現(xiàn)代車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜述

趙赫

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為了人們出行最常使用的交通工具，大大擴(kuò)展了人類的活動(dòng)范圍，在客運(yùn)和貨運(yùn)上給人類提供了極大的便利。然而，隨著城市中的車輛逐漸增多，各種交通問題不斷凸顯，工程師們試圖利用各種技術(shù)來提高車輛交通的運(yùn)行安全和效率，而車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是其中重要的一種。車聯(lián)網(wǎng)是一種將車輛與車輛、車輛與道路、車輛與人連接起來的一種網(wǎng)絡(luò)，通過此網(wǎng)絡(luò)，車輛之間的信息可以無縫溝通。本文全面分析了車聯(lián)網(wǎng)的概念和發(fā)展，并對車聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成和應(yīng)用做了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；發(fā)展；危險(xiǎn)救援

中圖分類號：F426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0045-02

1 車聯(lián)網(wǎng)概述

車聯(lián)網(wǎng)是一種將車輛與車輛、車輛與道路、車輛與人連接起來的一種網(wǎng)絡(luò)，通過此網(wǎng)絡(luò)，車輛之間的信息可以無縫溝通，實(shí)現(xiàn)信息共享。車聯(lián)網(wǎng)下屬于物聯(lián)網(wǎng)（物品與物品相連的網(wǎng)絡(luò)），和我們平時(shí)常用的互聯(lián)網(wǎng)相同，是網(wǎng)絡(luò)的一種。我們都知道，無論是人還是車輛，在參與到交通的過程中，不可避免的會需要接收各種信息和產(chǎn)生各種信息，例如行人和車輛通過十字路口時(shí)需要看紅綠燈，車輛行駛每時(shí)每刻都會產(chǎn)生位移、速度、加速度等信息，這些信號的交流和共享催生了車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生。車聯(lián)網(wǎng)通過高速通信的有線或無線網(wǎng)絡(luò)將包括車輛、道路、行人、交通設(shè)施在內(nèi)的各種交通要素連接在一起，每種交通要素都成為這張網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。具體來說，車聯(lián)網(wǎng)包括以下幾種分類：車與車相連（Vehicle to Vehicle，V2V）、車與路相連（Vehicle to Roadside，V2R）、車與基礎(chǔ)設(shè)施相連（Vehicle to Infrastructure，V2I）以及人與車相連（Vehicle to Person，V2P），通過車內(nèi)電子系統(tǒng)和車外輔助系統(tǒng)的通力協(xié)作，達(dá)到信息的快速傳遞和溝通，實(shí)現(xiàn)了智能交通各種功能的實(shí)現(xiàn)。

2 車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

2.1 國外發(fā)展

智能交通系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)的提出歸功于世界工業(yè)大國——美國，其也是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，在上個(gè)世紀(jì)就建立了ITS戰(zhàn)略研究計(jì)劃，這項(xiàng)戰(zhàn)略的核心是IntelliDrive，也就是“智能交通”。通過這項(xiàng)技術(shù)的溝通和交流，一些相對完整的車輛管理、公共交通規(guī)劃信息、行人對交通的需求和車輛停車和通行收費(fèi)等系統(tǒng)被完全建立起來，同時(shí)也出現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)、傳感器、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中車輛IP通信協(xié)議便是最為典型的一種。美國倡導(dǎo)的這種智能交通車聯(lián)網(wǎng)可以有效地將車輛、交通參與者、道路、道路管理人員等交通要素整合在一起，大大提高了交通的智能化程度，在20世紀(jì)末期起到了一定作用。通過部署此智能化車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，美國主要城市洛杉磯、紐約和芝加哥在交通高峰時(shí)期的擁堵量平均下降20%左右，市民對于交通的改善也有著顯著的贊許。

除了美國之外，日本在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也走在全球領(lǐng)先的前列。早在1993年，日本交通省就組建了車輛道路管理協(xié)會，這一組織的重要任務(wù)便是對智能交通系統(tǒng)尤其是車聯(lián)網(wǎng)展開深入研究。經(jīng)過10余年的研究和試驗(yàn)，日本于2006年首次推出適用于東京都市圈的智能交通解決方案，其采用高速率的無線通信網(wǎng)絡(luò)將車輛、行人、道路連接在一起，包括車輛在內(nèi)的任一交通要素不僅是交通信息的提供者，也是信號的接受者。

歐洲在車聯(lián)網(wǎng)方面的努力也沒有停止過，通過歐盟（EU）這一跨區(qū)域合作體的協(xié)作，全歐已經(jīng)初步建立起可以互通互聯(lián)的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，這也成為了車聯(lián)網(wǎng)建立的重要基礎(chǔ)。到2000年底，著名車輛智能交通解決方案公司safeTRIP基于歐洲的這一互聯(lián)系統(tǒng)開發(fā)出適用于車輛平臺溝通的通信技術(shù)，其特點(diǎn)是允許歐盟各成員國在內(nèi)的所有交通要素?fù)碛芯o急呼叫的功能，且覆蓋范圍巨大，在一些山區(qū)和荒漠地帶可以做到很好的覆蓋，方便了緊急狀態(tài)的通信需求。

2.2 國內(nèi)發(fā)展

我國對于車聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)和部署落后于歐美發(fā)達(dá)國家，特別是理論和技術(shù)方面大部分依賴于國外進(jìn)口，在通信設(shè)施和通信標(biāo)準(zhǔn)的建立上還存在許多瓶頸，但是隨著我國高校和科研機(jī)構(gòu)的不斷努力，進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速。眾所周知，我國的汽車保有量居世界前列，許多城市都有著百萬級別的汽車保有量，巨大的汽車保有量在每日循環(huán)往復(fù)的運(yùn)行中就會產(chǎn)生大量的交通數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如果被車聯(lián)網(wǎng)加以利用，會產(chǎn)生巨大的收益，也會促使車聯(lián)網(wǎng)的不斷完善。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)缺乏對數(shù)據(jù)的有效獲取，也就是感知層的數(shù)據(jù)十分匱乏，除了像北上廣等特大城市之外，一些大中等城市基本沒有部署用于交通信息獲取的各種傳感器，這也是導(dǎo)致這些城市出現(xiàn)高峰期交通擁堵的重要原因。同時(shí)，目前一些城市的智能交通系統(tǒng)還停留在初級階段，只是對交通數(shù)據(jù)采集后機(jī)械地整合在一起，提供給交通參與者參考，缺乏對海量數(shù)據(jù)的分析和共享。在交通設(shè)施硬件步數(shù)方面，還不能夠滿足現(xiàn)代城市交通的需求，此外在關(guān)鍵技術(shù)、傳感器、網(wǎng)路、算法等領(lǐng)域的研究還有待深入。

3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的組成

3.1 車聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成

（1）車輛和車載系統(tǒng)。車輛和車載系統(tǒng)是參與交通的每一輛汽車和車上的各種設(shè)備，通過這些傳感器設(shè)備，車輛不僅可以實(shí)時(shí)地了解自己的位置、朝向、行駛距離、速度和加速度等車輛信息，還可以通過各種環(huán)境傳感器感知外界環(huán)境的信息，包括溫度、濕度、光線、距離等，不僅方便駕駛員及時(shí)了解車輛和信息，還可以對外界變化做出及時(shí)的反應(yīng)。此外，這些傳感器獲取的信息還可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給周圍的車輛、行人和道路，上傳到車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云計(jì)算中心，加強(qiáng)了信息的共享能力。

（2）車輛標(biāo)識系統(tǒng)。車輛上的若干標(biāo)志標(biāo)識和外界的標(biāo)識識別設(shè)備構(gòu)成了車輛標(biāo)識系統(tǒng)，其中標(biāo)志以RFID和圖像識別系統(tǒng)為主。

（3）路邊設(shè)備系統(tǒng)。路邊設(shè)備系統(tǒng)會沿交通路網(wǎng)設(shè)置，一般會安裝在交通熱點(diǎn)地區(qū)、交叉路口或者高危險(xiǎn)地區(qū)，通過采集通過特定地點(diǎn)的車流量，分析不同擁堵段的信息，給予交通參與者避免擁堵的若干建議。

（4）信息通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有了若干信息之后，還需要信息通信系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)的傳輸，這是網(wǎng)絡(luò)鏈路層的重要組成部分，目前車聯(lián)網(wǎng)的通信系統(tǒng)以WIFI、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)為主，車聯(lián)網(wǎng)的大部分網(wǎng)絡(luò)需求需要和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商合作，以便和用戶的手機(jī)隨時(shí)連接。

3.2 車聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)

（1）射頻識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)（radio frequency identification，RFID），是一種通過非接觸的標(biāo)簽識別技術(shù)建立起無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要利用射頻信號對目標(biāo)標(biāo)簽進(jìn)行偵測，當(dāng)標(biāo)簽在識別距離內(nèi)時(shí)，就可以自動(dòng)地觸發(fā)識別機(jī)制從而獲取標(biāo)簽上的若干信息，由于其無接觸、速度快、可以識別運(yùn)動(dòng)的物體的特性，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于貨物、車輛等識別領(lǐng)域。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。在車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)，每一個(gè)交通參與要素都會成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過龐大的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。

（3）GPS定位技術(shù)。全球定位系統(tǒng)（global position system，GPS）是一種以衛(wèi)星定位為基礎(chǔ)的全球性無線電定位系統(tǒng)，其原理是三星定位原理，通過車輛向衛(wèi)星發(fā)送的請求電磁波，采用一定的算法便可計(jì)算出車輛的位置，民用的精度可以達(dá)到米級。和美國GPS類似，我國也開發(fā)出自主的定位系統(tǒng)——北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)，這一系統(tǒng)將在不久的未來服務(wù)于全球的車聯(lián)網(wǎng)用戶。

（4）傳感器及其融合技術(shù)。傳感器是車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的根基，車輛上的傳感器一般有距離傳感器、溫度傳感器、光線傳感器、激光雷達(dá)、視覺傳感器等，感知在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起兩個(gè)作用：釋放行為、支持或引導(dǎo)行為的動(dòng)作。所有傳感器都是隸屬于行為的，一些行為可能會選擇相同的傳感器，但對數(shù)據(jù)的使用則是各自獨(dú)立的。車聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是行為大部分都是激勵(lì)-響應(yīng)形式，這種激勵(lì)—響應(yīng)基于直接的感知而不是車聯(lián)網(wǎng)的記憶。

4 車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)列舉以下幾種：

（1）危險(xiǎn)道路警示。首先，車聯(lián)網(wǎng)最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域便是危險(xiǎn)道路情況警示。在傳統(tǒng)的行車過程中，車輛對于前方的路況往往是不清楚的，一方面在高速路段，車輛時(shí)速很快，前面如果出現(xiàn)事故等情況將對行車安全造成很大威脅，另一方面，在山區(qū)路段，由于障礙物的遮擋導(dǎo)致視野受限，也會產(chǎn)生很多的危險(xiǎn)隱患。通過在一些路段的特定點(diǎn)安裝各種車聯(lián)網(wǎng)傳感器，實(shí)施偵測路段的各種情況，并由覆蓋廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給即將經(jīng)過的車輛，并產(chǎn)生警告信號發(fā)送給車聯(lián)網(wǎng)管理中心。

（2）輔助轉(zhuǎn)向。左轉(zhuǎn)車輛和對方直行車之間的側(cè)而直角碰撞事故是十字路口交通事故的主要類型之一。在十字路口的路邊設(shè)備安裝感應(yīng)器，以探測來車的位罰和速度，并記錄交通信號燈的信息。路邊設(shè)備周期地將上述信息發(fā)送給左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)車輛，左轉(zhuǎn)司機(jī)可以利用這些信息輔助決定左轉(zhuǎn)的時(shí)機(jī)。如果車載系統(tǒng)具有左轉(zhuǎn)輔助判斷功能，也可以隨時(shí)向司機(jī)建議左轉(zhuǎn)的安全時(shí)機(jī)。

（3）緩解城市擁堵。車聯(lián)網(wǎng)在城市中的部署可以實(shí)時(shí)監(jiān)測城市道路的車流量情況，通過車載終端對駕駛者目的地的捕捉和分析，實(shí)現(xiàn)了城市道路擁堵等級的評定，并將此動(dòng)態(tài)結(jié)果通過手機(jī)、平板、車載終端等設(shè)備實(shí)時(shí)傳遞到駕駛者眼前，對于駕駛者避免擁堵有著極大的幫助。

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