖突時(shí)，如圖1中箭頭3所示，智能網(wǎng)聯(lián)車輛根據(jù)自身傳感器以及實(shí)時(shí)通信所傳來(lái)的沖突目標(biāo)信息，根據(jù)安全閾值來(lái)調(diào)整自身的控制行為。

1.3.3 沖突規(guī)則

當(dāng)信號(hào)控制中心發(fā)送給車輛的軌跡方案，與車輛根據(jù)當(dāng)前周圍沖突目標(biāo)采取的算法相沖突時(shí)，優(yōu)先將避免沖突的控制方案操作提前，并將此改動(dòng)發(fā)送給控制中心，控制中心在當(dāng)前車輛發(fā)來(lái)的不可變更操作軌跡信息基礎(chǔ)上，對(duì)其后續(xù)軌跡進(jìn)一步規(guī)劃。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

2.1 有效的優(yōu)化城市交通管理水平

隨著城市經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通也變得日益擁堵，這嚴(yán)重影響到城市交通道路管理和安全[1]。通過(guò)加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)交通道路信息數(shù)據(jù)與城市交通運(yùn)輸管理部門(mén)信息的高度融合，可以改善城市管理工作，提高交通引導(dǎo)水平，并實(shí)現(xiàn)對(duì)城市交通道路狀況數(shù)據(jù)的實(shí)施監(jiān)控，實(shí)時(shí)分析城市道路交通問(wèn)題成因，確保城市整個(gè)路網(wǎng)交通的暢通，優(yōu)化城市交通管理水平。

2.2 提高汽車行車安全性

當(dāng)前，隨著城鎮(zhèn)化水平的穩(wěn)步提高，道路車輛不斷增多，城市交通道路安全問(wèn)題變得越發(fā)突出，一旦城市交通安全管理問(wèn)題出現(xiàn)，將直接威脅到路人和車輛駕駛員的安全，因此加強(qiáng)車輛行駛安全管理就變得十分重要。就當(dāng)下和未來(lái)而言想要做好城市交通運(yùn)營(yíng)管理工作，需考慮智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)管理的高度融合度，以此可提高城市道路交通堵塞問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)調(diào)取不同城市道路的攝像頭或者車輛定位等數(shù)據(jù)信息，完成在線分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)算法計(jì)算后，計(jì)算出新的交通運(yùn)行方案，以提高汽車的行駛安全和效率。交通部門(mén)也可通過(guò)信息數(shù)據(jù)的共享，科學(xué)的進(jìn)行道路管理，提高城市道路智能應(yīng)用水平[2]。

2.3 減少汽車怠速排隊(duì)時(shí)間及尾氣的排放

城市道路交通一旦發(fā)生擁堵，會(huì)導(dǎo)致車輛等待時(shí)間變長(zhǎng)，怠速時(shí)間也將變長(zhǎng)，由此就會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，導(dǎo)致車輛尾氣排放量增多，造成嚴(yán)重的城市交通空氣污染問(wèn)題。想要真正解決城市交通擁堵問(wèn)題，就要從源頭上加強(qiáng)交通管制工作，制定合理的交通管制方案及交通道路行駛方案。通過(guò)加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，可進(jìn)一步的優(yōu)化交通流量，減少車輛在不同交通路口的等待時(shí)間與頻繁啟動(dòng)次數(shù)，可以降低汽車的燃油消耗量，降低汽車尾氣的排放，這對(duì)于進(jìn)一步的改善城市環(huán)境質(zhì)量管理具有很大的作用，有利于實(shí)現(xiàn)綠色交通管理目標(biāo)。

2.4 提高城市交通突發(fā)事故的處理能力

眾所周知，在城市交通道路運(yùn)行管理的過(guò)程中，如果交通道路上出現(xiàn)交通事故，就會(huì)引起交通道路堵塞。提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)效率之后，可以通過(guò)及時(shí)調(diào)取事故發(fā)生的錄像，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通道路狀況分析引起突發(fā)事件的根源，了解前因后果。城市交通管理后臺(tái)，也可以結(jié)合所在路段當(dāng)下交通運(yùn)行狀況，來(lái)制定不同道路管制和車輛疏導(dǎo)方案。在緊急時(shí)刻，交通信息后臺(tái)可以迅速調(diào)整信號(hào)燈相位，延長(zhǎng)交通道路車輛通行時(shí)間。如此一來(lái)，便可以大幅減少車輛擁堵時(shí)間，提高交通道路通行時(shí)間。這對(duì)于充分的確保城市交通安全與通暢都具有著十分重要的意義與作用。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)技術(shù)融合分析

3.1 實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高效互動(dòng)，優(yōu)化城市交通信息共享能力

智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有智能化的高度應(yīng)用，車輛可以根據(jù)道路交通環(huán)自動(dòng)制定出新的交通線路，也可實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間的信息數(shù)據(jù)交換，并對(duì)交通道路進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)性分析。當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)后，首先車輛可以通過(guò)先進(jìn)的傳感器實(shí)現(xiàn)車與交通信息系統(tǒng)的互動(dòng)，提高信息數(shù)據(jù)的互動(dòng)效率和頻率。其次當(dāng)城市交通管理部門(mén)與車輛信息共享后，交管部門(mén)可以掌握車輛動(dòng)態(tài)對(duì)道路交通進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，并制定相應(yīng)的一些交通管理方案。除此外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以在行駛目的地后將車輛運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至交通信息系統(tǒng)后臺(tái)，由城市交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理，城市交通信號(hào)系統(tǒng)匯集不同車輛的目的地信息后，結(jié)合不同時(shí)間段來(lái)制定路口的交通信號(hào)燈工作狀態(tài)，以達(dá)到更好的交通疏導(dǎo)效果，進(jìn)而提高城市道路管理水平和能力，為城市車輛提供一個(gè)更好的出行體驗(yàn)。

3.2 構(gòu)建信息同步管理體系，掌握道路交叉口車輛通行情況

目前，交叉口協(xié)同控制成為技術(shù)研究重點(diǎn)，將該技術(shù)應(yīng)用到城市交通管理當(dāng)中具有很大的作用和價(jià)值。首先，V2X通信技術(shù)是一種先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，借助于車與車 （V2V）、車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車與行人（V2P）之間的無(wú)線通信，實(shí)時(shí)感知車輛周邊狀況，并及時(shí)預(yù)警，可完成車輛狀態(tài)信息和交通環(huán)境信息的采集，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，達(dá)到車與其他事物互聯(lián)的狀態(tài)。LTE-V2X是通過(guò)在終端和基站之間建立5G無(wú)限空中接口通信，實(shí)現(xiàn)車車通信，以LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)為V2X基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議，工作在傳統(tǒng)移動(dòng)通信授權(quán)頻段，由基站集中分配并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)集中化的資源調(diào)度功能，可提高LTE-V2X的接入能力和組網(wǎng)效率。將該技術(shù)應(yīng)用到城市交通道路管理當(dāng)中，可以明顯的幫助汽車更好地行駛，有助于交通信息后臺(tái)制定不同的交通道路行駛管制方案，提高二者之間的智能化應(yīng)用水平，使車輛和交通道路管理變得更加的人性化，從而滿足不同車主出行需要和交通信息后臺(tái)對(duì)城市道路管理的需要。當(dāng)車輛行駛到交叉路口后，會(huì)收到交叉路口的信號(hào)運(yùn)行狀況及前車、后車的具體行駛狀況[3]。由此可以實(shí)現(xiàn)城市交通道路管理部門(mén)對(duì)道路交通的高效管理，做好行駛路線的安排，提升道路通行能力。

3.3 提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛協(xié)同效率，優(yōu)化交通信息系統(tǒng)管理信息交換能力

智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)后臺(tái)與車輛之間的信息互動(dòng)性，通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提升信息交換效率，增強(qiáng)協(xié)作性。其次，通過(guò)利用智能化技術(shù)和計(jì)算機(jī)算法與不同設(shè)備的協(xié)作，來(lái)完成車輛信息和交通道路數(shù)據(jù)的采集，提升設(shè)備的整體運(yùn)行能力和水平，結(jié)合城市道路擁擠程度、車輛運(yùn)行情況等，來(lái)制定與之相對(duì)應(yīng)的交通運(yùn)輸管理解決方案，同時(shí)采取預(yù)先和預(yù)后管理方法，來(lái)不斷加強(qiáng)交通干預(yù)，以改善城市道路交通環(huán)境，充分保障城市道路上的車輛和路人的安全。在促進(jìn)城市交通道路管理工作不斷發(fā)展的同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能化的管理目標(biāo)。

4 結(jié)論

城市交通信號(hào)系統(tǒng)是城市交通管理不可缺少的一個(gè)部分，對(duì)疏導(dǎo)城市交通擁堵具有一定的幫助，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力，加強(qiáng)其與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的融合度，可提高二者之間的信息數(shù)據(jù)共享能力，便于制定城市交通信號(hào)管理方案。相較于傳統(tǒng)的用車方式而言，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過(guò)程中智能化程度、便捷性及靈活性更高，一方面可以在線查詢交通數(shù)據(jù)信息，提高出行效率。另一方面，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)信息數(shù)據(jù)在線交換，改善信息交流效率。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與城市交通信號(hào)系統(tǒng)高效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的高效互動(dòng)，完成了車聯(lián)、道路交通信息互動(dòng)，可以合理的提前規(guī)避交通管理中存在的各種問(wèn)題，優(yōu)化交通線路及交通水平。因此，繼續(xù)加強(qiáng)二者之間的研究可以優(yōu)化城市交通管理的措施，促進(jìn)綠色城市的發(fā)展。

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