車聯網中的關鍵技術

文/常琳 鐘匯才 陳大鵬

車聯網中的關鍵技術

文/常琳 鐘匯才 陳大鵬

在物聯網領域發展如火如荼的今天，車聯網作為物聯網的典型應用，引起了越來越廣泛的關注。車聯網的實現將會給社會和生活帶來巨大的變化，然而實現車聯網的技術目前并沒有完全具備。本文從車聯網的發展現狀出發，逐步介紹了實現車聯網需要突破的各項關鍵技術，以及各項技術與車聯網功能之間的關系。

引言

一直以來，汽車在行駛過程中被當做一個個獨立的個體，車輛與車輛之間、車輛與路側基礎設置之間沒有任何的交互。設想一下，如果車輛之間可以“通話”，前方車輛會告訴后方車輛前面的路況，道路是否擁堵，是否有交通作業，是否發生交通事故；在行駛過程中，車輛與車輛之間通過“通話”自動保持適當的車距；通過遠程診斷，車輛會告訴駕駛人哪個部位存在安全隱患；根據綜合駕駛行為分析，車輛會自動引導駕駛人養成良好的駕駛習慣，包括遵守交通規則和更經濟節能等。隨著信息技術的發展，車聯網可以使以上設想成為現實。

車聯網的實現需要有機地結合傳感器技術、通信技術、數據處理技術、自動控制技術、信息發布技術等。

世界車聯網技術發展現狀

以構建更安全的行車環境，實現更高效的交通管理，達到更環保的經濟效益為目標，車聯網的發展引起了國內外相關部門和研究機構的高度重視，下面就幾個成功案例做簡單介紹。

美國

2010年，美國交通部研究和創新技術管理局發布的《ITS戰略研究計劃：2010-2014》中，將智慧駕駛（Intellidrive）作為核心。智慧駕駛安全應用是通過車輛與車輛、車輛與基礎設施之間的通信來加強人們對行車狀況的判斷和減少或避免碰撞，主要支持以下功能：駕駛建議，駕駛警示，車或設施控制。智慧駕駛移動應用提供一個互聯的，數據豐富的出行環境。網絡從車載設備（汽車、卡車和公交車）和基礎設施采集實時數據。這些數據通過無線發送，由運輸管理者來進行大范圍的動態、多模應用以使交通系統的性能得到優化。智慧駕駛環境應用同時產生和采集環境相關實時數據，并用這些數據產生實用的信息來支持和方便“綠色”交通的選擇。他們同時幫助系統使用者和操作者進行“綠色”交通的選擇和轉換，因此減少每次出行對環境的影響。

歐洲

目前，歐洲在智能交通領域有多個項目在同時執行，如CVIS、GST、PReVENT、EASIS、ARPOSYS、AIDE和SAFESPOT等。其中車路協同協調（CVIS）最貼近車聯網的概念，CVIS是由歐洲委員會發起的一個項目，目的在于允許交通主體（車輛、設施）間進行靈活、和諧、開放地通信和合作，這些主體將完善已經存在的道路服務和開發新的服務。車路協同系統基于車輛與車輛和車輛與基礎設施之間的通信，為駕駛人提供車輛的實時環境、其他車輛和道路使用者等信息，由先進的駕駛環境引導安全駕駛和高效移動。車路協同系統能保證在交通系統的高效性和所有道路使用者的安全性方面都有極大的改進。類似地，車路協同系統為道路操作者和基礎系統提供持續的車輛、位置和道路條件信息，允許優化并更安全地使用已有道路網絡，更好地回避交通事故和傷害。

日本

日本的車輛信息與通信系統（VICS）被認為是世界上最成功的道路交通信息提供系統，該系統從1996年4月開始運行，2003年起推廣至全國，截止2009年12月，在日本為將近2700萬用戶提供交通信息服務。VICS系統可以提供交通擁堵、行車時間、交通事故或施工地點、限速或交通管制、停車場位置及空缺情況等信息，其在緩解交通堵塞，提高道路利用率，減少道路負擔，增強道路安全性等方面取得了卓越的成果。VICS系統主要由信息采集、信息分析和處理、信息發送和信息使用四部分組成。警察部門和道路管理者負責把采集到的道路信息傳送給日本道路和交通信息中心，再由道路和交通信息中心把信息傳送給VICS中心，由VICS中心對信息進行處理之后，通過FM廣播、無線電信標和紅外信標提供給車輛駕駛人，駕駛人車輛上安裝的車載設備可以接受信息。

中國

我國在車聯網領域起步較晚，上世紀80年代從治理城市交通管理開始入手，運用高科技來發展交通運輸系統；90年代，一些高校和交通研究機構開始了城市交通誘導系統技術的研究和嘗試，開始跟蹤國際上智能運輸系統的發展，交通部也將智能運輸系統的研究納入了公路、水運科技發展“九五”計劃和2010發展綱要。目前中國正在進行和已經完成的和車輛通信相關的項目及課題也有很多，例如：在“九五”、“十五”、“十一五”中國國家科技攻關計劃關于智能交通項目實施的基礎上，北京實施了“科技奧運”智能交通應用試點示范工程；上海為世博開設了智能交通系統及服務；隨著車聯網概念的提出，越來越多的汽車廠商、通信企業、高校和研究機構加入到車聯網的研究中。

車聯網的關鍵技術應用

車聯網的技術實現分為三個層次，分別為感知層、數據承載傳輸層和應用控制層，筆者就這三個層次從下面六個技術角度進行展開介紹。

信息傳感技術

車聯網的實現需要大量的信息來源。傳統的做法是在路面鋪設感應線圈、架設超聲波傳感器、圖像傳感器等對交通流、車速進行探測。目前，一種全新的信息采集方法可以把汽車作為移動傳感器來采集交通數據，或者叫浮動車信息采集。傳統的方法在這里不做過多討論，在浮動車信息采集技術中，有兩項關鍵技術，一是通過遍布于車身的各種傳感器，包括速度、加速度、陀螺、GPS、胎壓以及跟汽車安全和性能相關的其他傳感器等采集數據，運用先進的多傳感器集成和數據融合技術，將采集到的原始數據轉化成實用的數據進行傳輸；二是車身網絡建設。現在的汽車電子化集成程度非常高，如何管理整車數據，并且在不影響車輛安全和性能的情況下為車聯網提供各種原始數據也是未來要解決的一個難題。

無線通信技術

無線通信技術是車聯網技術的關鍵，它直接決定了信息傳輸的實時性和有效性。根據目前通用的無線技術802.11、GSM、UMTS、3G、DSRC等，提出適合車聯網特殊環境應用的通信技術和通信協議，需要研究在車載環境中，無線信道受環境的影響情況以及信道規律與傳統無線網絡的區別；研究呼叫接入技術、網絡切換技術、QoS支持等技術；研究路由轉換技術以及多種異構網絡的異構互聯技術等。此外，開發具有多種網絡連接能力的多端口移動網關也很重要，移動網關不僅僅是連接和通信的通道，同時也是進行數據和內容處理的中間環節，在提升前端局部短距離網絡連接能力的同時，也要進行局部信息融合處理。

移動計算技術

車聯網的移動節點車載計算平臺安裝在高速行駛的汽車上，因此需要研究移動計算環境下數據挖掘與信息融合，使車載感知設備、各種路口信號設備可以無縫接入車車、車路、車到數據中心的網絡系統中，通過車內數據庫建立實現車內車外數據的傳輸和共享，通過對路口、路段汽車數量、車度等數據的分析，實施路口信號智能控制和路段擁堵的優化調整。另外，還需要進行移動計算環境下數據存儲技術、數據廣播技術、數據同步機和位置預測等技術的研究。

中央信息處理技術

數據控制中心是車聯網的“大腦”，所有交通相關信息和數據在控制中心匯集、進行處理后并發布。中央信息處理技術的關鍵有以下幾部分：一是多源多路數據和服務的移動接入和管理，為車輛、路邊固定基礎設施、數據控制中心之間不斷進行著的數據交換提供保障；二是廣域交通信息分析與交通態勢預測，采用特定方法，對從各個采集端得到的交通信息源進行分析，得到某個路段或某個區域的交通狀況，并根據歷史數據和現有實時數據對未來一段時間的交通態勢進行預測；三是多節點交通信息宏觀調控技術研究，即如何高速、有效地完成指揮調度；四是適合大容量節點交通調控信息分布計算的研究，通過云計算的手段提升計算速度；五是大容量交通數據存儲技術研究。

信息發布技術

通常情況下，數據控制中心將不斷產生大量的實時交通信息，所有信息需要以最便捷、有效的方式發送出去。目前常用的做法是將信息發布給所有人，這種方法不僅無故占用大量的計算和網絡資源，而且給不需要這條信息的人帶來困擾，因此需要研究一種獨特的針對個性化服務的信息發布技術，是某一條信息能夠實時、準確地發布到需要它的人手中；同時，對所有信息進行優先級劃分，優先發布緊急信息。

網絡自動控制技術

網絡控制技術的難點在于網絡總體架構、網絡應急以及網絡安全。包括研究整個車聯網的網絡總體架構，所有車聯網的功能都在該架構下實現，該架構既要考慮目前車聯網功能的需求，還有考慮未來功能的擴展；網絡應急是指一旦有突發事件發生，車聯網網絡總體架構有自動恢復的能力；網絡安全除了目前常指的信息安全等之外，尤其要考慮行車的安全性，車載終端中的車身網絡與外界網絡要做到物理隔離，嚴格禁止外界訪問車站網絡，車載外界網絡也要經過許可之后才能訪問。

結束語

總之，車聯網的實現不僅使人們的生活發生變化，同時也將帶來巨大的社會、經濟效益。然而，在目前已有技術還不能完全滿足車聯網發展的要求，因此需要不斷探索新的技術，使車聯網的功能不斷加強和完善。我們期待車聯網實現的時刻，那時候道路將不再擁堵、交通事故鮮有發生、城市空氣質量不斷提高……

作者單位：中國物聯網研究發展中心