V2X Technology in the Internet of Vehicles and Application in Intelligent Transportation Networks

Chen Shiyong

（Guangzhou Panyu Polytechnic，Guangzhou ，China）

【Abstract】The modern urban transportation system is confronted with road congestion and safety hazards caused by the sharp increasein thenumber of vehicles.Thetraditional manual driving and fixed signal control mode have been dificulttomeetthedemandforeficienttravel.V2X（Vehicle-to-Everything）technology，withitsmulti-dimensional data interaction capabilities among vehicles，roads，peopleand thecloud，has become thecore technology for building anewgenerationof intellgent transportation networks.Thisarticlesystematically expounds thecore mechanismof V2X technology，analyzes the key technical diferences between LTE-V2Xand5G-V2X，and focusesondiscussing its applicationmodesinscenariossuchasvehicle-to-vehicle（V2V），vehicle-to-infrastructure（V2I），vehicle-topedestrian（V2P），and vehicle-to-network（V2N）.

【Key words】V2X technology；inteligent transportation network；vehicle-road coordination；autonomous driving; wireless communication；trafic optimization

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加速，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，城市交通系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球主要城市高峰期平均擁堵時(shí)間較10年前增長(zhǎng)超40% ，交通事故發(fā)生率居高不下。傳統(tǒng)依賴(lài)人工駕駛決策與固定周期交通信號(hào)控制的模式，已難以適應(yīng)復(fù)雜多變的交通環(huán)境。在此背景下，V2X技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)車(chē)路協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)整合車(chē)輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施、行人及云端網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，為智能交通系統(tǒng)發(fā)展提供了創(chuàng)新解決方案。該技術(shù)依托低延遲、高可靠的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（如5G、C-V2X），使車(chē)輛能夠?qū)崟r(shí)感知周邊環(huán)境信息，有效提升交通系統(tǒng)的安全性與運(yùn)行效率。本文旨在深入探討V2X技術(shù)的核心機(jī)制及其在智能交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用路徑，為推動(dòng)車(chē)路云一體化體系建設(shè)提供理論參考。

1 V2X技術(shù)概述

1.1 V2X通信的定義

V2X技術(shù)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的車(chē)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其核心在于實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與車(chē)輛（V2V）、車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車(chē)輛與行人（V2P）以及車(chē)輛與網(wǎng)絡(luò)（V2N）之間的實(shí)時(shí)信息交互。該技術(shù)打破傳統(tǒng)交通系統(tǒng)中的信息孤島現(xiàn)象，通過(guò)多維度數(shù)據(jù)的即時(shí)流通，實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化升級(jí)。車(chē)輛可通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)信號(hào)與周邊車(chē)輛、路邊設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提前感知視線(xiàn)盲區(qū)的潛在危險(xiǎn)；同時(shí)，將采集的交通信息上傳至云端，為交通管理部門(mén)提供數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，助力交通規(guī)劃與決策優(yōu)化。

1.2 V2X通信的關(guān)鍵技術(shù)

V2X通信的關(guān)鍵技術(shù)包括LTE-V2X和5G-V2X。LTE-V2X具有直連通信（PC5接口）與蜂窩鏈路（Uu接口）的雙重傳輸能力，直連通信在短距離場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的數(shù)據(jù)廣播；蜂窩鏈路則用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳與云端服務(wù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)路況預(yù)測(cè)與路徑規(guī)劃。LTE-V2X具備直連通信（PC5接口）與蜂窩鏈路（Uu接口）的雙模式傳輸能力。其中，PC5接口在短距離場(chǎng)景下可實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的數(shù)據(jù)廣播，適用于車(chē)輛間緊急信息交互；Uu接口則支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳與云端服務(wù)調(diào)用，為車(chē)輛提供路況預(yù)測(cè)、路徑規(guī)劃等服務(wù)。該技術(shù)可兼容現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，顯著降低部署成本。5G-V2X引人毫米波頻段、大規(guī)模天線(xiàn)陣列等先進(jìn)技術(shù)，能夠滿(mǎn)足高精度自動(dòng)駕駛對(duì)通信實(shí)時(shí)性和可靠性的嚴(yán)苛要求。其網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可根據(jù)不同交通場(chǎng)景需求，動(dòng)態(tài)分配定制化通信資源，支持高密度設(shè)備接入。V2X通信關(guān)鍵技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

2 V2X技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1車(chē)輛與車(chē)輛（V2V）通信

V2V通信實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛間動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)共享。每輛車(chē)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)持續(xù)廣播速度、制動(dòng)狀態(tài)、行駛方向等數(shù)據(jù)，周邊車(chē)輛接收后實(shí)時(shí)更新環(huán)境感知模型。在緊急情況下，如前方車(chē)輛突發(fā)制動(dòng)，預(yù)警信息可在毫秒級(jí)內(nèi)傳遞至后方車(chē)輛，觸發(fā)自動(dòng)安全距離計(jì)算與聲光提醒，有效避免追尾事故。在擁堵路段，多輛汽車(chē)可通過(guò)V2V技術(shù)組成智能車(chē)隊(duì)，頭車(chē)設(shè)定行駛參數(shù)，后車(chē)自動(dòng)調(diào)整車(chē)速與間距，形成穩(wěn)定的隊(duì)列。車(chē)輛變道時(shí)，通過(guò)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)與周邊車(chē)輛協(xié)商避讓?zhuān)瑴p少交通混亂。此外，V2V技術(shù)為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)構(gòu)建了冗余感知網(wǎng)絡(luò)2，當(dāng)車(chē)輛自身傳感器受惡劣天氣（如雨霧、強(qiáng)光）或遮擋影響時(shí)，可借助周邊車(chē)輛共享的數(shù)據(jù)保障行車(chē)安全。

2.2 車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信

V2I通信通過(guò)路側(cè)傳感器、信號(hào)控制器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施的信息交互。車(chē)輛可實(shí)時(shí)獲取紅綠燈倒計(jì)時(shí)、車(chē)道封閉、限速調(diào)整等動(dòng)態(tài)交通信息。例如，在接近路口時(shí)，車(chē)輛根據(jù)綠燈剩余時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)巡航速度，減少停車(chē)等待次數(shù)，降低燃油消耗與尾氣排放。道路施工區(qū)域的電子警示牌可直接向車(chē)輛推送繞行建議，避免因駕駛員反應(yīng)延遲導(dǎo)致的交通擁堵。V2I系統(tǒng)在城市交通全局優(yōu)化中發(fā)揮重要作用。車(chē)輛上傳的實(shí)時(shí)位置、速度與目的地信息被路側(cè)單元匯總至交通管理中心，生成高精度動(dòng)態(tài)路網(wǎng)圖。基于車(chē)流密度與移動(dòng)趨勢(shì)，信號(hào)燈控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整配時(shí)方案，優(yōu)先放行擁堵方向車(chē)流。此外，當(dāng)車(chē)輛攝像頭因環(huán)境因素失效時(shí)，路側(cè)設(shè)備提供的車(chē)道線(xiàn)數(shù)據(jù)與障礙物定位信息可保障自動(dòng)駕駛車(chē)輛的路徑準(zhǔn)確性。

2.3 車(chē)輛與行人（V2P）通信

V2P通信為道路安全提供了新的防護(hù)機(jī)制。車(chē)輛通過(guò)車(chē)載傳感器與無(wú)線(xiàn)信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)掃描周邊環(huán)境，當(dāng)檢測(cè)到行人靠近時(shí)，主動(dòng)發(fā)送位置與行駛方向信息。行人開(kāi)啟手機(jī)導(dǎo)航或?qū)Ｓ冒踩珣?yīng)用后，設(shè)備持續(xù)廣播位置與移動(dòng)方向，車(chē)輛接收后在車(chē)載屏幕顯示行人虛擬標(biāo)記，輔助駕駛員預(yù)判潛在風(fēng)險(xiǎn)。在無(wú)信號(hào)燈路口，當(dāng)行人準(zhǔn)備橫穿道路時(shí)，車(chē)輛自動(dòng)減速并亮起提示燈；針對(duì)視障、聽(tīng)障等特殊人群，其攜帶的電子設(shè)備可發(fā)送特殊警示信號(hào)，觸發(fā)車(chē)輛更強(qiáng)烈的聲光提醒。V2P技術(shù)顯著降低了人車(chē)沖突風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)幫助車(chē)輛優(yōu)化路線(xiàn)規(guī)劃，提升通行效率。

2.4 車(chē)輛與網(wǎng)絡(luò)（V2N）通信

V2N通信實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛與云端服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。云端平臺(tái)整合全國(guó)路網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)、天氣預(yù)警、充電樁位置、停車(chē)場(chǎng)空位等多維數(shù)據(jù)信息，并推送至車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)。例如，車(chē)輛在長(zhǎng)途行駛中能夠提前接收前方山區(qū)的暴雨預(yù)警，自動(dòng)調(diào)整車(chē)速并建議更換路線(xiàn)；發(fā)生交通事故時(shí)，車(chē)輛自動(dòng)上傳精確位置、碰撞強(qiáng)度及人員狀態(tài)至救援中心，縮短救援響應(yīng)時(shí)間。

此外，車(chē)輛可持續(xù)向云端上傳行駛軌跡、能耗數(shù)據(jù)、路況反饋，城市交通管理部門(mén)利用這些數(shù)據(jù)能夠優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)、公交班次調(diào)度、潮汐車(chē)道設(shè)置。同時(shí)，車(chē)輛接收云端下發(fā)的軟件升級(jí)包能夠提升自動(dòng)駕駛算法、修復(fù)系統(tǒng)漏洞。商業(yè)平臺(tái)則能通過(guò)車(chē)輛數(shù)據(jù)提供定制服務(wù)，從而既滿(mǎn)足個(gè)體出行需求，又提升了城市資源利用效率。V2X技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景與功能對(duì)照見(jiàn)表2。

3智能交通網(wǎng)絡(luò)中的V2X技術(shù)應(yīng)用

3.1車(chē)輛間實(shí)時(shí)通信提升自動(dòng)駕駛協(xié)同

V2X技術(shù)通過(guò)車(chē)輛間實(shí)時(shí)信息交互，顯著增強(qiáng)了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的協(xié)同能力。在復(fù)雜路口，多輛自動(dòng)駕駛車(chē)輛可通過(guò)信號(hào)交互協(xié)商通行順序，避免因搶行導(dǎo)致的交通擁堵與事故風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)檢測(cè)到前方道路障礙物時(shí)，首車(chē)立即廣播預(yù)警信息，引導(dǎo)車(chē)隊(duì)集體避讓4。對(duì)于執(zhí)行緊急任務(wù)的救護(hù)車(chē)、消防車(chē)等特種車(chē)輛，其發(fā)出的優(yōu)先通行信號(hào)可被周邊車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別并主動(dòng)讓行，確保救援通道暢通。此外，當(dāng)自動(dòng)駕駛車(chē)輛遭遇傳感器故障等突發(fā)狀況時(shí)，可通過(guò)V2X網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求周邊車(chē)輛或交通管理中心協(xié)助，提升系統(tǒng)魯棒性。

載終端與導(dǎo)航應(yīng)用實(shí)時(shí)推送，幫助駕駛員提前規(guī)劃 行車(chē)節(jié)奏，降低城市整體交通壓力。

4結(jié)束語(yǔ)

V2X技術(shù)通過(guò)V2V、V2I、V2P和V2N的多維信息交互，為智能交通系統(tǒng)提供了高效、安全的解決方案。該技術(shù)在提升交通安全性、優(yōu)化資源配置、支持新興出行模式等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。隨著5G/6G通信、邊緣計(jì)算與人工智能技術(shù)的深度融合，V2X將向更低延遲、更高可靠性和更廣覆蓋范圍發(fā)展，為構(gòu)建未來(lái)智能交通生態(tài)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。未來(lái)研究可進(jìn)一步探索V2X與其他智能交通技術(shù)的協(xié)同機(jī)制，推動(dòng)車(chē)路云一體化體系的完善與落地應(yīng)用。

3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)燈緩解交通擁堵

在V2X技術(shù)支持下，路口信號(hào)燈可實(shí)時(shí)感知周邊車(chē)輛行駛狀態(tài)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化配時(shí)方案。在早高峰時(shí)段，系統(tǒng)自動(dòng)延長(zhǎng)擁堵方向綠燈時(shí)長(zhǎng)，縮短空閑方向通行時(shí)間；夜間車(chē)流量較小時(shí)，切換為感應(yīng)式控制模式，僅在檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)觸發(fā)綠燈，減少無(wú)效等待時(shí)間。針對(duì)學(xué)校、商場(chǎng)等潮汐車(chē)流明顯區(qū)域，信號(hào)燈可根據(jù)實(shí)時(shí)交通需求切換專(zhuān)用配時(shí)方案。例如，放學(xué)時(shí)段自動(dòng)延長(zhǎng)行人過(guò)街綠燈時(shí)長(zhǎng)，保障學(xué)生安全；同時(shí)根據(jù)車(chē)流密度動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)動(dòng)車(chē)通行時(shí)間，平衡行人安全與車(chē)輛通行效率5。信號(hào)燈狀態(tài)通過(guò)車(chē)

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（編輯林子衿）