車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與發(fā)展

鄭 智，魏愛(ài)國(guó)，高文偉

(軍事交通學(xué)院 汽車(chē)指揮系，天津300161)

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)受到高度關(guān)注，它是繼互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)的又一次巨大浪潮。車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，利用車(chē)載電子傳感裝置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成信息交換，使車(chē)與路、車(chē)與車(chē)、車(chē)與人之間的信息互聯(lián)互通，對(duì)車(chē)輛和交通狀況進(jìn)行有效的智能監(jiān)控，促進(jìn)了汽車(chē)、交通和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)向更加現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。區(qū)別于傳統(tǒng)的智能交通系統(tǒng)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)更注重車(chē)與車(chē)、車(chē)與人之間的交互通信，通過(guò)提取更多車(chē)輛行駛參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)保障車(chē)輛行駛安全、規(guī)避道路擁塞、提高出行舒適度。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)重新定義了車(chē)輛交通運(yùn)行方式，應(yīng)用車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，城市交通將得到極大改善，將會(huì)為用戶提供更加智能、安全的駕駛環(huán)境［1］。

1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念及特點(diǎn)

1.1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的定義

車(chē)聯(lián)網(wǎng)指裝載在車(chē)輛上的電子標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線射頻等識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有車(chē)輛的屬性信息和靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對(duì)所有車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與建筑物以及車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換，它甚至可以幫助實(shí)現(xiàn)汽車(chē)與行人、汽車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)之間的“對(duì)話”。就像互聯(lián)網(wǎng)把每臺(tái)單獨(dú)的電腦連接起來(lái)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)能夠把獨(dú)立的汽車(chē)聯(lián)結(jié)在一起。

1.2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

國(guó)際電信聯(lián)盟給物聯(lián)網(wǎng)的定義:物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品到物品，人到物品，人到人之間的互聯(lián)。定義中特別指出，H2T 和H2H 中的H 指的是通過(guò)通用裝置而非個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的人。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，可以構(gòu)建無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，互聯(lián)任何物品的需求。

由此可見(jiàn)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)的對(duì)象都是車(chē)輛以及一些道路基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)就成為了車(chē)聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的范疇要比車(chē)聯(lián)網(wǎng)大的多，車(chē)聯(lián)網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)的一種特定應(yīng)用。然而，要真正全面實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，尚存在一些困難，比如全球標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、部署成本過(guò)高、技術(shù)尚不夠完善、安全性較低等問(wèn)題。相比之下，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)就具有更高的可行性。車(chē)聯(lián)網(wǎng)研究過(guò)程中需要借鑒物聯(lián)網(wǎng)的研究成果和研究思路，同時(shí)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的研究成果也將豐富物聯(lián)網(wǎng)的研究工作。與物聯(lián)網(wǎng)相比，車(chē)聯(lián)網(wǎng)有以下特點(diǎn)［2］。

(1)高動(dòng)態(tài)性。車(chē)聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)以車(chē)輛為主，這就決定了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的高動(dòng)態(tài)特性。與一般的物聯(lián)網(wǎng)相比，車(chē)聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的汽車(chē)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度更快，拓?fù)渥兓l繁，路徑的壽命更短。

(2)受干擾因素多。與一般的物聯(lián)網(wǎng)相比，車(chē)聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)間通信受到的干擾因素更多，包括路邊的建筑物、天氣狀況、道路交通狀況、車(chē)輛的相對(duì)行駛速度等。

(3)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性不穩(wěn)定。受到車(chē)輛運(yùn)動(dòng)情況、道路分布狀況等因素的影響，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)通性不穩(wěn)定，這在一定程度上限制了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的推廣使用。

(4)穩(wěn)定的電源和承載空間。車(chē)聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的車(chē)輛有穩(wěn)定的電源供電，網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)一般沒(méi)有能量方面的限制;車(chē)輛當(dāng)中有較大的承載空間，可以裝備較高性能的車(chē)載計(jì)算機(jī)以及一些必要的外部輔助設(shè)備，如GPS、GIS 等。

(5)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性要求更高。車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中，不能出現(xiàn)一些不安全、不可靠的事件，否則會(huì)引起車(chē)輛行駛混亂，造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀

隨著汽車(chē)和公路的日益智能化，越來(lái)越多的汽車(chē)和路邊基礎(chǔ)設(shè)施裝備了通信設(shè)備，整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)以及針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。

2010 年10 月28 日在無(wú)錫舉行的中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”被提起，并傳聞車(chē)聯(lián)網(wǎng)將作為國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)。2011 年3 月15 日，大唐電信與長(zhǎng)春一汽旗下的啟明信息技術(shù)股份有限公司攜手共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，研究下一代通信服務(wù)與汽車(chē)電子產(chǎn)品的融合，開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能、低功耗汽車(chē)電子產(chǎn)品，標(biāo)志著我國(guó)車(chē)聯(lián)網(wǎng)從概念階段正式走向應(yīng)用階段。

通用汽車(chē)產(chǎn)品采用On-star 系統(tǒng)，它通過(guò)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和無(wú)線通信技術(shù)為汽車(chē)提供安全信息服務(wù)，包括自動(dòng)撞車(chē)報(bào)警、道路求助、遠(yuǎn)程車(chē)輛解鎖以及全程音控導(dǎo)航服務(wù)等。豐田公司的“G-book”基于消費(fèi)者會(huì)員的公共建設(shè)信息服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)車(chē)上無(wú)線通訊終端來(lái)提供互助信息服務(wù)。除此之外，美國(guó)的智能車(chē)輛公路系統(tǒng)、日本的道路交通情報(bào)通信系統(tǒng)等已經(jīng)在道路與車(chē)輛之間建立了有效的通信，實(shí)現(xiàn)了智能交通調(diào)度和管理。而近年來(lái)，WLAN、藍(lán)牙、無(wú)線識(shí)別等無(wú)線通信技術(shù)在智能交通管理上已經(jīng)得到了應(yīng)用，如在智能停車(chē)場(chǎng)管理、路橋電子不停車(chē)收費(fèi)、車(chē)流量信息采集等方面獲得了一定成效［3］。

3 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的需求和挑戰(zhàn)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種應(yīng)用形式，物聯(lián)網(wǎng)面臨的問(wèn)題同樣也給車(chē)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施帶來(lái)挑戰(zhàn)。同時(shí)由于車(chē)輛數(shù)量的急劇膨脹，車(chē)聯(lián)網(wǎng)也面臨巨大的現(xiàn)實(shí)需求和挑戰(zhàn)。

國(guó)家工業(yè)和信息化部國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心副主任李毅鍇做《中美經(jīng)貿(mào)摩擦對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)的影響及應(yīng)對(duì)》的精彩分享，李主任通過(guò)生動(dòng)的案例分享與內(nèi)容講解，詳細(xì)說(shuō)明了中美貿(mào)易摩擦帶來(lái)的一系列問(wèn)題以及應(yīng)對(duì)的方式。包括后期如何申請(qǐng)排除申請(qǐng)、如何利用美國(guó)貿(mào)易的規(guī)則有效維護(hù)企業(yè)的自身利益等。

(1)車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息的統(tǒng)一標(biāo)志問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)物體的互聯(lián)互通，首先要解決的問(wèn)題是統(tǒng)一編碼問(wèn)題。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要有一個(gè)統(tǒng)一的物品編碼體系，尤其是國(guó)家物品編碼標(biāo)準(zhǔn)體系，這個(gè)統(tǒng)一的物品編碼體系是車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通的關(guān)鍵。但目前與車(chē)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的統(tǒng)一編碼規(guī)范還不夠健全，各個(gè)示范原型系統(tǒng)根據(jù)各自需求，建立起獨(dú)立的編碼識(shí)別體系，這為后續(xù)行業(yè)內(nèi)不同系統(tǒng)乃至不同行業(yè)之間的互聯(lián)互通帶來(lái)了障礙［4］。

(2)網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)的IP 地址問(wèn)題。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)物品若要在網(wǎng)絡(luò)中被尋找，都需要一個(gè)地址。由于IPv4 資源即將耗盡，而過(guò)渡到IPv6 又是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，包括設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)商等都存在兼容問(wèn)題。

(3)采集設(shè)備的信息化程度低。目前，道路、橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電子化管理，其智能程度較低。傳統(tǒng)的設(shè)備通過(guò)傳感器、采集設(shè)備等信息化處理才能具備聯(lián)網(wǎng)能力。這些交通基礎(chǔ)設(shè)施的信息化改造覆蓋面廣、投資額大、建設(shè)周期長(zhǎng)，都是目前車(chē)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)終端信息化改造所面臨的問(wèn)題。

(4)車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息安全問(wèn)題。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題主要來(lái)源于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題、物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的安全問(wèn)題以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)本身的安全問(wèn)題3 個(gè)方面。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸和消息交換還未有特定的標(biāo)準(zhǔn)，因此缺乏統(tǒng)一的安全保護(hù)體系。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，且以集群方式存在，因此會(huì)導(dǎo)致在數(shù)據(jù)傳播時(shí)，由于大量機(jī)器的數(shù)據(jù)發(fā)送使網(wǎng)絡(luò)擁塞。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的感知節(jié)點(diǎn)部署在行駛車(chē)輛等設(shè)施中，如果遭到攻擊者破壞，很容易造成生命危險(xiǎn)、道路設(shè)施破壞等。因此，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的信息安全是至關(guān)重要的，影響著車(chē)聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展［5］。

(5)車(chē)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)軟件和服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度。目前車(chē)聯(lián)網(wǎng)概念剛剛興起，還未出現(xiàn)較為成熟的軟件平臺(tái)和服務(wù)應(yīng)用。而交通行業(yè)往往需要較高的安全要求。如果相關(guān)軟硬件平臺(tái)未經(jīng)過(guò)大規(guī)模應(yīng)用測(cè)試，勢(shì)必對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前途大打折扣。

(6)相關(guān)技術(shù)兼容度。車(chē)聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)相關(guān)技術(shù)的集成體，包括傳感器技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、軟件技術(shù)、納米技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)等。任何一個(gè)技術(shù)的不兼容或者基礎(chǔ)薄弱，都會(huì)造成整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的推廣困難。

4 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源于廣泛的應(yīng)用需求，如交通管理、車(chē)輛智能管理、環(huán)境污染改善等。針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的需求和挑戰(zhàn)，構(gòu)建一個(gè)高效實(shí)用的車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系和環(huán)境，需要解決許多基礎(chǔ)先行的技術(shù)問(wèn)題。

(2)傳感技術(shù)。利用傳感器及汽車(chē)總線采集車(chē)輛、道路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)等。傳感技術(shù)需要根據(jù)不同物體的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行訂制。如車(chē)輛需要油耗、剎車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)等運(yùn)行參數(shù)，而橋梁需要壓力、老化程度等參數(shù)。傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)。

(3)無(wú)線傳輸技術(shù)。無(wú)線傳輸技術(shù)將傳感器采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器或其他終端，或者接收控制指令完成物體遠(yuǎn)程控制。只有通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。

(4)云計(jì)算技術(shù)。對(duì)采集獲取的物體數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合加工分析，并提供各類(lèi)綜合服務(wù)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，以按需、易擴(kuò)展的方式獲得云計(jì)算所提供的服務(wù)。

(5)車(chē)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)產(chǎn)業(yè)興起的重要標(biāo)志。車(chē)聯(lián)網(wǎng)只有建立一套易用、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，才能實(shí)現(xiàn)不同物體之間的相互通信，不同車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的融合，才能帶動(dòng)汽車(chē)、交通產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

(6)車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全體系。包括車(chē)聯(lián)網(wǎng)物體信息化之后的安全度、傳輸器安全度、傳輸技術(shù)安全以及服務(wù)端安全。安全是保障車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠快速推廣的前提。

(7)定位技術(shù)。通過(guò)GPS、無(wú)線定位等技術(shù)提高當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)中物體的位置精度。通過(guò)定位精度的提高，將準(zhǔn)確獲取車(chē)輛行駛位置，提高實(shí)時(shí)路況精準(zhǔn)度、交通事件定位精確度。

5 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

車(chē)聯(lián)網(wǎng)最大的價(jià)值在于處理信息，而且能夠以最有效的方式解決交通擁堵問(wèn)題。據(jù)預(yù)測(cè)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以使交通擁堵減少約60%，使短途運(yùn)輸效率提高將近70%，使現(xiàn)有道路網(wǎng)的能力提高2 ～3 倍［6］。除了提高效率、減少成本之外，車(chē)聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)公眾資源的有效利用，政府也可以大幅度減少管理費(fèi)用。車(chē)聯(lián)網(wǎng)所能提供的主要應(yīng)用見(jiàn)表1。

表1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

6 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景

未來(lái)的交通是汽車(chē)和通信的融合，當(dāng)汽車(chē)制造與信息技術(shù)完美結(jié)合在一起，將是一個(gè)高效、環(huán)保、智能的美好交通時(shí)代。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，汽車(chē)將具備行人探測(cè)功能，司機(jī)不用踩剎車(chē)，車(chē)輛可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剎車(chē)、緊急剎車(chē)、智能?？?車(chē)輛可以主動(dòng)尋找到停車(chē)場(chǎng)，找到充電站完成充電;人們可以在車(chē)上收發(fā)電子郵件、進(jìn)行電子購(gòu)物，查看交通信息、餐館信息、治安服務(wù)，能在車(chē)上獲得各種娛樂(lè)信息;汽車(chē)行駛中若出現(xiàn)故障可進(jìn)行遠(yuǎn)程車(chē)輛診斷，維修人員可隨時(shí)得到車(chē)輛的準(zhǔn)確故障位置和原因;汽車(chē)能與道路進(jìn)行“對(duì)話”，從而感知擁堵路段并設(shè)計(jì)最佳行車(chē)路線，可以感知車(chē)距以避免出現(xiàn)交通事故……

車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景需要更多力量的幫助，具體包括:打破專(zhuān)業(yè)壁壘，跨產(chǎn)業(yè)通力合作;政府的重視，在政策上給予支持和引導(dǎo);城市規(guī)劃者和基礎(chǔ)設(shè)施專(zhuān)家的努力;汽車(chē)制造企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光和開(kāi)放心態(tài)，做好產(chǎn)品的研發(fā)和市場(chǎng)策劃;信息技術(shù)服務(wù)企業(yè)的共同參與，建立更加扎實(shí)的信息基礎(chǔ)設(shè)施，為信息的采集、傳遞、處理做好準(zhǔn)備。

7 結(jié) 語(yǔ)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)將會(huì)成為未來(lái)智能城市的一個(gè)重要標(biāo)志，徹底改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞胶蜕罘绞剑o人們的生活帶來(lái)更多的快捷和便利。車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)交通技術(shù)和智能交通系統(tǒng)的很多不足，正吸引著越來(lái)越多研究者和工業(yè)界的關(guān)注。不過(guò)，該領(lǐng)域研究尚處于起步階段，很多問(wèn)題都沒(méi)有得到解決，尤其是如何適應(yīng)車(chē)輛行駛參數(shù)的安全采集、大規(guī)模車(chē)輛通信參與等，將是下一步研究的內(nèi)容。隨著研究的不斷深入，車(chē)聯(lián)網(wǎng)必將實(shí)現(xiàn)“車(chē)—人—路—城市”之間的和諧、有序、統(tǒng)一發(fā)展。

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