武文科

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

車聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展與應用綜述

武文科

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

車聯(lián)網(wǎng)建立了將“人-車-路”智能信息交互的平臺，是未來車輛安全、環(huán)保、道路利用效率發(fā)展的重要研究方向。文章首先對車聯(lián)網(wǎng)及相關技術進行了介紹，隨后對國內外車聯(lián)網(wǎng)技術的研究現(xiàn)狀進行了概述，最后對車聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢進行了展望。

車聯(lián)網(wǎng)；技術綜述

KCLC NO.:U463.67Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)03-88-04

引言

物聯(lián)網(wǎng)被稱為是繼計算機、物聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，而車聯(lián)網(wǎng)是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)與智能汽車兩大領域的重要交集。車聯(lián)網(wǎng)旨在解決交通問題，它能有效預防交通碰撞事故的發(fā)生。另外，車聯(lián)網(wǎng)技術還降低了交通對環(huán)境的影響，在環(huán)境保護方面發(fā)揮重要作用。本文主要對車聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展史、國內外的研究發(fā)展現(xiàn)狀進行了闡述并對其未來發(fā)展趨勢進行了展望。

1、車聯(lián)網(wǎng)簡介

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、行駛路線等構成的信息交互網(wǎng)絡，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[1]。通過RFID、攝像頭、傳感器、GPS及圖像處理等電子設備，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)議和標準，在車-路-人-網(wǎng)-環(huán)境-基礎設施之間進行無線通信或信息交換。。

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，使用路側單元（RSU, Road Side Unit），用來滿足車輛與基礎設施間的信息交換；

2）網(wǎng)絡通信功能，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)點相關的移動性管理；

3）車輛絕對定位功能，如：由全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和本地地圖提供的信息相結合的組合定位；

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接口；車輛導航功能。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

1.3.1 RFID射頻識別技術

目前車聯(lián)網(wǎng)中主要采用可以實現(xiàn)更遠讀/寫距離的有源RFID技術實現(xiàn)通信。中間件技術是目前研究的核心技術[2]。中間件是實現(xiàn)硬件設備與應用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g程序，功能是將RFID讀寫器獲取的各種數(shù)據(jù)信息經(jīng)過中間件提取、解密、過濾、格式轉換導入車聯(lián)網(wǎng)的應用程序[3]。

1.3.2 智能傳感技術

智能傳感技術研究的內容包括人工智能理論、智能控制系統(tǒng)、信號處理識別、信息融合等[4]。具體來說，車輛通過傳感器采集車輛、道路等交通基礎設施的運行參數(shù)等，根據(jù)駕駛者的意圖和環(huán)境信息確定車輛的運行狀態(tài)。

1.3.3 通信技術

在實現(xiàn)信息互通時，需要各種的無線通信技術。目前在汽車定位、通信及收費領域應用較多的是DSRC和VPS技術[5]。DSRC可以實現(xiàn)在特定小區(qū)域內對高速運動下的移動目標的識別和雙向通信，目前主要應用在電子道路收費方面;而VPS則是一種GPS+GSM技術，可以實現(xiàn)車輛定位、行車路線查詢回放、遠程斷油斷電功能。

2、車聯(lián)網(wǎng)技術的研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

2.1.1 美國

早在20世紀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60年代，美國政府交通部門開始研究電子路徑引導系統(tǒng)（ERGS）。

1999年美國聯(lián)邦通信委員會將5.9GHZ的75MHZ帶寬用作DSRC，DSRC則成為了車輛和基礎信息通信的重要通信技術。

2002年DSRC技術的標準化促進了移動通信網(wǎng)絡，尤其是車聯(lián)網(wǎng)的研究和應用。2004年美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）開始基于ADTM標準對802.11P進行修訂并開始WAVE標準的制定。

2004年美國計算機協(xié)會第一次關于車聯(lián)網(wǎng)的國際標準研討會在美國費城召開，并創(chuàng)造“VANET”一詞，即我們常說的車聯(lián)網(wǎng)。

2006年，美國交通運輸部（DOT）聯(lián)手部分汽車制造商，對V2V安全應用程序原型進行開發(fā)和測試[6]，提高車載安全系統(tǒng)在自適應控制方面的性能。同年，提出車輛基礎設施一體化（VII）概念。

2009年5月，啟動商用車基礎設施一體化工程。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》[7]，目標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、道路基礎設施、乘客的便攜式設備之間互連的交通環(huán)境。

2011年8月到2012年初，針對車聯(lián)網(wǎng)技術，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)安全技術的有效性[8]。

2012年12月，DOT發(fā)布了《2015-2019ITS戰(zhàn)略計劃》[9]，就有關美國下一代ITS戰(zhàn)略研究計劃草案進行了對話與討論，確立了下一代ITS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。

如今美國車聯(lián)網(wǎng)進入快速發(fā)展階段，其具體表現(xiàn)為：硬件價格大幅下降，大部分客戶可以接受；美國車聯(lián)網(wǎng)服務所提供的信息服務、安全保障、即時通訊、多媒體娛樂等方面已經(jīng)可以全方位滿足用戶要求。

2.1.2 日本

日本ITS的研究始于20世紀70年代。20世紀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，目標是2003年3月前在全國范圍內建設至少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)展構想提出了戰(zhàn)略規(guī)劃。同年車聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)道路交通信息通訊系統(tǒng)（VICS）基本覆蓋全日本。截至2013年年末，日本安裝該系統(tǒng)的車輛已超3000萬輛，占同期日本汽車保有量的40%。

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。

2.2 國內研究現(xiàn)狀

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公司的合資企業(yè)，在亞洲市場推出通用汽車的Onstar服務。

2009年，隨著賽格導航、好幫手、城際通等企業(yè)陸續(xù)推出相關Telematics車載信息服務系統(tǒng)，標志著中國進入Telematics時代。

2010年中國國際物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）博覽會暨中國物聯(lián)網(wǎng)大會上提出了“車聯(lián)網(wǎng)”概念，但沒有實際的技術和產(chǎn)品推出。在同年10月，國務院在“863”計劃中提出智能車、路協(xié)同關鍵技術研究以及大城市區(qū)域交通協(xié)同聯(lián)動控制關鍵技術研究。

2014年7月，阿里巴巴與上汽集團簽訂合作協(xié)議，開展互聯(lián)網(wǎng)汽車應用的相關研發(fā)，打造布局互聯(lián)網(wǎng)汽車生態(tài)圈。

2016年7月上汽推出搭載阿里巴巴YunOS操作系統(tǒng)的全球首款量產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)汽車RX5。

2.3 各國車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展對比

主要從以下四個方面對各國車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進行對比：

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

2）車路協(xié)同系統(tǒng)通信協(xié)議標準化：美國和歐盟分別定義了車-車，車-路通信協(xié)議標準，目前美國的DSRC協(xié)議在學術和企業(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)技術進展：現(xiàn)階段仍然處于相關技術的探討、實驗和測試階段，尚未進行大規(guī)模推廣和應用。

4）兩種推進方式：美國模式是政府主導，科研機構積極參與和配合；日本模式則是在政府的協(xié)調下，由工業(yè)、企業(yè)等帶頭參與和配合

3、車聯(lián)網(wǎng)技術的應用

3.1 智能駕駛

智能駕駛是指利用車路協(xié)同技術，由路側分布的大量信息感知單元采集到各種道路信息，由通訊單元通知給駕駛者，建議駕駛者作出及時、恰當?shù)鸟{駛行為。

3.2 緊急救援系統(tǒng)

在車輛內安裝智能信息終端，當車輛發(fā)生重大交通事故，結合車上的智能系統(tǒng)，將急救呼叫信號以及事故車輛所在位置信息通過無線通信網(wǎng)絡通知給路側系統(tǒng)和云后臺，以最快的速度通知最接近出事地點的緊急事故處理中心。同時也將事故消息直接通知周圍車輛，方便周圍車輛及時做出避險反映或者改道行駛。

3.3 智能化交通管理

利用車聯(lián)網(wǎng)收集、發(fā)布信息，讓駕駛者掌握整個道路的交通狀況信息，便于交管部門的管理。同時智能化交通管理還包括電子收費系統(tǒng)（ETC），讓車輛以正常速度通過路、橋收費站，降低擁堵概率。

3.4 車內互聯(lián)娛樂

利用車內車載系統(tǒng)的一個應用程序，可以實現(xiàn)車載信息系統(tǒng)與手機等移動設備交聯(lián)的功能，在車中通過語音控制和使用手機中的各類娛樂、實用APP應用程序，令駕駛者更加便利、舒適地在車內享受手機、平板等移動設備中的APP應用。

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：與路側單元、周圍車輛、控制中心通信；（6）輔助駕駛模塊：語音控制、導航控制、定位精確；（7）娛樂信息模塊：網(wǎng)絡購物、聊天、上網(wǎng)、多媒體下載、電子商務等等；

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

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

4.2 未來的服務和技術

車聯(lián)網(wǎng)將會是未來互聯(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，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)所帶動的新興服務將是未來互聯(lián)網(wǎng)服務不可分割的組成部分。

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[10-13]：

（1）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)碼設備連接互聯(lián)網(wǎng)，提供車隊管理和貨運信息服務，如：跟蹤和定位貨物，貨物狀態(tài)等等。這些服務將嵌入整個貨物供應鏈和物流鏈。

（2）集成式移動服務傳統(tǒng)的一些互聯(lián)網(wǎng)服務，如社交網(wǎng)絡等以后將迅速出現(xiàn)在我們的車上。

（3）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。

（4）敏捷的導航系統(tǒng)，安裝衛(wèi)星導航系統(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)的基礎設施采集數(shù)據(jù)。部分導航系統(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。

5、結語

在世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的大背景下，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景更加巨大，各國目前都把先行搶占車聯(lián)網(wǎng)市場當作重要戰(zhàn)略目標，各汽車制造商，IT企業(yè)都對這塊蛋糕虎視眈眈，也直接促進目前技術初具雛形。車聯(lián)網(wǎng)目前在解決交通擁堵問題、行車安全問題、駕駛者體驗問題、環(huán)境保護問題也取得了一定的成績，而車聯(lián)網(wǎng)真正想深入人們的生活，其信息采集的安全度，公民的隱私問題也需要正確的制度去解決，隨著目前國家經(jīng)費的大力投入，相信在不久的將來，車聯(lián)網(wǎng)一定會徹底地改變人們的出行體驗。

[1] 劉小洋,伍民友.車聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)在城市交通網(wǎng)絡中的應用[J].計算機應用,2012，32(4)：900-904.

[2] 羅春彬,彭龑,易彬.RFID技術發(fā)展與應用綜述[J]．通信技術，2009,42(12)∶112-114.

[3] 劉富強,單連海.車載移動異構無線網(wǎng)絡架構及關鍵技術研究[J].中興通訊技術,2010(3)∶47-51.

[4] 崔建明.BOA技術在車輛感知網(wǎng)絡中的應用研究[J].電子設計工程,2012,20(13)∶54-56.

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[9] JAMES Pol.2015_ITS_strategic plan 2015-2019 [EB/OL].[2013-11-02]. http∶ //www.its.dot.gov/strategicplan/pdf/ 2015_ITS _Strategic Plan2015-2019.

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[11] ORSE.Official website of electronic toll collection (ETC) project [EB/OL]. [2013-11-3].http：//www.orse.or.jp/ English /index.html.

[12] ETC. Easy learning ETC [EB/OL]. [2013-11-03].http∶//www. goetc.jp/english.

[13] Official Website of VICS. How VICS works [EB/OL]. [2013-11 -03]. http//www.vics. or.jp/english/vics/index. html.

Review of the Development and Application of Connected Vehicles Technology

Wu Wenke
（Chang'an University Automotive Institute, Shaanxi Xi'an 710064）

Connected vehicles has established a"human-cars-road" intelligent information exchange platform,which is an important research direction of future vehicle safety, environmental protection and road utilization efficiency. In this paper, connected vehicles and related technologies are introduced, then the domestic and foreign connected vehicles technology research status is summarized, finally, the future development trend of connected vehicles is forecasted.

Connected Vehicles; Technical Review

U463.67

A

1671-7988 (2017)03-88-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.033

武文科，就讀于長安大學。