基于车路协同的交通管控设备互联交互通信协议研究.doc

基于车路协同的交通管控设备互联交互通信协议研究 导读：兰 箜 塑 ： 中国人 民公安 大学 学报 （自然科 学版 ） ！ ！ ：！ ！ ！望堕！ （曼！【gps 交通控制中心 dsrc兰 箜 塑 ： 中国人 民公安 大学 学报 （自然科 学版 ） ！ ！ ：！ ！ ！望堕！ （曼！【） 总第 期 基 于 车 路 协 同的 交通 管控 设 备 互 联 交 互 通 信 协 议 研 究树 爱 兵 ， 刘 东波 ， 张 雷元 ， 何 广 进（公 安 部 交 通 管 理科 学 研 究 所 ，江 苏 无 锡 ）摘 要 当前 我 国现 有 各 类 交 通 管 控 设 备 互 相 独 立 、缺 少 统 一 的 数 据 交 换 规 范 ，无 法 实 现 交 通 管 控 信 息 的 互 联 交 互 ，难 以进 行 数 据 共 享 。总 结 分 析 了现 有 交 通 管 控 设 备 通 信 协 议 ，在 此 基 础 上 ，针 对 车 路 协 同 的 管 控 应 用 需 求 ，提 出 了各 类 交 通 管 控 设 备 之 间 的通 信 框 架 、通 信 格 式 、通 信 内 容 及 数 据 安 全 认 证 机 制 ，并 选 取 无 锡 市 太 湖 新 城 片 区 个 交叉 口进 行 实 地 评 测 应 用 ，验 证 通 信 协 议 的 可 行 性 。测 试 结 果 表 明 ，采 用 本 文 提 出 的 通 信 协 议 能 够 实 现 各 类 交 通 管 控 设 备 的 互 联 互 通 ，提 高 了交 通 控 制 信 息 的 共 享 水 平 和 服 务 水 平 ，实 现 了交 通 控 制 设 备 的精 准化 采 集 和 控 制 。 关 键 词 车 路 协 同 ；交 通 管 控 ；互 联 交 互 ；通 信 协 议 中 图分 类 号 引 言车 路 协 同作 为 引 领 未 来 的前 沿 技 术 ，已经 成 为 智 能交通 研 究领 域 的新 热点 。 目前世 界各 国正在 积 极进 行 车路 协 同技 术 的研 究 与 实 验 ，并 将 其 作 为 改 善道 路交 通 安全 和效 率 的重 要手 段 ，其 中北美 、日本 与欧 洲处 在 较为 领先 的地 位 。 国外对 车路 协 同系 统 的研究 侧 重 点有 所 不 同 ，美 国侧 重 于 车 路 协 同 系 统 的实 际部 署 ，欧洲 以标准 制定 为 主导 ，日本 则 以应 用 为导 向 ，加拿 大 围绕 实 验 和 实测 积 极 推 进 。我 国 在 “十二 五 ”初期 设 立 了主题 项 目“智 能 车路 协 同关 键 技 术研 究 ”，启 动 了 面 向智 能 车路 协 同技 术 与 系 统 的攻关 工 作 ，并且 在 上 海 、北 京 、重 庆 等 地 建立 了 测 试 基地 。尽管 各 国 对 车 路协 同称 谓 有 所 差 别 ，研究 重 点也 不 尽相 同 ，但都 以道 路 和车 辆为 基础 ，以传感 技 术 、信 息处 理与 现代 通信 技 术为 核心 ，以优化 利 用 道 路 资源 、提 高道 路交 通安 全 为 目的 ，并将 道路 交 通 基 础设 施 的智 能化 及 其与 车 载终端 一 体化 系统 的 协 调 合作 作 为研 发方 向和突 破重 点 ，车路 、车 车协 同系 统 已经 成 为现 阶段 各 国发 展智 能交 通 的重 点 。车 路 协 同技术 的快 速 发展 对各 类 交通 管控 设 备 的互联 、信 息交 互 提 出 了新 的需 求 。然 而 ，现有 各类 交 通设 备互 相 独立 、数 据不 能互 联 ，设 备 间缺少 统一 的数据 交换 规 范 ，难 以进行 数 据共享 ，进 而 实现 精 准 化 采集 和 控制 。因此 ，亟 需研 究 面 向车路 协 同 的交通管 控设 备 互联 交 互 通 信 协 议 ，进 一 步 规 范 交 通 检 测设 备数 据 接 口和 交 通 管 控设 备 信 息 推送 格 式 ，达 到交 通信 息 互联 互通 ，数 据共 享 的 目的 。 现 有 研 究 分 析 现有 通信 协议 标 准及 规 范 美 国针对 智 能运 输 系 统 （）电子 设 备 间 的数据 传 输制 定 了标 准 的通 信 协 议 ，其 主 要 目标 是 确保 交 通 控 制 与 系 统 组 成 单 元 彼 此 之 间 的 “互 操 作 性 ”与 “互 换 性 ”。协 议 涵 盖 了从 简 单 的点对 点请 求响 应 协 议 到 复 杂 的面 向对 象 技 术 的完 整 协 议簇 ，主要 包 括 两 类 通 信 ：（中心 到 外 场 ）和 （中心 到 中心 ） 。德 国联 邦 公 路所 发 起 制 定 的 道 路 交 通 控 制 系 统 开 放 式 通 信 接 口协 议 （）定 义 了 交通 信 号 控 制 系 统 内外 场 设 备 的接 口协议 标 准 。 国 内 针 对 交 通 管 控 设 备 之 间 的 通 信 协议 先后 制 定 了相 关 国家标 准 和行 业标 准 。其 中 交 通 信号 控 制机 与上 位 机 间的数 据通 信 协议 （ ）制定 了交 通 信 号 控 制 机 和 上 位 机 之 间 的通信 协 议标 准 ，明 确 规 定 了信 号 控 制 系统 和 信 号机 通信 协 议 的分类 。道 路 交 通 信 号 控 制 机 与 车辆 检测 器 间 的通信 协 议（）规 定 了道 路交 通 信号 控 制机 与 车辆 检测 器 间 的 串行接 口和 以太 网接 口的数 据 交 换 规 程 ，定 义 了数 据 帧 结 构 、数 据表 、通 信规 程 及 通 信 内容 。 道 路 交 通 信基 金 项 目 中央级公益性科 研院所基本科研业 务费公安部交通 管理科学研究所 年专项资金项 目（）。 作者 简 介 树爱兵（一），男，江苏泰州人 ，硕士 ，副研究员。研究方向为交通信号控制 、交通信息系统集成。 树 爱兵 等 ：基 于车 路 协 同 的 交通 管控 设 备 互联 交 互 通信 协议 研 究号控 制 机（ ）则 规 定 了道 路 交通 信 号 机 和上位 机 的指 令 和 消 息 格 式 ，共 涵 盖 交 通 流信 息 、灯 色状 态 、信号 机工 作状 态 、特 征参 数 等 类 对 象 。道 路 交 通 诱 导 可 变 信 息 标 志 通 信 协 议 （）规 定 了 道 路 交 通诱 导 可 变信 息标 志 与 中心控 制机 的 串行接 口或 以太 网接 口的通 信规 程 ，标 准 定 义 了 类对 象 标 识 ，包 括 诱 导标 志类型 、安 装位 置 、亮 度调 节 、路段 状况 、本 地时 间 、播放 序列 、故 障等 。 现 有通 信协 议 的不 足之处协 议扫 除 了不 同部 门在 协 调 上 的障 碍 ， 并允 许 同一 通讯 线路 上存 在不 同的设备 种类 和制 造 商 生产 的 产 品。但 是 针 对 整 个 智 能 运 输 系 统 领域 的控 制设 备 ，其 实 用 性 与 我 国 的 交通 管 控 现 状存 在 一定 的差 距 ，因此 无法 全盘 使 用 。德 国 协议 尚处于 实施 推 广 阶段 ，部 分 接 口协 议 还 需 加 以 完善 和 改进 。国 内上 述 各 项 通 信 协 议 作 为 交 通 信 号 控 制 、 信 息 采集 及 发 布 领 域 的 国 家 标 准 及 行 业 标 准 ，为 我 国智 能 交 通 的 发 展 奠 定 了 良好 的 基 础 。但 随着 新 一代 信 息 技 术 的 发 展 及 交 通 管 控 技 术 的深 化 应 用 ，现 有 的通 信 协 议 逐 步 暴 露 出 以下 问 题 和 不 足 之 处 ：（）交 通检 测器 采 集 信 息定 义 不 够 完 善 。标 准 在制 定 时没 有 对 新 型 检 测 设 备 采 集 信 息 的兼 容 设计 ，如 电子 标 签 作 为 一 种 新 兴 的 电子 检 测 设 备 ，具 备体 积小 、抗 污染 、识别 速度快 、识别 率 高等优 点，而上述 标 准 并 未 涉 及 电子 标 签 存 储 的 相关参 数 。（）缺 乏车 载终端 设备 （）和 其他 交 通 管控 设 备 之 间的通信 规范 。作 为 车路 协 同控制 （）的 关键设 备 ，车载 终端 设 备 主 要 用 于显 示 前 方 道路 实 时交通 状态 信息 ，提 醒驾驶 人安 全驾驶 ，但 目前 我 国 车载终 端 和交通 管控设 备 之 间的通信 协议 还处 于空 白 阶段 。（）各 通信协 议相 互 独 立 ，设备 不 能 互联 ，没 有 统 一 的数据 交 互规 范 。各 类 标 准 在数 据 帧 的封 装 、 数 据格 式等 方 面不 尽相 同 ，降低 了设 备 之 间数 据 交 互 的效 率 ，无 法 实现数 据无 缝透 传 。 通 信 协 议 研 究面 向车路 协 同交通 管 控 需求 ，需 要 建 立具 备 开 放 性 和可扩 展性 的交 通 管 控 设 备互 联 交 互 协 议 ，为 未来 车路协 同技 术 的推 广 应 用 提 供强 有 力 的支 持 。 本文 从通 信框 架 、通 信 格 式 、通信 内容 、安 全 认 证 机 制 等方 面进行 研究 ，制定 基 于面 向车 路协 同 的交 通 管控 设 备互联 交互 通信 协议 。 通信 框 架交通 管 控 设 备 之 间 的 互 联 交 互 框 架 如 图 所 示； 路 面系 统路侧 设 备检测设 备一图 交 通 管 控 设 备 互 联 交 互 通 信 框 架路 侧通 信单 元 和 其 他 交 通 管控 设 备 互 联 ，进 行 信