欧洲车路协同技术发展与展望.doc

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1、欧洲车路协同技术发展与展望车路协同技术是基于车车通信与车路通信技术的智能交通技术。车辆之间和车辆与路侧系统 能实时交换车辆传感器与事故信息，从而增强驾驶员对前方路况的了解，及时采取有效措施。 路侧 系统和交通管理中心也可以通过车路通信及时提供实时路况信息，因此车路协同技术能有效提高道路 安全和交通效率。欧洲的车路协同技术经过了大约 10 年的技术研发，随着技术标准的制定与完善， 已经进入了大规模路测和市场部署的准备阶段。欧盟，欧洲车厂，系统提供商和相关产业正在积极推 动协同系统的发展，计划从 2015 年开始进入市场。日立一直积极参与车路协同技术的研发，测试与 技术标准制定工作。是欧洲大型车路

2、协同系统路测项目的主要技术提供商。本文介绍车路协同技术在欧洲的开发与前景，包括 2012 年世界智能交通大会展示的车路协 同项目，欧洲大规模路测项目与采用的关键技术，技术标准的制定以及开发部署计划。Cooperative ITS technologies include vehicle to vehicle and vehicle to infrastructure communications. It enables the real time information exchange between vehicles, between vehicles and infrastructure

3、 systems, in order to extend the driver perception to the traffic ahead, avoid potential road hazard situations and improve traffic efficiency. European stakeholders have been driving R&D of the cooperative ITS since more than a decade. With the technologies being well developed and with the stabili

4、zation of technical standards, Europe has entered the phase of large scale field operational tests (FoT) of the cooperative ITS systems and applications. Deployment of the cooperative ITS is foreseen from 2015. Hitachi has been actively involved in the R&D, standard development and field operational

5、 tests projects of the cooperative ITS and is recognized as a key technologies and system provider in the field.The present article provides an overview of the current status and future perspective of Cooperative ITS systems in Europe. It includes first a short presentation on the demonstration real

6、ized in the recently held ITS world congress in Vienna. Then a short description of the key technologies used in European FoT projects is given. The fourth and fifth chapters will be dedicated to the current status of standardizationactivities and potential deployment scenario of the system. Finally

7、, current work in China on the Cooperative ITS system is shortly introduced.1、2012 智能交通世界大会展示的车路协同项目车路协同项目是 2012 年智能交通世界大会的重点展示项目。欧洲车车通信联盟（car to car communication consortium C2C CC ） 1 联 同 奥 地 利 路 侧 系 统 供 应 商 联盟 Test Field Telematics 组织了为期一周的实地道路展示。展示的主要目标为： 车 载 系 统 ， 路 侧 系 统 与 交 通 管 理 中 心 的 通 信 互

8、通 性 (communication interoperability). 车辆，路侧与交通管理中心的数据融合（Information harmonization）车辆协同通信标准的适应性展示道路安全，交通效率等应用的实地演示 本次展示包括的主要应用有: 基于车车通信的道路安全应用，如前车紧急刹车风险警报 (Electronic brake light warning)，摩托车接近风险警报 (Motorcycle approaching warning)，紧急救 援车辆让路信息等等 (emergency vehicle approaching warning)。 基于车路通信的交通管理应用，如

9、信号灯路口车速控制(Green light optimal speed)，路侧动态信息的车载显示（In vehicle signage）.本次展示由欧洲大型车路协同道路运行测试项目（Field Operational Tests，FOTs）DRIVE C2X2参与并提供技术支持。日立作为 DRIVE C2X 项目的技术规格的负责单位，担任了本次展示 的技术协调主管，成功演示了车路协同技术由不同车厂和系统供应商的系统集成成果，是 C2C-CC 首次协同交通管理中心和路侧系统的大型展示。相对于 C2C-CC 于 2008 年举行的车车通信大型展 示，该展示突出体现了欧洲针对车路协同系统以车载与路侧

10、系统同步开发为目标的开发部署模式 (deployment scenario)。另外，基于近年欧洲与美国国际标准融合合作，C2C CC 和美国车辆协同测试项目 CAMP 联合进行了车车协同通信共通性演示。该展示实现了欧洲与美国的主要道路安全应用中心数据包的交 换 (core road safety message)，是车路协同项目的通信标准国际融合的主要成果。另外，参与 DRIVE C2X 项目的法国国家车路协同 FoT 项目 SCOREF 也在本次大会中进 行了静止模拟演示。参与本次世界大会的车路协同项目展示的主要包括欧洲和国际各大车厂（戴姆勒, 宝马,沃尔 沃，雷诺，标志，本田，欧宝,福特）

11、，系统供应商（电装,日立，NEC, Delphi）,交通管理中心(TT) 以及科研机构(FOKUS).2、欧洲车路协同项目的系统框架和关键技术车路协同技术是无线通信技术在车，路，交通中心的应用， 以允许车辆和路侧的信息融合 和交换（如图 1 所示）。车路协同技术可根据其系统集成环境分为 4 大种类:车载站(Vehicle ITS station):提供车车与车路无线通信技术支持和车载应用支持。路侧站(Road side ITS station):提供路车无线通信技术和与中心站的数据交换， 并可针对具体应用需求进行数据处理和数据提供。中心站(Central ITS station):中心站可通过

12、有线或无线网络与其他站进行数据交 换，可集成入交通管理中心或者 telematics 服务中心.用户站(Personal ITS station): 可集成于个人用户系统（e.g.智能手机或导航仪）.图 1：车路协同系统 (3)无线频段 5,795 5,825 (ITS G5A 和 ITS G5B) 已经被欧盟分配在交通安全和交通管 理等应用上。然而，车路协同也可以在非安全应用上使用其他通信技术（比如 3G/4G）。欧洲电信通信标准协会 ITS 标准委员会(ETSI TC ITS)为各类协同系统站 (ITS 站)制定了 统一的功能性框架(如图 2 所示)。一个 ITS 站可划分为以下功能层：信

13、道技术层（access layer）:提供物理层与介质访问控制层服务。 网络交通层(Networking &Transport layer):提供数据路由与传输服务。服务设施层(Facilities layer): 为多个应用提供高层数据传输协议与信息管理服务。 应用层(Application layer):车路协同应用。跨层管理(Management layer):提供跨层管理以及站内数据交换服务。 安全（Security Entity）:为各层提供通信安全和凭证应用与更新服务(CertificateUpdate).图 2：ITS S communication reference arch

14、itecture (3)ETSI 定义的统一架构是开放式的，该架构支持多应用，多通信堆栈，多信道技术，为多模 式应用和未来系统开发提供了架构支持。目前针对车路协同技术的研发工作已经臻于成熟。近两年，欧洲致力于车路协同技术的大规 模道路运行测试项目 DRIVE C2X。DRIVE C2X 涵盖了欧洲 7 国（德国，法国，荷兰，意大利，西 班牙，芬兰，瑞典）的车路协同系统测试项目，测试的主要目的为：针对 5.9Ghz 的车路协同系统的关键技术进行标准适应性和性能测试。车路协同系统在现有道路运行的适应性以及多方面应用的性能评价。创建泛欧洲车路协同项目的统一测试架构与评估平台。DRIVE C2X 项目

15、的主要测试应用包括道路安全，交通管理与环境保护，商业应用等。项目 开发和测试的主要关键技术包括： ITS G5 接入技术：ITS G5 提供快速信道接入（short latency radio access）与 对等通信（ad hoc communication）, 以满足道路安全应用的短时数据交换的需 求以及避免对通信基础设施的依赖性。ITS G5 技术采用 IEEE 802.11p 标准，该 标准是基于 WiFi （IEEE 802.11）的技术改进并支持广播传输协议，由电气电子 工程师学会 IEEE 于 2010 年发表。尽管 ITS G5 与美国 DSRC 使用同一频段，欧 洲 ITS

16、 G5 的带宽较之 DSRC 窄。欧洲电信通信标准协会 ETSI 发表了欧洲应用方 案以适应欧洲带宽设置. 是车车与车路通信的关键技术。ITS G5 涵盖了 50MHz 的 总带 宽， 其中 ， ITS G5A (5.875-5.905Ghz) 主 要用 于交 通安 全应 用 ， ITS G5B(5.855-5.875GHz)主要应用于交通效率管理应用，该频段已被欧洲划为车路 协同技术的专用频段，以降低干扰和提高通信可靠性。 另外 ITS G5C (5 470 MHz- 5 725 MHz)则属于公共频段(ISM)，可用于支持其他的 ITS 应用。根据 ETSI 制定的标准设置，ITS G5

17、的典型发射范围为 300-500 米， 路侧站发射范围可达 到 800-1200 米。可满足基本道路安全应用的需求。 地理位置路由通信协议（GeoNetworking）：地理位置路由协议利用地理位置信 息作为数据包的寻址方案（addressing scheme）,区别于由 IP 地址为主的 IP 路 由协议。该协议适用于车辆的动态移动，以满足车路协同系统应用的以地理区域为 数据传播目的区域的需求。以车车通信实现的道路安全应用为例，车辆一旦检测到 交通安全隐患（例如由交通事故引发的非正常停车），车载站发送的事故风险警报 信息所要求的发送区域为停车事故车后方几百米至几公里的地理范围，以确保接收 车

18、辆能及时处理信息并通知驾驶员采取有效措施避免二次事故（ secondary accidents），以地理位置为寻址方案的网络层协议能有效实现此类需求。另外， 地理位置协议堆栈(Protocol stack)支持单跳以及多跳（multi-hop）,因此车载站 或者路侧站可作为中转路由站，以扩大数据的传输范围。 信息传输协议:信息传输协议是服务设置层的通信协议，提供 ITS 应用所需的站间 数据交换的支持。DRIVE C2X 系统实现了一系列标准化信息传输协议构件，包括 车车直接交换数据协议和车路交换数据协议：o 合作意识信息交换协议(Cooperative Awareness Message C

19、AM)：该 协议是车车通信的心跳协议。车载站定期发射车辆地理位置，车速，车载系统状态（加速度，刹车系数，车载灯开启状态等等）。该数据由车载站 以 1 至 10 赫兹的发射频率广播传输至所有在直接信号接收范围内的车载 接收站。该协议允许车辆实时意识到邻近车辆的动态与驾驶动向，以提前 预测碰撞风险并提醒驾驶员采取有效措施。该协议标准由 ETSI TC ITS 制 定并预定于 2013 年发表。o 突发事件警报协议 (Decentralized Event Notification Message DENM): 由 ITS 站基于交通安全事故或驾驶危险环境或引发的警报协议。 一旦通过车载电子设备检测

20、到安全隐患事件，车载站相关应用就立即发射 DENM 信息。 根据事件发生地点与事件类型，DENM 的发射范围可从几 百米至几公里不等。 DENM 数据包提供安全隐患类型，地理位置，持续时 间，受影响路段等信息。接收车辆可对比车辆自身位置与行车路线判断事 件对自车的关联性并预测可能的碰撞风险和提前通知驾驶员采取有效措施。DENM 的发射频率为 1 至 10 赫兹不等，发射持续时间根据事件类型决定。 如果检测事件是动态事件，DENM 的内容可实时更新。该协议标准由 ETSI TC ITS 制定并预定于 2013 年发表。o 交通灯信号相信息(Signal Phase and Timing mess

21、age SPAT):该协议 由路侧站通过车路无线网发射实时交通灯信号信息，包括信号当前相位(红， 绿，黄)与持续时间，以及预测交通灯相交换信息与预测相位交换时间。接收车辆可对比车辆位置与行车路线选择关联信号信息。该信息可用于提醒 驾驶员可能违规进入交叉路口，以及预测通过路口的最佳行驶车速。SPAT 由路侧站广播，发射频率和数据更新频率可根据具体交通灯控制系统或交 通灯信号动态调整系统进行设置。该协议标准由欧洲标准协会 ITS 委员会 CEN TC 278 制定并预定于 2013 年发表。o 道路路线与路型信息(Road topology message TOPO):该协议由路侧站 广播发射。

22、它提供 附近路 段的详细路型和几 何结构 信息 (Geometric topology)，特别是危险路段的信息。该协议标准由欧洲标准协会 ITS 委 员会 CEN TC 278 制定并预定于 2013 年发表。o车载路标信息(In vehicle signage):该协议由路侧站广播发射路侧信号牌， 车速，可变信息板的交通信息至车载导航系统。该协议标准由欧洲标准协 会 ITS 委员会 CEN TC 278 制定并预定于 2013 年发表。 系统集成测试:DRIVE C2X 项目实现了车载站与路侧站的参考系统(reference system)，并由各大汽车厂商实现车内系统集成并测试。车载站集成

23、的主要范围包 括车内网络总线接入和车辆数据的接收，人机界面系统的集成以及 V2X 车载系统的 安装等等。图 3 所示为 DRIVE C2X 车载系统的高层集成环境。路侧站的集成则包 括路侧传感器界面和路侧系统界面的开发，包括信号灯，路侧天气传感器等等。图 3：DRIVE C2X 车载站的集成环境HMI: Human Machine Interface, IVS (ITS vehicle station), IRS (ITS roadside station),ICS (ITS central station), 通信安全和公匙基础设施(PKI):通信安全技术和公匙基础设施是保护用户隐私数据 和

24、防止通信攻击的必要手段。DRIVE C2X 开发和集成了基于数字签名与凭证验证(signature and verification)技术的安全方案。系统凭证由公匙基础设施发放。以上技术的规格制定，开发与系统集成环境由项目成员共同制定，并跟进技术标准制定进程。DRIVE C2X 由欧盟提供资金援助，各大相关企业参与。项目主要成员包括欧洲各大汽车生产商，车载系统 和路侧系统供应商，软硬件技术供应商，公路管理与开发企业，研究机构。日立领导了 DRIVE C2X 规格制定工作小组，并开发和提供了参考系统的原形。目前系统开发已基本完成，技术与稳定性测试 正在进行。大规模道路实地测试和应用评分测试计划从

25、 2013 年初展开。另外，日立还积极参与并领 导了法国国家路测项目 SCOREF 的规格制定工作小组与系统集成工作小组。SCOREF 是 DRIVE C2X 涵盖的法国国家路测项目，由雷诺，标致等车厂领头在凡尔赛附近路网进行车路协同系统技术与应用 的测试与评估。图 4：日立开发的路侧协同系统原型3、车路协同的技术标准欧洲车路协同标准制定的主要标准组织为 ETSI 与 CEN. 另外欧洲车车通信联盟 C2C-CC与道路管理产业联盟则是技术标准制定工作的重要推动单位。ETSI TC ITS 于 2008 年底建立，共有五个子工作组: 第 1 工作组用户和应用需求, 第 2 工作组框架和跨层, 第

26、 3 工作组传输和网络, 第 4 工作组接入技术, 第 5 工作组安全。工作组负责有 关技术标准的制定，主要决议和未来标准制定方向则由 TC 制定。技术规范由 ETSI 成员投票通过， ETSI 制定的欧洲规范(European Norm)则必须由欧洲成员国的国家标准协会投票通过。CEN TC 278 建立了 16 工作组负责车路协同技术的标准制定。作为国际标准组织 ISO 的欧 洲成员，CEN 的工作项目和标准制定通常与 ISO 标准同步进行。C2C-CC 是由车厂发起的非营利组织，成员包括汽车厂商，供应商与研究机构。C2C-CC 致 力于车车通信和车路通信的产品研发与市场化部署，是车路协同

27、技术标准制定的主要贡献单位。若干 关键技术如 CAM, DENM, GeoNetworking, ITS G5 均由 C2C-CC 推动。另外，C2C-CC 集中和协调车路协同技术关键产业对市场化的部署和关键技术的采用决定。与之前车载安全系统由各个厂商 自主决定市场进程不同，车车协同与车路协同的各项应用需要一定的市场渗透率,因此主要车厂与道 路开发管理单位的紧密合作尤为重要。欧盟于 2009 年对 ETSI 和 CEN 发布了车路协同技术标准的制定指令 (Mandate 453)4， 要求 ETSI TC ITS 与 CEN TC 278 合作制定一系列技术标准，以允许和促进车路协同的开发与市

28、场 化部署进程。ETSI 与 CEN 成立了联合工作组，制定了一套最低标准组列表，并针对每个标准协商同 意共同合作框架下的高层工作分担。总体而言，ETSI 主要负责通信技术标准的制定，CEN 主要负责 应用标准的制定。车车通信技术标准制定的主要参与单位为车厂与供应商。车路通信技术标准的主要 参与单位为道路开发管理单位与公共机构。联合工作组于 2012 年初发表了 453 指令的回复报告 5, 总结了技术标准制定的工作进度和成果。总体而言，453 指令范围内的标准可分为： 通信类标准：包括接入层，网络层，服务设施层和安全层的技术标准，以保证数据 交换的互通性(communication inte

29、roperability).通信类标准是车路协同技术实 现的技术依据。 应用类标准：主要包括道路安全应用和交通管理应用。应用类标准为通信类标准制 定应用需求(application requirements)并基于通信类标准制定应用层特性。为实 现车路协同应用，应用类标准规定每个单独 ITS 站所需遵守的统一行为和质量规范。 框架类标准：包括通信框架标准，车路协同技术部署角色与分工标准，跨层管理标 准。框架类标准为通信类标准提供框架支持，因此不能单独实现。 测试类标准：测试类标准为所有技术类标准制定标准测试规范，主要包括一致性测 试 (conformance testing)和通信互通性测试(

30、Interoperability testing). 一致 性测试标准用于验证产品是否符合规范，通信共通性测试则用于验证产品是否能成 功实现通信数据交换。基于以上标准的陆续出台，C2C-CC 目前发起了协同系统头期产品的配置标准(profile standards)。配置标准制定头期产品支持的应用，产品包括的标准，系统的标准设定与最低质量要 求等等，是 C2C-CC 成员共同制定的协议和车路协同系统头期产品的标准依据。在国际合作方面，ETSI 和 CEN 都和国际标准组织进行了多个高层标准的融合。C2C-CC 与 美国汽车工程协会(SAE)进行了主要信息传输协议标准的高层融合。ETSI,CEN

31、 也与 ISO, IEEE 等 标准组织进行合作与交流。4、欧洲车路协同落地方案为了提高系统的市场渗透率和开发可行的商业模式，车路协同技术的落地需要各相关产业的 合作与共同推动。欧洲目前预定推动方案的主要方向是车载系统，路侧系统与交通管理的平行开发和 共同推动。推动的应用既包括道路安全应用，也包括交通信息等可产生商业效应的应用。欧洲车路协 同推动的前提条件可大致概括为： 政策战略支持：欧盟发表的 ITS 发展计划将车路协同系统列为优先技术。根据该计 划，欧盟划定了在 5.9Ghz 的 ITS 专用频道，并对 ETSI 和 CEN 发布了标准指令。 欧盟和成员国也同时为研发和测试项目提供资金支持

32、并积极的协调相关产业的合作 与交流。另外欧盟制定的 ITS 指导书(ITS directive)6也将车路协同系统列入可 开发技术。该指导书是欧洲各成员国制定国家级和地区级 ITS 开发和制定相关规定 的基本依据。 产业合作框架与开发意向：日前 C2C-CC 的车厂发表了车路协同系统开发的谅解备 忘录，确认了车厂从 2015 年起开发车载系统的统一意向。与此同时，C2C-CC 也 与欧洲高速公路管理部门的联盟(德国，法国，荷兰等)建立了专门小组，讨论签订 路侧系统开发的统一意向书。 共同应用的选定：C2C-CC 谅解备忘录与路侧系统开发的统一意向书选定了首批投 入的车路协同共同应用(day 1

33、 use cases).这一系列应用包括汽车紧制动风险，救 护车接近信息，抛锚车辆信息等以车车通信为主的道路安全类应用，和红绿灯车速 控制，限速信息，临时改道信息与路侧道路施工信息为主的交通管理类应用。为制 定统一标准和应用需求奠定了基础。标准制定：为通信类系统开发的首要条件。 系统开发与测试：ETSI 定期组织标准插件测试(plug test)，验证现有项目开发的 系统原型的标准一致性和通信共通性。通过对大规模道路实时测试项目实地测试收 集的大量数据进行分析，可评估系统在交通流现场的运行情况，所开发应用的有效 性以及用户对车路协同系统和应用的接受程度等等。 产业研发与前期工程：欧洲目前取得的

34、车路协同技术开发成果以大量的相关产业参 与和主导的研发成果为基础，因此智能交通产业对研发和先期工程的投入是关键和 必须的。参考:1. C2C-CC: http:/www.car-to-car.org2. DRIVE C2X：www.drive-c2x.eu3. ETSI EN 302 665: “Intelligent Transport Systems (ITS);Communications Architecture”.4. EN Mandate 453: STANDARDISATION MANDATE ADDRESSED TO CEN, CENELEC AND ETSI IN THE F

35、IELD OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES TO SUPPORT THE INTEROPERABILITY OF CO-OPERATIVE SYSTEMS FOR INTELLIGENT TRANSPORT IN THE EUROPEAN COMMUNITY5. CEN-ETSI 2nd joint CEN/ETSI-Progress Report to the European Commission on Mandate M/453.6. DIRECTIVE 2010/40/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 7 July2010 on the framework for the deployment of Intelligent Transport Systems in the field of road transport and for interfaces with other modes of transport