基于DSRC的高速公路交通参数/事件信息采集系统

引言

随着我国机动车保有量和高速公路通车里程的增加，如何加强高速公路智能化管理与控制水平来预防交通事故的发生和减小交通事故的损失已成为高速公路管理部门亟待解决的关键问题之一，而实现高速公路智能化管理与控制的关键在于道路基本交通信息的采集。

通过高速公路信交通参数与事件信息系统实现高速公路信息化与智能化，可以获得高速公路的运营情况，并且可以及时地获得高速公路交通事件，便于高速公路指挥中心紧急处理；同时可以增加驾驶人员的信息输入，提高驾驶员对信息接受和处理的速率与精度。报警系统的报警灯闪烁同时语音报警就是增加信息输入通道的典型例子（即增加刺激的维数），这是目前世界公认的最有发展潜力的操作界面技术之一,因为声音系统既扩展了人/车操作界面系统的控制范围,还能够准确传递信息。研究表明，多维刺激的信息传递效率更高，6～8维刺激下的信息传递效率为一维刺激下的2～3倍，增强驾驶员对紧急工况的响应。因此开展DSRC的高速公路信交通参数与事件信息系统的研究是很有实际意义的，本文以专用短程无线通信（DSRC）技术为通信平台介绍一种高速公路信交通参数与事件信息系统方法。

1．DSRC技术特点

DSRC是ITS的基础，是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆和道路有机地连接起来，实现车一路间和车一车间的信息传输和信息交互。DSRC系统主要包括3个部分:车载单元(On-Board Unit, OBU)、路旁单元(Road-Side Unit,RSU)以及DSRC协议。DSRC为主从式结构(路侧单元为主，车载单元为从)，即路旁单元拥有通信的主控权，路旁单元可主动下传信息，而车载单元必须按路侧单元指定的时隙接收和发送信息。路旁单元为全或半双工通信，车载单元为半双工通信，双工方式采用FDD频分双工。DSRC协议参照计算机网络的开放系统互连体系(OSI)7 层协议模型，划分为物理层(Ll)、数据链路层(L2)和应用层(L7) 三个层次，在3层协议体系框架外独立出一个系统管理单元，提供监督、控制和协调功能并为信息管理提供服务。DSRC的通信频段为5.8 GHz，在抗干扰和信息传输量等技术标准上具有很大的优势，而且，随着ITS体系标准化趋势的加快，国内外交通领域对统一采用5. 8GHz基本上认可。

2．系统组成与工作原理

2.1 系统组成

高速公路信交通参数与事件信息系统主要由车载单元、路旁单元、指挥中心部分、GSM/GPRS单元组成。其系统结构框图如图1所示。

（1）车载单元（On-Board Unit，OBE）

车载单元是随通行卡一起发放给驾驶员的随车电子装置，具有接收标志牌上的电子装置信息、设定常见事件信息、发送信息给标志牌上的电子装置等功能，车载单元具有唯一的身份标志码，预存有与标志牌内容或其他指示性内容有关的语音信箱并且设置紧急事件按钮。

（2）路旁单元（Road-Side Unit，RSU）

路旁单元固定在标志牌立柱上或根据需要在路旁设置专用立柱，每一路旁单元亦有身份编码，具有发送标志牌上的电子装置编码给车载部分、接收车载部分发送来的事件信息以及将该信息通过光纤或短信方式传送给指挥中心的功能，即路边DSRC基站。

（3）GSM/GPRS单元

支持短信、数据通信等业务的GSM模块，具有一个独立的SIM卡，通过与路旁单元的通信，实现在没有高速公路专用通信线路或不好接入时，DSRC基站装备与指挥中心的通信。

（4）指挥控制中心单元

指挥控制中心单元为综合业务服务器，接收并分析RSU传来的交通参数与事件信息并存储，根据传来的信息定位事件地点，及时做出处理方案等。

2.2 工作原理

车辆驶入高速公路收费口时，将车载单元随通行卡一起发放给驾驶员，当车辆在高速公路上行驶进入DSRC通信区域内时，车载单元接收到路旁单元编码后，激活对应的预存信息并用语音提示出来。并且车载装置设有触发装置，若驾驶员在行驶过程中发现的交通事件或异常情况，可以点击相应的按钮激活路旁单元的发送功能，将驾驶员提供的信息通过通信光缆传送回指挥控制中心（在没有光缆的地方，以备用的短信方式），以便指挥控制中心采取及时的处理；同时根据车辆通过路边设备的情况可以及时获得高速公路的交通参数、事件发生地点等。系统通信结构图2所示。的将道路标志牌等进行编码，利用短程无线传播技术DSRC将标志牌编码传输给随通行卡

3．交通参数/事件的检测

高速公路的交通状态可以通过交通参数的数据变化体现出来，按照一定的时间间隔对交通参数数据进行采样，通过分析这些交通数据的变化规律实现对高速公路的监测，间接获得交通事件信息；另一种交通事件的获得方法是驾驶员若在行车过程中发现交通事件，可以通过车载单元与路旁单元的通信将所观察的事件及时处送到控制指挥中心单元。

（1）交通流量检测

交通流量检测是高速公路监控系统中的重要组成部分，实时、可靠的基本交通信息是判断交通状况的根本依据，是实现高速公路智能化管理的前提，通过路旁单元对车辆通过情况的检测，可以实时获高速公路多个横截面的这一参数。

（2）车速检测

车辆行驶速度的快慢直接反映了道路通行能力的高低。速度通常可以分为：地点车速、运行速度、区间速度、临界速度、时间平均速度、空间平均速度、自由速度、中位速度、85％位速度、15％位速度、设计速度等。根据路段之间，车辆通过相邻两个RSU所经历的时间，可以推算出这一车辆在这一路段的平均行驶速度，采样一组车速求其平均值可以得到这路段内车辆的平均行驶速度；通过多个RSU的数据可以得到更多的车速信息。

(3) 车辆停车检测

在高速公路上行驶的车辆难免因为特殊情况（如车辆抛锚）需要紧急停车，由于车辆在高速公路上的行驶速度高，如果司机在紧急停车后处理不当，很有可能造成后面车辆追尾的交通事故，因此应该及时掌握路面车辆的运行情况。系统有主动与被动两种方式获得停车信息，通过对车载单元通过RSU的情况，指挥中心可以主动分析发现车辆异常停靠，及时进行救援和处理；驾驶员亦可以通过OBE发送信息，指挥中心被动获得停车信息。

(4)车辆超速检测

近年来，在交通事故总死亡人数出现小幅下降或波动态势的同时，超速行驶肇事导致的死亡人数却出现明显的快速上升趋势，因此，加强对超速等违法交通行为的监督与治理，对于减少交通事故、减轻事故损失、挽救生命具有十分重要的意义。

(5) 道路拥挤状况检测

当交通需求大于高速公路的最大通行能力或道路上发生交通事故时，就不可避免的出现交通拥挤，道路拥挤会造成运行成本增大，事故率提高，能源浪费，空气污染等诸多不利情况，系统可以根据某一路段内的车流密度实现对道路拥挤状态的检测，判断道路拥挤状态，以便及时做出交通引导或流量控制方案。

4．结语

高速公路信交通参数与事件信息系统属于智能公路系统的范畴，可以在不增加汽车设备投入的基础上，通过一种公共的设备提供高速公路交通参数与事件信息，增加行车安全以及增强高速公路管理的实时性，提高高速公路车辆行驶的主动安全性，缩短高速公路管理对紧急事件的响应时间，具有巨大的社会效益。