智能交通系统中车路协同技术的创新应用与效能提升

引言

车路协同技术 （CVIS，Cooperative Vehicle-Infrastructure System） 是指基于无线通信、传感探测等技术手段，实现车与车（V2V）、车与路（V2I）、车与人（V2P）之间全方位互联互通和信息共享，从而提升交通系统整体效能的技术体系。该技术不仅能够有效提高道路通行能力，减少交通拥堵，还能显著降低交通事故发生率，为未来自动驾驶技术的发展奠定基础。本文旨在系统阐述车路协同技术在智能交通系统中的应用现状与发展趋势。

1、车路协同技术概述

车路协同技术是指通过先进的车载设备、路侧设备和通信网络，实现车辆与道路基础设施之间的实时信息交互和协同控制。该技术的核心在于建立一个高效、可靠的信息共享平台，使交通系统中的各个要素能够相互感知、协同决策。车路协同技术的发展历程可以追溯到 20 世纪末的智能交通系统研究，早期的研究主要集中在车辆定位和导航系统上，随着无线通信技术的进步，特别是专用短程通信（DSRC）和蜂窝车联网（C-V2X）技术的发展，车路协同技术逐渐成熟并走向实际应用。目前，美国、欧洲、日本和中国等国家和地区都在积极推进车路协同技术的研发和示范应用。车路协同技术的基本原理是通过无线通信网络，实现车辆与周边环境的信息交换，车载设备采集车辆的位置、速度、方向等信息，路侧设备则收集交通信号灯状态、道路状况等信息，这些信息通过通信网络进行实时共享。基于这些共享信息，车辆可以做出更合理的驾驶决策，交通管理部门也可以优化交通信号控制，从而提高整体交通效率和安全水平 [1]。

2、车路协同技术应用中存在的问题

尽管车路协同技术具有诸多优势，但在实际应用中仍面临诸多挑战，通信技术方面，现有的DSRC 和 C-V2X 技术在高速移动场景下存在信号衰减、多普勒效应等问题，导致通信延迟和丢包率增加。城市复杂环境中的多径效应和信号干扰也严重影响了通信质量，难以满足实时性要求高的应用场景。随着车路协同系统规模的扩大，产生的数据量呈指数级增长，现有的边缘计算节点在实时处理海量数据方面面临巨大压力，同时，数据融合算法的效率不高，难以及时从多源异构数据中提取有价值的信息，影响了决策的准确性和时效性。系统集成与标准化方面的不足也制约着车路协同技术的发展，不同厂商的设备采用不同的通信协议和数据格式，导致系统间互联互通困难，缺乏统一的接口标准和测试规范，增加了系统集成的复杂度和成本，此外，现有标准体系更新缓慢，难以适应技术的快速发展。车路协同系统的开放性使其容易受到各种网络攻击，如虚假信息注入、中间人攻击等。这些安全威胁不仅可能导致系统瘫痪，还可能引发严重的交通事故，现有的安全防护机制在应对新型攻击手段方面显得力不从心，亟需加强[2]。

3、智能交通系统中车路协同技术的创新应用与效能提升分析

3.1、车路协同技术的创新应用

在交通信号优化方面，通过车辆与信号灯的实时通信，可以实现动态信号配时，减少车辆等待时间，提高路口通行效率。例如，当检测到交叉口某一方向车流量较大时，系统可以自动延长该方向的绿灯时间，从而缓解拥堵；在车辆安全预警方面，车路协同技术可以实现前向碰撞预警、盲区监测、交叉口冲突预警等功能。当系统检测到潜在的碰撞风险时，会及时向驾驶员发出警报，甚至在某些高级系统中可以自动采取制动措施，有效避免事故发生，此外，车路协同技术还可以应用于公交优先系统。通过公交车与信号灯的通信，系统可以识别公交车的运行状态，在保证整体交通流畅的前提下，为公交车提供优先通行权，从而提高公共交通的运行效率和吸引力；在自动驾驶领域，车路协同技术更是发挥着不可替代的作用，自动驾驶车辆需要获取周围环境的实时信息才能做出正确的驾驶决策，而车路协同系统正好提供了这样一个信息共享平台，通过车路协同技术，自动驾驶车辆可以获得超越自身传感器的环境感知能力，大大提高行驶的安全性和可靠性。特别是在复杂城市环境和恶劣天气条件下，基础设施提供的辅助信息可以帮助自动驾驶车辆更准确地理解交通场景，做出更安全的驾驶决策。中国正在推进的 " 智能网联汽车示范区 " 建设就充分体现了车路协同对自动驾驶的赋能作用，通过在测试区域部署完善的路侧设备，加速自动驾驶技术的成熟和商业化进程 [3]。

3.2、车路协同技术效能提升措施

针对通信技术方面的问题，应推进 5G-V2X 技术的应用，利用其高带宽、低时延的特性提升通信性能；优化通信协议设计，采用自适应调制编码技术应对信道变化，此外，部署智能中继节点和优化 RSU 布局也能有效改善网络覆盖和质量。提升数据处理能力的关键在于加强边缘计算基础设施建设和优化数据处理算法，一方面，应在路侧部署高性能边缘计算服务器，就近处理数据；另一方面，开发轻量级的数据融合算法，降低计算复杂度。同时，利用 AI 技术实现数据的智能分析和预测，提高决策效率。在系统集成与标准化方面，应加快制定统一的通信协议和数据格式标准，促进不同厂商设备的互操作性。建立开放的系统架构和接口规范，便于新功能的扩展和集成，此外，推动行业联盟的形成，共同制定测试认证体系，确保系统的兼容性和可靠性；在通信安全方面，采用基于 PKI 的数字证书体系实现身份认证，使用高强度加密算法保护数据传输，在系统安全方面，建立入侵检测和防护机制，实时监控和阻断恶意攻击，同时，定期进行安全评估和漏洞修补，提高系统的抗攻击能力[4]。

4、案例分析

某大型城市在智能交通系统建设中实施了车路协同技术效能提升方案。在通信优化方面，部署了 200 个支持 5G-V2X 的 RSU，采用自适应波束成形技术改善信号质量。数据处理方面，在关键路口部署边缘计算节点，运行优化后的数据融合算法。系统集成采用统一的通信协议，安全防护则实施了多层防御体系。实施效果评估显示，通信延迟从原来的 200ms 降低到 50ms 以内，数据包丢失率从 5% 降至 1% 以下。交通事件检测准确率提高至 95% ，响应时间缩短60% 。系统兼容性测试表明，不同厂商设备能够实现无缝互联。安全测试中成功抵御了各种模拟攻击，未出现安全事故。经验总结表明，通信技术的优化是基础，数据处理能力的提升是关键，系统标准化是保障，安全防护是前提。这些措施的综合应用显著提升了车路协同系统的整体效能[5]。

结束语

车路协同技术作为智能交通系统的核心技术，在提高交通效率、增强安全性、改善环境质量等方面具有显著优势。随着技术的不断成熟和应用场景的拓展，车路协同技术将为未来交通系统带来革命性变革。然而，要实现技术的全面推广，还需要解决标准统一、隐私安全、成本效益等一系列挑战。

参考文献：

[1] 魏冉明 ， 张子华 . 车路协同背景下路侧智慧综合杆安装技术研究 [J]. 工程技术研究 ，2024，9（04）：76-78.DOI：10.19537/j.cnki.2096-2789.2024.04.025.

[2] 于翔 . 车路协同视域下的智能交通系统体系及技术应用 [J]. 大众科技 ，2024，26（01）：5-9.

[3] 雷久伦 . 车路协同下交通设施信息化建设的应用研究 [J]. 交通节能与环保 ，2023，19（03）：90-93.

[4]关积珍. 智能交通系统发展演进及其代际特征[J].人工智能，2022，（04）：40-49.DOI：10.16453/j.cnki.ISSN2096-5036.2022.04.004.

[5] 张毅 ， 姚丹亚 ， 李力 ， 等 . 智能车路协同系统关键技术与应用 [J]. 交通运输系统工程与信息 ，2021，21（05）：40-51.