王雷 王傳磊

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

關(guān)鍵詞：汽車保有量；物聯(lián)網(wǎng)；車聯(lián)網(wǎng)；信息交互

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

汽車給人們出行帶來便利的同時(shí)，也產(chǎn)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(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用，它能夠收集汽車、行人與道路等相關(guān)信息，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使信息共享并相互聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)人、車、路的智能協(xié)同控制。

1 車聯(lián)網(wǎng)的概況

1.1 車聯(lián)網(wǎng)的定義

目前，車聯(lián)網(wǎng)還沒有明確的定義，根據(jù)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是由車輛位置、速度和路線等信息構(gòu)成的巨大交互網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)，收集、處理和共享大量信息，使車輛、行人、道路和城市網(wǎng)絡(luò)等相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成有效信息流和智能控制流，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有車輛的有效監(jiān)管并提供綜合服務(wù)，實(shí)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(wǎng)的發(fā)展

2010年10月28日，中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)暨中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)首次提出了“車聯(lián)網(wǎng)（Internet of Vehicles）”一詞，這一年也被稱為車聯(lián)網(wǎng)元年[1]，2011年，車聯(lián)網(wǎng)被列入我國(guó)重大專項(xiàng)。2010-2014年，我國(guó)頒布了一系列車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策，在政府和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下，促使了車聯(lián)網(wǎng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的《國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）》全面推動(dòng)了車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定，推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

我國(guó)是世界上最大的汽車生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2010-2016年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量如圖1所示。汽車年銷量和保有量穩(wěn)步增長(zhǎng)也為構(gòu)筑車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)打下良好基礎(chǔ)。車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋汽車零部件生產(chǎn)廠家、芯片廠家、軟件供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商等多個(gè)領(lǐng)域。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)的工作原理

無線網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)了道路基礎(chǔ)設(shè)施與車載終端的互通；云接入實(shí)現(xiàn)了云平臺(tái)與道路基礎(chǔ)設(shè)施的互通；通過4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了車載終端與云平臺(tái)的互通。車聯(lián)網(wǎng)工作原理如圖2所示。各傳感器獲取車輛的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各控制單元間傳輸，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)通信。利用衛(wèi)星定位和無線通信技術(shù)與附近的車輛和道路環(huán)境建立車載自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路的互通。通過云接入，道路基礎(chǔ)設(shè)施將獲取的交通信息發(fā)送給車載終端，并把探測(cè)到的周圍交通狀況上傳給云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車載自組織網(wǎng)絡(luò)內(nèi)車輛交通信息的共享。

2 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)利用專用協(xié)議整合網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息交互。其系統(tǒng)架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖3所示。

（1）感知層利用各種信息采集設(shè)備進(jìn)行信息采集、存儲(chǔ)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(shí)別等。

（2）網(wǎng)絡(luò)層通過有線通信網(wǎng)絡(luò)，3G/4G，WiFi，無線通信網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的安全可靠傳輸。

（3）應(yīng)用層可分為兩個(gè)子層，一個(gè)是應(yīng)用程序?qū)?，主要功能為?shù)據(jù)處理，同時(shí)也是車聯(lián)網(wǎng)各種具體服務(wù)的實(shí)現(xiàn)；另一層是人機(jī)交互界面，定義與用戶交互的方式和內(nèi)容。

3 車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，是多領(lǐng)域技術(shù)的集成群，涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、車載通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如圖4所示。

3.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)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(duì)溫度、位置、車速、加速度和振動(dòng)等車輛信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量，并通過CAN網(wǎng)絡(luò)對(duì)整車進(jìn)行監(jiān)控與診斷。車外數(shù)據(jù)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(cè)車輛狀態(tài)等信息，所用技術(shù)主要包括雷達(dá)/激光測(cè)速、地感/地磁檢測(cè)和雷達(dá)/超聲波測(cè)距。

3.2 識(shí)別技術(shù)

識(shí)別技術(shù)主要包括語音識(shí)別、視頻圖像識(shí)別和射頻識(shí)別。目前，大多數(shù)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(shí)別技術(shù)對(duì)車載診斷進(jìn)行控制。語音識(shí)別能夠解放駕駛員的雙手和雙眼，加強(qiáng)行車安全；視頻圖像識(shí)別通過視頻或圖像抓拍的方式，采用光電、圖像處理、模式識(shí)別和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)，對(duì)車輛車牌、車輛行為和交通信息等進(jìn)行識(shí)別；射頻識(shí)別是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信數(shù)據(jù)交換，以達(dá)到識(shí)別目的，工作原理如圖5所示。

3.3 無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)主要包括專用短程通信（DSRC），WiFi，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和ZigBee。DSRC適用于小范圍的無線通信，能夠?qū)崿F(xiàn)車與車、車與路間相關(guān)數(shù)據(jù)、視頻和音頻安全可靠的雙向傳輸，體系架構(gòu)如圖6所示。WiFi是無線局域網(wǎng)的一種，具有傳輸速率高、便捷、費(fèi)用低等特點(diǎn)；蜂窩網(wǎng)絡(luò)是指將服務(wù)區(qū)劃分為若干個(gè)彼此相鄰的小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功率、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

3.4 車載通信網(wǎng)絡(luò)

車載通信網(wǎng)絡(luò)是一種車與車，車與路之間通信的車載自組網(wǎng)。在一定范圍內(nèi)，車輛之間可自動(dòng)連接建立一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并共享數(shù)據(jù)和信息，同時(shí)還能通過路邊節(jié)點(diǎn)的通信接入互聯(lián)網(wǎng)，以便獲取更多信息資源，如圖7所示。車載通信網(wǎng)絡(luò)除具有一般網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)外，還具有獨(dú)特的性能，如地理位置限制、高動(dòng)態(tài)性、可預(yù)測(cè)移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)密度動(dòng)態(tài)性和需要存儲(chǔ)足夠能量等。

3.5 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要包括云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)。云計(jì)算技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模資源整合思想的具體化，關(guān)鍵技術(shù)含有虛擬化技術(shù)、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理技術(shù)、信息安全技術(shù)等。大數(shù)據(jù)技術(shù)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)分析和結(jié)果展示五部分。如果云計(jì)算相當(dāng)于一個(gè)巨大的容器，則大數(shù)據(jù)即是容器中的液體。

4 車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)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(shù)等領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用。

4.1 智能交通系統(tǒng)

車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是廣義的物聯(lián)網(wǎng)與智能交通的結(jié)合，將各種先進(jìn)技術(shù)有效集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系中，實(shí)現(xiàn)人與車、車與車、車與路的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)車輛的監(jiān)控、定位識(shí)別等功能。具體應(yīng)用包括運(yùn)營(yíng)車輛調(diào)度管理系統(tǒng)、ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)、智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)和交通違章自動(dòng)拍攝系統(tǒng)等。車聯(lián)網(wǎng)與智能交通的結(jié)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(dǎo)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(shí)，按下救援按鍵，可通過車載遠(yuǎn)程控制器接通客服中心。通過衛(wèi)星對(duì)車輛定位，聯(lián)合第三方救援機(jī)構(gòu)，能夠快速準(zhǔn)確地實(shí)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(cái)產(chǎn)損失降到最小。

4.4 安全輔助駕駛技術(shù)

安全輔助駕駛技術(shù)主要依靠人工智能、視覺計(jì)算、雷達(dá)、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(dòng)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(shù)，目前較成熟的技術(shù)有主動(dòng)巡航控制系統(tǒng)、自動(dòng)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(jié) 語

車聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新興產(chǎn)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(shí)也面臨種種挑戰(zhàn)，但在國(guó)家政策和科技發(fā)展的推動(dòng)下，車聯(lián)網(wǎng)必將迎來廣闊的天地。未來車聯(lián)網(wǎng)在智能交通、智能駕駛和智慧城市等領(lǐng)域有著更廣闊的應(yīng)用前景。

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