车-路协同系统的体系结构

车-路协同系统总体上由车辆子系统、路侧子系统、数据传输子系统、交通监控中心子系统等组成，如图10-2所示。

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图10-2　车-路协同系统的体系结构

1）车辆子系统

车辆子系统主要由无线通信模块、车内网网关、车辆控制子系统组成。无线通信模块分为短程通信模块和远程通信模块，短程通信模块实现车辆和路侧子系统、车辆与周边车辆间的信息交换，远程通信模块则实现车辆与交通控制子系统间的信息交换。无线通信模块向外发送车辆控制子系统采集的信息，接收外部车辆、路侧子系统、交通监控中心子系统发送的信息。车内网网关实现车辆内部的控制网络和无线通信模块之间的互联。车辆控制子系统根据车载传感器检测的车辆运行状态信息、周边环境的道路交通信息及路况信息，以及所接收的外部信息对车辆的运行进行控制或通过车载信息显示装置向驾驶人发出预警和提示信息，以保证车辆的安全行驶。

2）路侧子系统

路侧子系统主要由通信子系统、道路感知子系统、显示及控制子系统组成。通信子系统分为短程通信模块和远程通信模块，短程通信模块实现路侧子系统和周边车辆的信息交换，远程通信模块可采用无线和有线通信两种模式，实现路侧子系统和交通控制子系统之间的信息交换。

道路感知子系统车辆由安装在道路上的地磁、超声波、红外、RFID、信标、视频检测器和道路气象站、路面路况检测器等组成，该子系统又分为道路交通感知模块、道路气象感知模块和路面状况感知模块3部分。道路交通感知模块主要通过各种道路交通检测器采集交通流量、速度、占有率、车头时距等交通流参数及车辆运行状况信息，也可以采集车辆的行程时间、行程速度等交通参数。道路交通感知模块的主要功能是通过获取道路上的交通流信息，实现对交通流的宏观监控。道路气象感知模块主要用于采集道路沿线的气象信息，如冰、雪、雨、雾、冻、大风等。道路路面状况感知模块主要用于感知道路路面的结冰、湿度、凹凸、障碍物等信息。它们一方面为驾驶人提供实时的道路与气象信息，另一方面为道路管理者的交通监控与管理提供可靠的气象分析依据。路侧感知子系统可接人多种交通和路况检测设备，能够感知动态的道路交通环境，快速识别突发交通事件或可能出现的交通拥挤。

显示及控制子系统由安装在道路沿线的信号控制装置、可变信息板、路旁广播等组成。该子系统能够通过通信子系统自动接收来自监控中心的交通控制信息，实现对道路上车辆的交通信号的实时控制；也可接收来自监控中心的各种预警、报警信息或交通诱导信息，实现对特定路段或特定区域的各种预警、报警和交通诱导信息的发布。信息发布的对象可以是该路段或区域内的群体车辆，也可以是指定车辆。信息发布的途径可以是路侧各种信息发布装置，也可以直接传送到车载信息显示装置上。

3）数据传输子系统

车载通信模块、路侧通信模块、移动通信基站以及其他通信设施共同组成了信息传输子系统，用于实现短距离无线通信及远距离有线或无线通信与数据传输。

车载通信模块主要用于车-车通信和车-路短距离通信与数据交换，路侧通信模块则主要用于车路、路路间的信息通信以及与基站间的数据传输。通过车-车通信可以将前车行驶状态的突变信息实时传送给后车，提醒后面的跟驰车辆及时减速并保持安全距离。通过车-路通信可建立车辆与路侧装置之间的联系，首先便于实现车辆对前方道路交通与环境路况等信息的实时获知，即车辆能及时接收到路侧装置发送的前方路况信息，再次能够将车辆自身感知的交通环境信息有选择性地反馈给路侧装置。通过路-路通信可以将前方的交通与路况信息逐个向后方的路侧通信模块传递，继而显示在路侧信息发布装置上或传输给后方的其他车辆。通过路侧与基站间的通信，或车辆与基站间的直接通信，可将道路交通及路况信息上传至监控中心，或把监控中心的控制和诱导指令下传给路旁发布设施或道路上的行驶车辆。

移动通信基站是无线通信网络中的重要节点，其主要功能就是接收与发送无线信号以及将无线信号转换成易于传输的光/电信号。它既可以接收车载通信模块或路侧通信模块的信号，将其传输给监控中心，也可以将监控中心传来的信号发送给路侧通信模块或车载通信模块，从而建立前端与中心之间的通信联系与数据交换。

4）交通监控中心子系统

交通监控中心子系统由数据处理模块、预警和报警模块等组成。数据处理模块主要用于海量交通数据的处理，通过云计算，综合分析交通与空间、气象与道路等信息以及与GIS匹配，及时发现道路上的交通异常或潜在的交通危险，实现对道路交通状态的实时监测；通过对区域交通数据的综合分析，提出科学合理的交通组织与优化对策，实现对全路网交通的有效组织与疏导；通过对单个车辆运行轨迹和运行参数的分析，实现对个别违章车辆的预警或交通事故车辆的报警；通过对特定车辆的监视及行驶参数的分析，实现最优路径的诱导；通过对气象条件与道路路况信息的综合分析，实现对道路路况条件与恶劣气象条件的提前预警；通过对交通数据存储、管理、编辑、检索、查询和分析等的综合应用，实现各子系统间的信息协同、数据共享与互通，提高交通信息的综合利用度。

预警与报警模块主要用于对道路交通异常状态、单车运行异常状况、恶劣天气与路况异常变化等情况提前预警和实时报警，以便最大限度地减少交通异常所造成的损失。交通监控中心可根据监测目标数目的多少采用单屏多窗口或者多屏幕显示方式，分别监测不同的目标和区域。一旦发现或预测到可能发生的交通异常或交通危险，则以声光报警方式发出预报或报警信息，并锁定和显示报警目标，提示中心工作人员及时处理警情。

系统的上述4个子系统紧密联系，相互协调，使人、车、路、环境和谐统一，共同形成一个基于车-路协同关键技术的、有机的车-路协同整体，从而实现车-路协同系统的总体目标与功能。