灯变绿了。然后，突然间，刹车的尖叫声变成了金属对金属令人恶心的嘎吱声。出人意料的大量车祸鈥?所有车祸的1%鈥攐ccur位于有交通信号灯的十字路口。虽然这些事故通常是由驾驶员失误造成的，但与道路基础设施相关的新技术有助于防止因人类判断失误导致的车祸。
下一代交通信号控制不仅需要用红色、黄色和绿色信号提示驾驶员，还需要管理一个包括自动车辆、行人和骑自行车的环境，与传统汽车并驾齐驱。智能道路基础设施感知和控制（IPC）方法可以使道路上的每个人受益，而不仅仅是那些拥有自动功能汽车的人。
美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员正在构建一个IPC计算引擎，以通过基础设施到车辆的通信提高联网和自动化车辆的性能，并加快下一代交通管制的推出。该软件工具从基于基础设施的传感器（如雷达和摄像头）收集并组合实时数据，以创建交叉口交通的精确数字表示。
今年晚些时候，NREL将在线发布开源工具，以便规划师、研究人员和其他用户可以将来自这些多个来源的传感器数据合并到一系列真实、实时的交通模拟（或“数字孪生”）中，模拟各种条件和场景下的交通。
项目负责人、NREL博士后研究员Rimple Sandhu表示：“我们正在优化基础设施和信号控制，以配合汽车的自动化功能，而不是只关注汽车技术和操作。”。“这样做，我们将能够更快地建立一个更安全的整体交通系统，创造一个自动驾驶汽车可以与旧车型、步行和骑自行车的人安全共存的世界。”
当今道路上的许多汽车已经具备自动停车、自适应巡航控制和盲点检测等功能。不幸的是，全自动（或自动驾驶）车辆部署的速度受到安全问题和缺乏车辆到基础设施连接的阻碍。一个挑战是，在车辆和其他用户复杂混合的道路环境中，单个车辆无法完全感知其周围环境。
嵌入到基础设施中的协同驾驶自动化（CDA），而不是单个汽车或卡车，可以提高整个运输系统的安全性、效率和可靠性鈥攅特别是随着车辆自动化程度的提高。这种方法将通过改善约30万个配备信号的道路交叉口，而不是改变行驶在这些道路上的近3亿辆车辆，从而更快、更经济地提高安全性。
NREL开发的IPC发动机将使用先进的基于基础设施的传感，并与制造商安装的车辆自动化功能进行通信，以提高安全性和燃油效率，同时减少温室气体排放。将多个有利位置的基础设施和车辆传感器读数相结合，不仅可以使生成的数字模型更加准确，还可以检测和测量安全和网络安全方面的潜在薄弱点。此外，“digital twin”IPC框架允许多个应用程序开发人员共享经过验证的交叉口模型，并就创新进行协作。此外，NREL的研究人员正在利用IPC提供的信息进行能源特定应用，以造福于建筑和电网。
数据通知工具验证
该实验室最近与科罗拉多州斯普林斯市合作，收集车辆和行人数据，用于评估、调整和验证IPC工具。数据是使用安装在升降机顶部立柱上的雷达和光探测与测距（LiDAR）传感器收集的。激光雷达和雷达设备相同地安装在两根桅杆或灯杆上，灯杆的方向不同，以增强传感器的覆盖范围。两辆人驾驶试验车鈥攅ach配备高精度GPS装置，可捕捉车辆运动的“地面真实情况”鈥攑执行了与传感器位置和方向相关的各种机动。
雷达、激光雷达和GPS数据用作IPC工具的验证数据集，IPC工具将传感器检测到的车辆和行人轨迹合并，而高级贝叶斯滤波算法将各种轨迹融合，并计算出统一的交通图片。
收集的数据突出了每种传感器类型的优点和缺点。例如，激光雷达比雷达更准确地检测出车辆的形状，但它也有更多的错误检测。
应用程序和好处
IPC支持的应用包括联网的生态驾驶和交通信号优化，以最大限度地提高燃油经济性和效率，以及行人激活警报，以提高安全性。竞争激烈的商用汽车制造商密切保护其知识产权，限制了有关自动汽车技术的公开信息量。NREL的开源IPC工具将支持并为多种应用程序的开发提供信息，这些应用程序将车辆相互连接，并为交通基础设施提供信息。
美国交通部认识到需要设计用于与自动化车辆通信的基础设施，因此启动了“合作自动化研究移动应用（CARMA）街道倡议”。NREL的项目提供高保真读数、快速准确的计算以及基于基础设施的IPC引擎的通信，该引擎可与CARMA Streets框架一起使用。
NREL机动创新与公平团队负责人斯坦·杨（StanYoung）表示：“自动化车辆是我们向零排放交通未来过渡的关键因素。”。“它们还将在建立更公平的交通系统方面发挥关键作用，为低收入工人和不会开车的人提供一种可行的车辆所有权替代方案，并应对许多交通系统面临的最后一英里挑战。IPC的这些突破将在实现这一目标方面发挥至关重要的作用。”