車聯網技術應用綜述

摘 要：車聯網技術旨在解決交通運輸領域中存在的交通安全、效率、環境等問題，文中介紹了車聯網的基本概念、國內外車聯網的發展史、國外車聯網的行業步伐、國內車聯網產業發展情況及規模等情況。并根據這些實際情況，展望了未來的車輛配置、待實現的服務和技術、以及車聯網的發展趨勢。

關鍵詞：車聯網；RFID；傳感技術；大數據；移動計算

中圖法分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2014）06-0069-04

0引言

車聯網技術旨在解決交通問題，首先車聯網能有效預防交通碰撞事故的發生，一些最早研究車聯網技術的國家已取得顯著成績。其次車聯網可以使系統運營商和用戶對出行方式做出最佳選擇。再次，車聯網技術降低了交通對環境的影響，在環境保護方面發揮重要作用。本文闡述了車聯網的基本概念、發展史、國內外車聯網行業步伐及發展情況，并對車聯網未來的發展趨勢進行展望。

1車聯網的定義及系統功能要求

1.1車聯網的定義

車聯網（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絡，是一種向信息通信、環保、節能、安全等方向發展的車-網聯合技術[1]。通過RFID、攝像頭、傳感器、GPS及圖像處理等電子設備，實現對車輛、道路、交通環境等信息的采集；按照一定的通信協議和標準，在車-路-人-網-環境-基礎設施之間進行無線通信或信息交換；云中心采用計算機技術分析和處理車輛數據信息，從而計算出不同車輛的最佳路線，及時匯報路況和安排信號燈周期，實現對人、車、路進行智能監控、調度和管理。車聯網是物聯網技術在交通系統領域的典型應用，是信息社會和汽車社會融合的結果。

1.2系統功能要求

一般地講，車聯網系統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） 網絡通信功能，如：傳播方式：單播，廣播，組播，特殊區域的廣播；數據聚合；擁塞控制；消息的優先級；實現信道和連通性管理方法；支持IPv6或IPv4尋址；與接入互聯網的移動節點相關的移動性管理；

（3） 車輛絕對定位功能，如：全球導航衛星系統（GNSS），如全球定位系統（GPS）；組合的定位功能，如由全球導航衛星系統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；接收到數據的真實性；數據和系統完整性；

（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。

2國內外車聯網的發展史

2.1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自動控制系統。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（Electronic Route Guidance Systems， ERGS）。70年代初至80年代，美國對智能交通系統的研究處于停滯階段。

2006年，為解決迫在眉睫的安全問題，美國交通運輸部（DOT）聯手部分汽車制造商，對V2V安全應用程序原型進行開發和測試[2]，提高車載安全系統在自適應控制方面的性能。開發和測試成果對美國高速公路安全管理局（NHTSA）未來的決策起非常重要的參考作用。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 （Commercial Vehicle Infrastructure Integration）。同年12月，DOT發布了《智能交通系統戰略研究計劃：2010-2014》[3]，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，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境，為期五年，每年投入1億美元，核心項目為IntelliDrive（智能駕駛），預計于2014年完成。

2011年8月到2012年初，針對車聯網技術，美國在六個不同地區進行了現實環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，繼續開展對安全駕駛模型的研究工作，以測試車聯網安全技術的有效性[4]。

2012年12月，DOT發布了《2015-2019 ITS戰略計劃》[5]，就有關美國下一代ITS戰略研究計劃草案進行了對話與討論，該報告顯示美國在保持以往研究項目連續性的同時，已開始制訂2015-2019年ITS研究計劃，確立研究和發展的重點和主題，以滿足新興的研究需求，進一步提高車聯網的安全性、流暢性和環境保護。

2.2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（RACS）、交通信息通信系統（TICS）、超智能車輛系統（SSVS）、安全車輛系統（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，實現高速公路聯網不停車收費和服務系統。2003年7 月，智能交通系統戰略委員會發布了《日本智能交通系統戰略規劃》，對智能交通系統的短期和中長期的發展構想提出了戰略規劃。2011年，日本全國高速公路系統引進“ITS站點智能交通系統”，它能夠及時向車載導航系統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境。

2.3中國

1986年，第一套國產信號控制系統在南京開發。1991年，第一套國產信號控制系統在南京主城區安裝完畢，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，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、城際通等企業陸續推出相關Telematics車載信息服務系統，標志著中國進入Telematics時代。

2010年，首屆“車聯網”研討會成功召開，提出“車聯網”概念。2010年10月，國務院在“863”計劃中提出智能車、路協同關鍵技術研究以及大城市區域交通協同聯動控制關鍵技術研究。“十二五”期間，工信部從產業規劃、技術標準等多方面著手，加大對車載信息服務的支持力度，以推進汽車物聯網產業的全面鋪開，預期2020年實現可控車輛規模達2億。

2011年，第二屆“車聯網”產業鏈合作研討會在上海召開。7月，CNF2011-中國車聯網產業發展論壇在深圳國際會展中心成功舉辦，對車聯網的商業模式進行了首次探討。12月，由多家高校、科研機構、企業發起組建的中國車聯網產業技術創新戰略聯盟在北京成立，其宗旨是推進中國汽車信息化領域的協同創新，推動智能交通發展，帶動基于移動互聯網技術的車聯網的應用。

3國內外車聯網行業的步伐對比

3.1國外

本文從以下四個方面對國外車聯網行業的步伐進行對比：

（1）車路協同系統應用場景：以美國、歐盟和日本為代表的發達國家對車路協同系統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）車路協同系統通信協議標準化：美國和歐盟分別定義了車-車，車-路通信協議標準，目前美國的Dedicated Short Range Communication （DSRC）協議在學術和企業界比較普及，同時IEEE也定義了802.11P通信協議用于車-車及車-路通信。

（3）車路協同系統技術進展：現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調下，由工業、企業等帶頭參與和配合[6]。表1所列是美國和日本的推進方式對比。

表1美國和日本的推進方式對比優/劣勢美國日本

優勢有專用通信頻道

強大的政府支持

有明確專注的項目有主導項目

強大的政府支持

ETC技術為基礎

劣勢合作伙伴太少參與者過多，責任不明確

原始設備制造商不積極

3.2國內車聯網產業發展情況與發展規模

（1） 產業發展情況

國內貨運車聯網技術與產業發展迅猛，表2列舉了我國在貨運車聯網領域的相關企業信息[7]。

（2）發展規模

通過對近年來我國車聯網產業規模與車聯網用戶數量的相關數據的調查與分析，得出了圖1所示的產業規模圖，圖1直觀地顯示出近年來或未來我國在車聯網領域的產業規模的不斷增大以及車聯網市場的巨大潛力[8-11]。

4車聯網發展展望

4.1未來的車輛配置

對于未來的車聯網發展，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）車輛狀態感知模塊：胎壓、車速、車身系統、硬件配置是否工作正常；

（3）周圍環境感知：交通信息、道路信息；

（4）駕駛員身體狀態感知：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：網絡購物、聊天、上網、多媒體下載、電子商務等等；

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

（9）軟件配置：智能交通控制系統、智能人車協同系統、自我學習。

（a）中國車聯網產業規模（b）中國車聯網用戶數量

圖1中國車聯網發展規模圖

4.2未來的服務和技術

車聯網將會是未來的互聯網的一部分，未來的車輛將能夠同周圍的其它車輛或環境共享信息和服務，如駕駛信息，生態駕駛信息，交通狀況信息，以及周圍的車輛和環境信息， 車聯網所帶動的新興服務將是未來互聯網服務不可分割的組成部分。來自環保，安全，經濟，福利等方面的社會需求，必將導致利益相關者大力推動這些新興服務的發展。車聯網服務與未來的互聯網服務是互動的，而未來互聯網概念會是車聯網概念的基石。

4.3車聯網發展趨勢

未來的車聯網發展趨勢，主要體現在以下幾個方面[12-15]：

（1）以生態為中心的駕駛

隨著地球石油儲備的減少，油價將顯著上升；同時車輛的增多，尾氣排放嚴重將引起環境污染，導致全球氣候變暖。未來的駕駛將以生態為中心，減少化石燃料消耗和碳排放，促進可持續發展，呈現出以下六大趨勢：一是生態信號操作；二是生態車道；三是動態低排放區；四是能支持替代燃料汽車業務；五是有生態出行信息；六是有生態綜合的走廊管理（生態ICM）。

（2）活動安全協議

主要包括安全駕駛；安全走廊服務；協同駕駛。

（3）智能交通

未來，車輛本身就是一個通信集線器，它允許貨物和數碼設備連接互聯網，提供車隊管理和貨運信息服務，如：跟蹤和定位貨物，貨物狀態等等。這些服務將嵌入整個貨物供應鏈和物流鏈。

（4）集成式移動服務

傳統的一些互聯網服務，如社交網絡等以后將迅速出現在我們的車上。當然，這種服務是可定制的。

（5）智能協同交通

車輛的傳感器收集信息，通過某種方式將數據發往云中心，云中心將數據隔離起來（網絡安全），然后將數據分發到不同的部門處理，利用這些數據進行交通控制。

（6）敏捷的導航系統

安裝衛星導航系統的汽車將接近100%，系統根據每輛車提供的流量數據而不是傳統的基礎設施采集數據。依靠高度靈敏的導航系統，甚至可以將路邊的路標撤去。部分導航系統將與主流的交通管理控制系統一體化，使車輛能快速獲取系統的指示和建議。而導航系統計算路徑時，將會根據駕駛員的喜好進行計算。

另外，高質量的導航付費服務將繼續存在，并與購置新車捆綁。同時互聯網將提供質量稍差的免費資源。

5結語

車聯網技術作為21世紀的高新技術之一，受到各國政府和專家學者的廣泛重視。車聯網技術在解決交通問題，尤其是在快捷出行、安全行車、環境保護等方面已經取得了顯著的成績。隨著科技的發展、國家政策的支持和研發經費的不斷投入，在不久的將來，V2R（車與路）、V2P（車與人）、V2V（車與車）和V2I（車與基礎設施）的信息交互必將得到長足的進步。人們將告別紅綠燈、告別交通事故、告別污染等一系列問題，車聯網必將成為人類生活不可分割的重要組成部分。

參 考 文 獻：

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[4] SCHAGRIN Mike. Connected vehicle safety pilot program [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/factsheets/pdf/ SafetyPilot_final.

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[9]楊召蒙. 車聯網2015年市場規模預計超1500億元[EB/OL] .[2013-09-27].[2013-11-07]. http：//guba.eastmoney.com/ news，002642，88427768.html.

[10]張翔. 智能汽車及車聯網市場研究[EB/OL] . [2012-04-24].[2013-11-07]. http：//www.vogel.com.cn/top/2012autochina/ news_t_view.html?id=297709.

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

Review of vehicle networking technology application

SU Jing1， WANG Dong1， 2， ZHANG Fei-fei1

(1. School of Electronic Information Engineering， Qiongzhou University， Sanya 572022， China;

2. Hainan Key Laboratory of Embedded Systems， Qiongzhou University， Sanya 572022， China)

Abstract: The vehicle networking technology can solve the problems related with traffic safety， efficiency and environment in the field of transportation. The vehicle networking technology′s basic concept， development history at home and abroad， foreign development status， and development scale of Chinese vehicle networking industry ares introduced in this paper. According to the practical situation， future vehicle configuration， service， technology and development trend of vehicle networking technology are predicted.

Keywords: vehicle networking; RFID ; sensor technology; big data ; mobile computing