張建華，鄒常豐

（東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

車聯(lián)網(wǎng)的概念引申自物聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)行業(yè)背景不同，對車聯(lián)網(wǎng)的定義也不盡相同。傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)定義是指裝載在車輛上的電子標(biāo)簽通過無線射頻等識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)管并提供綜合服務(wù)的系統(tǒng)。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)包含的內(nèi)容更為廣泛。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略的聯(lián)盟定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在以車為中心系統(tǒng)之間，進(jìn)行無線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)?；谀壳案鞔蟪鞘薪煌〒矶卢F(xiàn)象十分嚴(yán)重及交通安全和環(huán)境污染問題的日益突出，發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是必然趨勢，同時(shí)，也是解決上述問題的最有效方式。這里主要從車聯(lián)網(wǎng)的基本原理及其未來發(fā)展趨勢兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

1 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理

車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)延伸，其整體結(jié)構(gòu)（見圖1）分為三個(gè)層次，即硬件平臺，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。車聯(lián)網(wǎng)硬件平臺:由多種傳感器及信號處理電路構(gòu)成，包括電源轉(zhuǎn)換、信號處理、數(shù)據(jù)處理與儲存等，硬件平臺是車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是信息的來源，通過傳感器將車輛外的環(huán)境信息、車內(nèi)的信息轉(zhuǎn)換為能夠被控制中心處理識別的信號。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件層:由系統(tǒng)管理、通信系統(tǒng)、無線通信及語音等構(gòu)成，系統(tǒng)軟件層在車聯(lián)網(wǎng)中為中樞部分，能夠?qū)⒂布脚_得到的信息進(jìn)行傳遞和處理，目前，已經(jīng)制定了車載環(huán)境下無線接入的相關(guān)協(xié)議。車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件層:主要是結(jié)合不同用戶的需求提供不同的應(yīng)用，利用車聯(lián)網(wǎng)對車輛進(jìn)行控制、安全駕駛，在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用并提供相應(yīng)的信息服務(wù)等。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖2 車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信主要由車與車之間的通信和車路間的通信組成。車輛所配備的車載單元能夠完成與車輛及路側(cè)設(shè)施之間的通信功能。車載單元主要由幾個(gè)功能模塊構(gòu)成，有通信模塊、采集模塊、定位模塊等。路側(cè)單元的功能是將測得車輛的相關(guān)信息發(fā)送到控制中心，同時(shí)，也將控制中心的指令傳給車輛。管理控制中心把其所負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的車輛信息進(jìn)行分析處理，對道路上的交通狀況進(jìn)行控制管理。管理的控制中心包含有一些功能模塊，有動(dòng)態(tài)交通模塊、管理模塊、停車誘導(dǎo)模塊。車上的乘客和駕駛員如果需要查詢交通信息，可以通過智能手機(jī)與車載單元及路側(cè)的設(shè)施單元進(jìn)行通信連接，獲得幫助及交通信息。

2 車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)體系

圖3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從系統(tǒng)的架構(gòu)特點(diǎn)方面考慮，可將其分為以車輛為中心的智能車載系統(tǒng)和以道路基礎(chǔ)設(shè)施為研究重點(diǎn)的智能路側(cè)系統(tǒng)。其中智能車載系統(tǒng)的主要功能是車載信息采集、車載信息傳輸和車輛安全預(yù)警等；智能路側(cè)系統(tǒng)主要完成道路行車信息的獲取、道路環(huán)境之間的交通信息交流與發(fā)布、提高交通效益的交通控制等子系統(tǒng)。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能取決于通信模塊，并將車載系統(tǒng)和路測系統(tǒng)聯(lián)系起來，車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架如圖3所示。

2.1 車與路及車與車間的通信技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)信息通信的主要特點(diǎn)是通信節(jié)點(diǎn)的高頻變化和位置的變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方面提出了較大挑戰(zhàn)。車聯(lián)網(wǎng)的通信包括車與車間的通信以及車與路側(cè)設(shè)施間的通信，一般采用無線局域網(wǎng)通信和蜂窩通信的形式。車載通信技術(shù)主要采用3G、CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，由于這種形式通信成本高，通信速率和質(zhì)量受到限制。隨著無線技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的普及，局域網(wǎng)技術(shù)開始覆蓋城市的每個(gè)角落，由于使用 WLAN進(jìn)行通信，一方面可以使通信成本降低，另一方面能夠提高帶寬，改善通信質(zhì)量，滿足車載系統(tǒng)的通信實(shí)時(shí)交互性要求。在國際上車聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議采用目前國際上的IEEE 802.11p標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該協(xié)議的特點(diǎn)是較適合在智能交通領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。

2.2 智能車載系統(tǒng)技術(shù)

智能車載系統(tǒng)是將各類車載傳感器采集到的車輛交通信息、路測信息以及車輛自身狀況的行駛信息等，傳送到車載控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并將所得的結(jié)果形成服務(wù)信息提供給駕駛員。在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，智能車載系統(tǒng)還能通過與路側(cè)系統(tǒng)之間的通信，接受中央控制中心發(fā)送的相關(guān)指令信息。智能車載系統(tǒng)技術(shù)總體上可以分為以下幾個(gè)層次。

1）高精度車輛定位技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在工作的過程中，車輛位置信息的確定是信息聯(lián)系的基礎(chǔ)。由于在研究車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的功能模塊時(shí)必須獲得車輛所處的位置信息，便于進(jìn)行輔助駕駛、路徑優(yōu)化及車輛行駛狀態(tài)的監(jiān)控等。定位技術(shù)的好壞直接決定了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能，目前，在比較復(fù)雜的城市環(huán)境下，對車輛的位置進(jìn)行較精確的確定，還是個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。定位技術(shù)一般可分為絕對定位和相對定位兩種，采用衛(wèi)星定位獲得被測車輛的經(jīng)緯度位置信息的方式通常是絕對定位技術(shù)。在交通管理和控制中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集都來源于車輛的位置信息，例如道路交通流量的統(tǒng)計(jì)、車輛行駛過程中的動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)、智能交通中的安全預(yù)警系統(tǒng)等。在我國采用的是北斗系統(tǒng)，隨著技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，北斗定位將成為我國定位技術(shù)的發(fā)展趨勢。同時(shí)，可以通過車與車間的通信及車路通信技術(shù)的進(jìn)一步提高，完善車輛定位精度，估算車輛與車輛間的相對位置，目前，一般采用多信息融合技術(shù)來提高定位精度。

2）車輛安全預(yù)警技術(shù)。車輛在道路行駛過程中安全預(yù)警技術(shù)是控制車輛行駛及交通安全的前提。車輛行駛過程中的安全指標(biāo)參數(shù)包括車輛的行駛速度、行駛系各種介質(zhì)的溫度、車輛轉(zhuǎn)向系和驅(qū)動(dòng)系的工作是否正常等，車輛傳感器能夠隨時(shí)提供這些指標(biāo)參數(shù)。車輛行駛的路測信息主要有非機(jī)動(dòng)車和行人的信息、交通狀況信息、道路通行條件信息等，該信息可以通過車輛與路側(cè)設(shè)施的通信獲得，也可以通過視頻采集的方式獲得。將地理信息系統(tǒng)適當(dāng)放大比例可以查詢道路線形信息，由于目前該領(lǐng)域的技術(shù)正處于加速建設(shè)階段，地理信息系統(tǒng)的更新速度總是滯后于道路線形的變化速度，因此，電子地圖還不能提供全部的地理信息，需要采用車載單元及傳感器的手段，獲取道路的線形信息，但該種方法不能夠?qū)崿F(xiàn)較好的實(shí)時(shí)性。目前，比較有效的解決方式是通過車輛與車輛間的通信，將前車采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給后車。針對我國的交通特點(diǎn)，由于人車混行的現(xiàn)象很普遍，所以，對于行人和非機(jī)動(dòng)車信息的采集及處理，在交通安全及車輛的無人駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面具有重要作用。綜上所述，采用單一手段獲取交通信息已不能夠滿足需要，多傳感器的信息融合技術(shù)將是該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

3）車載系統(tǒng)一體化集成技術(shù)。在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，車載系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)、車間及車路間的信息通信，隨著電子技術(shù)及大規(guī)模集成技術(shù)的快速發(fā)展，車載系統(tǒng)的一體化集成已成為必然，該技術(shù)具有便于節(jié)約車內(nèi)有限空間、方便駕駛員操作等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，寶馬及沃爾沃廠家以車輛自身探測采集到的交通信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行車道偏離、行人探測和自動(dòng)自適應(yīng)巡航系統(tǒng)等，構(gòu)建車輛的主動(dòng)安全系統(tǒng)，在一體化集成系統(tǒng)中，多源信息的融合才能從根本上提高系統(tǒng)的整體性能。集成化主要包括行車安全預(yù)警控制模塊和智能信息服務(wù)模塊兩部分。能夠完成對行駛過程中出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警的任務(wù)，并根據(jù)所采集的信息進(jìn)行分析，提供不同級別的預(yù)警信息，同時(shí)，對車輛的控制進(jìn)行調(diào)整，盡可能地減少對乘客的影響。動(dòng)態(tài)和靜態(tài)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是智能信息服務(wù)模塊的主要功能，在提高交通效益和安全方面具有重要作用。

圖4 車載系統(tǒng)一體化示意圖

3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用及趨勢

3.1 在交通管理中的應(yīng)用

目前，交通的三大問題，安全、效率、能源和污染排放問題日益嚴(yán)重，各種各樣的智能交通發(fā)展得到了推廣，在某種程度上緩解了一些問題。車聯(lián)網(wǎng)及信息互聯(lián)是智能交通發(fā)展的大趨勢，車聯(lián)網(wǎng)的主要核心技術(shù)是車載服務(wù)信息系統(tǒng)，各國都在應(yīng)用其管理交通，美國是以安防為主，歐洲以導(dǎo)航為主，日本以動(dòng)態(tài)交通信息為主，該技術(shù)的發(fā)展趨勢為遠(yuǎn)程監(jiān)控和多元信息的采集決策等。我國目前車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1）動(dòng)態(tài)及靜態(tài)交通管理方面:智能收費(fèi)系統(tǒng)，自動(dòng)路徑導(dǎo)航系統(tǒng)，智能停車場管理，智能車輛調(diào)度，智能交通信號燈管理，車輛監(jiān)控；

2）公共安全方面:智能超速超載報(bào)警系統(tǒng)，智能預(yù)警系統(tǒng)，疲勞駕駛檢測系統(tǒng)；

3）公交服務(wù):智能交通查詢系統(tǒng)，智能收費(fèi)系統(tǒng)；

4）物流運(yùn)輸領(lǐng)域:智能車輛管理系統(tǒng)，貨物實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，物流檢測系統(tǒng)。

3.2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展最終還應(yīng)依托于通信平臺，該通信方式應(yīng)該為一種多模式通信，并與互聯(lián)網(wǎng)互通。我國目前在這方面的研究還處于探索階段，并沒有得到實(shí)際應(yīng)用和需求推廣，瑞典一些國家已經(jīng)開始在車輛通信方面制定相關(guān)的協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)。車載信息的交互應(yīng)該是海量數(shù)據(jù)的處理，通信技術(shù)如何與交通相結(jié)合，還是今后的研究重點(diǎn)，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在主要還是3G技術(shù)，在今后的發(fā)展中也會(huì)不斷地以實(shí)際需求為導(dǎo)向，融合借鑒新技術(shù)也是當(dāng)前需要解決的問題，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是人、車、路的協(xié)同一體化。

4 結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)今交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，所包含的內(nèi)容和范圍很廣，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國智能交通的建設(shè)領(lǐng)域還處于探索階段，車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)在于車輛的精確定位及通信平臺的建立，隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷建設(shè)和完善，車輛及交通管理控制的智能化程度進(jìn)一步加強(qiáng)，交通問題一定會(huì)得到很好的解決。

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