车联网技术应用综述_车联网应用综述

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车联网技术应用综述

摘 要：车联网技术旨在解决交通运输领域中存在的交通安全、效率、环境等问题，文中介绍了车联网的基本概念、国内外车联网的发展史、国外车联网的行业步伐、国内车联网产业发展情况及规模等情况。并根据这些实际情况，展望了未来的车辆配置、待实现的服务和技术、以及车联网的发展趋势。

关键词：车联网；RFID；传感技术；大数据；移动计算

中图法分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2014）06-0069-04

0引言

车联网技术旨在解决交通问题，首先车联网能有效预防交通碰撞事故的发生，一些最早研究车联网技术的国家已取得显著成绩。其次车联网可以使系统运营商和用户对出行方式做出最佳选择。再次，车联网技术降低了交通对环境的影响，在环境保护方面发挥重要作用。本文阐述了车联网的基本概念、发展史、国内外车联网行业步伐及发展情况，并对车联网未来的发展趋势进行展望。

1车联网的定义及系统功能要求

1.1车联网的定义

车联网（Connected Vehicles）：即由车辆位置、行驶速度、行驶路线等构成的信息交互网络，是一种向信息通信、环保、节能、安全等方向发展的车-网联合技术[1]。通过RFID、摄像头、传感器、GPS及图像处理等电子设备，实现对车辆、道路、交通环境等信息的采集；按照一定的通信协议和标准，在车-路-人-网-环境-基础设施之间进行无线通信或信息交换；云中心采用计算机技术分析和处理车辆数据信息，从而计算出不同车辆的最佳路线，及时汇报路况和安排信号灯周期，实现对人、车、路进行智能监控、调度和管理。车联网是物联网技术在交通系统领域的典型应用，是信息社会和汽车社会融合的结果。

1.2系统功能要求

一般地讲，车联网系统的功能要求有如下几条：

（1）无线电通信能力，如：单跳无线通信范围；使用的无线电频道；可用带宽和比特率；无线通信信道的鲁棒性；无线电信号传播困难的补偿水平，例如，使用路侧单元（RSU，Road Side Unit），用来满足车辆与基础设施间的信息交换；

（2）网络通信功能，如：传播方式：单播，广播，组播，特殊区域的广播；数据聚合；拥塞控制；消息的优先级；实现信道和连通性管理方法；支持IPv6或IPv4寻址；与接入互联网的移动节点相关的移动性管理；

（3）车辆绝对定位功能，如：全球导航卫星系统（GNSS），如全球定位系统（GPS）；组合的定位功能，如由全球导航卫星系统和本地地图提供的信息相结合的组合定位；

（4）车辆的安全通信功能，如：尊重匿名和隐私；完整性和保密性；抗外部攻击；接收到数据的真实性；数据和系统完整性；

（5）车辆的其他功能，如：车辆提供传感器和雷达接口；车辆导航功能。

2国内外车联网的发展史

2.1美国

早在20世纪50年代，部分美国私营公司开始为汽车研发自动控制系统。20世纪60年代，美国政府交通部门开始研究电子路径引导系统（Electronic Route Guidance Systems，ERGS）。70年代初至80年代，美国对智能交通系统的研究处于停滞阶段。

2006年，为解决迫在眉睫的安全问题，美国交通运输部（DOT）联手部分汽车制造商，对V2V安全应用程序原型进行开发和测试[2]，提高车载安全系统在自适应控制方面的性能。开发和测试成果对美国高速公路安全管理局（NHTSA）未来的决策起非常重要的参考作用。同年，提出车辆基础设施一体化（VII）概念。

2009年5月，启动商用车基础设施一体化工程（Commercial Vehicle Infrastructure Integration）。同年12月，DOT发布了《智能交通系统战略研究计划：2010-2014》[3]，目标是利用无线通信建立一个全国性多模式的地面交通系统，形成车辆、道路基础设施、乘客的便携式设备之间互连的交通环境，为期五年，每年投入1亿美元，核心项目为IntelliDrive（智能驾驶），预计于2014年完成。

2011年8月到2012年初，针对车联网技术，美国在六个不同地区进行了现实环境下驾驶员安全驾驶测试，用以评估用户对新的V2V技术接受程度。2012年秋天到2013年秋天，继续开展对安全驾驶模型的研究工作，以测试车联网安全技术的有效性[4]。

2012年12月，DOT发布了《2015-2019 ITS战略计划》[5]，就有关美国下一代ITS战略研究计划草案进行了对话与讨论，该报告显示美国在保持以往研究项目连续性的同时，已开始制订2015-2019年ITS研究计划，确立研究和发展的重点和主题，以满足新兴的研究需求，进一步提高车联网的安全性、流畅性和环境保护。

2.2日本

日本ITS的研究始于20世纪70年代。20世纪80年代中期至90年代中期，相继完成了路――车通信系统（RACS）、交通信息通信系统（TICS）、超智能车辆系统（SSVS）、安全车辆系统（ASV）等方面的研究。

2000年4月，日本ETC国家行动计划开始正式实施，目标是2003年3月前在全国范围内建设至少900个收费站，实现高速公路联网不停车收费和服务系统。2003年7 月，智能交通系统战略委员会发布了《日本智能交通系统战略规划》，对智能交通系统的短期和中长期的发展构想提出了战略规划。2011年，日本全国高速公路系统引进“ITS站点智能交通系统”，它能够及时向车载导航系统快速提供海量交通信息和图像，有效的缓解了交通拥堵和改善驾驶环境。

2.3中国

1986年，第一套国产信号控制系统在南京开发。1991年，第一套国产信号控制系统在南京主城区安装完毕，并通过了调试。

2007年12月初，通用汽车公司与上汽集团成立了一家名为上海安吉星信息服务公司的合资企业，在亚洲市场推出通用汽车的Onstar服务。2009年，随着赛格导航、好帮手、城际通等企业陆续推出相关Telematics车载信息服务系统，标志着中国进入Telematics时代。

2010年，首届“车联网”研讨会成功召开，提出“车联网”概念。2010年10月，国务院在“863”计划中提出智能车、路协同关键技术研究以及大城市区域交通协同联动控制关键技术研究。“十二五”期间，工信部从产业规划、技术标准等多方面着手，加大对车载信息服务的支持力度，以推进汽车物联网产业的全面铺开，预期2020年实现可控车辆规模达2亿。

2011年，第二届“车联网”产业链合作研讨会在上海召开。7月，CNF2011-中国车联网产业发展论坛在深圳国际会展中心成功举办，对车联网的商业模式进行了首次探讨。12月，由多家高校、科研机构、企业发起组建的中国车联网产业技术创新战略联盟在北京成立，其宗旨是推进中国汽车信息化领域的协同创新，推动智能交通发展，带动基于移动互联网技术的车联网的应用。

3国内外车联网行业的步伐对比

3.1国外

本文从以下四个方面对国外车联网行业的步伐进行对比：

（1）车路协同系统应用场景：以美国、欧盟和日本为代表的发达国家对车路协同系统的应用场景基本定义完毕，不同组织对应用场景的定义基本一致。

（2）车路协同系统通信协议标准化：美国和欧盟分别定义了车-车，车-路通信协议标准，目前美国的Dedicated Short Range Communication（DSRC）协议在学术和企业界比较普及，同时IEEE也定义了802.11P通信协议用于车-车及车-路通信。

（3）车路协同系统技术进展：现阶段仍然处于相关技术的探讨、实验和测试阶段，尚未进行大规模推广和应用。

（4）两种推进方式：美国模式是政府主导，科研机构积极参与和配合；日本模式则是在政府的协调下，由工业、企业等带头参与和配合[6]。表1所列是美国和日本的推进方式对比。

表1美国和日本的推进方式对比优/劣势 美国 日本

优势 有专用通信频道

强大的政府支持

有明确专注的项目 有主导项目

强大的政府支持

ETC技术为基础

劣势 合作伙伴太少 参与者过多，责任不明确

原始设备制造商不积极

3.2国内车联网产业发展情况与发展规模

（1）产业发展情况

国内货运车联网技术与产业发展迅猛，表2列举了我国在货运车联网领域的相关企业信息[7]。

（2）发展规模

通过对近年来我国车联网产业规模与车联网用户数量的相关数据的调查与分析，得出了图1所示的产业规模图，图1直观地显示出近年来或未来我国在车联网领域的产业规模的不断增大以及车联网市场的巨大潜力[8-11]。

4车联网发展展望

4.1未来的车辆配置

对于未来的车联网发展，未来的车辆均应配置以下功能：

（1）自动控制模块：自动驾驶；

（2）车辆状态感知模块：胎压、车速、车身系统、硬件配置是否工作正常；

（3）周围环境感知：交通信息、道路信息；

（4）驾驶员身体状态感知：疲劳度、注意力；

（5）无线通信模块：与路侧单元、周围车辆、控制中心通信；

（6）辅助驾驶模块：语音控制、导航控制、定位精确；

（7）娱乐信息模块：网络购物、聊天、上网、多媒体下载、电子商务等等；

（8）其他硬件配置：车辆身份证、数字仪表、自动空调、感应雨刷、灯光控制、电控座椅、智能玻璃（娱乐信息、导航等模块数据可以在前挡风玻璃上显示）；

（9）软件配置：智能交通控制系统、智能人车协同系统、自我学习。

（a）中国车联网产业规模（b）中国车联网用户数量

图1中国车联网发展规模图

4.2未来的服务和技术

车联网将会是未来的互联网的一部分，未来的车辆将能够同周围的其它车辆或环境共享信息和服务，如驾驶信息，生态驾驶信息，交通状况信息，以及周围的车辆和环境信息，车联网所带动的新兴服务将是未来互联网服务不可分割的组成部分。来自环保，安全，经济，福利等方面的社会需求，必将导致利益相关者大力推动这些新兴服务的发展。车联网服务与未来的互联网服务是互动的，而未来互联网概念会是车联网概念的基石。

4.3车联网发展趋势

未来的车联网发展趋势，主要体现在以下几个方面[12-15]：

（1）以生态为中心的驾驶

随着地球石油储备的减少，油价将显著上升；同时车辆的增多，尾气排放严重将引起环境污染，导致全球气候变暖。未来的驾驶将以生态为中心，减少化石燃料消耗和碳排放，促进可持续发展，呈现出以下六大趋势：一是生态信号操作；二是生态车道；三是动态低排放区；四是能支持替代燃料汽车业务；五是有生态出行信息；六是有生态综合的走廊管理（生态ICM）。

（2）活动安全协议

主要包括安全驾驶；安全走廊服务；协同驾驶。

（3）智能交通

未来，车辆本身就是一个通信集线器，它允许货物和数码设备连接互联网，提供车队管理和货运信息服务，如：跟踪和定位货物，货物状态等等。这些服务将嵌入整个货物供应链和物流链。

（4）集成式移动服务

传统的一些互联网服务，如社交网络等以后将迅速出现在我们的车上。当然，这种服务是可定制的。

（5）智能协同交通

车辆的传感器收集信息，通过某种方式将数据发往云中心，云中心将数据隔离起来（网络安全），然后将数据分发到不同的部门处理，利用这些数据进行交通控制。

（6）敏捷的导航系统

安装卫星导航系统的汽车将接近100%，系统根据每辆车提供的流量数据而不是传统的基础设施采集数据。依靠高度灵敏的导航系统，甚至可以将路边的路标撤去。部分导航系统将与主流的交通管理控制系统一体化，使车辆能快速获取系统的指示和建议。而导航系统计算路径时，将会根据驾驶员的喜好进行计算。

另外，高质量的导航付费服务将继续存在，并与购置新车捆绑。同时互联网将提供质量稍差的免费资源。

5结语

车联网技术作为21世纪的高新技术之一，受到各国政府和专家学者的广泛重视。车联网技术在解决交通问题，尤其是在快捷出行、安全行车、环境保护等方面已经取得了显著的成绩。随着科技的发展、国家政策的支持和研发经费的不断投入，在不久的将来，V2R（车与路）、V2P（车与人）、V2V（车与车）和V2I（车与基础设施）的信息交互必将得到长足的进步。人们将告别红绿灯、告别交通事故、告别污染等一系列问题，车联网必将成为人类生活不可分割的重要组成部分。

参 考 文 献：

[1]刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J].计算机应用，2012，32（4）：900-904.[2] US Department of Transportation Research and Innovative Technology Administration.ITS strategic plan [EB/OL].[2013-11-01].http：//.[14] ETC.Easy learning ETC [EB/OL].[2013-11-03].http：//www.daodoc.computing