車聯(lián)網及關鍵技術的應用分析

王雷 王傳磊

摘 要：隨著汽車保有量的增加和物聯(lián)網技術的發(fā)展，車聯(lián)網已廣范應用于汽車行業(yè)中。文章介紹車聯(lián)網的定義、發(fā)展及工作原理概況等，闡述了車聯(lián)網系統(tǒng)架構，并系統(tǒng)分析了車聯(lián)網的關鍵技術，探索了車聯(lián)網的應用領域。隨著國家政策的支持和科學技術的發(fā)展，車聯(lián)網的應用前景將更加廣泛。

關鍵詞：汽車保有量；物聯(lián)網；車聯(lián)網；信息交互

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

汽車給人們出行帶來便利的同時，也產生了交通安全、交通擁堵、環(huán)境污染等問題，為解決這些問題并合理分配資源，車聯(lián)網應運而生。車聯(lián)網是物聯(lián)網在汽車行業(yè)的應用，它能夠收集汽車、行人與道路等相關信息，通過網絡技術，使信息共享并相互聯(lián)結，實現(xiàn)人、車、路的智能協(xié)同控制。

1 車聯(lián)網的概況

1.1 車聯(lián)網的定義

目前，車聯(lián)網還沒有明確的定義，根據中國物聯(lián)網校企聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網是由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡。運用各種先進技術，收集、處理和共享大量信息，使車輛、行人、道路和城市網絡等相互關聯(lián)，構成有效信息流和智能控制流，實現(xiàn)對所有車輛的有效監(jiān)管并提供綜合服務，實現(xiàn)了車與車、車與路、車與人、車與環(huán)境的智能協(xié)同。

1.2 車聯(lián)網的發(fā)展

2010年10月28日，中國國際物聯(lián)網博覽會暨中國物聯(lián)網大會首次提出了“車聯(lián)網（Internet of Vehicles）”一詞，這一年也被稱為車聯(lián)網元年[1]，2011年，車聯(lián)網被列入我國重大專項。2010-2014年，我國頒布了一系列車聯(lián)網相關政策，在政府和市場的雙重推動下，促使了車聯(lián)網的迅速發(fā)展，部分政策見表1所列。2017年12月29日工信部、國家標準化管理委員會頒布的《國家車聯(lián)網產業(yè)標準體系建設指南（智能網聯(lián)汽車）》全面推動了車聯(lián)網產業(yè)技術研發(fā)和標準制定，推動整個產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

我國是世界上最大的汽車生產國和消費國，2010-2016年我國汽車產銷量如圖1所示。汽車年銷量和保有量穩(wěn)步增長也為構筑車聯(lián)網市場打下良好基礎。車聯(lián)網產業(yè)鏈涵蓋汽車零部件生產廠家、芯片廠家、軟件供應商和網絡供應商等多個領域。

1.3 車聯(lián)網的工作原理

無線網絡傳輸實現(xiàn)了道路基礎設施與車載終端的互通；云接入實現(xiàn)了云平臺與道路基礎設施的互通；通過4G等移動網絡實現(xiàn)了車載終端與云平臺的互通。車聯(lián)網工作原理如圖2所示。各傳感器獲取車輛的相關運行數據，并通過CAN總線實現(xiàn)數據在各控制單元間傳輸，實現(xiàn)車內通信。利用衛(wèi)星定位和無線通信技術與附近的車輛和道路環(huán)境建立車載自組織網絡，實現(xiàn)車與車、車與路的互通。通過云接入，道路基礎設施將獲取的交通信息發(fā)送給車載終端，并把探測到的周圍交通狀況上傳給云平臺，實現(xiàn)車載自組織網絡內車輛交通信息的共享。

2 車聯(lián)網系統(tǒng)架構

車聯(lián)網利用專用協(xié)議整合網絡內的數據，實現(xiàn)信息交互。其系統(tǒng)架構包括感知層、網絡層和應用層，如圖3所示。

（1）感知層利用各種信息采集設備進行信息采集、存儲和發(fā)布，這些信息能夠反映車輛行駛的狀態(tài)、車輛位置、車輛安全和車輛信息識別等。

（2）網絡層通過有線通信網絡，3G/4G，WiFi，無線通信網絡等現(xiàn)代通信技術，實現(xiàn)信息的安全可靠傳輸。

（3）應用層可分為兩個子層，一個是應用程序層，主要功能為數據處理，同時也是車聯(lián)網各種具體服務的實現(xiàn)；另一層是人機交互界面，定義與用戶交互的方式和內容。

3 車聯(lián)網關鍵技術

車聯(lián)網是一個龐大的系統(tǒng)，是多領域技術的集成群，涉及數據采集技術、識別技術、車載網絡技術、車載通信網絡技術和數據處理技術，如圖4所示。

3.1 數據采集技術

數據采集包括整車采集和車外采集。整車采集主要通過傳感器對溫度、位置、車速、加速度和振動等車輛信息進行實時、準確的測量，并通過CAN網絡對整車進行監(jiān)控與診斷。車外數據采集主要包括車輛的位置、行駛狀態(tài)、道路狀態(tài)、前后及兩側車輛狀態(tài)等信息，所用技術主要包括雷達/激光測速、地感/地磁檢測和雷達/超聲波測距。

3.2 識別技術

識別技術主要包括語音識別、視頻圖像識別和射頻識別。目前，大多數汽車廠商都推出了車載多媒體交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過語音識別技術對車載診斷進行控制。語音識別能夠解放駕駛員的雙手和雙眼，加強行車安全；視頻圖像識別通過視頻或圖像抓拍的方式，采用光電、圖像處理、模式識別和遠程數據訪問等技術，對車輛車牌、車輛行為和交通信息等進行識別；射頻識別是一種自動識別技術，利用射頻方式進行非接觸式雙向通信數據交換，以達到識別目的，工作原理如圖5所示。

3.3 無線通信技術

無線通信技術主要包括專用短程通信（DSRC），WiFi，蜂窩網絡和ZigBee。DSRC適用于小范圍的無線通信，能夠實現(xiàn)車與車、車與路間相關數據、視頻和音頻安全可靠的雙向傳輸，體系架構如圖6所示。WiFi是無線局域網的一種，具有傳輸速率高、便捷、費用低等特點；蜂窩網絡是指將服務區(qū)劃分為若干個彼此相鄰的小區(qū)，在每個小區(qū)設立一個基站的網絡結構；ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低功率、低數據速率、低成本的無線網絡技術。

3.4 車載通信網絡

車載通信網絡是一種車與車，車與路之間通信的車載自組網。在一定范圍內，車輛之間可自動連接建立一個移動網絡，并共享數據和信息，同時還能通過路邊節(jié)點的通信接入互聯(lián)網，以便獲取更多信息資源，如圖7所示。車載通信網絡除具有一般網絡的特點外，還具有獨特的性能，如地理位置限制、高動態(tài)性、可預測移動性、網絡密度動態(tài)性和需要存儲足夠能量等。

3.5 數據處理技術

數據處理技術主要包括云計算和大數據技術。云計算技術是基于互聯(lián)網的大規(guī)模資源整合思想的具體化，關鍵技術含有虛擬化技術、大規(guī)模數據管理技術、信息安全技術等。大數據技術分為數據采集、數據預處理、數據存儲、大數據分析和結果展示五部分。如果云計算相當于一個巨大的容器，則大數據即是容器中的液體。

4 車聯(lián)網的應用

隨著車聯(lián)網技術的發(fā)展與應用，車聯(lián)網在智能交通系統(tǒng)、智能車載系統(tǒng)、緊急救援系統(tǒng)、安全輔助駕駛技術等領域都有了廣泛的應用。

4.1 智能交通系統(tǒng)

車聯(lián)網的實質是廣義的物聯(lián)網與智能交通的結合，將各種先進技術有效集成運用于整個交通運輸管理體系中，實現(xiàn)人與車、車與車、車與路的聯(lián)接，實現(xiàn)車輛的監(jiān)控、定位識別等功能。具體應用包括運營車輛調度管理系統(tǒng)、ETC不停車收費系統(tǒng)、智能停車場管理系統(tǒng)和交通違章自動拍攝系統(tǒng)等。車聯(lián)網與智能交通的結合代表了未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。

4.2 智能車載系統(tǒng)

智能車載系統(tǒng)集娛樂、安全與舒適于一體，主要包括導航系統(tǒng)、倒車影像系統(tǒng)、GPRS通信系統(tǒng)和影音播放系統(tǒng)等。目前，汽車上安裝的智能車載系統(tǒng)主要有奔馳的COMAND、寶馬的iDrive、福特的SYNC、上汽的inkaNet、卡迪拉克的CUE，豐田的G-BOOK和英菲尼迪的In Touch等，它們的功能各有特色，見表2所列。

4.3 緊急救援系統(tǒng)

安裝有緊急救援系統(tǒng)的車輛發(fā)生緊急事故時，按下救援按鍵，可通過車載遠程控制器接通客服中心。通過衛(wèi)星對車輛定位，聯(lián)合第三方救援機構，能夠快速準確地實施救援。緊急救援系統(tǒng)能夠有效提高救援效率，使人員傷亡和財產損失降到最小。

4.4 安全輔助駕駛技術

安全輔助駕駛技術主要依靠人工智能、視覺計算、雷達、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓車載電腦可在人為介入的前提下，自動安全地操作車輛。世界上的主流車商都在研發(fā)自主安全輔助駕駛技術，目前較成熟的技術有主動巡航控制系統(tǒng)、自動泊車輔助系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、倒車輔助系統(tǒng)和行車輔助系統(tǒng)等。

5 結 語

車聯(lián)網作為一個新興產業(yè)，目前還處于發(fā)展初期，其盈利模式和普及程度尚未明朗，同時也面臨種種挑戰(zhàn)，但在國家政策和科技發(fā)展的推動下，車聯(lián)網必將迎來廣闊的天地。未來車聯(lián)網在智能交通、智能駕駛和智慧城市等領域有著更廣闊的應用前景。

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