車聯網產業發展現狀研究

付長軍，李 斌，喬宏章

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

全球互聯網增速降低以及移動互聯網爆發式擴張浪潮退卻，預示著互聯網發展進入增長動力轉換階段[1]，“萬物互聯”的物聯網時代已經開啟，工業互聯網和車聯網作為其兩大主戰場將率先推進。

車聯網通過整合人、車、路、周圍環境等相關信息，能夠為人們提供一體化服務，是物聯網技術在交通行業的典型應用。在車聯網的推動下，傳統汽車正從代步工具向數據終端演變，“奔跑的智能手機”、“四輪智能手機”、“帶輪子的起居室”將成為未來汽車的標簽。相關研究表明[2]，在車聯網應用的初級階段，即可明顯降低能源消耗和尾氣排放，大大緩解城市的交通擁堵，顯著減少80%的車輛事故率和30%～70%的死亡人數。在車聯網充分發展起來以后，可實現自主駕駛，能夠完全避免交通事故，大大提升交通效率，將人徹底地從枯燥的駕駛任務中解放出來。

截止到2017年，我國汽車保有量已經超過2億，中國汽車的制造和保有量位居世界前列。隨之而來的道路安全以及城市擁堵問題日趨嚴重，迫切需要車聯網等新技術加強管理和引導。此外，我國消費者已經養成使用移動互聯網的習慣，對汽車尤其是網聯及智能服務的要求逐漸提高。巨大的消費群體和強烈的用戶需求為我國車聯網產業的規模化發展帶來機遇。隨著我國5G技術的推廣以及杭甬超級高速等基礎設施，車聯網的市場潛力將會快速釋放，預計2022年市場規模達到1 560億美元[2-3]。

我國政府高度重視車聯網相關技術及產業發展[2]，國務院出臺的《中國制造2025》和《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》對車聯網技術的發展進行指導。國家發改委發布的《推進“互聯網+”便捷交通，促進智能交通發展的實施方案》對車聯網基礎網絡、平臺和技術發展提出了要求。交通部通過的《關于加強道路運輸車輛動態監管工作的通知》明確了對“兩客一危”的聯網聯控。工信部組織實施了多個重大專項、產業化專項用以支持車聯網關鍵技術的研發、應用和示范推廣，印發了《車聯網創新發展工作方案》，提出我國車聯網階段發展目標、重點任務、關鍵技術、標準、基礎條件等，聯合國家標準化管理委員會編制《國家車聯網產業標準體系建設指南》系列文件，與北京、保定、重慶、浙江、吉林以及湖北等地方政府簽署車聯網應用示范合作框架協議，積極推動車聯網示范區建設工作。總體來看，我國已經明確了政府各部門和各級政府之間在車聯網行業發展中的職責分工，但是面向行業參與主體的帶有強制執行力的政策措施或強制立法仍有很多工作要做，與美國、歐盟和日本等國相比仍存在追趕空間。

1 車聯網的內涵與愿景

車聯網的概念引申于物聯網，根據不同的應用背景，對車聯網的定義也不盡相同[4]。傳統車聯網的定義(狹義)是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線射頻等識別技術，實現在信息網絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態信息進行提取和有效利用，并根據不同的功能需求對所有車輛的運行狀態進行有效監管和提供綜合服務的系統。其本質上是由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡。

隨著車聯網技術和產業的發展，這種定義已經遠遠不能涵蓋車聯網的全部內容。根據車聯網產業技術創新戰略聯盟的定義[3]：車聯網是以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，按照約定的通信協議和數據交互標準，在車與車(V2V)、車與路(V2I)、車與人(V2P)、車與網絡(V2N)/云端(V2C)之間，進行無線通信和信息交換的大系統網絡，是能夠實現智能化交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡，是物聯網技術在交通系統領域的典型應用。

車聯網依托于云計算、大數據技術、通信技術、搜索技術、導航、多媒體技術、移動支付等互聯網工具，面向信息服務、交通安全和交通效率三大應用，為用戶提供高效、安全、智慧的出行服務。圖1給出了車聯網的發展愿景[3-5]，預計未來發展需要經歷以下三個階段：發展初期將打通信息流、培養用戶習慣，普及駕駛輔助服務；接著綜合利用LTE-V2X、802.11p、5G等通信技術和智能化的汽車電子系統實現半自動駕駛，使車聯網普及率和業務活躍度達到較高水平；最后實現高度自動駕駛和車輛全部聯網，業務形態極大豐富，達到零事故零擁堵的終極目標。

圖1 車聯網愿景

2 車聯網技術體系分析

圖2給出車聯網相關概念與技術[5-6]，人、車、環境和平臺是車聯網中密切相關的四類對象，智能交通、自動駕駛、網聯汽車、主動安全、信息服務是車聯網典型的應用，車聯網涉及到的技術包括：信息安全、信息交互、環境感知、汽車腦、高精度地圖、標準化及測試認證等關鍵技術。從體系架構上看，車聯網由終端層(感知執行)、網絡層(接入與傳控)、平臺層(協同計算控制)和應用層組成；從關鍵技術上看主要包括信息交互、環境感知、智能執行、汽車腦以及安全防護等。

圖2 車聯網相關技術及概念

2.1 體系結構

車聯網是物聯網在交通領域內的具體實現，其體系架構與物聯網有許多共同之處，未來車聯網基于終端層、網絡層、平臺層、應用層四層架構，實現多模通信、人車路交互、云網端協同的感知通信一體化網絡，如圖3所示。

圖3 車聯網體系架構

2.1.1 終端層——感知執行

終端層主要包括車載終端、設備終端和用戶終端三大類，負責實時感知與采集車輛運行狀況、交通運控狀態、道路周邊環境等信息，與駕駛人、周圍車輛、行人與用戶、道路基礎設施、車聯網平臺進行信息交互，為車輛行駛和安全提供支撐和輔助決策，為用戶提供娛樂和資訊服務，為交通管理提供數據支持。

2.1.2 網絡層——接入與傳控

網絡層從物理上可以分為承載網絡和接入網絡兩大類，未來承載網絡主要由移動通信網、互聯網、廣電網、衛星通信網[7]以及其他行業專用網絡構成；未來接入網絡主要有基站、WLAN、WiMAX、RFID、專用短距離通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)等形式，主要為終端層和應用層提供多模式信息傳輸服務，鑒于車聯網中低時延高可靠業務的需求，未來會利用邊緣計算技術，將數據與業務分流，由網絡層承接部分平臺層的部分存儲和分發業務。

2.1.3 平臺層——協同控制

平臺層以云計算、大數據[8]、語音交換技術和人工智能技術為核心，面向不同業務需求，對各類網絡進行協同管理，對各類終端進行廣泛接入，對多種應用場景進行廣泛支撐，并向第三方平臺提供接入功能，從而為智能交通管理、車輛輔助駕駛、業務管理、服務交易等相關業務提供平臺支持。

2.1.4 應用層

作為一個基于云架構的車輛信息服務平臺，車聯網服務的對象眾多，包括個人用戶、交通管理者、車輛管理者、車輛、客貨運企業、維保企業、租賃企業、汽車制造商、保險、緊急救援方、互聯網內容供應商等等，涉及交通安全、交通效率以及信息服務三大類應用類型，具體的應用場景不勝枚舉。因此，車聯網應用的推廣不能一蹴而就，要率先在城市內交通效率、安全編隊和自動駕駛、城市間營運車輛安全輔助等一些經濟效益顯著且技術要求相對較低的特殊應用場景率先開展，產業化成功后，逐步拓展車聯網的應用范圍。

2.2 關鍵技術分析

車聯網是一個多學科交叉技術領域，涵蓋通信、傳感器、汽車制造、人工智能、信息處理、安全防護，信息可視化等技術領域，在此僅對以下關鍵技術領域進行探討與分析。

2.2.1 車聯網V2X通信技術

V2X通信技術是車聯網的基礎，主要涉及車-車(V2V)、車-基礎設施(V2I)、車-人(V2P)以及車-網絡(V2N)、云平臺(V2C)五類通信場景[9-10]，目前主流的解決途徑有IEEE陣營(電氣電子工程師協會)的專用短距離通信(DSRC)和ITU陣營(國際電信聯盟)基于蜂窩的LTE-V技術兩種，兩者的對比情況如表1所示，預計未來兩者將會在競爭中共存以滿足不同需求。

2.2.2 環境感知技術

環境感知技術包括車輛工作狀態感知技術、車輛運動狀態感知技術和車輛行駛環境感知技術三類，主要用于判斷車輛是否異常和行駛環境是否安全，承擔著車聯網中關鍵數據的采集。

車輛工作狀態感知主要是通過CAN總線采集車內各電子控制單元以及裝載在車上的各類傳感器，來獲取車體、動力、車輛制動、發動機、剎車等部件的狀態參數。

車輛運動狀態感知包括對車輛行駛狀態參數的感知，其中絕對位置信息感知和相對位置信息感知最為基礎和關鍵。為支持未來的自動駕駛業務需求，感知精度需要達到亞米級。

車輛行駛環境感知技術主要用于路面狀態、障礙物、交通信息、路徑、其他車輛等信息的感知，是汽車自動駕駛應用的基礎支撐技術。

車輛運動狀態和行駛環境的感知主要依靠激光、雷達、超聲波、可見光、紅外、衛星定位等位置傳感技術，以及基于V2X的位置信息交換和預報技術。

表1 DSRC與LTE-V技術標準對比

V2X技術DSRCLTE-V技術特點以IEEE 802.11p為基礎,物理層是WiFi的擴展,MAC與WiFi相同。有集中式和分布式兩種通信方式:集中式需要基站作為控制中心進行蜂窩通信,主要用于車輛與路側通信單元及基站設備的通信;分布式無需基站作為支撐,是一種自組網絡,可在小范圍內實現V2X通信。代表企業NXP華為、高通關鍵指標支持車速200 km/h,反應時間小于0.1 s,數據傳輸平均速度為12 Mbps,傳輸范圍1 km可支持車速500 km/h,集中式傳輸帶寬最高可擴展至100 MHz,峰值速率上行500 Mbps,下行1 Gbps,時延小于50 ms優點 1.已進行廣泛實驗,唯一能滿足延遲要求的成熟通信選項,能夠支持基于車輛通信的防碰撞;2.得到NHSTA(國家公路交通安全管理局)的大力支持;3.DSRC的產品開發快速發展,通用已推出了第一款可進行V2V通信的車輛2017CTS;4.成本明確。 1.共用現有基站,信道寬,同步性好,傳輸距離遠,可自然過渡到5G;2.能夠與帶傳感或聯網能力的任何設備相連(包括人和他們的手機);3.對潛在威脅的預警能力強于DSRC;4.國內許多企業廠家已經著手LTE-V的研究及推廣。缺點 1.用戶多時可靠性下降,對車輛擁堵時的驗證不夠;2.需要路邊設施投入;3.國內會有潛在干擾;4.高頻段穿透性差,限制了城市環境下信號的傳輸范圍。 1.標準未定;2.市場驗證不足;3.不能解決安全駕駛;4.可能存在訂閱費用。進程2014年2月,DSRC被美國交通部認定為V2X標準。于2017年11月完成相關標準制定。

2.2.3 智能執行技術

智能執行技術是在車輛和環境廣泛感知的基礎上，通過智能決策，對車輛行為做出相應控制。未來研究重點主要包括智能決策技術、HMI(人機交互)技術、信息顯示技術[11]、自動駕駛平臺等。

2.2.4 安全技術

車聯網的安全問題會直接造成財產損失和人身安全，是車聯網未來發展不可回避的重要環節，包括機械安全、電氣安全、數據安全、信息交換安全、平臺安全、支付安全等。安全問題如果得不到妥善的解決，車聯網將無從發展。

4 車聯網的產業鏈分析

車聯網產業鏈長，涉及產業角色多，跨界融合特征突出[12]。未來服務類企業的數量和產值將占據車聯網產業的絕大部分，尤其是車聯網信息服務提供商將成為車聯網產業鏈中的核心角色。因此傳統互聯網企業參與車聯網的熱情非常高，并提出了很多具有顛覆性的理念，部分企業甚至滲透到汽車生產制作環節。從另一角度看，汽車廠商制作把控著汽車的控制器局域網絡(CAN總線)，互聯網廠商難以獲取車內各電子控制單元的信息，大大限制了互聯應用的開展。隨著用戶需求的不斷提高以及產業活躍度的提高，車聯網將會給傳統汽車制作業帶來重構，如圖4所示，平臺終端類企業將和應用服務類企業緊密聯系，以適應車聯網各類服務的業務需求。目前汽車廠商和互聯網企業正在走強強聯合的發展之路，各類角色的軟件與信息服務商也趨于融合，以適應新趨勢的發展。總體來看，車聯網正處于爆發前的戰略機遇期。

圖4 為車聯網產業鏈示意圖

5 結束語

車聯網是互聯網和智能傳感技術的發展必然，將大大提高行車安全，提升交通效率，全面地提供各類資訊服務，為汽車產業帶來了前所未有的歷史性機遇和挑戰。在車聯網的帶動下，汽車行業將從封閉不斷走向開放，流程和邊界將會從根本上得到重塑，一些企業如果無法徹底融入到新的產業生態中，將會被淘汰。值得一提的是，車聯網發展速度遠遠高于人們的預期，目前市面上銷售的2018款中高檔家庭轎車上普遍搭載了車聯網功能，預計未來三年是車聯網行業切入的最佳時機。

[1] 中國信息通信研究院(工業和信息化部電信研究院).互聯網發展趨勢報告[R],2017.

[2] 中國銀河證券研究部.車聯網，下一個必爭入口[R],2014

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