車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)

李晶 謝達(dá)城 謝劍和

摘要： 在國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中，科學(xué)技術(shù)研究不斷涌現(xiàn)出新的方向，極大地促進(jìn)了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也讓汽車(chē)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，成為了人們出行必不可少的交通工具，車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)而生。作為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，汽車(chē)定位技術(shù)與位置感知技術(shù)成為了研究方向和熱點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)的研究，深入分析其意義、發(fā)展方向及技術(shù)演進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的宏觀(guān)調(diào)控功能，并推動(dòng)汽車(chē)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

Abstract： In the process of the rapid development of the national economy， new directions have emerged in scientific and technological research， which has greatly promoted the development of the automobile industry， and has also allowed automobiles to enter thousands of households and become an indispensable transportation for people. Tools， the Internet of Vehicles technology came into being. As the core technology of the Internet of Vehicles， vehicle positioning technology and location perception technology have become research directions and hotspots. This article analyzes its significance， development direction and technological evolution through the research on the positioning and location-aware technology of the Internet of Vehicles， so as to realize the macro-control function of the automobile and promote the sustainable development of the automobile and Internet industries.

關(guān)鍵詞： 車(chē)聯(lián)網(wǎng);定位技術(shù);位置感知技術(shù)

Key words： Internet of Vehicles;positioning technology;location-aware technology

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0208-02

0? 引言

隨著新形勢(shì)下，智能交通的發(fā)展，我國(guó)目前的汽車(chē)市場(chǎng)逐步擴(kuò)大，各種電子技術(shù)也得到了不斷的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。所以，車(chē)聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)下的行業(yè)前景是非常有利的，其未來(lái)的發(fā)展將是爆炸式的增長(zhǎng)?；诖耍接戃?chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)，在一定程度上，作為現(xiàn)階段下汽車(chē)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容，車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的完善，能夠?qū)崿F(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)與汽車(chē)行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、城市經(jīng)濟(jì)相互促進(jìn)發(fā)展。

1? 研究車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)的意義

目前，相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)的研究時(shí)間相對(duì)較短相關(guān)研究基礎(chǔ)也是比較薄弱的，但有關(guān)部門(mén)一直在穩(wěn)步規(guī)劃?，F(xiàn)階段，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子技術(shù)等通信相關(guān)技術(shù)成熟后，有關(guān)部門(mén)也相繼發(fā)布了各種車(chē)聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃要點(diǎn)。近兩年，我國(guó)大力推進(jìn)研究城市智能交通系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及電力技術(shù)的相互融合，并開(kāi)發(fā)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施。全國(guó)各地的交通智能監(jiān)控指揮中心已逐步建立，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向勢(shì)必會(huì)朝著智能化邁進(jìn)。在相關(guān)的交通運(yùn)輸規(guī)劃中，曾明確提出要加快汽車(chē)行業(yè)智能化的發(fā)展，必須將互聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)融入到汽車(chē)智能化應(yīng)用中，形成智能安全可靠的智能交通系統(tǒng)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為近年來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)將成為未來(lái)時(shí)代的最新發(fā)展趨勢(shì)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)是從物聯(lián)網(wǎng)的概念中引申過(guò)來(lái)的，主要是將汽車(chē)上的各種信息匯聚起來(lái)，并組成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。比如汽車(chē)不斷變化的位置、行駛速度及行駛軌跡等方面，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的綜合全面的聯(lián)網(wǎng)。目前，車(chē)聯(lián)網(wǎng)模式也在逐漸興起，主要是實(shí)現(xiàn)智能終端的有效聯(lián)接，并且是將娛樂(lè)、道路、位置、導(dǎo)航、救援等一系列一體化的功能性開(kāi)發(fā)出來(lái)為人們、為社會(huì)所服務(wù)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位于位置感知技術(shù)的研究尤為重要。

2? 車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)分析

隨著汽車(chē)的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)行業(yè)車(chē)輛數(shù)量也在不斷增加，城市的道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜，其智能定位的要求越來(lái)越精細(xì)。根據(jù)汽車(chē)定位的絕對(duì)定位與相對(duì)定位技術(shù)以及位置感知技術(shù)，可以將定位技術(shù)主要分為衛(wèi)星系統(tǒng)定位、傳感器與高精地圖匹配定位、蜂窩網(wǎng)定位及同步技術(shù)這三種，以下為詳細(xì)分析。

2.1 衛(wèi)星定位技術(shù)? 衛(wèi)星定位技術(shù)是當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位于位置感知技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的，其系統(tǒng)可以為汽車(chē)提供行駛速度、行駛時(shí)間等全方位綜合的三維立體位置服務(wù)?；赗TK差分系統(tǒng)的GNSS定位的精準(zhǔn)度是可以達(dá)到厘米級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)的，理論上可以完全滿(mǎn)足汽車(chē)中的自動(dòng)駕駛技術(shù)的要求。在沒(méi)有基于RTK差分系統(tǒng)的GNSS定位信號(hào)的地區(qū)及城市，偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以部署到該地區(qū)城市中，主要是利用主體服務(wù)器通過(guò)解析在軌的衛(wèi)星導(dǎo)航后，向偽衛(wèi)星基站發(fā)送星歷信息和歷書(shū)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)實(shí)時(shí)模擬，并向其發(fā)出準(zhǔn)確的位置信息。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中GNSS的終端或模組不需要改動(dòng)就可以充分實(shí)現(xiàn)偽衛(wèi)星定位的信號(hào)配對(duì)，但需對(duì)其進(jìn)行提前部署，定位的精準(zhǔn)度與偽衛(wèi)星基座密度密切相關(guān)。如果要實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)的衛(wèi)星定位，就需要在道路交通建設(shè)中預(yù)先設(shè)計(jì)大量偽衛(wèi)星基站及大量的光纖等有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、電力供應(yīng)以及資金[1]。

2.2 傳感器與高精地圖匹配定位技術(shù)? 將傳感器和高精確度地圖匹配定位與感知技術(shù)相互融合，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位方面也是比較成熟的應(yīng)用，兩種定位方式的特點(diǎn)具有非常明顯的互補(bǔ)。該方法的實(shí)際應(yīng)用具有組織簡(jiǎn)單、設(shè)備數(shù)可靠、故障率低、成本低的相關(guān)優(yōu)勢(shì)。下面是主要的應(yīng)用分析。①攝像系統(tǒng)，采集周邊范圍的實(shí)時(shí)影像，結(jié)合提取特點(diǎn)并進(jìn)行自主分析，優(yōu)點(diǎn)是成本低，操作簡(jiǎn)單，分辨率高，缺點(diǎn)是探測(cè)距離短，易受多種因素影響，如：天氣，光照，視角等，在光照不良的環(huán)境下，其視覺(jué)效果很差。②激光雷達(dá)的工作原理是通過(guò)測(cè)量激光短脈沖發(fā)射到目標(biāo)反射信號(hào)的時(shí)間來(lái)測(cè)距，并結(jié)合反射光角度的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置的探測(cè)。天氣變化對(duì)探測(cè)精度產(chǎn)生部分影響，如雨雪、霧霾等天氣，是很難全面實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用的。③毫米波雷達(dá)技術(shù)是能夠精確測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度，其主要優(yōu)點(diǎn)有穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備體積小、精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠最遠(yuǎn)探測(cè)到300米，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)惡劣天氣情況下的高精度測(cè)量。但是，毫米波雷達(dá)無(wú)法準(zhǔn)確地區(qū)分多個(gè)目標(biāo)。④高精地圖是根據(jù)傳感器對(duì)真實(shí)環(huán)境的特征進(jìn)行檢測(cè)后，進(jìn)行預(yù)采集制作的一種高精地圖匹配，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的高精定位。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)主要的高精地圖生產(chǎn)廠(chǎng)家都已經(jīng)完成了至少30萬(wàn)公里高精度公路地圖的采集與制作。但是，由于我國(guó)國(guó)土面積大，精測(cè)地圖的覆蓋率還比較低，未來(lái)大范圍的車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還有待于提高。

2.3 蜂窩網(wǎng)定位及同步技術(shù)? 蜂窩網(wǎng)定位及同步由于其具有帶寬大、分辨率高等特點(diǎn)，現(xiàn)階段已逐步成為一種新型廣泛的通信方式和高精準(zhǔn)的測(cè)距方式。其測(cè)距的精度能夠在200米內(nèi)比較穩(wěn)定。由于小脈沖的體積散射截面相對(duì)于目標(biāo)散射截面小，所以其信號(hào)穿透力增強(qiáng)，在復(fù)雜的環(huán)境下也能具有優(yōu)質(zhì)的性能。在信號(hào)方面，可滲透到水里、植物中、水泥中等多種介質(zhì)中，其在人們?nèi)粘Ｉ?、企業(yè)、軍用、民用等各個(gè)方面都存在廣泛高效的用途[2]。

2.4 無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)? 無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)RFID，即電子標(biāo)簽，其原理是利用對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)對(duì)目標(biāo)的跟蹤與識(shí)別，獲取有價(jià)值的數(shù)據(jù)。將RFID電子標(biāo)簽安裝在汽車(chē)上，從而獲得汽車(chē)的各種信息，為車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與感知技術(shù)提供了相關(guān)有利數(shù)據(jù)。例如：車(chē)輛發(fā)生故障后，汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)RFID、GPS等技術(shù)的聯(lián)動(dòng)，獲得較高精度的車(chē)輛位置信息，從而第一時(shí)間為車(chē)輛提供救援服務(wù)。但由于此技術(shù)較單一，其應(yīng)用必須在道路或是交通中安裝相應(yīng)的設(shè)備，如此一來(lái)，才能檢測(cè)到汽車(chē)信號(hào)和有效數(shù)據(jù)，所以，不太適合車(chē)聯(lián)網(wǎng)全方位的位置感知。

3? 車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 實(shí)現(xiàn)人車(chē)互聯(lián)? 人車(chē)互聯(lián)依靠智能化系統(tǒng)讓復(fù)雜車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知的實(shí)際操作簡(jiǎn)單化。人車(chē)互聯(lián)的精髓在于汽車(chē)本身的車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知技術(shù)水平，使人能夠?qū)崿F(xiàn)更簡(jiǎn)單、更優(yōu)質(zhì)的人車(chē)互聯(lián)。第一，實(shí)現(xiàn)觸控屏幕有效定位的拓展，將更多車(chē)載定位功能，變成觸控操作，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全、簡(jiǎn)化的定位目標(biāo)。也就是將實(shí)體的車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位按鈕變成全自動(dòng)化觸控式按鈕，將小的車(chē)載定位屏幕逐漸變成大屏幕，非智能化逐漸趨向智能化。第二，車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能語(yǔ)音定位系統(tǒng)，能自動(dòng)化的根據(jù)語(yǔ)音進(jìn)行定位分析與把控。在簡(jiǎn)單接收任務(wù)語(yǔ)音定位的指令后，智能語(yǔ)音根據(jù)指令執(zhí)行操作。該方法既可簡(jiǎn)化行車(chē)定位的復(fù)雜操作，又可提高車(chē)輛安全駕駛。第三，車(chē)聯(lián)網(wǎng)遙控定位。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與車(chē)輛進(jìn)行有效連接，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)遙控操作，在一定的距離內(nèi)可以自動(dòng)化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。人車(chē)互聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)功能的智能化、自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化，是對(duì)汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量提升。汽車(chē)功能的智能化的程度高低，也能給人們帶來(lái)不一樣的駕乘體驗(yàn)。

3.2 實(shí)現(xiàn)車(chē)車(chē)互聯(lián)? 實(shí)現(xiàn)車(chē)車(chē)互聯(lián)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感應(yīng)的轉(zhuǎn)型，就像移動(dòng)電話(huà)一樣，可以接收和發(fā)送定位與位置信號(hào)，使車(chē)輛與車(chē)輛之間實(shí)現(xiàn)位置互通。除基本的通信外，還可將車(chē)與車(chē)之間的位置、速度、行車(chē)路線(xiàn)等進(jìn)行信息共享。第一，車(chē)聯(lián)網(wǎng)還是通過(guò)自身的感知技術(shù)和執(zhí)行系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)單一的駕駛和定位。其機(jī)理具有一定人性化特點(diǎn)，比如通過(guò)眼睛（車(chē)燈內(nèi)設(shè)置傳感器）來(lái)收集周?chē)沫h(huán)境信息，通過(guò)大腦（車(chē)內(nèi)）來(lái)進(jìn)行判斷和決策，最后通過(guò)手和腳（其他零件）來(lái)完成與其他定位與位置信息的交互。在智能交通中，通過(guò)攝像機(jī)采集道路和環(huán)境信息，由主機(jī)仿真模擬并給出決策，然后通過(guò)其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位與位置感應(yīng)。第二，通過(guò)云服務(wù)端，也就是第三端，以實(shí)現(xiàn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)接收傳輸定位信號(hào)的功能，通過(guò)云端的決定，并對(duì)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行反饋。毫無(wú)疑問(wèn)，此種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是高速率，低誤碼率，還有隱藏的多接口網(wǎng)絡(luò)。一旦發(fā)生安全事故，需要將其定位信息及時(shí)傳遞給附近車(chē)輛及總服務(wù)端，以實(shí)現(xiàn)快速的處理效率。而且在車(chē)與車(chē)之間傳遞時(shí)，要將位置、路況、天氣情況等，將所有的信息進(jìn)行歸納打包，然后傳送到云端，云端再傳送至所有的車(chē)輛[3]。通過(guò)與人車(chē)互聯(lián)的對(duì)比，車(chē)車(chē)智能互聯(lián)將是當(dāng)前汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.3 實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)? 在車(chē)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，以車(chē)為基點(diǎn)，向外散射，將車(chē)聯(lián)網(wǎng)的定位與位置感應(yīng)的具體范圍散射到人們的衣食住行中。從深層次來(lái)看，就是不再需要導(dǎo)航定位、三端定位，由云平臺(tái)來(lái)制定信號(hào)接收規(guī)則，從停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)泊車(chē)開(kāi)始，不斷發(fā)展，高速率、多接口、更安全穩(wěn)定的定位與位置感應(yīng)技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)展周?chē)囊磺?，在汽?chē)、家用電器、汽車(chē)交通工具、汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮作用。可以監(jiān)測(cè)到所有事物的發(fā)生，不僅是在車(chē)聯(lián)網(wǎng)的定位與位置感應(yīng)方面，無(wú)論何時(shí)何地都可以更好地判斷出周?chē)奈恢?、道路狀況和交通狀況，隨時(shí)了解地區(qū)天氣狀況與其他車(chē)輛的狀況，甚至可以知道其他與之相關(guān)的所有東西，這樣就可以做到完全自動(dòng)駕駛、自動(dòng)定位、自動(dòng)泊車(chē)。通過(guò)把人工智能和互聯(lián)網(wǎng)納入其中，人類(lèi)自動(dòng)化的移動(dòng)概念也將成為首次體驗(yàn)，對(duì)人們的生活和事物的融合互動(dòng)來(lái)說(shuō)。并不是所有的發(fā)展趨勢(shì)都能在將來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，從趨勢(shì)轉(zhuǎn)向現(xiàn)實(shí)會(huì)對(duì)人們正常的生活方式造成很大影響，如今我們所熟知的車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位和位置感知技術(shù)將很快成為汽車(chē)業(yè)的過(guò)去時(shí)，而未來(lái)時(shí)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位與位置感應(yīng)技術(shù)將帶來(lái)全新的升級(jí)定義。自動(dòng)駕駛的定位與感知位置系統(tǒng)更加精確仍然是當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一大趨勢(shì)。多傳感器智能融合技術(shù)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中重要組成，為改善精確度、應(yīng)對(duì)極端惡劣天氣條件、實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地等方面，都具有十分重要的作用[4]。

4? 結(jié)論

汽車(chē)行業(yè)的智能化是社會(huì)發(fā)展的必然階段，為此，不斷推廣和應(yīng)用各種汽車(chē)電子技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，從而推動(dòng)汽車(chē)電子經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的健康穩(wěn)定的發(fā)展。車(chē)聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用，在一定程度上推動(dòng)了城市智能交通的可持續(xù)發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)定位于位置感知技術(shù)的提升，將為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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