車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用綜述

摘 要：車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在解決交通運輸領(lǐng)域中存在的交通安全、效率、環(huán)境等問題，文中介紹了車聯(lián)網(wǎng)的基本概念、國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史、國外車聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)步伐、國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況及規(guī)模等情況。并根據(jù)這些實際情況，展望了未來的車輛配置、待實現(xiàn)的服務(wù)和技術(shù)、以及車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；RFID；傳感技術(shù)；大數(shù)據(jù)；移動計算

中圖法分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2014）06-0069-04

0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)[1]。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：

（1） 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；

（2） 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；

（3） 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；

（4） 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；

（5） 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)用程序原型進行開發(fā)和測試[2]，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》[3]，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[4]。

2012年12月，DOT發(fā)布了《2015-2019 ITS戰(zhàn)略計劃》[5]，就有關(guān)美國下一代ITS戰(zhàn)略研究計劃草案進行了對話與討論，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，進一步提高車聯(lián)網(wǎng)的安全性、流暢性和環(huán)境保護。

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——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“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)的步伐進行對比：

（1）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。

（2）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。

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

（4）兩種推進方式：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[6]。表1所列是美國和日本的推進方式對比。

表1美國和日本的推進方式對比優(yōu)/劣勢美國日本

優(yōu)勢有專用通信頻道

強大的政府支持

有明確專注的項目有主導(dǎo)項目

強大的政府支持

ETC技術(shù)為基礎(chǔ)

劣勢合作伙伴太少參與者過多，責(zé)任不明確

原始設(shè)備制造商不積極

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[7]。

（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[8-11]。

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)。

（a）中國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模（b）中國車聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量

圖1中國車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)模圖

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，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[12-15]：

（1）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）。

（2）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。

參 考 文 獻(xiàn)：

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Review of vehicle networking technology application

SU Jing1， WANG Dong1， 2， ZHANG Fei-fei1

(1. School of Electronic Information Engineering， Qiongzhou University， Sanya 572022， China;

2. Hainan Key Laboratory of Embedded Systems， Qiongzhou University， Sanya 572022， China)

Abstract: The vehicle networking technology can solve the problems related with traffic safety， efficiency and environment in the field of transportation. The vehicle networking technology′s basic concept， development history at home and abroad， foreign development status， and development scale of Chinese vehicle networking industry ares introduced in this paper. According to the practical situation， future vehicle configuration， service， technology and development trend of vehicle networking technology are predicted.

Keywords: vehicle networking; RFID ; sensor technology; big data ; mobile computing