車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析

摘要：車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用。對(duì)于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系而言，車聯(lián)網(wǎng)借助各種先進(jìn)的通信技術(shù)，將人、車、路、后臺(tái)中心有機(jī)地連接起來，構(gòu)建了車聯(lián)網(wǎng)、智能汽車及智能公路的交通管理方式，旨在最終實(shí)現(xiàn)交通的安全、節(jié)能、環(huán)保和高效管控。文章首先對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的定義、系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，接著概述了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程，最后對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)等進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；車路協(xié)同；應(yīng)用前景；智能交通

中圖分類號(hào)：TP393" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）07-0084-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，汽車產(chǎn)業(yè)正朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化的方向迅猛發(fā)展。車聯(lián)網(wǎng)作為汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的核心技術(shù)，融合了汽車、電子、信息通信、道路交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)行業(yè)領(lǐng)域，已成為當(dāng)前科技發(fā)展的前沿陣地。車聯(lián)網(wǎng)以先進(jìn)的通信技術(shù)為基石，實(shí)現(xiàn)了車輛與車輛（V2V） 、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I） 、車輛與行人（V2P） 以及車輛與網(wǎng)絡(luò)（V2N） 之間的全面互聯(lián)互通，賦予了汽車智能化的新特性。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用旨在應(yīng)對(duì)當(dāng)前城市交通面臨的諸多挑戰(zhàn)，如交通擁堵、交通事故頻發(fā)、能源消耗過高以及環(huán)境污染等，以期提升道路交通的效率、安全性、節(jié)能性和環(huán)保性。作為物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的典型應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)通過構(gòu)建人-車-路-云一體化的網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通要素的全面感知和智能控制[1]。相較物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)以車輛為節(jié)點(diǎn)，具有更高的動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性和復(fù)雜性。車聯(lián)網(wǎng)的通信環(huán)境復(fù)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性提出了更高要求。

1 車聯(lián)網(wǎng)

1.1 定義

車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，遵循約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車輛與萬(wàn)物（V2X） 之間進(jìn)行無(wú)線通信和信息交換的大型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)[2]。其中，車內(nèi)網(wǎng)是指通過成熟的總線技術(shù)（如CAN總線、LIN總線、MOST總線和FlexRay總線等） 將車內(nèi)的多個(gè)傳感器及電子設(shè)備連接起來而構(gòu)建的汽車局域網(wǎng)絡(luò)；車際網(wǎng)則利用中短距離的通信技術(shù)（如DSRC技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等） 實(shí)現(xiàn)車與車、車與路之間的信息交互；車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)則是車載終端通過4G/5G等通信技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)建的遠(yuǎn)程無(wú)線連接網(wǎng)絡(luò)。

1.2 體系參考模型

車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的一種典型應(yīng)用，其體系參考模型根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)以及車聯(lián)網(wǎng)所能提供的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，主要分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

1.2.1 感知層

感知層為車聯(lián)網(wǎng)提供全面基礎(chǔ)的終端信息服務(wù)。感知層主要負(fù)責(zé)感知車輛自身信息，利用車內(nèi)傳感器、CAN通信技術(shù)和其他感知設(shè)備實(shí)時(shí)采集各控制單元的數(shù)據(jù)；同時(shí)感知周圍車輛信息，通過V2V技術(shù)獲取周邊車輛的實(shí)時(shí)位置、速度、行駛方位及航向角等信息；此外，還感知道路環(huán)境信息，通過V2R技術(shù)獲取交通信號(hào)燈狀態(tài)、道路擁堵情況等信息。另外，感知層還通過與后臺(tái)中心及第三方應(yīng)用程序的交互獲取天氣等相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包括無(wú)線通信網(wǎng)、有線通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)通信。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)協(xié)助車輛完成互聯(lián)網(wǎng)的接入，完成大量數(shù)據(jù)的分析和處理以及大規(guī)模信息的遠(yuǎn)距離傳輸，確保車聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1.2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要為不同用戶提供各種類型的應(yīng)用服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)的各種信息管理應(yīng)用是建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上的，并兼容未來的網(wǎng)絡(luò)拓展功能。這些應(yīng)用需求是推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新的強(qiáng)大動(dòng)力，涵蓋了智能交通管理、車輛安全控制、交通事件預(yù)警、車輛信息查詢、消息訂閱、事件告知以及汽車綜合服務(wù)與管理等多個(gè)領(lǐng)域[3]。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以先進(jìn)的通信技術(shù)為支撐，促進(jìn)各種場(chǎng)景應(yīng)用及不同領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展。因此，從通信及應(yīng)用角度出發(fā)，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)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(shù)據(jù)及云計(jì)算的云服務(wù)。簡(jiǎn)而言之，它能夠匯集各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算、分析、智能處理、決策和規(guī)劃等。由于車輛功能復(fù)雜且數(shù)量龐大，為滿足不同用戶對(duì)車輛的管理需求，車與車所形成的網(wǎng)絡(luò)必須基于云的車輛運(yùn)營(yíng)信息平臺(tái)。

2） “端”指的是包括汽車、行人（需佩戴智能手機(jī)等） 和路側(cè)單元等能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線通信的智能終端，既涵蓋車載終端，也包括各類基礎(chǔ)設(shè)施終端。它們能夠執(zhí)行云端的指令，實(shí)現(xiàn)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(cè)設(shè)備（RSU） 等） ，利用V2X技術(shù)或移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將“車-路-人-云”等緊密連接在一起，實(shí)現(xiàn)信息的順暢交互。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)用戶需求多樣，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜，涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣泛。在車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，射頻識(shí)別（RFID） 技術(shù)、傳感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等對(duì)保證車聯(lián)網(wǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。只有掌握車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)真正的車路協(xié)同，進(jìn)而推動(dòng)智能交通及無(wú)人駕駛的發(fā)展。

1.4.1 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（RFID） 技術(shù)通過發(fā)出無(wú)線射頻信號(hào)，對(duì)所覆蓋區(qū)域的電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別、交換數(shù)據(jù)的目的。它具有非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)[4]。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標(biāo)簽和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。它既能感知物體的位置，也能跟蹤物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)高速移動(dòng)的物體進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的識(shí)別。RFID技術(shù)通過與云計(jì)算、服務(wù)器及短程無(wú)線通信技術(shù)等結(jié)合使用，通過物聯(lián)網(wǎng)將多個(gè)RFID聯(lián)系起來，構(gòu)成一個(gè)大型的目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)技術(shù)支持。

1.4.2 傳感技術(shù)

車輛服務(wù)需要大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是車聯(lián)網(wǎng)存在的基礎(chǔ)。若要實(shí)現(xiàn)真正的車聯(lián)網(wǎng)，傳感器在車輛上必不可少，原始數(shù)據(jù)需要由傳感器進(jìn)行采集。例如，測(cè)量車輛自身狀態(tài)的各種轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器等；在車路協(xié)同中，通過路側(cè)傳感器（如激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等） 采集到的信息發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)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(duì)道路狀況進(jìn)行分析。

1.4.3 衛(wèi)星定位技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)主要包括交通安全、交通效率和信息服務(wù)三大業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些應(yīng)用都離不開定位技術(shù)。傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)作為汽車技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，可以為車輛提供精準(zhǔn)的定位及導(dǎo)航。隨著我國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的投入使用，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也逐漸向國(guó)產(chǎn)化方向發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將成為中國(guó)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。

1.4.4 無(wú)線通信技術(shù)

通過傳感器獲取的部分?jǐn)?shù)據(jù)需要利用通信技術(shù)從云平臺(tái)向外傳輸，同時(shí)分析得到的數(shù)據(jù)也需要通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至車載終端設(shè)備。由于車輛具有移動(dòng)性，因此網(wǎng)絡(luò)中的車輛只能通過無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和實(shí)時(shí)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。基于各種無(wú)線通信技術(shù)的支持，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控車輛、管理車輛和控制車輛。

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程

2.1 國(guó)外車聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

1） 美國(guó)。1999年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)以5.9GHz為中心的75MHz帶寬分配給了DSRC技術(shù)，作為車間通信專用頻帶。DSRC技術(shù)主要用于電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)。2004年，IEEE對(duì)802.11p進(jìn)行了修訂，并制定了基于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的車載環(huán)境無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)。2002—2004年，美國(guó)開始實(shí)施車輛安全計(jì)劃，同時(shí)對(duì)多種無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估它們是否滿足行車安全應(yīng)用的通信要求。2003年，美國(guó)提出了車輛基礎(chǔ)設(shè)施一體化（Vehicle Infrastructure Integration，VII） 的構(gòu)想。2009年，美國(guó)交通部將VII更名為IntelliDrive，以強(qiáng)調(diào)交通安全的重要性。2013年，美國(guó)啟動(dòng)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的試點(diǎn)計(jì)劃，主要進(jìn)行智能網(wǎng)聯(lián)汽車的設(shè)計(jì)、建造及測(cè)試。2016年，美國(guó)交通部發(fā)布《聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)——第150號(hào)》，規(guī)定輕型新車上應(yīng)安裝V2V通信設(shè)備，以確保車與車之間能發(fā)送和接收“基本安全信息”[4]。

2） 歐盟。車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展較為成熟，制定了一系列智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)。2003年，ERTICO提出了eSafety概念，旨在提高交通安全性，圍繞車路協(xié)同，推動(dòng)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)以及安全技術(shù)的實(shí)用化。2011年起，歐盟開展了DRRIVE C2X項(xiàng)目（2011.1.1——2014.6.30） ，該項(xiàng)目主要針對(duì)V2V通信和V2I通信，通過在歐洲不同區(qū)域開展外場(chǎng)測(cè)試，對(duì)協(xié)作系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3） 日本。日本1996年提出了《ITS總體構(gòu)想》，建立了車輛信息通信系統(tǒng)（VICS） ，主要圍繞車輛信息通信系統(tǒng)、不停車收費(fèi)系統(tǒng)和先進(jìn)車輛控制系統(tǒng)3方面展開。2001年，日本發(fā)布了車-基礎(chǔ)設(shè)施通信的標(biāo)準(zhǔn)，即DSRC。2006年，日本提出了“智能道路（Smart Way） 計(jì)劃”，主要針對(duì)車載信息系統(tǒng)與路側(cè)集成系統(tǒng)的開發(fā)與試驗(yàn)。2013年，日本發(fā)布《世界領(lǐng)先IT國(guó)家創(chuàng)造宣言》，啟動(dòng)戰(zhàn)略性創(chuàng)新推進(jìn)計(jì)劃（SIP） ，其中包括日本自動(dòng)駕駛汽車商用化時(shí)間表及ITS 2014—2030技術(shù)發(fā)展路線圖。

2.2 國(guó)內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)我國(guó)道路交通具有重要作用，可以解決傳統(tǒng)汽車帶來的交通事故、交通擁堵以及環(huán)境污染等問題。自2010年以來，我國(guó)啟動(dòng)了如“車輛多傳感器集成關(guān)鍵技術(shù)研究”“車輛無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究”等多項(xiàng)與車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的“863”課題。此外，國(guó)家發(fā)展改革委、交通運(yùn)輸部等相關(guān)部門也頒布了一系列政策意見，規(guī)范車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，發(fā)展重心由單車智能轉(zhuǎn)向多車協(xié)同、車路協(xié)同、聯(lián)網(wǎng)化和智能化融合發(fā)展。科研項(xiàng)目的實(shí)施和政府層面對(duì)車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)規(guī)劃發(fā)展的高度重視，為我國(guó)車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用[5]。

3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 車輛行駛安全

車聯(lián)網(wǎng)可以為駕駛?cè)颂峁┌踩畔⑼ǜ妗④囕v碰撞警告和安全駕駛輔助等服務(wù)，提醒駕駛?cè)嗽谛旭傊锌赡艹霈F(xiàn)的危險(xiǎn)，并在必要時(shí)采取緊急措施，確保車輛安全，降低交通事故的發(fā)生率。

3.2 交通管理

車聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)將交通管理信息、本地交通信息等上傳到管理中心，從而實(shí)時(shí)向駕駛?cè)颂峁┙煌ü芾硗ǜ婧偷缆沸畔ⅲ缏范蜗匏偻ǜ妗④嚵髁啃畔⑼ǜ娴龋岣呓煌ü芾砟芰Γ嵘囕v行駛效率，緩解交通擁堵。

3.3 車載服務(wù)

駕乘人員可以通過車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入，享受互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如訪問網(wǎng)頁(yè)、獲取本地信息服務(wù)和預(yù)約車輛維修等，提升駕乘體驗(yàn)。

4 車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)

目前，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍處于早期階段。隨著5G技術(shù)的推廣和智能汽車的發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也經(jīng)歷了快速變革。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與5G技術(shù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)融合，促進(jìn)了車輛與交通產(chǎn)業(yè)向智能化和聯(lián)網(wǎng)化演進(jìn)。尤其是5G+V2X技術(shù)的發(fā)展，不僅提升了車聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸速度，還降低了延遲。

但車聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中還存在一些問題和挑戰(zhàn)[6-7]：1） 車聯(lián)網(wǎng)的定義不統(tǒng)一，所涉及的技術(shù)領(lǐng)域、行業(yè)廣泛而缺乏完善的規(guī)范和制度。車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品仍以試驗(yàn)或小范圍應(yīng)用為主，規(guī)范和制度的建立仍需政府部門、各行業(yè)之間的探討及合作。2） 車聯(lián)網(wǎng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善，如路側(cè)單元（RSU） 、基站等。需要政府部門升級(jí)和改造交通基礎(chǔ)設(shè)施，推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)的建設(shè)。3） 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安全管理方面還存在隱患，如數(shù)據(jù)安全、用戶個(gè)人隱私保護(hù)及安全管理制度等問題需要研究和解決。4） 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)營(yíng)及建設(shè)成本較高，需要更多投入。但目前車聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式尚不明朗，需要國(guó)家政府部門等制定相應(yīng)的政策和法規(guī)，將其運(yùn)營(yíng)和盈利模式規(guī)范化，以加快車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層為體系參考模型，運(yùn)用射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)等技術(shù)，為車聯(lián)網(wǎng)賦予互聯(lián)共享、車輛追蹤等能力。盡管車聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展中還面臨諸多問題，但隨著國(guó)家對(duì)車聯(lián)網(wǎng)經(jīng)費(fèi)的投入和各行各業(yè)在技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新和突破，未來車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)必將展現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，為人們出行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董鋒格，孫曉佳，張立.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與趨勢(shì)[J].汽車零部件，2016（5）：90-91.

[2] 徐艷民，李克寧，鄭道友.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023.

[3] 高惠民.車聯(lián)網(wǎng)V2X通信技術(shù)及應(yīng)用介紹（上）[J].汽車維修與保養(yǎng)，2020（3）：53-56.

[4] 武文科.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（3）：88-91.

[5] 熊煒，李清泉，李宇光.智能道路系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].中國(guó)公共安全（智能交通） ，2007（2）：83-88.

[6] 張夢(mèng)軒，冉斌.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展沿革和發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)析[J].科技傳播，2015，7（23）：124-125.

[7] 井驍.淺析車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J].上海汽車，2019（4）：9-12.

【通聯(lián)編輯：代影】