面向隧道的V2X建设方案.docx

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面向隧道的V2X系统建设方案

北京星云互联科技有限公司

2017.10.20

一、概述

隧道是高速公路的特殊路段，也是事故多发路段之一。

在高速公路上，隧道通常修建于山体中，是为了缩短距离和避免大坡道从山岭或丘陵下穿越而修筑的公路。

为了适应山区条件，隧道区域附近道路通常需要做收窄处理，车道数目在隧道区将出现下降，因此，隧道区域物理条件通常相对较差；同时，受山区地势及山区气候等条件影响，隧道区域容易存在弯道，且部分区域易出现雨雾天气，视野相对不佳；另外，受隧道自然条件的影响，出现突发事故时，如火灾、碰撞等，信息感知与发布相对滞后，容易衍生二次事故。

隧道的上述特点使隧道成为事故多发地之一，因此隧道安全工作成为高速公路管理的重中之重，做好隧道监测与预警工作，提高隧道行车安全，降低隧道区域事故率，是高速公路管理者的迫切需求。

为了提高隧道区域的行车安全，一系列交通辅助措施已经在隧道区进行了应用，如隧道区标识标牌的部署、隧道口护栏过渡区的建设、隧道内视频检测器及火灾检测器等传感设施的安装，但仍无法显著降低隧道区域的事故发生率，隧道区域视野欠佳、信息提示不及时不显著、事故及诱导信息发布途径不完善发布不及时等问题依然存在。

要从根本上减少隧道区域交通事故的发生，必须对隧道及状态进行全时空监测，并将上述信息实时准确地发送给途径车辆，新兴的V2X系统便可弥补已有信息感知、交互及发布方式的不足，并满足上述实时监测与发布的需求，其应用有望使隧道区域行车安全得到大幅度改善。

二、V2X系统简介

V2X系统，即智能车路协同系统，是基于先进的无线通信技术和新一代计算机技术等全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现车、路、人的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

V2X系统主要由路侧系统、车载系统以及中心云平台组成。

路侧系统主要包括智能路侧设备、交通设施HUB模块和高性能天线，该系统可与传统的智能交通设施进行充分的网联交互，使智能交通设施之间以及智能交通设施与车辆及其他交通参与者之间形成有效的信息共享，通过与车载系统以及手持终端等的信息交互支撑一系列基于路侧检测信息的智能应用。

车载系统主要包括智能车载终端、驾驶辅助HMI终端和车载组合天线，该系统能够与车辆CAN总线进行充分对接，从而精确感知车辆的运行状态，同时系统可与路侧系统及其他车载系统进行实时信息交互，为车辆的全息交通感知提供多源信息支持，进而为提升车辆安全、通行效率和信息服务水平的车载应用提供数据计算依据。

中心云平台主要实现海量交通运行数据的存储与分析功能，平台可与路侧系统及车载系统进行实时信息交互，从而对路侧检测信息和车辆上传信息进行全时空跟踪，为路网交通状态分析及交通管控措施优化提供数据参考；另外，通过中心云平台与路侧系统、车载系统的信息交互通道可实现临时交通管控指令的下发，能够有效避免突发交通事件时交通状态的急剧变化。

图1.V2X路侧系统

图2.V2X车载系统

V2X系统主要通过自组织网络进行端到端信息交互，因而具有高精度、细粒度、高可靠性、低时延的信息感知特点，其发展和应用可使交通领域的信息采集方式得到革命性的改变，此外，基于该信息感知与交互技术的车路协同应用可使行车安全、效率及出行舒适度得到质的飞跃，V2X系统的建设与普及已经成为未来智能交通系统发展的必然趋势。

三、隧道区V2X系统建设方案

如上所述，V2X系统支持端到端的信息交互，能够极大程度地降低信息交互的时延，从而为一系列对信息交互时延要求较高的安全类应用提供了可能。

另外，V2X系统兼容传统的信息交互模式，如光纤通信、4G/5G无线通信等，可为后台中心对交通状态的全时空动态监测提供信息感知基础与通信链路。

对此，在隧道区域部署V2X系统可以实现近端即隧道本地的闭环信息感知与交互，同时实现远端及中心平台对隧道区域的在线监测。

隧道区V2X系统的建设方案如图3所示。

在隧道入口处上游部署V2X路侧系统，路侧系统接入传统交通检测设施，如微波传感器，对即将进入隧道区域的车辆进行检测；同时，V2X路侧系统可以对接隧道内安装的视频检测器、烟雾报警器等传感设备，用于接收传感设备的检测信息；上述设备共同搭建隧道区V2X系统的信息感知链路。

在信息交互与发布层面，V2X路侧系统将连接可变电子信息情报板，为过往车辆动态呈现隧道及其状态信息；同时，当安装有V2X车载系统的车辆驶入V2X路侧系统覆盖区域时，V2X路侧系统将直接与车载系统进行信息交互实现信息发布；另外，V2X路侧系统实时与中心云平台进行信息交互，实现隧道信息的平台上传，中心云平台进一步与V2X车载系统、手持终端APP互联互通，可实现感知信息、管控信息及诱导信息向V2X路侧系统、车载系统及手持终端APP的下发。

图3.隧道区V2X系统建设方案

四、隧道区V2X系统功能

在隧道区部署V2X系统，可以实现隧道区域状态感知、信息交互、异常状态识别、区域通行决策与诱导等功能，对提升隧道区域的交通安全、效率、信息服务水平及全时空监控具有重要意义。

1）基于V2X的隧道区域动态提醒

V2X系统允许通过人工输入的方式定义交通标识标牌及其所在位置，因此通过隧道区域的V2X系统可以设置隧道标识标牌及其限速等相关信息，用于动态提示过往车辆。

交通标识标牌是车辆驾驶的重要参考依据，及时准确地获知交通标识标牌信息对保障车辆依法行使、安全行驶十分重要，然而在大众通常出行中，时常出现由于自然条件如雨、雪、雾、霾等天气限制导致单纯依赖驾驶员无法准确及时获知交通标识标牌信息的现象，进而对行车安全尤其是恶劣环境下的行车安全产生不利影响，基于V2X系统隧道区域动态提醒，能够减少因未及时识别标识标牌导致的交通违章或事故。

系统的主要工作原理及功能如下：

通过V2X路侧系统记录隧道交通标识标牌及其位置信息，并通过V2X路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等方式向周边机动车动态实时发布隧道区域信息，当车辆靠近隧道入口时动态提示车辆前方为隧道区域，并在隧道出现车道减少情况时提示驾驶员及时并道，同时提示驾驶员按照规定限速依法行使，减少危害交通安全的驾驶行为的出现，提高行车安全。

2）基于V2X的安全辅助驾驶功能（C-DAS）

V2X系统能够感知覆盖范围内的机动车位置及运行状态信息，进而对车辆之间的碰撞风险进行评估，当两车存在碰撞可能时，可及时发出预警信息提示机动车改变行驶状态，从而在冲突发生之前消解冲突。

隧道区域的V2X系统可以有效弥补隧道区视野欠佳的问题，拓宽机动车的视野，有效降低交通事故风险。

系统的主要工作原理及功能如下：

通过V2X路侧系统的微波检测器等感知设备对系统覆盖范围内的机动车及运行状态进行跟踪识别，并分别计算各运动目标之间的碰撞风险，重点对并道区附近相邻两车道的车辆进行监测，当两辆机动车之间存在碰撞风险时，及时向机动车发出碰撞预警信息，提示最右侧车道车辆谨慎并道。

预警信息可通过V2X路侧系统的可变信息情报板进行提示，针对安装有V2X车载系统的机动车，预警信息也可以通过V2X路侧系统中的通讯机发送至车载终端，此外，预警信息及流量统计信息还可以通过无线网络上传至中心平台，进一步通过手机APP等渠道向用户进行有针对性的推送。

3）基于V2X的隧道异常状态预警

V2X系统能够充分对接隧道内部的传感器等检测设备，对隧道运行状态进行监测，当隧道内部出现异常状态时，可以及时向隧道外部车辆进行预警，减少二次事故发生的概率。

系统的主要工作原理及功能如下：

V2X系统与隧道检测器进行充分对接，并对检测器上传的视频图像信息及烟雾报警触发信息等进行实时分析与识别，当隧道内部出现交通事故或火灾等异常状态时（如碰撞事故、异常停车、火灾等），对交通事件所在位置和车道进行精准定位，并生成诱导决策信息，引导隧道入口上游的机动车提前避开事件发生区域或车道出行，异常道路状态信息及诱导决策信息在路侧系统生成，并同步传输至V2X中心平台系统，同时可通过V2X路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等渠道进行信息发布，通过对隧道入口上游的交通参与者进行预警，减少隧道区域二次事故发生的风险，达到提高机动车行驶安全的目的。

4）基于V2X的施工预警

V2X系统允许通过人工输入的方式定义施工位置及施工范围，当隧道区域处于施工维护状态时，可通过V2X系统对施工信息进行广播，提示过往车辆避开施工路段或施工车道，降低施工区带来的交通拥堵，提高隧道通行效率。

系统的主要工作原理及功能如下：

隧道处于施工维护状态时，V2X路侧系统直接记录施工区域位置并规划可选路径，当隧道区上游来车时，V2X路侧系统将施工区位置信息及路径诱导信息发送给隧道区上游来车，提醒靠近施工区的车辆提前进行减速及变道，提高通行效率。

施工区预警信息发布可通过V2X路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等渠道实现。

5）基于V2X的道路湿滑预警

V2X系统允许通过人工输入或接入检测器的方式实现道路湿滑状态感知，在雨雪等恶劣天气情况下，隧道区容易出现道路湿滑、道路积水等现象，且湿滑和积水路段极易导致交通事故的发生。

当隧道区因雨雪等天气处于湿滑状态时，可通过V2X系统对道路湿滑信息进行广播，提示过往车辆谨慎驾驶，减少道路湿滑导致的交通事故。

系统的主要工作原理及功能如下：

基于人工巡检输入、路侧传感器（摄像头等）自动识别、智能车载终端或手持终端APP上报的方式实现对湿滑或积水路段的定位感知，进一步通过V2X路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等方式向周边机动车实时发布道路湿滑或道路积水预警信息，提醒驾驶员谨慎驾驶，降低交通事故发生的风险。

6）基于V2X的特殊车辆预警

V2X系统能够通过车载终端或视频检测的方式识别特殊车辆，高速公路作为客货运车辆的常经之地，隧道区经常存在两客一危车辆。

当隧道附近存在两客一危等大型车或重型车时，通过V2X系统及时向周边车辆发出预警，可有效引起普通车辆驾驶员的注意力，达到提醒驾驶员谨慎驾驶、提高行车安全的目的。

另外，道路上发生紧急事件时需依赖紧急救援车辆的及时到达完成救援任务，对紧急车辆进行及时避让可有效提高紧急车辆的通行效率，通过V2X系统可实现特殊车辆预警，进而有效提高道路的行车安全和事故响应效率。

系统的主要工作原理及功能如下：

基于路侧传感器（摄像头等）自动识别、V2X车载系统或手持终端APP上报的方式对两客一危车辆或紧急救援车辆进行定位及运行状态跟踪，进一步通过V2X路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等方式向周边机动车实时发布危险品运输车辆或紧急救援车辆预警，提醒驾驶员谨慎驾驶或及时避让，提高行车安全和道路救援响应速度。

7）基于V2X的交通管控提示

V2X系统可实现中心平台至路侧系统以及车载系统的指令下发功能。

当隧道区域存在基础设施临时施工维护或特殊天气等情况需要对道路进行临时管控时，需及时将管控信息发布给上游车辆，若临时交通管控信息无法及时通知往来车辆，极易导致管制区域周边严重拥堵的发生，进而导致整条交通走廊通行能力的严重下降。

基于V2X的交通管控提示能够及时准确地实现管控信息的扩散，避免车流大规模临时改道或折返等现象的发生，从而降低临时管控对交通流的负面影响。

系统的主要工作原理及功能如下：

当实时临时交通管控时，通过中心平台与V2X路侧系统直接交互向路侧发布临时交通管控信息；另外，也可通过人工巡检、V2X车载终端、手持终端上报等方式使V2X路侧系统获取交通管控通知，并通过路侧系统的可变电子信息情报板、V2X车载终端、手持终端APP等方式向管控区域上游机动车发出交通管控提示；对于安装了V2X车载系统的车辆，还可通过中心平台与V2X车载终端的直接通信实现交通管控提示信息的发布，使驾驶员提前重新规划出行路径，避