在智能交通体系的建设中，车辆与基础设施（Vehicle-to-Infrastructure，简称 V2I）通信技术扮演着至关重要的角色，它通过建立车辆与道路沿线各类基础设施之间的信息交互链路，打破了传统交通系统中车辆 “孤立运行” 的局限，为提升交通效率、保障行车安全、优化出行体验提供了关键技术支撑。作为车联网（V2X）技术体系的重要组成部分，V2I 通信并非单一的技术应用，而是融合了通信技术、感知技术、数据处理技术等多领域成果的综合性系统，其稳定运行和高效应用直接关系到智能交通系统的整体性能。
V2I 通信的核心价值在于实现 “车” 与 “路” 之间的实时、双向信息共享，使得车辆能够及时获取道路基础设施感知到的交通状况、环境信息等数据，同时基础设施也能接收来自车辆的行驶状态、位置信息等内容，进而通过数据的整合与分析，为交通参与者提供精准的决策支持。例如，当道路上的交通信号灯感知到某一方向车辆拥堵时，可通过 V2I 通信将信号灯配时调整信息发送给该方向的车辆，引导车辆提前减速或选择其他车道；当道路前方出现突发事故时，路边的路侧单元（RSU）可迅速将事故位置、影响范围等信息传递给过往车辆，提醒驾驶员提前规避风险。这种信息交互模式，不仅能够有效减少交通事故的发生概率，还能显著提升道路资源的利用效率，缓解交通拥堵问题。
一、V2I 通信技术的核心定义与系统构成
（一）核心定义
V2I 通信技术是指借助无线通信技术（如专用短程通信技术 DSRC、5G 蜂窝通信技术等），实现车辆（包括乘用车、商用车、特种车辆等）与道路沿线基础设施（如路侧单元 RSU、交通信号灯、交通标志、智能摄像头、毫米波雷达、信息发布屏等）之间的数据交互与信息共享的技术体系。其本质是通过建立 “车 – 路” 信息交互通道，将车辆的动态行驶数据（如车速、加速度、行驶方向、车辆位置、车辆故障信息等）与基础设施的静态 / 动态感知数据（如道路拓扑结构、车道数量、限速信息、交通流量、天气状况、路面状况、突发事件信息等）进行实时传输与整合，为交通控制、车辆行驶决策、出行服务提供数据支撑。
（二）系统构成
V2I 通信系统并非单一设备或技术的简单叠加，而是由多个核心子系统协同构成的复杂技术体系，主要包括以下几个部分：
- 车载终端子系统（OBU）
车载终端子系统（On-Board Unit，简称 OBU）是安装在车辆上的核心设备，负责采集车辆自身的行驶数据（如通过 CAN 总线获取车速、发动机转速、制动状态等）、接收来自路侧单元的信息，并将车辆数据发送给路侧单元或交通控制中心。同时，OBU 还具备信息处理与反馈功能，可将接收到的交通信息（如信号灯状态、前方拥堵提示等）通过车载显示屏、语音播报等方式传递给驾驶员，或直接与车辆的自动驾驶系统联动，为自动驾驶决策提供支持。常见的 OBU 设备通常集成了无线通信模块（如 DSRC 模块、5G 模块）、定位模块（如 GPS / 北斗定位）、数据处理模块和人机交互模块。
- 路侧基础设施子系统（RSU 及感知设备）
路侧基础设施子系统是 V2I 通信的 “信息中转站” 与 “感知触角”，主要由路侧单元（Road Side Unit，简称 RSU）和各类感知设备（如智能摄像头、毫米波雷达、激光雷达、气象传感器、路面状态传感器等）组成。其中，RSU 作为核心通信设备，负责与车载 OBU 进行无线通信，接收 OBU 发送的车辆数据，并将交通控制中心下发的指令、路侧感知设备采集的信息发送给 OBU；同时，RSU 还能实现与相邻 RSU 之间的信息交互，形成覆盖广泛的路侧通信网络。感知设备则负责采集道路周边的交通环境数据，如通过智能摄像头识别交通流量、车辆类型、行人位置，通过毫米波雷达检测车辆的距离与相对速度，通过路面状态传感器感知路面是否结冰、积水等，这些数据经处理后通过 RSU 传递给车辆或交通控制中心。
- 交通控制中心子系统
交通控制中心子系统是 V2I 通信系统的 “大脑”，负责对来自路侧基础设施和车载终端的海量数据进行集中处理、分析与决策。该子系统通常部署在城市交通管理部门或高速公路管理中心，具备数据存储、实时计算、交通状态评估、交通事件预警、交通信号优化、信息发布等功能。例如，交通控制中心可通过分析路侧感知设备采集的交通流量数据，判断道路拥堵状况，并根据拥堵程度调整交通信号灯的配时方案，再通过 RSU 将调整后的信号灯信息发送给车辆；当路侧感知设备检测到道路施工、交通事故等突发事件时，交通控制中心可迅速生成预警信息，并通过 V2I 通信网络推送至周边车辆，引导车辆绕行。
- 通信网络子系统
通信网络子系统是连接车载终端、路侧基础设施与交通控制中心的 “信息通道”，负责保障数据传输的实时性、可靠性与安全性。根据通信技术的不同，V2I 通信网络可分为两类：一类是基于专用短程通信技术（DSRC）的网络，该技术是专门为车联网设计的无线通信技术，工作在 5.9GHz 专用频段，具有低延迟、高可靠性的特点，适合短距离内（通常为 300 米以内）的车 – 路、车 – 车通信；另一类是基于蜂窝通信技术（如 4G LTE-V2X、5G-V2X）的网络，依托现有蜂窝通信基站实现广域覆盖，通信距离更远，同时具备更高的带宽和更强的抗干扰能力，能够满足大规模车辆接入和高清视频数据传输的需求。在实际应用中，两类通信技术常结合使用，以实现 “短距离低延迟” 与 “长距离广覆盖” 的互补。
二、V2I 通信技术的关键技术特性与技术要求
（一）关键技术特性
V2I 通信技术的核心目标是为智能交通提供可靠的信息支撑，其技术特性需围绕交通场景的实际需求展开，主要包括以下几个方面：
- 低延迟性
在交通场景中，车辆行驶速度快，交通状况变化迅速，因此 V2I 通信必须具备极低的传输延迟。例如，当车辆接近交叉路口时，需要实时获取交通信号灯的状态信息，若传输延迟过长，可能导致驾驶员无法及时做出制动或加速决策，引发交通事故；对于自动驾驶车辆而言，V2I 通信的延迟需控制在毫秒级（通常要求端到端延迟小于 100 毫秒），才能确保自动驾驶系统根据路侧信息及时调整行驶策略。无论是 DSRC 技术还是 5G-V2X 技术，均将低延迟作为核心技术指标，通过优化通信协议、减少数据转发环节等方式，实现延迟的有效控制。
- 高可靠性
V2I 通信的可靠性直接关系到交通安全，因此必须确保数据传输的稳定性和准确性，避免因通信中断或数据错误导致的决策失误。在复杂的交通环境中，无线通信易受到建筑物遮挡、多车辆信号干扰、恶劣天气（如暴雨、大雾）等因素的影响，因此 V2I 通信技术需具备较强的抗干扰能力和容错能力。例如，DSRC 技术通过采用跳频通信、前向纠错编码等技术，减少信号干扰对数据传输的影响；5G-V2X 技术则利用网络切片、多连接传输等技术，为 V2I 通信分配专用的网络资源，确保通信链路的稳定。同时，V2I 通信系统还会对传输的数据进行校验，若发现数据错误，可通过重传机制确保数据的准确性。
- 高实时性
实时性是 V2I 通信区别于普通无线通信的重要特性之一，它要求数据从采集、传输到处理的整个过程能够在极短的时间内完成，以反映当前交通状况的最新变化。例如，路侧摄像头检测到前方道路有障碍物后，需立即将障碍物的位置、大小等信息传输给后方车辆，若实时性不足，后方车辆可能已接近障碍物，无法及时避让。为实现高实时性，V2I 通信系统通常采用分布式处理架构，路侧单元可对采集到的部分数据进行本地实时处理，无需全部上传至交通控制中心，减少数据传输的路径和时间；同时，通信协议也会优化数据帧结构，减少数据冗余，提高数据传输效率。
- 广覆盖性
V2I 通信需要覆盖城市道路、高速公路、乡村道路等各类交通场景，因此通信网络需具备广泛的覆盖能力。对于城市道路和高速公路，可通过密集部署路侧单元（RSU）实现覆盖，例如在交叉路口、隧道入口、高速公路服务区等关键位置安装 RSU；对于乡村道路等人口密度较低、交通流量较小的区域，可利用 5G 蜂窝通信网络的广覆盖特性，依托现有 5G 基站实现 V2I 通信，无需额外大规模部署 RSU，降低建设成本。此外，V2I 通信网络还需具备无缝切换能力，当车辆在不同 RSU 覆盖区域或不同通信技术（如 DSRC 与 5G-V2X）覆盖区域之间行驶时，能够实现通信链路的平滑切换，避免数据传输中断。
（二）技术要求
为确保 V2I 通信技术能够满足智能交通的应用需求，相关技术需符合以下严格的技术要求：
- 通信速率要求
根据应用场景的不同，V2I 通信对速率的要求存在差异。对于交通信号灯状态、车辆行驶状态等小数据量的传输，通信速率要求较低（通常在几十 kbps 至几百 kbps 之间）；而对于高清路侧视频（如用于交通事故取证的高清视频）、自动驾驶车辆所需的高精度地图数据等大数据量的传输，则需要较高的通信速率（通常要求在几十 Mbps 以上）。5G-V2X 技术凭借其大带宽特性，能够满足大数据量传输的需求，而 DSRC 技术则更适合小数据量的低延迟传输。
- 定位精度要求
V2I 通信中，车辆位置信息和路侧基础设施位置信息的准确性至关重要，因此系统需具备较高的定位精度。通常情况下，V2I 通信系统要求车辆定位精度不低于 1 米，在复杂场景（如隧道、高楼密集区域）中，需通过多源定位技术（如 GPS / 北斗 + 惯性导航 + 路侧定位）进一步提升定位精度，确保车辆能够准确识别自身与路侧设施、其他车辆的相对位置关系。
- 兼容性要求
V2I 通信系统需具备良好的兼容性，一方面要兼容不同类型的车辆（如燃油车、新能源汽车、传统车辆、自动驾驶车辆）和不同品牌的车载终端，确保各类车辆能够正常接入 V2I 通信网络；另一方面要兼容不同的通信技术标准（如 DSRC、5G-V2X），实现不同技术体系之间的互联互通，避免因技术标准不统一导致的 “信息孤岛” 问题。此外，V2I 通信系统还需与现有交通管理系统（如交通信号控制系统、交通监控系统）兼容，实现数据共享与协同工作。
三、V2I 通信技术的典型应用场景
V2I 通信技术并非抽象的技术概念，而是已在多个交通场景中实现落地应用，通过 “车 – 路” 信息交互为交通参与者提供实际价值。以下是其典型的应用场景：
（一）交叉路口交通协同控制
交叉路口是交通事故的高发区域，也是交通拥堵的主要节点之一，V2I 通信技术可通过实现 “车 – 路 – 灯” 协同，提升交叉路口的通行效率和安全性。具体而言，路侧单元（RSU）会实时采集交叉路口各个方向的车辆流量、车辆位置、车速等数据，并将这些数据传输至交通控制中心；交通控制中心根据车辆流量数据，动态调整交通信号灯的配时方案（如延长车流量大的方向的绿灯时间，缩短车流量小的方向的绿灯时间），并将调整后的信号灯状态信息（如绿灯剩余时间、红灯开始时间）通过 RSU 发送给各个方向的车辆；车载终端（OBU）接收到信号灯信息后，通过语音或显示屏提示驾驶员 “绿灯剩余 5 秒，建议减速等待” 或 “绿灯即将开启，可准备起步”，帮助驾驶员做出合理的行驶决策。对于自动驾驶车辆，OBU 可直接将信号灯信息传递给自动驾驶系统，系统根据信号灯状态和车辆位置，自动控制车速和制动，避免闯红灯或急刹急加速的情况，进一步提升通行效率和安全性。
（二）道路危险状况预警
在道路行驶过程中，车辆可能会遇到路面结冰、积水、坑洼、障碍物、交通事故等危险状况，若驾驶员未能及时发现，极易引发交通事故。V2I 通信技术可通过路侧感知设备实时监测道路状况，并将危险信息及时传递给车辆，实现危险预警。例如，路侧安装的路面状态传感器可感知路面是否结冰或积水，并将 “路面结冰，建议减速” 的预警信息发送给 RSU；RSU 将该信息广播给覆盖范围内的所有车辆，车载终端接收到信息后，立即通过语音或灯光提示驾驶员注意行车安全；同时，对于具备自适应巡航功能的车辆，系统可根据预警信息自动降低巡航车速，增加与前车的安全距离。此外，当路侧摄像头或雷达检测到道路前方发生交通事故时，RSU 可迅速将事故位置、事故类型（如追尾、侧翻）、影响车道等信息发送给后方车辆，提醒驾驶员提前变道或减速，避免二次事故的发生。
（三）高速公路交通流优化
高速公路具有车速快、交通流量大的特点，一旦发生交通拥堵或事故，不仅会影响通行效率，还可能引发大规模的连锁事故。V2I 通信技术可通过 “车 – 路” 协同实现高速公路交通流的优化，主要包括以下两个方面：一方面，路侧单元（RSU）和安装在高速公路沿线的智能摄像头、雷达等设备，可实时采集高速公路各车道的交通流量、车速、车辆间距等数据，并将这些数据传输至高速公路管理中心；管理中心通过分析数据，判断各路段的交通状态（如是否拥堵、拥堵程度），若发现某一车道因车辆行驶缓慢导致拥堵，可通过 RSU 向该车道的车辆发送 “前方车道拥堵，建议切换至左侧车道” 的提示信息，引导车辆分流，缓解拥堵；另一方面，对于高速公路的出入口、服务区等交通流量变化较大的区域，V2I 通信可提前向车辆推送出入口位置、服务区剩余车位、加油排队情况等信息，帮助驾驶员提前规划行驶路线和停靠计划，减少因车辆临时变道、减速导致的交通紊乱。
（四）公共交通优先调度
公共交通（如公交车、地铁）是城市交通的重要组成部分，提升公共交通的运行效率和准点率，有助于吸引更多市民选择公共交通出行，缓解城市交通压力。V2I 通信技术可实现公共交通的优先调度，具体方式如下：公交车上的 OBU 会实时将车辆位置、行驶速度、载客量等信息发送给路侧 RSU；RSU 将这些信息传输至交通控制中心，控制中心根据公交车的行驶路线和当前位置，判断公交车是否即将到达交叉路口；若公交车即将到达，且当前路口为红灯，控制中心可适当延长绿灯时间或缩短红灯时间，确保公交车能够顺利通过路口，减少公交车在路口的等待时间；同时，路侧信息发布屏可实时显示公交车的到站时间，方便乘客候车。通过这种方式，可显著提升公共交通的准点率和运行效率，改善公共交通的出行体验。
四、V2I 通信技术的安全保障机制
V2I 通信技术涉及大量交通数据的传输与共享，若安全保障措施不到位，可能导致数据泄露、数据篡改、通信链路被攻击等问题，进而引发交通秩序混乱、交通事故等严重后果。因此，建立完善的安全保障机制是 V2I 通信技术应用的前提。V2I 通信的安全保障机制主要包括以下几个方面：
（一）数据传输安全
数据传输安全是 V2I 通信安全的核心，主要通过加密技术和认证技术确保数据在传输过程中不被窃取、篡改或伪造。具体而言，V2I 通信系统会对传输的数据（如车辆位置、信号灯状态、危险预警信息等）采用对称加密算法（如 AES 算法）或非对称加密算法（如 RSA 算法）进行加密处理，只有拥有解密密钥的接收方（如车载 OBU、路侧 RSU、交通控制中心）才能解密并获取数据，避免数据在传输过程中被第三方窃取；同时，系统会采用数字签名技术对传输的数据进行签名，接收方在接收数据后，会验证数字签名的有效性，若签名验证失败，则说明数据可能被篡改或伪造，接收方会拒绝接收该数据，确保数据的完整性和真实性。此外，V2I 通信系统还会采用密钥管理技术，对加密和解密所使用的密钥进行安全管理，包括密钥的生成、分发、更新和销毁，防止密钥泄露导致的数据安全风险。
（二）设备身份认证
V2I 通信系统中的车载 OBU、路侧 RSU、交通控制中心等设备，在进行数据交互前，需进行严格的身份认证，以确保接入网络的设备是合法、可信的，避免非法设备接入网络窃取数据或发送虚假信息。设备身份认证通常采用基于数字证书的认证机制，每个设备都会拥有由权威认证机构（CA）颁发的数字证书，证书中包含设备的唯一标识、公钥等信息；当两个设备进行通信时，会互相发送各自的数字证书，
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