车联网技术应用综述

引言

车联网技术旨在解决交通问题，首先车联网能有效预防 交通碰撞事故的发生，一些最早研究车联网技术的国家已取 得显著成绩。其次车联网可以使系统运营商和用户对出行方式 做出最佳选择。再次，车联网技术降低了交通对环境的影响, 在环境保护方面发挥重要作用。本文阐述了车联网的基本概 念、发展史、国内外车联网行业步伐及发展情况，并对车联网 未来的发展趋势进行展望。

1车联网的定义及系统功能要求

1.1车联网的定义

车联网(Connected Vehicles):即由车辆位置、行驶速度、 行驶路线等构成的信息交互网络，是一种向信息通信、环保、 节能、安全等方向发展的车-网联合技术。通过RFID、摄 像头、传感器、GPS及图像处理等电子设备，实现对车辆、道路、 交通环境等信息的采集;按照一定的通信协议和标准，在车-路- 人-网-环境-基础设施之间进行无线通信或信息交换；云中 心采用计算机技术分析和处理车辆数据信息，从而计算出不 同车辆的最佳路线，及时汇报路况和安排信号灯周期，实现 对人、车、路进行智能监控、调度和管理。车联网是物联网 技术在交通系统领域的典型应用，是信息社会和汽车社会融 合的结果。

1.2系统功能要求

一般地讲，车联网系统的功能要求有如下几条：

无线电通信能力，如：单跳无线通信范围；使用的无 线电频道；可用带宽和比特率；无线通信信道的鲁棒性；无线电信号传播困难的补偿水平，例如，使用路侧单元(RSU， Road Side Unit),用来满足车辆与基础设施间的信息交换；

网络通信功能，如：传播方式：单播，广播，组播, 特殊区域的广播；数据聚合；拥塞控制；消息的优先级；实 现信道和连通性管理方法；支持IPv6或IPv4寻址；与接入 互联网的移动节点相关的移动性管理；

车辆绝对定位功能，如:全球导航卫星系统(GNSS)， 如全球定位系统(GPS)；组合的定位功能，如由全球导航卫 星系统和本地地图提供的信息相结合的组合定位；

车辆的安全通信功能，如：尊重匿名和隐私；完整 性和保密性；抗外部攻击；接收到数据的真实性；数据和系 统完整性；

车辆的其他功能，如：车辆提供传感器和雷达接口 ； 车辆导航功能。

2国内外车联网的发展史

2.1美国

早在20世纪50年代，部分美国私营公司开始为汽车研 发自动控制系统。20世纪60年代，美国政府交通部门开始 研究电子路径引导系统(Electronic Route Guidance Systems， ERGS)。70年代初至80年代，美国对智能交通系统的研究处 于停滞阶段。

2006年，为解决迫在眉睫的安全问题，美国交通运输部 (DOT)联手部分汽车制造商，对V2V安全应用程序原型进 行开发和测试，提高车载安全系统在自适应控制方面的性能。 开发和测试成果对美国高速公路安全管理局(NHTSA)未来 的决策起非常重要的参考作用。同年，提出车辆基础设施一 体化(VII)概念。

2009年5月，启动商用车基础设施一体化工程 (Commercial Vehicle Infrastructure Integration)。同年 12 月，DOT发布了《智能交通系统战略研究计划：2010-2014》,目 标是利用无线通信建立一个全国性多模式的地面交通系统，形 成车辆、道路基础设施、乘客的便携式设备之间互连的交通 环境，为期五年，每年投入1亿美元，核心项目为IntelliDrive(智 能驾驶)，预计于2014年完成。

2011年8月到2012年初，针对车联网技术，美国在六个 不同地区进行了现实环境下驾驶员安全驾驶测试，用以评估 用户对新的V2V技术接受程度。2012年秋天到2013年秋天， 继续开展对安全驾驶模型的研究工作，以测试车联网安全技 术的有效性叫

2012年12月，DOT发布了《2015-2019 ITS战略计划》， 就有关美国下一代ITS战略研究计划草案进行了对话与讨论, 该报告显示美国在保持以往研究项目连续性的同时，已开始制 订2015-2019年ITS研究计划，确立研究和发展的重点和主题, 以满足新兴的研究需求，进一步提高车联网的安全性、流畅 性和环境保护。

2.2日本

日本ITS的研究始于20世纪70年代。20世纪80年代 中期至90年代中期，相继完成了路一一车通信系统(RACS)、 交通信息通信系统(TICS)、超智能车辆系统(SSVS)、安全 车辆系统(ASV)等方面的研究。

2000年4月，日本ETC国家行动计划开始正式实施，目 标是2003年3月前在全国范围内建设至少900个收费站，实 现高速公路联网不停车收费和服务系统。2003年7月，智能 交通系统战略委员会发布了《日本智能交通系统战略规划》， 对智能交通系统的短期和中长期的发展构想提出了战略规划。 2011年，日本全国高速公路系统引进“ITS站点智能交通系统”, 它能够及时向车载导航系统快速提供海量交通信息和图像， 有效的缓解了交通拥堵和改善驾驶环境。

2.3中国

1986年，第一套国产信号控制系统在南京开发。1991年， 第一套国产信号控制系统在南京主城区安装完毕，并通过了 调试。

2007年12月初，通用汽车公司与上汽集团成立了一家名 为上海安吉星信息服务公司的合资企业，在亚洲市场推出通用 汽车的Onstar服务。2009年，随着赛格导航、好帮手、城际 通等企业陆续推出相关Telematics车载信息服务系统，标志着 中国进入Telematics时代。

2010年，首届“车联网”研讨会成功召开，提出“车联网” 概念。2010年10月，国务院在“863”计划中提出智能车、路 协同关键技术研究以及大城市区域交通协同联动控制关键技 术研究。“十二五”期间，工信部从产业规划、技术标准等多 方面着手，加大对车载信息服务的支持力度，以推进汽车物联 网产业的全面铺开，预期2020年实现可控车辆规模达2亿。

2011年，第二届“车联网”产业链合作研讨会在上海召开。

7月，CNF2011-中国车联网产业发展论坛在深圳国际会展中心 成功举办，对车联网的商业模式进行了首次探讨。12月，由 多家高校、科研机构、企业发起组建的中国车联网产业技术 创新战略联盟在北京成立，其宗旨是推进中国汽车信息化领域 的协同创新，推动智能交通发展，带动基于移动互联网技术 的车联网的应用。

3国内外车联网行业的步伐对比

3.1国外

本文从以下四个方面对国外车联网行业的步伐进行对比：

车路协同系统应用场景：以美国、欧盟和日本为代 表的发达国家对车路协同系统的应用场景基本定义完毕，不同 组织对应用场景的定义基本一致。

车路协同系统通信协议标准化：美国和欧盟分别 定义了车-车，车-路通信协议标准，目前美国的Dedicated Short Range Communication (DSRC)协议在学术和企业界比 较普及，同时IEEE也定义了 802.11P通信协议用于车-车及车- 路通信。

车路协同系统技术进展：现阶段仍然处于相关技术 的探讨、实验和测试阶段，尚未进行大规模推广和应用。

两种推进方式：美国模式是政府主导，科研机构积 极参与和配合;日本模式则是在政府的协调下，由工业、企业 等带头参与和配合。表1所列是美国和日本的推进方式对比。

表1美国和日本的推进方式对比

3.2国内车联网产业发展情况与发展规模

(1)产业发展情况

国内货运车联网技术与产业发展迅猛，表2列举了我国 在货运车联网领域的相关企业信息叫

( 2)发展规模

通过对近年来我国车联网产业规模与车联网用户数量的 相关数据的调查与分析，得出了图1所示的产业规模图，图1 直观地显示出近年来或未来我国在车联网领域的产业规模的 不断增大以及车联网市场的巨大潜力。

4车联网发展展望

4.1未来的车辆配置

对于未来的车联网发展，未来的车辆均应配置以下功能：

（1）自动控制模块：自动驾驶；

（2）车辆状态感知模块：胎压、车速、车身系统、硬件配置是否工作正常；

（3）周围环境感知：交通信息、道路信息；

（4）驾驶员身体状态感知：疲劳度、注意力；

（5）无线通信模块：与路侧单元、周围车辆、控制中心通信；

（6）辅助驾驶模块：语音控制、导航控制、定位精确；

（7）娱乐信息模块：网络购物、聊天、上网、多媒体下载、电子商务等等；

（8）其他硬件配置：车辆身份证、数字仪表、自动空调、感应雨刷、灯光控制、电控座椅、智能玻璃（娱乐信息、导航等模块数据可以在前挡风玻璃上显示）；

（9）软件配置：智能交通控制系统、智能人车协同系统、自我学习。

4.2未来的服务和技术

车联网将会是未来的互联网的一部分，未来的车辆将能 够同周围的其它车辆或环境共享信息和服务，如驾驶信息，生 态驾驶信息，交通状况信息，以及周围的车辆和环境信息，车 联网所带动的新兴服务将是未来互联网服务不可分割的组成 部分。来自环保，安全，经济，福利等方面的社会需求，必将 导致利益相关者大力推动这些新兴服务的发展。车联网服务 与未来的互联网服务是互动的，而未来互联网概念会是车联 网概念的基石。

4.3车联网发展趋势

未来的车联网发展趋势，主要体现在以下几个方面:

以生态为中心的驾驶

随着地球石油储备的减少，油价将显著上升；同时车辆 的增多，尾气排放严重将引起环境污染，导致全球气候变暖。 未来的驾驶将以生态为中心，减少化石燃料消耗和碳排放， 促进可持续发展，呈现出以下六大趋势：一是生态信号操作； 二是生态车道；三是动态低排放区；四是能支持替代燃料汽 车业务;五是有生态出行信息；六是有生态综合的走廊管理(生 态 ICM)。

活动安全协议

主要包括安全驾驶；安全走廊服务；协同驾驶。

( 3)智能交通

未来，车辆本身就是一个通信集线器，它允许货物和数 码设备连接互联网，提供车队管理和货运信息服务，如：跟踪 和定位货物，货物状态等等。这些服务将嵌入整个货物供应 链和物流链。

(4)集成式移动服务

传统的一些互联网服务，如社交网络等以后将迅速出现 在我们的车上。当然，这种服务是可定制的。

( 5)智能协同交通

车辆的传感器收集信息，通过某种方式将数据发往云中 心，云中心将数据隔离起来(网络安全)，然后将数据分发到 不同的部门处理，利用这些数据进行交通控制。

(6)敏捷的导航系统

安装卫星导航系统的汽车将接近100%，系统根据每辆 车提供的流量数据而不是传统的基础设施采集数据。依靠高 度灵敏的导航系统，甚至可以将路边的路标撤去。部分导航 系统将与主流的交通管理控制系统一体化，使车辆能快速获 取系统的指示和建议。而导航系统计算路径时，将会根据驾驶员的喜好进行计算。

另外，高质量的导航付费服务将继续存在，并与购置新 车捆绑。同时互联网将提供质量稍差的免费资源。

5结语

车联网技术作为21世纪的高新技术之一，受到各国政府 和专家学者的广泛重视。车联网技术在解决交通问题，尤其 是在快捷出行、安全行车、环境保护等方面已经取得了显著的 成绩。随着科技的发展、国家政策的支持和研发经费的不断 投入，在不久的将来，V2R （车与路）、V2P （车与人）、V2V（车 与车）和V2I （车与基础设施）的信息交互必将得到长足的进 步。人们将告别红绿灯、告别交通事故、告别污染等一系列问 题，车联网必将成为人类生活不可分割的重要组成部分。

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