孫熙家

(遼寧科技大學 計算機與軟件工程學院,遼寧 鞍山 114051)

0 引言

隨著全球智慧城市建設的加速推進,車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)領域的重要組成部分,正在城市的各領域中發(fā)揮著越來越重要的作用,為我國的城市發(fā)展帶來了更多的可能性。當前,車聯(lián)網(wǎng)的應用已經(jīng)不僅局限于城市交通管理領域,還擴展至智能能源管理、智慧環(huán)境監(jiān)測、智能安防等其他領域。這種全方位的應用正在助推智慧城市的快速發(fā)展,為城市居民的生活帶來了全新的體驗。通過與其他領域的融合創(chuàng)新,車聯(lián)網(wǎng)將不斷提升城市的運行效率和智能化水平,為居民提供更為便捷、舒適的出行服務。

1 車聯(lián)網(wǎng)的體系結構和關鍵技術分析

車聯(lián)網(wǎng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡技術,其體系結構特點與物聯(lián)網(wǎng)技術相類似。車聯(lián)網(wǎng)的體系結構主要分為感知層、網(wǎng)絡層以及應用層[1]。根據(jù)結構層次的不同,車聯(lián)網(wǎng)主要有分為數(shù)據(jù)采集、無線通信、云計算和大數(shù)據(jù)分析三類關鍵技術。

1.1 數(shù)據(jù)采集技術

數(shù)據(jù)采集技術通過各種信息采集設備,收集有關車輛、交通和環(huán)境的信息。根據(jù)應用領域和所測量的信息類型,數(shù)據(jù)采集技術分為多種類別,其中包括射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)和傳感器兩大主要類型。

RFID主要由標簽、讀寫器和天線3個部分組成。作為構建和實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的基礎,RFID技術將得到的信息傳遞到計算中心,為終端平臺的智能分析提供數(shù)據(jù)樣本。RFID技術在識別過程中無需人工干預,因此即使設備處于較為惡劣的工作環(huán)境中,也能夠保障信息獲取的準確性。同時,RFID技術能夠識別在高速運動狀態(tài)下的物體信息,大大拓展了車聯(lián)網(wǎng)的應用場景[2]。

傳感器技術是車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的關鍵技術。車聯(lián)網(wǎng)的目的是建立起人、道路狀況和車輛之間的信息網(wǎng)絡,而車聯(lián)網(wǎng)使用過程中的側重點則是準確地為駕駛員提供車輛和道路狀況的信息。通過傳感器采集到各種交通基礎設施的運行參數(shù),車聯(lián)網(wǎng)可以獲得路況信息、橋梁壓力參數(shù)等數(shù)據(jù),為駕駛員在行駛路線等方面做出的決策提供判斷依據(jù)[3]。

1.2 無線通信技術

無線通信技術是實現(xiàn)信息傳輸和交換的關鍵技術。利用無線通信技術,感知層可以將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綉脤?使人們能通過控制指令實現(xiàn)遠程操作。無線通信技術通常是指距離較近的通信技術,如藍牙、ZigBee以及Wi-Fi等技術。

其中,車用無線通信技術(Vehicle to Everything,V2X)是一種基于無線通信的技術,它使車輛能夠與周圍環(huán)境中的其他車輛、交通基礎設施、網(wǎng)絡以及行人進行雙向通信,這包括車輛到車輛(Vehicle to Vehicle,V2V)、車輛到基礎設施(Vehicle to Infrastructure,V2I)、車輛到網(wǎng)絡(Vehicle to Network,V2N)、車輛到行人(Vehicle to Pedestrian,V2P)等通信形式,如圖1所示。這些通信形式依賴于Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(如5G、LTE)等無線通信技術。

圖1 V2X組成結構

通過V2X技術的應用,車輛之間及車輛和周圍環(huán)境可以進行實時數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)更安全、高效、智能的交通系統(tǒng),進而推動智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。

1.3 云計算和大數(shù)據(jù)分析

車聯(lián)網(wǎng)中的云計算技術,主要是對感知層上傳至云端的大量數(shù)據(jù)進行存儲和分析。大數(shù)據(jù)分析技術會基于歷史數(shù)據(jù)和參考模型,根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)類型,預測交通流、擁堵情況以及未來交通事件的可能性,為駕駛員和交通管理者提供更好的決策支持。云計算和大數(shù)據(jù)分析能夠智能反饋變化的交通條件,使車輛更快地適應復雜的交通環(huán)境。同時,經(jīng)過算法優(yōu)化后的大量有效數(shù)據(jù)會按照一定的規(guī)則存入數(shù)據(jù)庫中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類,進而提高系統(tǒng)靈活性和查詢效率。

2 車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的具體應用

隨著科技的不斷發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)構建了一個系統(tǒng)規(guī)模龐大的網(wǎng)絡體系并在不斷地進行完善。在這個網(wǎng)絡體系下,通過車、人、云的彼此連接,車聯(lián)網(wǎng)在城市的智能交通管理、交通擁堵控制、環(huán)境監(jiān)測調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮了重要作用,為智慧城市的建設與管理提供有效的技術服務[4]。目前,智慧城市中的車聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于以下幾個領域。

(1)智能交通管理:在車聯(lián)網(wǎng)的作用下,人們可以了解實時的交通信息。車輛上裝載的車載傳感器會收集道路上的實時數(shù)據(jù),包括交通流量、車速等,通過網(wǎng)絡與其他車輛和交通管理中心共享這些信息。這使得城市交通管理系統(tǒng)能夠及時獲得準確的交通狀況,基于實時數(shù)據(jù),智能調(diào)整信號燈配時、優(yōu)化路線規(guī)劃等管理策略,以降低擁堵,減少通勤時間,提高整體交通效率。

(2)智慧停車系統(tǒng):車聯(lián)網(wǎng)技術可以通過車輛上的傳感器、攝像頭等感知設備實時監(jiān)測停車位的占用情況。這些信息將通過網(wǎng)絡分享給駕駛員,使其能夠更快速地找到可用的停車位,減少在尋找停車位上的時間和燃油消耗,有助于降低城市交通系統(tǒng)的整體能源消耗。同時,車輛配備的智能導航系統(tǒng)可以獲取停車位數(shù)據(jù),提供實時的導航建議,引導駕駛員到達最近的可用停車位,從而減少城市中的交通擁堵情況。

(3)環(huán)境監(jiān)測與改善:車聯(lián)網(wǎng)傳感器可實時監(jiān)測城市的空氣質(zhì)量指標,如粉塵、顆粒物濃度等。這些數(shù)據(jù)有助于城市規(guī)劃者制定環(huán)境改善策略,減少空氣污染對居民健康的影響。同時,車輛傳感器可以檢測城市中的噪聲水平,幫助城市管理者了解噪聲污染狀況,采取相應的減噪措施,提升城市居住環(huán)境品質(zhì)。

(4)交通安全和自動駕駛:處于車聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的車輛可以共享交通事件信息,如道路事故、路面施工封閉等,為其他駕駛員提供實時的交通警報,有助于避免潛在的交通事故。同時,隨著人工智能的應用,車輛能夠實現(xiàn)自動駕駛,而車聯(lián)網(wǎng)技術是實現(xiàn)自動駕駛的基礎,通過車輛間的通信和傳感器技術,車輛能夠共同協(xié)作,提高行車的安全性和效率。

3 車聯(lián)網(wǎng)對車輛行駛的關鍵作用

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)在車輛上的應用越來越廣泛。這種技術的應用為駕駛員提供了安全保障和個性化服務,在車輛行駛中起著重要作用,突顯了車聯(lián)網(wǎng)以用戶體驗為中心的發(fā)展趨勢。

3.1 車輛安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)

車輛內(nèi)的安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)作為車聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,為交通安全和駕駛員健康提供更為全面的保障。隨著科技的不斷進步,健康監(jiān)測與預警系統(tǒng)能夠實時檢測駕駛員的多種生理數(shù)據(jù),如心率、血壓、體溫等,通過短距離無線通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端,進行數(shù)據(jù)分析以得出駕駛員的健康狀況。當系統(tǒng)檢測到駕駛員疲勞駕駛、車輛前方有障礙物或交通堵塞時,系統(tǒng)會自動向駕駛員發(fā)送預警信息,提醒其調(diào)整狀態(tài)、及時減速或改變行駛路線,以避免發(fā)生交通事故或交通擁堵。這一技術的應用為駕駛員提供了極大的便利,使他們能夠及時了解自身的生理健康狀況,從而在遇到危險時采取有效措施,保障行車安全。

同時,多傳感器數(shù)據(jù)融合技術的應用也有助于減少健康監(jiān)測與預警系統(tǒng)在檢測時產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)以及多種因素的干擾,準確地獲取駕駛員的健康數(shù)據(jù),進而提高交通安全,減少交通事故的發(fā)生,更好地保障人民生命財產(chǎn)安全[5]。

3.2 車載導航與娛樂

在保障行駛安全的同時,車聯(lián)網(wǎng)也為駕駛員和乘客配備了多樣化的服務方式,以提供更豐富、愉悅的駕駛和乘坐體驗。

車載娛樂功能是車聯(lián)網(wǎng)中的一個重要組成部分。通過高級多媒體系統(tǒng)的觸摸屏和音響系統(tǒng),駕駛員和乘客可以享受到豐富多樣的車載娛樂內(nèi)容,包括音樂、電視節(jié)目等。駕駛員在行車過程中可以通過車載系統(tǒng)播放自己喜愛的音樂,或者在停車等待時獲取最新的資訊,在行程中獲得放松和娛樂。

智能導航功能是車聯(lián)網(wǎng)提供的另一個重要服務。借助實時交通狀況和個人喜好等信息,智能導航系統(tǒng)可以為用戶推薦最佳路線,以最快、最省時的方式到達目的地。這種個性化的路線規(guī)劃不僅能夠減少駕駛時間,還能夠避免擁堵和交通事故,為用戶提供更加愉悅的駕駛和出行體驗。智能導航系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的偏好和歷史駕駛記錄,推薦經(jīng)過景點或風景優(yōu)美的路線,讓駕駛過程更加愉悅和輕松。

4 車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

隨著科技的不斷進步和智慧城市建設的推進,許多城市已經(jīng)開始采用車聯(lián)網(wǎng)來優(yōu)化城市交通管理、提升交通運輸效率。通過實時交通監(jiān)測、智能信號燈控制、交通擁堵預測等功能,車聯(lián)網(wǎng)技術有助于緩解城市交通壓力,提高道路利用效率,減少交通事故發(fā)生率。

車聯(lián)網(wǎng)在城市建設中發(fā)展前景廣闊,但同時也面臨較多挑戰(zhàn),如數(shù)據(jù)安全保障、技術瓶頸突破等。為推動車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設中的發(fā)展,行業(yè)應當重點關注和解決相關問題。第一,確保用戶數(shù)據(jù)的絕對安全,采用隱私計算、數(shù)據(jù)脫敏、訪問控制等技術手段對用戶隱私數(shù)據(jù)進行保護,從而避免損害用戶個人權益以及危害社會和國家安全。第二,重點突破當前所面臨的技術瓶頸,如通信技術、傳感器技術、數(shù)據(jù)處理能力等方面的限制,研究人員應加強車聯(lián)網(wǎng)的基礎研究和技術創(chuàng)新,以提升車聯(lián)網(wǎng)的感知、決策和控制能力,探索全新的感知技術、協(xié)同控制策略以及自適應決策算法等[6]。

展望未來,車聯(lián)網(wǎng)將為智慧城市交通管理的發(fā)展帶來全新的變革和提升,助力實現(xiàn)更高效、更安全、更智能的城市建設目標。

5 結語

文章通過對車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市交通管理領域的深入分析,印證了車聯(lián)網(wǎng)在推動智慧城市智能化和高效化建設的重要作用。當前,盡管車聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)取得了顯著進展,但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此,車聯(lián)網(wǎng)領域應持續(xù)加強技術研發(fā),促進產(chǎn)業(yè)合作與創(chuàng)新。未來,融合多種技術的復合型車聯(lián)網(wǎng)體系將為城市居民提供更安全、便捷、舒適的出行體驗,為建設智能、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化城市提供更為有效的技術支撐。