車聯網技術發展現狀及應用前景分析

摘要：車聯網技術是物聯網技術在智能交通領域的重要應用。對于整個交通運輸管理體系而言，車聯網借助各種先進的通信技術，將人、車、路、后臺中心有機地連接起來，構建了車聯網、智能汽車及智能公路的交通管理方式，旨在最終實現交通的安全、節能、環保和高效管控。文章首先對車聯網的定義、系統架構及關鍵技術進行了闡述，接著概述了車聯網技術的發展歷程，最后對車聯網的具體應用、發展趨勢及面臨的挑戰等進行了分析。

關鍵詞：車聯網；車路協同；應用前景；智能交通

中圖分類號：TP393" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）07-0084-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

隨著科學技術的持續進步，汽車產業正朝著智能化、網聯化的方向迅猛發展。車聯網作為汽車智能化和網聯化的核心技術，融合了汽車、電子、信息通信、道路交通運輸等多個行業領域，已成為當前科技發展的前沿陣地。車聯網以先進的通信技術為基石，實現了車輛與車輛（V2V） 、車輛與基礎設施（V2I） 、車輛與行人（V2P） 以及車輛與網絡（V2N） 之間的全面互聯互通，賦予了汽車智能化的新特性。車聯網技術的應用旨在應對當前城市交通面臨的諸多挑戰，如交通擁堵、交通事故頻發、能源消耗過高以及環境污染等，以期提升道路交通的效率、安全性、節能性和環保性。作為物聯網在交通領域的典型應用，車聯網通過構建人-車-路-云一體化的網絡體系，實現了對交通要素的全面感知和智能控制[1]。相較物聯網，車聯網以車輛為節點，具有更高的動態性、實時性和復雜性。車聯網的通信環境復雜多變，易受路邊建筑物、天氣條件、交通狀況等多種因素影響，因此對網絡的安全性、可靠性和穩定性提出了更高要求。

1 車聯網

1.1 定義

車聯網是以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，遵循約定的通信協議和數據交互標準，在車輛與萬物（V2X） 之間進行無線通信和信息交換的大型系統網絡，是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[2]。其中，車內網是指通過成熟的總線技術（如CAN總線、LIN總線、MOST總線和FlexRay總線等） 將車內的多個傳感器及電子設備連接起來而構建的汽車局域網絡；車際網則利用中短距離的通信技術（如DSRC技術、Wi-Fi技術等） 實現車與車、車與路之間的信息交互；車載移動互聯網則是車載終端通過4G/5G等通信技術接入互聯網所構建的遠程無線連接網絡。

1.2 體系參考模型

車聯網作為物聯網的一種典型應用，其體系參考模型根據物聯網的體系架構以及車聯網所能提供的各種網絡服務，主要分為3個層次：感知層、網絡層和應用層，如圖1所示。

1.2.1 感知層

感知層為車聯網提供全面基礎的終端信息服務。感知層主要負責感知車輛自身信息，利用車內傳感器、CAN通信技術和其他感知設備實時采集各控制單元的數據；同時感知周圍車輛信息，通過V2V技術獲取周邊車輛的實時位置、速度、行駛方位及航向角等信息；此外，還感知道路環境信息，通過V2R技術獲取交通信號燈狀態、道路擁堵情況等信息。另外，感知層還通過與后臺中心及第三方應用程序的交互獲取天氣等相關數據。

1.2.2 網絡層

網絡層包括無線通信網、有線通信網和互聯網通信。網絡層主要負責協助車輛完成互聯網的接入，完成大量數據的分析和處理以及大規模信息的遠距離傳輸，確保車聯網中數據傳輸的實時性和準確性。

1.2.3 應用層

應用層主要為不同用戶提供各種類型的應用服務。車聯網的各種信息管理應用是建立在現有網絡系統與網絡協議之上的，并兼容未來的網絡拓展功能。這些應用需求是推動車聯網技術創新的強大動力，涵蓋了智能交通管理、車輛安全控制、交通事件預警、車輛信息查詢、消息訂閱、事件告知以及汽車綜合服務與管理等多個領域[3]。

1.3 系統架構

車聯網技術以先進的通信技術為支撐，促進各種場景應用及不同領域的協同發展。因此，從通信及應用角度出發，車聯網系統的系統架構可劃分為云、管、端三層體系，如圖2所示。

1） “云”指的是包括大數據及云計算的云服務。簡而言之，它能夠匯集各種數據，并進行實時計算、分析、智能處理、決策和規劃等。由于車輛功能復雜且數量龐大，為滿足不同用戶對車輛的管理需求，車與車所形成的網絡必須基于云的車輛運營信息平臺。

2） “端”指的是包括汽車、行人（需佩戴智能手機等） 和路側單元等能夠實現無線通信的智能終端，既涵蓋車載終端，也包括各類基礎設施終端。它們能夠執行云端的指令，實現各種V2X（包括V2V、V2I和V2P等） 通信。端是記錄、傳輸和保存信息的載體。

3） “管”是將“云”和“端”連接起來的各種“管道”（如4G/5G基站、C-V2X路側設備（RSU） 等） ，利用V2X技術或移動蜂窩網絡技術將“車-路-人-云”等緊密連接在一起，實現信息的順暢交互。

1.4 關鍵技術

車聯網用戶需求多樣，業務邏輯復雜，涉及的技術領域廣泛。在車聯網建設中，射頻識別（RFID） 技術、傳感技術、衛星定位技術等對保證車聯網高效穩定運行起著至關重要的作用。只有掌握車聯網的關鍵技術，才能實現真正的車路協同，進而推動智能交通及無人駕駛的發展。

1.4.1 射頻識別技術

射頻識別（RFID） 技術通過發出無線射頻信號，對所覆蓋區域的電子標簽進行讀寫，從而達到自動識別、交換數據的目的。它具有非接觸、雙向數據通信的特點[4]。RFID系統主要由讀寫器、電子標簽和數據管理系統組成。它既能感知物體的位置，也能跟蹤物體的運動狀態，進而對高速移動的物體進行準確、快速的識別。RFID技術通過與云計算、服務器及短程無線通信技術等結合使用，通過物聯網將多個RFID聯系起來，構成一個大型的目標識別系統，為車聯網系統的穩定運行提供基礎技術支持。

1.4.2 傳感技術

車輛服務需要大量的數據，數據是車聯網存在的基礎。若要實現真正的車聯網，傳感器在車輛上必不可少，原始數據需要由傳感器進行采集。例如，測量車輛自身狀態的各種轉速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器等；在車路協同中，通過路側傳感器（如激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等） 采集到的信息發送到服務器進行處理，獲取道路狀況、車輛位置、車輛軌跡等信息，再將該信息廣播給附近的車輛，輔助車輛對道路狀況進行分析。

1.4.3 衛星定位技術

車聯網主要包括交通安全、交通效率和信息服務三大業務應用，這些應用都離不開定位技術。傳統的GPS系統作為汽車技術互聯網的重要技術基礎，可以為車輛提供精準的定位及導航。隨著我國自行研制的北斗衛星導航系統的投入使用，車聯網技術也逐漸向國產化方向發展，北斗衛星導航系統將成為中國車聯網系統的核心技術之一。

1.4.4 無線通信技術

通過傳感器獲取的部分數據需要利用通信技術從云平臺向外傳輸，同時分析得到的數據也需要通過通信網絡傳輸至車載終端設備。由于車輛具有移動性，因此網絡中的車輛只能通過無線通信技術進行數據交換和實時傳輸業務數據。基于各種無線通信技術的支持，可以實現遠程監控車輛、管理車輛和控制車輛。

2 車聯網技術的發展歷程

2.1 國外車聯網的研究現狀

1） 美國。1999年，美國聯邦通信委員會以5.9GHz為中心的75MHz帶寬分配給了DSRC技術，作為車間通信專用頻帶。DSRC技術主要用于電子不停車收費系統。2004年，IEEE對802.11p進行了修訂，并制定了基于ASTM標準的車載環境無線接入標準。2002—2004年，美國開始實施車輛安全計劃，同時對多種無線通信技術進行測試，評估它們是否滿足行車安全應用的通信要求。2003年，美國提出了車輛基礎設施一體化（Vehicle Infrastructure Integration，VII） 的構想。2009年，美國交通部將VII更名為IntelliDrive，以強調交通安全的重要性。2013年，美國啟動了智能網聯汽車的試點計劃，主要進行智能網聯汽車的設計、建造及測試。2016年，美國交通部發布《聯邦機動車安全標準——第150號》，規定輕型新車上應安裝V2V通信設備，以確保車與車之間能發送和接收“基本安全信息”[4]。

2） 歐盟。車聯網發展較為成熟，制定了一系列智能網聯汽車標準。2003年，ERTICO提出了eSafety概念，旨在提高交通安全性，圍繞車路協同，推動綜合交通運輸系統以及安全技術的實用化。2011年起，歐盟開展了DRRIVE C2X項目（2011.1.1——2014.6.30） ，該項目主要針對V2V通信和V2I通信，通過在歐洲不同區域開展外場測試，對協作系統進行綜合評價。

3） 日本。日本1996年提出了《ITS總體構想》，建立了車輛信息通信系統（VICS） ，主要圍繞車輛信息通信系統、不停車收費系統和先進車輛控制系統3方面展開。2001年，日本發布了車-基礎設施通信的標準，即DSRC。2006年，日本提出了“智能道路（Smart Way） 計劃”，主要針對車載信息系統與路側集成系統的開發與試驗。2013年，日本發布《世界領先IT國家創造宣言》，啟動戰略性創新推進計劃（SIP） ，其中包括日本自動駕駛汽車商用化時間表及ITS 2014—2030技術發展路線圖。

2.2 國內車聯網的研究現狀

發展智能網聯汽車對我國道路交通具有重要作用，可以解決傳統汽車帶來的交通事故、交通擁堵以及環境污染等問題。自2010年以來，我國啟動了如“車輛多傳感器集成關鍵技術研究”“車輛無線通信系統中的關鍵技術研究”等多項與車聯網相關的“863”課題。此外，國家發展改革委、交通運輸部等相關部門也頒布了一系列政策意見，規范車聯網行業的發展，發展重心由單車智能轉向多車協同、車路協同、聯網化和智能化融合發展。科研項目的實施和政府層面對車聯網行業規劃發展的高度重視，為我國車聯網行業的發展起到了推動作用[5]。

3 車聯網技術的應用

3.1 車輛行駛安全

車聯網可以為駕駛人提供安全信息通告、車輛碰撞警告和安全駕駛輔助等服務，提醒駕駛人在行駛中可能出現的危險，并在必要時采取緊急措施，確保車輛安全，降低交通事故的發生率。

3.2 交通管理

車聯網可以實時將交通管理信息、本地交通信息等上傳到管理中心，從而實時向駕駛人提供交通管理通告和道路信息，如路段限速通告、車流量信息通告等，提高交通管理能力，提升車輛行駛效率，緩解交通擁堵。

3.3 車載服務

駕乘人員可以通過車聯網實現互聯網接入，享受互聯網服務，如訪問網頁、獲取本地信息服務和預約車輛維修等，提升駕乘體驗。

4 車聯網的發展趨勢及挑戰

目前，車聯網的發展仍處于早期階段。隨著5G技術的推廣和智能汽車的發展，車聯網技術也經歷了快速變革。車聯網技術與5G技術、邊緣計算等技術融合，促進了車輛與交通產業向智能化和聯網化演進。尤其是5G+V2X技術的發展，不僅提升了車聯網的信息傳輸速度，還降低了延遲。

但車聯網在發展過程中還存在一些問題和挑戰[6-7]：1） 車聯網的定義不統一，所涉及的技術領域、行業廣泛而缺乏完善的規范和制度。車聯網的產品仍以試驗或小范圍應用為主，規范和制度的建立仍需政府部門、各行業之間的探討及合作。2） 車聯網的交通基礎設施配套不完善，如路側單元（RSU） 、基站等。需要政府部門升級和改造交通基礎設施，推進智能網聯汽車示范區的建設。3） 車聯網技術在安全管理方面還存在隱患，如數據安全、用戶個人隱私保護及安全管理制度等問題需要研究和解決。4） 車聯網技術的運營及建設成本較高，需要更多投入。但目前車聯網的商業運營模式尚不明朗，需要國家政府部門等制定相應的政策和法規，將其運營和盈利模式規范化，以加快車聯網的發展。

5 結束語

車聯網技術以感知層、網絡層和應用層為體系參考模型，運用射頻識別技術、傳感技術、衛星定位技術和無線通信技術等技術，為車聯網賦予互聯共享、車輛追蹤等能力。盡管車聯網在發展中還面臨諸多問題，但隨著國家對車聯網經費的投入和各行各業在技術領域的不斷創新和突破，未來車聯網行業必將展現出多樣化的發展趨勢，為人們出行保駕護航。

參考文獻：

[1] 董鋒格，孫曉佳，張立.車聯網技術發展與趨勢[J].汽車零部件，2016（5）：90-91.

[2] 徐艷民，李克寧，鄭道友.車聯網技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2023.

[3] 高惠民.車聯網V2X通信技術及應用介紹（上）[J].汽車維修與保養，2020（3）：53-56.

[4] 武文科.車聯網技術發展與應用綜述[J].汽車實用技術，2017（3）：88-91.

[5] 熊煒，李清泉，李宇光.智能道路系統的發展現狀與趨勢[J].中國公共安全（智能交通） ，2007（2）：83-88.

[6] 張夢軒，冉斌.車聯網技術的發展沿革和發展趨勢簡析[J].科技傳播，2015，7（23）：124-125.

[7] 井驍.淺析車聯網技術與應用[J].上海汽車，2019（4）：9-12.

【通聯編輯：代影】