車聯網及關鍵技術的應用分析

王雷 王傳磊

摘 要：隨著汽車保有量的增加和物聯網技術的發展，車聯網已廣范應用于汽車行業中。文章介紹車聯網的定義、發展及工作原理概況等，闡述了車聯網系統架構，并系統分析了車聯網的關鍵技術，探索了車聯網的應用領域。隨著國家政策的支持和科學技術的發展，車聯網的應用前景將更加廣泛。

關鍵詞：汽車保有量；物聯網；車聯網；信息交互

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-03

0 引 言

汽車給人們出行帶來便利的同時，也產生了交通安全、交通擁堵、環境污染等問題，為解決這些問題并合理分配資源，車聯網應運而生。車聯網是物聯網在汽車行業的應用，它能夠收集汽車、行人與道路等相關信息，通過網絡技術，使信息共享并相互聯結，實現人、車、路的智能協同控制。

1 車聯網的概況

1.1 車聯網的定義

目前，車聯網還沒有明確的定義，根據中國物聯網校企聯盟的定義，車聯網是由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡。運用各種先進技術，收集、處理和共享大量信息，使車輛、行人、道路和城市網絡等相互關聯，構成有效信息流和智能控制流，實現對所有車輛的有效監管并提供綜合服務，實現了車與車、車與路、車與人、車與環境的智能協同。

1.2 車聯網的發展

2010年10月28日，中國國際物聯網博覽會暨中國物聯網大會首次提出了“車聯網（Internet of Vehicles）”一詞，這一年也被稱為車聯網元年[1]，2011年，車聯網被列入我國重大專項。2010-2014年，我國頒布了一系列車聯網相關政策，在政府和市場的雙重推動下，促使了車聯網的迅速發展，部分政策見表1所列。2017年12月29日工信部、國家標準化管理委員會頒布的《國家車聯網產業標準體系建設指南（智能網聯汽車）》全面推動了車聯網產業技術研發和標準制定，推動整個產業健康可持續發展。

我國是世界上最大的汽車生產國和消費國，2010-2016年我國汽車產銷量如圖1所示。汽車年銷量和保有量穩步增長也為構筑車聯網市場打下良好基礎。車聯網產業鏈涵蓋汽車零部件生產廠家、芯片廠家、軟件供應商和網絡供應商等多個領域。

1.3 車聯網的工作原理

無線網絡傳輸實現了道路基礎設施與車載終端的互通；云接入實現了云平臺與道路基礎設施的互通；通過4G等移動網絡實現了車載終端與云平臺的互通。車聯網工作原理如圖2所示。各傳感器獲取車輛的相關運行數據，并通過CAN總線實現數據在各控制單元間傳輸，實現車內通信。利用衛星定位和無線通信技術與附近的車輛和道路環境建立車載自組織網絡，實現車與車、車與路的互通。通過云接入，道路基礎設施將獲取的交通信息發送給車載終端，并把探測到的周圍交通狀況上傳給云平臺，實現車載自組織網絡內車輛交通信息的共享。

2 車聯網系統架構

車聯網利用專用協議整合網絡內的數據，實現信息交互。其系統架構包括感知層、網絡層和應用層，如圖3所示。

（1）感知層利用各種信息采集設備進行信息采集、存儲和發布，這些信息能夠反映車輛行駛的狀態、車輛位置、車輛安全和車輛信息識別等。

（2）網絡層通過有線通信網絡，3G/4G，WiFi，無線通信網絡等現代通信技術，實現信息的安全可靠傳輸。

（3）應用層可分為兩個子層，一個是應用程序層，主要功能為數據處理，同時也是車聯網各種具體服務的實現；另一層是人機交互界面，定義與用戶交互的方式和內容。

3 車聯網關鍵技術

車聯網是一個龐大的系統，是多領域技術的集成群，涉及數據采集技術、識別技術、車載網絡技術、車載通信網絡技術和數據處理技術，如圖4所示。

3.1 數據采集技術

數據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溫度、位置、車速、加速度和振動等車輛信息進行實時、準確的測量，并通過CAN網絡對整車進行監控與診斷。車外數據采集主要包括車輛的位置、行駛狀態、道路狀態、前后及兩側車輛狀態等信息，所用技術主要包括雷達/激光測速、地感/地磁檢測和雷達/超聲波測距。

3.2 識別技術

識別技術主要包括語音識別、視頻圖像識別和射頻識別。目前，大多數汽車廠商都推出了車載多媒體交互系統，該系統通過語音識別技術對車載診斷進行控制。語音識別能夠解放駕駛員的雙手和雙眼，加強行車安全；視頻圖像識別通過視頻或圖像抓拍的方式，采用光電、圖像處理、模式識別和遠程數據訪問等技術，對車輛車牌、車輛行為和交通信息等進行識別；射頻識別是一種自動識別技術，利用射頻方式進行非接觸式雙向通信數據交換，以達到識別目的，工作原理如圖5所示。

3.3 無線通信技術

無線通信技術主要包括專用短程通信（DSRC），WiFi，蜂窩網絡和ZigBee。DSRC適用于小范圍的無線通信，能夠實現車與車、車與路間相關數據、視頻和音頻安全可靠的雙向傳輸，體系架構如圖6所示。WiFi是無線局域網的一種，具有傳輸速率高、便捷、費用低等特點；蜂窩網絡是指將服務區劃分為若干個彼此相鄰的小區，在每個小區設立一個基站的網絡結構；ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低功率、低數據速率、低成本的無線網絡技術。

3.4 車載通信網絡

車載通信網絡是一種車與車，車與路之間通信的車載自組網。在一定范圍內，車輛之間可自動連接建立一個移動網絡，并共享數據和信息，同時還能通過路邊節點的通信接入互聯網，以便獲取更多信息資源，如圖7所示。車載通信網絡除具有一般網絡的特點外，還具有獨特的性能，如地理位置限制、高動態性、可預測移動性、網絡密度動態性和需要存儲足夠能量等。

3.5 數據處理技術

數據處理技術主要包括云計算和大數據技術。云計算技術是基于互聯網的大規模資源整合思想的具體化，關鍵技術含有虛擬化技術、大規模數據管理技術、信息安全技術等。大數據技術分為數據采集、數據預處理、數據存儲、大數據分析和結果展示五部分。如果云計算相當于一個巨大的容器，則大數據即是容器中的液體。

4 車聯網的應用

隨著車聯網技術的發展與應用，車聯網在智能交通系統、智能車載系統、緊急救援系統、安全輔助駕駛技術等領域都有了廣泛的應用。

4.1 智能交通系統

車聯網的實質是廣義的物聯網與智能交通的結合，將各種先進技術有效集成運用于整個交通運輸管理體系中，實現人與車、車與車、車與路的聯接，實現車輛的監控、定位識別等功能。具體應用包括運營車輛調度管理系統、ETC不停車收費系統、智能停車場管理系統和交通違章自動拍攝系統等。車聯網與智能交通的結合代表了未來交通系統的發展方向。

4.2 智能車載系統

智能車載系統集娛樂、安全與舒適于一體，主要包括導航系統、倒車影像系統、GPRS通信系統和影音播放系統等。目前，汽車上安裝的智能車載系統主要有奔馳的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

安裝有緊急救援系統的車輛發生緊急事故時，按下救援按鍵，可通過車載遠程控制器接通客服中心。通過衛星對車輛定位，聯合第三方救援機構，能夠快速準確地實施救援。緊急救援系統能夠有效提高救援效率，使人員傷亡和財產損失降到最小。

4.4 安全輔助駕駛技術

安全輔助駕駛技術主要依靠人工智能、視覺計算、雷達、監控裝置和全球定位系統協同合作，讓車載電腦可在人為介入的前提下，自動安全地操作車輛。世界上的主流車商都在研發自主安全輔助駕駛技術，目前較成熟的技術有主動巡航控制系統、自動泊車輔助系統、車道保持輔助系統、倒車輔助系統和行車輔助系統等。

5 結 語

車聯網作為一個新興產業，目前還處于發展初期，其盈利模式和普及程度尚未明朗，同時也面臨種種挑戰，但在國家政策和科技發展的推動下，車聯網必將迎來廣闊的天地。未來車聯網在智能交通、智能駕駛和智慧城市等領域有著更廣闊的應用前景。

參考文獻

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