车辆基础设施集成

车辆基础设施集成(Vehicle infrastructure integration, VII)是一项促进研究和应用开发的倡议,旨在将道路车辆与其周围环境直接联系起来的一系列技术,首先是为了改善道路安全。该技术涉及多个学科,包括运输工程,电气工程,汽车工程和计算机科学。 VII特别涉及公路运输,尽管其他运输方式已有类似技术或正在开发中。例如,飞机使用地面信标进行自动导航,允许自动驾驶仪在没有人为干预的情况下飞行。在公路工程中,提高道路安全性可以提高整体效率。 VII旨在提高安全性和效率。

车辆基础设施一体化是工程的一个分支,它涉及研究和应用一系列技术,直接将公路车辆与其周围环境联系起来,以提高道路安全性。

目标
VII的目标是在道路上的车辆(通过车载设备,OBE)之间以及车辆和路边基础设施(通过路边设备,RSE)之间提供通信链路,以提高安全性,效率和便利的运输系统。它基于广泛部署的专用短程通信(DSRC)链路,其中包含IEEE 802.11p。 VII的发展依赖于支持所有相关方利益的商业模式:工业,运输当局和专业组织。该倡议有三个优先事项:

评估业务模型(包括部署计划)和利益相关者的接受;
根据部署成本验证技术(特别是通信系统);和
制定法律结构和政策(特别是在隐私方面),以提高系统长期成功的潜力。

安全
当前的主动安全技术依赖于基于车辆的雷达和视觉系统。例如,该技术可以通过跟踪车辆前方或后方的障碍物来减少追尾事故,并在需要时自动应用制动器。该技术在某种程度上受到限制,因为它仅感测到摄像机直接视线内的车辆的距离和速度以及雷达的感应范围。对于倾斜和左转碰撞几乎完全无效。甚至可能导致驾驶员在即将发生正面碰撞时失去对车辆的控制。今天技术所涵盖的追尾碰撞通常不如角度,左转或正面碰撞严重。因此,现有技术不足以满足道路系统的总体需求。

VII将提供道路上的车辆与限定附近的所有车辆之间的直接链接。这些车辆能够相互通信,交换速度,方向的数据,甚至可能是驾驶员的意识和意图。这可以增加附近车辆的安全性,同时提高VII系统的整体灵敏度,例如,通过更有效地执行自动紧急操纵(转向,减速,制动)。此外,该系统旨在与道路基础设施进行通信,为整个网络提供完整的实时交通信息,以及更好的排队管理和对车辆的反馈。它最终将关闭现在是开环运输系统的反馈回路。

通过VII,道路标记和道路标志可能会过时。现有的VII应用在车辆内使用传感器,其可以识别道路上的标记或沿着道路的侧面签名,根据需要自动调整车辆参数。最终,VII旨在将这些标志和标记视为系统内存储的数据。这可以是通过沿着道路的信标获取的数据的形式,或者存储在中央数据库中并分发给所有配备VII的车辆。

效率
所有上述因素在很大程度上都是为了响应安全,但VII可以带来运输网络运营效率的显着提高。由于车辆将连接在一起并导致反应时间减少,因此可以减少车辆之间的车头时距,从而减少道路上的空间。因此,可用的流量容量将增加。每条车道的更多容量反过来意味着更少的车道,可能满足社区对道路扩大影响的担忧。 VII将通过跟踪车辆排来实现精确的交通信号协调,并通过利用覆盖体积,密度和转弯运动的实时交通数据,从准确的定时中受益。

实时交通数据还可用于设计新的道路或修改现有系统,因为这些数据可用于提供准确的始发地 – 目的地研究和转弯运动计数,以用于交通预测和交通运营。这种技术还可以改善运输工程师解决问题的同时降低获取和编译数据的成本。 Tolling是VII技术的另一个前景,因为它可以使道路自动收费。可以将数据集体地传输给道路使用者以用于车载显示,基于实时条件概述到目的地的最低成本,最短距离和/或最快路线。

现有应用
在某种程度上,沿着这些方向的结果已经在全球进行的试验中实现,利用GPS,移动电话信号和车辆登记牌。 GPS正在成为许多新型高端车辆的标准配置,并且是大多数新型中低档车辆的选择。此外,许多用户还具有发送可跟踪信号的移动电话(并且还可以是启用GPS的)。已经可以追踪移动电话以用于紧急响应。然而,GPS和移动电话跟踪不能提供完全可靠的数据。此外,将移动电话集成到车辆中可能非常困难。来自手机的数据虽然有用,但甚至可能会增加驾驶者的风险,因为他们往往会看着手机,而不是专心驾驶。自动登记牌识别可以提供高水平的数据,但是通过走廊连续跟踪车辆对于现有技术来说是一项艰巨的任务。今天的设备专为数据采集和执行和收费等功能而设计,而不是用于将数据返回给车辆或驾车者进行响应。然而,GPS仍将是VII系统的关键部件之一。

限制
VII的发展存在许多局限性。一个常见的误解是,VII技术面临的最大挑战是可以安装在车辆内部的计算能力。虽然这确实是一个挑战,但计算机技术一直在迅速发展,并不是VII研究人员特别关注的问题。鉴于已经存在最基本的VII形式的技术这一事实可能是部署VII技术的最大障碍是公众接受。

隐私
关于VII的最常见的神话是它包括跟踪技术;然而,这种情况并非如此。该架构旨在防止识别单个车辆,车辆和系统之间的所有数据交换都是匿名进行的。车辆与第三方(如OEM和收费员)之间的交换将会发生,但网络流量将通过加密隧道发送,因此VII系统无法识别。

虽然系统能够检测信号和速度违规,但它无法识别违规者并报告它们。该检测用于警告违规者和/或接近车辆,以防止碰撞。

其他公众关注
其他公众接受问题来自休闲驾驶的倡导者以及收费的批评者。前者认为VII会增加车辆的自动化程度,降低驾驶员的享受。休闲驾驶问题在跑车车主中尤为普遍。它们可以通过补偿没有VII的车辆的存在而减弱,或者可以通过保持允许没有VII的车辆行驶的道路来减弱。

那些反对收费的人认为,对于低收入阶层的驾驶者来说,这会使驾驶成本过高,与为所有人提供平等服务的普遍愿望相冲突。作为回应,可以考虑对符合条件的个人和/或家庭进行公共交通折扣或道路使用折扣。目前存在许多收费公路的这些规定,可适用于通过VII收费的公路。但是,由于VII可以允许每个VII道路收费,因此,鉴于越来越需要为每个区域提供用户有效的过境服务,这些规定可能无效。

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技术问题

协调
部署VII面临的一个主要问题是如何最初站起来的问题。与在车辆中安装技术以及在每个交叉口提供通信和电力相关的成本是显着的。在没有汽车制造商合作的情况下在路边建设基础设施将是灾难性的,反之亦然;因此,双方需要共同努力,使VII概念发挥作用。

密歇根州和加利福尼亚州正在进行概念测试,将由美国DOT和汽车制造商进行评估,并将共同决定是否继续推进该系统的实施。

保养
关于技术分布的另一个考虑因素是如何更新和维护单元。交通系统是高度动态的,每天都有新的交通控制措施,每年都会修建或修复道路。基于车辆的选项可以通过互联网(最好是无线)更新,但随后可能要求所有用户都能访问互联网技术。许多地方政府机构一直在测试城市和公路沿线的互联网设施的部署,例如在休息站。这些系统可用于VII更新。

另外一个选择是在车辆进入检查或维修时提供更新。这里的主要限制是更新将掌握在用户手中。一些车主自己维修车辆,定期检查或维修被认为是不经常更新VII。如果他们没有在互联网城市开车的可能性,驾驶者也可能不愿意在休息时停下来进行更新。

或者,如果接收器放置在所有车辆中并且VII系统主要位于路边,则可以将信息存储在中央数据库中。这将允许负责的机构随时发布更新。然后将这些信息传播到路边单位,以便通过驾驶者。在操作上,这种方法目前被认为是最有效的,但当局的成本很高。

安全
单位的安全是另一个问题,特别是考虑到公众接受问题。犯罪分子可以篡改VII装置,或者拆除和/或销毁它们,无论它们是安装在车辆内还是安装在路边。如果将它们放入车辆内,可以制定类似于篡改里程表的法律;并且可以在检查或服务期间检查这些单元是否有篡改迹象。该方法具有许多与检查频率和驾驶员进行自身维修有关的限制。它还引起了对执行检查的车辆技术人员诚实的担忧。技术人员识别篡改迹象的能力取决于他们对VII系统本身的了解。

磁铁,电击和恶意软件(病毒,黑客或干扰)可用于破坏VII系统 – 无论单元是位于车内还是位于路边。技术人员需要进行广泛的培训和认证,以检查车辆内的VII装置。沿着路边,需要高度安全性以确保设备不受损坏并增加其耐用性。然而,由于路边单位很可能被放置在公共通行权上 – 通常靠近公路边缘 – 可能会有车辆撞到它们的担忧(无论是故意的还是偶然的)。这些单元要么必须建造,以便它们不会对驾车者构成威胁:可能是低矮的和/或低质量的物体形式,设计用于破坏或分开(这将需要相对廉价单位);或者该装置必须由诸如护栏之类的装置屏蔽,从而引起其自身的安全问题。

数据输入
另一个限制是数字化VII系统的输入。 VII系统可能会继续感知现有的标志和道路标记,但其中一个目标是完全消除这些标志和标记。这需要将每个项目的位置和消息转换为VII系统的格式。这项工作的责任可能落在高速公路机构上,这些机构几乎都面临资金,人力和可用时间方面的困难。因此,实施和维护第七系统可能需要在国家一级提供支持。

通讯和授权
虽然VII主要是作为一个涉及众多运输机构的联合研究企业而开发的,但很可能初始产品将根据具体应用进行定制。因此,随着系统的扩展,可能会出现兼容性和格式化问题。克服这些困难可能需要在不同系统之间进行复杂的翻译计划,或者可能需要对现有VII系统进行彻底检查,以便制定更全面的方法。在任何一种情况下,软件中的错误的成本和可能性都很高。

将需要立法来建立对适用机构之间的VII数据和通信的访问。例如,在美国,州际公路是一个通常由国家维护的联邦公路,但当地县或市政当局也可能参与其中。立法需要确定每个机构的权力级别。例如,在宾夕法尼亚州,市政当局往往拥有比县更大的权力,有时甚至是国家,而邻近的马里兰州在县一级比在市一级拥有更多的权力;国家公路几乎完全由国家控制。还必须确定哪些其他机构可以使用这些数据(即执法,人口普查等)以及允许使用该信息的程度。需要执法以尽量减少数据滥用。各级权威也可能增加不相容性。

最近的发展
目前的许多研究和实验都是在美国进行的,通过汽车制造商(福特,通用汽车,戴姆勒克莱斯勒,丰田,日产,本田,大众,宝马),IT供应商,车辆基础设施集成联盟确保协调,美国联邦和州交通部门,以及专业协会。 Trialling正在密歇根州和加利福尼亚州举行。

目前根据美国倡议制定的具体申请是:

不安全状况或即将发生碰撞的警告驱动程序。
警告驾驶员,如果他们即将离开公路或在曲线周围过快加速。
告知系统操作员实时拥堵,天气状况和事故。
为运营商提供有关走廊容量的信息,以便为司机提供实时管理,规划和提供全廊道建议。
2007年年中,底特律附近约20平方英里(52平方公里)的VII环境将用于测试20个原型VII应用。一些汽车制造商也在进行自己的VII研究和试验。

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