摘 要

随着我国汽车保有量的快速上升，各种交通问题开始显现出来，例如交通堵塞、事故增多和环境污染加重问题。为了解决这些问题，车路协同系统作为未来最有可能解决这些问题的技术受到了人们广泛的关注。其中，路侧设备是车路协同系统中的重要组成部分，但是目前国内外车路协同智能路侧设备尚处于起步阶段，且应用范围较为狭窄，在此背景下，本文对智能路侧设备系统做出了探索性的研究。

本文在学习和总结现有研究成果的基础上，对实现车路协同路侧设备设计的关键技术进行研究，具体为以下内容：（1）根据具体的应用需要对路侧设备进行整体构思和设计，重点是信息采集过程中车辆检测器的选型以及系统的通信网络部分；（2）本文采用模块化硬件的设计理念，对车路协同路侧系统的硬件设计进行了选型和设计；（3）通过建立相关模型和相关假设，将传感器部署问题转化为了计算几何问题，并得到了满足条件下最少传感器的计算公式。

本文的研究意义在于针对目前存在的交通问题，设计出可以改善管理交通的方式，提高路网的运输能力，有效的解决交通堵塞、提高交通安全、降低交通事故率和减少环境污染等问题的路侧设备，为政府、企业和科研院所提供参考，从而推动我国车路协同系统的发展。

论文的特色在于：选取了DSRC（专用短程无线通信）技术作为路侧设备与车辆进行信息交互的通信方式；进行远距离通信时，选择了目前最为先进和高效的4G通信；针对传感器部署问题，建立了传感器的感知模型和覆盖区域的矩形区域模型，并将原问题转化为了简单的计算几何问题。

关键词：车路协同；智能路侧设备；DSRC；传感器部署

Abstract

With the rapid rise in car ownership in China, various traffic problems began to emerge, such as traffic congestion, increased accidents and increased environmental pollution problems. In order to solve these problems, the vehicle road coordination system as the future is most likely to solve these problems of technology has been widespread concern. Among them, the roadside equipment is an important part of the vehicle road coordination system, but at present the domestic and foreign vehicle road coordination intelligent roadside equipment is still in the initial stage, and the application scope is narrow, in this context, this article intelligent road side equipment system Made exploratory research.

On the basis of studying and summarizing the existing research results, this paper studies the key technologies to realize the design of roadside road equipment, which is as follows: (1) The overall design and design of the roadside equipment according to the specific application needs (2) In this paper, the design of modular hardware is used to select and design the hardware design of the roadside road system. (2) In this paper, the hardware design of the vehicle road system is selected and designed. 3) By establishing the relevant model and related hypothesis, the sensor deployment problem is transformed into the geometric problem, and the calculation formula of the minimum sensor under the condition is satisfied.

The significance of this study is to design a way to improve the management of traffic, improve the transport capacity of the road network, effectively solve the traffic jam, improve traffic safety, reduce traffic accidents and reduce environmental pollution and other issues for the existing traffic problems Side equipment for the government, enterprises and research institutes to provide reference, so as to promote the development of China's vehicle road coordination system.

The characteristics of the paper are as follows: the DSRC technology is selected as the way of communication between the roadside equipment and the vehicle. When the long-distance communication is carried out, the most advanced and efficient 4G communication is selected. The sensor model and the rectangular region model of the coverage area are established, and the original sensor deployment problem is transformed into a simple computational geometry problem.

Key words: CVIS; intelligent roadside equipment; DSRC; sensor deployment

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 车路协同系统的国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 主要研究内容及组织结构 3

第二章 基于车路协同的路侧设备总体设计方案 5

2.1 车路协同系统简介 5

2.2 基于车路协同的路侧设备的总体结构及功能 6

2.3 车路信息采集 7

2.3.1道路传感器的选择 8

2.3.3 交通信息采集 11

2.4 交通监控中心 12

2.5 通信网络 13

2.5.1 常见的无线通信技术 13

2.5.2 DSRC技术的优越性 15

2.5.3 通信网络的组成 15

2.6 本章小结 17

第三章 基于车路协同的路侧设备硬件设计 18

3.1硬件设计方案 18

3.2 控制单元 18

3.3 道路传感器模块 20

3.4无线通信模块 20

3.5 系统组装 22

3.6 本章小结 23

第四章 道路传感器部署问题 24

4.1 道路传感器感知模型 24

4.2 道路传感器部署方案评价 26

4.3道路传感器部署方案研究 27

4.3.1精确部署 27

4.3.2 随机部署 28

4.3.3 移动部署 28

4.4覆盖连通条件下的最少传感器部署问题 29

4.4.1计算几何中的覆盖问题 29

4.4.2相关模型 30

4.4.3相关假设 30

4.4.3实现覆盖连通的最少传感器公式 31

4.5传感器部署方案 35

4.6 本章小结 36

第五章 总结 37

5.1工作总结 37

5.2工作展望 37

参考文献 38

致谢 39

第一章 绪论

1.1引言

近年来，我国汽车保有量快速增长，私家车的增多，在为人们生活带来便利的同时，却也带来了交通堵塞、事故频发和环境污染加重等问题。车路协同系统便是利用前卫的电子技术和无线通信技术，改善管理交通的方式，提高路网的运输能力，这样能够有效的缓解交通堵塞、提高交通安全、降低交通事故率和减少环境污染等。本文在分析现阶段国内外研究现状的基础上，了解到车路协同智能路侧设备的研究尚处于起步阶段，拟设计出一种适合在国内应用的路侧设备，为政府、企业和科研院所提供参考建议，从而推动我国车路协同系统的发展。

车路协同系统是当今智能交通领域发展的趋势和热点。其中，路侧设备是车路协同系统中的重要组成部分，其主要负责采集交通数据（车流量、平均车速等）和检测道路状况等，并且通过短程无线通信技术与行驶车辆进行通信，可以为驾驶人员提供实时的路况信息，将车、路、人、环境融为一体。但是目前国内外车路协同智能路侧设备尚处于起步阶段，且应用范围较为狭窄，在此背景下，本文对智能路侧设备系统做出了探索性的研究。

由于车辆具有移动性高的特性，所以车辆处于路侧设备通信范围内的时间有限，因此路侧设备必须要准确快速的与车辆进行识别通信并高速的传递信息，本文分析国内外研究现状的基础上，试图设计出一种适合能够满足上述要求并且适合在我国应用的路侧设备。这对推动我国车路协同系统的发展，具有重大的现实意义。

1.2 车路协同系统的国内外研究现状

车路协同技术已然成为了当今国际智能交通领域的研究热点之一。目前,国外的科研人员针对车路协同系统进行了许多研究，其中美国、欧洲和日本等发达国家研究的较为深入。国内对车路协同系统的研究起步较晚，但是随着车路协同系统发展的重要性不断提升，国内许多科研院校和学者也都开始了初步研究。

1.2.1国外研究现状

美国作为当今世界上唯一的超级大国，汽车保有量远远高于一般国家，同时美国也是一个非常注重交通安全的国家，所以美国自然会对车路协同技术的研究非常投入。早在1998年，美国就提出了IVI（Intelligent Vehicle Initiative）计划，该计划的目的是减少交通事故的发生率，提高驾驶人员的安全系数。2005年美国提出车路协同系统 VII（Vehicle Infrastructure Integration）计划，利用信息与通信技术实现车路之间信息交互。2009年以后，VII计划更名为Intelli Drive SM计划^[1]，集成了各种车载、路侧和通信技术，增强了汽车行驶安全性，可以实现人员和货物的高效、快速移动。