車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用綜述

引言

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在解決交通問題，首先車聯(lián)網(wǎng)能有效預(yù)防 交通碰撞事故的發(fā)生，一些最早研究車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的國家已取 得顯著成績。其次車聯(lián)網(wǎng)可以使系統(tǒng)運營商和用戶對出行方式 做出最佳選擇。再次，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)降低了交通對環(huán)境的影響, 在環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮重要作用。本文闡述了車聯(lián)網(wǎng)的基本概 念、發(fā)展史、國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)步伐及發(fā)展情況，并對車聯(lián)網(wǎng) 未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1車聯(lián)網(wǎng)的定義及系統(tǒng)功能要求

1.1車聯(lián)網(wǎng)的定義

車聯(lián)網(wǎng)(Connected Vehicles):即由車輛位置、行駛速度、 行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向信息通信、環(huán)保、 節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車-網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)。通過RFID、攝 像頭、傳感器、GPS及圖像處理等電子設(shè)備，實現(xiàn)對車輛、道路、 交通環(huán)境等信息的采集;按照一定的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，在車-路- 人-網(wǎng)-環(huán)境-基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行無線通信或信息交換；云中 心采用計算機技術(shù)分析和處理車輛數(shù)據(jù)信息，從而計算出不 同車輛的最佳路線，及時匯報路況和安排信號燈周期，實現(xiàn) 對人、車、路進(jìn)行智能監(jiān)控、調(diào)度和管理。車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，是信息社會和汽車社會融 合的結(jié)果。

1.2系統(tǒng)功能要求

一般地講，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能要求有如下幾條：

無線電通信能力，如：單跳無線通信范圍；使用的無 線電頻道；可用帶寬和比特率；無線通信信道的魯棒性；無線電信號傳播困難的補償水平，例如，使用路側(cè)單元(RSU， Road Side Unit),用來滿足車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間的信息交換；

網(wǎng)絡(luò)通信功能，如：傳播方式：單播，廣播，組播, 特殊區(qū)域的廣播；數(shù)據(jù)聚合；擁塞控制；消息的優(yōu)先級；實 現(xiàn)信道和連通性管理方法；支持IPv6或IPv4尋址；與接入 互聯(lián)網(wǎng)的移動節(jié)點相關(guān)的移動性管理；

車輛絕對定位功能，如:全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)， 如全球定位系統(tǒng)(GPS)；組合的定位功能，如由全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)和本地地圖提供的信息相結(jié)合的組合定位；

車輛的安全通信功能，如：尊重匿名和隱私；完整 性和保密性；抗外部攻擊；接收到數(shù)據(jù)的真實性；數(shù)據(jù)和系 統(tǒng)完整性；

車輛的其他功能，如：車輛提供傳感器和雷達(dá)接口 ； 車輛導(dǎo)航功能。

2國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史

2.1美國

早在20世紀(jì)50年代，部分美國私營公司開始為汽車研 發(fā)自動控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，美國政府交通部門開始 研究電子路徑引導(dǎo)系統(tǒng)(Electronic Route Guidance Systems， ERGS)。70年代初至80年代，美國對智能交通系統(tǒng)的研究處 于停滯階段。

2006年，為解決迫在眉睫的安全問題，美國交通運輸部 (DOT)聯(lián)手部分汽車制造商，對V2V安全應(yīng)用程序原型進(jìn) 行開發(fā)和測試，提高車載安全系統(tǒng)在自適應(yīng)控制方面的性能。 開發(fā)和測試成果對美國高速公路安全管理局(NHTSA)未來 的決策起非常重要的參考作用。同年，提出車輛基礎(chǔ)設(shè)施一 體化(VII)概念。

2009年5月，啟動商用車基礎(chǔ)設(shè)施一體化工程 (Commercial Vehicle Infrastructure Integration)。同年 12 月，DOT發(fā)布了《智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略研究計劃：2010-2014》,目 標(biāo)是利用無線通信建立一個全國性多模式的地面交通系統(tǒng)，形 成車輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施、乘客的便攜式設(shè)備之間互連的交通 環(huán)境，為期五年，每年投入1億美元，核心項目為IntelliDrive(智 能駕駛)，預(yù)計于2014年完成。

2011年8月到2012年初，針對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，美國在六個 不同地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)實環(huán)境下駕駛員安全駕駛測試，用以評估 用戶對新的V2V技術(shù)接受程度。2012年秋天到2013年秋天， 繼續(xù)開展對安全駕駛模型的研究工作，以測試車聯(lián)網(wǎng)安全技 術(shù)的有效性叫

2012年12月，DOT發(fā)布了《2015-2019 ITS戰(zhàn)略計劃》， 就有關(guān)美國下一代ITS戰(zhàn)略研究計劃草案進(jìn)行了對話與討論, 該報告顯示美國在保持以往研究項目連續(xù)性的同時，已開始制 訂2015-2019年ITS研究計劃，確立研究和發(fā)展的重點和主題, 以滿足新興的研究需求，進(jìn)一步提高車聯(lián)網(wǎng)的安全性、流暢 性和環(huán)境保護(hù)。

2.2日本

日本ITS的研究始于20世紀(jì)70年代。20世紀(jì)80年代 中期至90年代中期，相繼完成了路一一車通信系統(tǒng)(RACS)、 交通信息通信系統(tǒng)(TICS)、超智能車輛系統(tǒng)(SSVS)、安全 車輛系統(tǒng)(ASV)等方面的研究。

2000年4月，日本ETC國家行動計劃開始正式實施，目 標(biāo)是2003年3月前在全國范圍內(nèi)建設(shè)至少900個收費站，實 現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費和服務(wù)系統(tǒng)。2003年7月，智能 交通系統(tǒng)戰(zhàn)略委員會發(fā)布了《日本智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略規(guī)劃》， 對智能交通系統(tǒng)的短期和中長期的發(fā)展構(gòu)想提出了戰(zhàn)略規(guī)劃。 2011年，日本全國高速公路系統(tǒng)引進(jìn)“ITS站點智能交通系統(tǒng)”, 它能夠及時向車載導(dǎo)航系統(tǒng)快速提供海量交通信息和圖像， 有效的緩解了交通擁堵和改善駕駛環(huán)境。

2.3中國

1986年，第一套國產(chǎn)信號控制系統(tǒng)在南京開發(fā)。1991年， 第一套國產(chǎn)信號控制系統(tǒng)在南京主城區(qū)安裝完畢，并通過了 調(diào)試。

2007年12月初，通用汽車公司與上汽集團(tuán)成立了一家名 為上海安吉星信息服務(wù)公司的合資企業(yè)，在亞洲市場推出通用 汽車的Onstar服務(wù)。2009年，隨著賽格導(dǎo)航、好幫手、城際 通等企業(yè)陸續(xù)推出相關(guān)Telematics車載信息服務(wù)系統(tǒng)，標(biāo)志著 中國進(jìn)入Telematics時代。

2010年，首屆“車聯(lián)網(wǎng)”研討會成功召開，提出“車聯(lián)網(wǎng)” 概念。2010年10月，國務(wù)院在“863”計劃中提出智能車、路 協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究以及大城市區(qū)域交通協(xié)同聯(lián)動控制關(guān)鍵技 術(shù)研究?！笆濉逼陂g，工信部從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等多 方面著手，加大對車載信息服務(wù)的支持力度，以推進(jìn)汽車物聯(lián) 網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的全面鋪開，預(yù)期2020年實現(xiàn)可控車輛規(guī)模達(dá)2億。

2011年，第二屆“車聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)鏈合作研討會在上海召開。

7月，CNF2011-中國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳國際會展中心 成功舉辦，對車聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式進(jìn)行了首次探討。12月，由 多家高校、科研機構(gòu)、企業(yè)發(fā)起組建的中國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù) 創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟在北京成立，其宗旨是推進(jìn)中國汽車信息化領(lǐng)域 的協(xié)同創(chuàng)新，推動智能交通發(fā)展，帶動基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 的車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

3國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的步伐對比

3.1國外

本文從以下四個方面對國外車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的步伐進(jìn)行對比：

車路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用場景：以美國、歐盟和日本為代 表的發(fā)達(dá)國家對車路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用場景基本定義完畢，不同 組織對應(yīng)用場景的定義基本一致。

車路協(xié)同系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化：美國和歐盟分別 定義了車-車，車-路通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目前美國的Dedicated Short Range Communication (DSRC)協(xié)議在學(xué)術(shù)和企業(yè)界比 較普及，同時IEEE也定義了 802.11P通信協(xié)議用于車-車及車- 路通信。

車路協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展：現(xiàn)階段仍然處于相關(guān)技術(shù) 的探討、實驗和測試階段，尚未進(jìn)行大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

兩種推進(jìn)方式：美國模式是政府主導(dǎo)，科研機構(gòu)積 極參與和配合;日本模式則是在政府的協(xié)調(diào)下，由工業(yè)、企業(yè) 等帶頭參與和配合。表1所列是美國和日本的推進(jìn)方式對比。

表1美國和日本的推進(jìn)方式對比

3.2國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況與發(fā)展規(guī)模

(1)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

國內(nèi)貨運車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，表2列舉了我國 在貨運車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)信息叫

( 2)發(fā)展規(guī)模

通過對近年來我國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模與車聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的 相關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)查與分析，得出了圖1所示的產(chǎn)業(yè)規(guī)模圖，圖1 直觀地顯示出近年來或未來我國在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)模的 不斷增大以及車聯(lián)網(wǎng)市場的巨大潛力。

4車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展展望

4.1未來的車輛配置

對于未來的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，未來的車輛均應(yīng)配置以下功能：

（1）自動控制模塊：自動駕駛；

（2）車輛狀態(tài)感知模塊：胎壓、車速、車身系統(tǒng)、硬件配置是否工作正常；

（3）周圍環(huán)境感知：交通信息、道路信息；

（4）駕駛員身體狀態(tài)感知：疲勞度、注意力；

（5）無線通信模塊：與路側(cè)單元、周圍車輛、控制中心通信；

（6）輔助駕駛模塊：語音控制、導(dǎo)航控制、定位精確；

（7）娛樂信息模塊：網(wǎng)絡(luò)購物、聊天、上網(wǎng)、多媒體下載、電子商務(wù)等等；

（8）其他硬件配置：車輛身份證、數(shù)字儀表、自動空調(diào)、感應(yīng)雨刷、燈光控制、電控座椅、智能玻璃（娛樂信息、導(dǎo)航等模塊數(shù)據(jù)可以在前擋風(fēng)玻璃上顯示）；

（9）軟件配置：智能交通控制系統(tǒng)、智能人車協(xié)同系統(tǒng)、自我學(xué)習(xí)。

4.2未來的服務(wù)和技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)將會是未來的互聯(lián)網(wǎng)的一部分，未來的車輛將能 夠同周圍的其它車輛或環(huán)境共享信息和服務(wù)，如駕駛信息，生 態(tài)駕駛信息，交通狀況信息，以及周圍的車輛和環(huán)境信息，車 聯(lián)網(wǎng)所帶動的新興服務(wù)將是未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)不可分割的組成 部分。來自環(huán)保，安全，經(jīng)濟(jì)，福利等方面的社會需求，必將 導(dǎo)致利益相關(guān)者大力推動這些新興服務(wù)的發(fā)展。車聯(lián)網(wǎng)服務(wù) 與未來的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是互動的，而未來互聯(lián)網(wǎng)概念會是車聯(lián) 網(wǎng)概念的基石。

4.3車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

未來的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

以生態(tài)為中心的駕駛

隨著地球石油儲備的減少，油價將顯著上升；同時車輛 的增多，尾氣排放嚴(yán)重將引起環(huán)境污染，導(dǎo)致全球氣候變暖。 未來的駕駛將以生態(tài)為中心，減少化石燃料消耗和碳排放， 促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，呈現(xiàn)出以下六大趨勢：一是生態(tài)信號操作； 二是生態(tài)車道；三是動態(tài)低排放區(qū)；四是能支持替代燃料汽 車業(yè)務(wù);五是有生態(tài)出行信息；六是有生態(tài)綜合的走廊管理(生 態(tài) ICM)。

活動安全協(xié)議

主要包括安全駕駛；安全走廊服務(wù)；協(xié)同駕駛。

( 3)智能交通

未來，車輛本身就是一個通信集線器，它允許貨物和數(shù) 碼設(shè)備連接互聯(lián)網(wǎng)，提供車隊管理和貨運信息服務(wù)，如：跟蹤 和定位貨物，貨物狀態(tài)等等。這些服務(wù)將嵌入整個貨物供應(yīng) 鏈和物流鏈。

(4)集成式移動服務(wù)

傳統(tǒng)的一些互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如社交網(wǎng)絡(luò)等以后將迅速出現(xiàn) 在我們的車上。當(dāng)然，這種服務(wù)是可定制的。

( 5)智能協(xié)同交通

車輛的傳感器收集信息，通過某種方式將數(shù)據(jù)發(fā)往云中 心，云中心將數(shù)據(jù)隔離起來(網(wǎng)絡(luò)安全)，然后將數(shù)據(jù)分發(fā)到 不同的部門處理，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行交通控制。

(6)敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)

安裝衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車將接近100%，系統(tǒng)根據(jù)每輛 車提供的流量數(shù)據(jù)而不是傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施采集數(shù)據(jù)。依靠高 度靈敏的導(dǎo)航系統(tǒng)，甚至可以將路邊的路標(biāo)撤去。部分導(dǎo)航 系統(tǒng)將與主流的交通管理控制系統(tǒng)一體化，使車輛能快速獲 取系統(tǒng)的指示和建議。而導(dǎo)航系統(tǒng)計算路徑時，將會根據(jù)駕駛員的喜好進(jìn)行計算。

另外，高質(zhì)量的導(dǎo)航付費服務(wù)將繼續(xù)存在，并與購置新 車?yán)?。同時互聯(lián)網(wǎng)將提供質(zhì)量稍差的免費資源。

5結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為21世紀(jì)的高新技術(shù)之一，受到各國政府 和專家學(xué)者的廣泛重視。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在解決交通問題，尤其 是在快捷出行、安全行車、環(huán)境保護(hù)等方面已經(jīng)取得了顯著的 成績。隨著科技的發(fā)展、國家政策的支持和研發(fā)經(jīng)費的不斷 投入，在不久的將來，V2R （車與路）、V2P （車與人）、V2V（車 與車）和V2I （車與基礎(chǔ)設(shè)施）的信息交互必將得到長足的進(jìn) 步。人們將告別紅綠燈、告別交通事故、告別污染等一系列問 題，車聯(lián)網(wǎng)必將成為人類生活不可分割的重要組成部分。

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