車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分析及其在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

每一次經(jīng)濟危機之后，科技創(chuàng)新都成為戰(zhàn)略制高點。在后金融危機時代，世界各國正在進(jìn)行搶占科技制高點的競賽,全球進(jìn)入空前的創(chuàng)新密集和產(chǎn)業(yè)振興時代。作為新興產(chǎn)業(yè)和科技創(chuàng)新的代表，物聯(lián)網(wǎng)已成為經(jīng)濟危機后期國際競爭的制高點，從“智慧地球”到“感知中國”都體現(xiàn)出決策者對物聯(lián)網(wǎng)的高度關(guān)注。然而，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)也不能四面出擊，應(yīng)該抓好重點，注重實效。在這個過程中，車聯(lián)網(wǎng)是一個值得關(guān)注的課題。

車聯(lián)網(wǎng)是指通過多種無線通信技術(shù)，實現(xiàn)所有車輛的狀態(tài)信息（包括屬性信息和靜、動態(tài)信息等）與道路交通環(huán)境信息（包括道路基礎(chǔ)設(shè)施信息、交通路況、服務(wù)信息等）的信息共享，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和綜合服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)車與車、車與路、車與人之間的信息交換，可以幫助實現(xiàn)車、路、人之間的“對話”。就像互聯(lián)網(wǎng)把每個單臺的電腦連接起來，車聯(lián)網(wǎng)能夠把獨立的汽車連接在一起。

在國外，歐洲汽車公司（如曼、沃爾沃、斯堪尼亞、奔馳等公司）早已將車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于車隊管理。同時，歐洲客運公司也在積極推廣應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。美國的IVHS、日本的VICS等系統(tǒng)也都通過車輛和道路之間建立有效的信息通信，從而實現(xiàn)智能交通的管理和信息服務(wù)。比較優(yōu)秀的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有瑞典SCANIA的黑匣子系統(tǒng)等。目前，車聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用是Telematics（車載信息服務(wù)）。美國、日本和歐洲的Telematics應(yīng)用較為成熟。全球應(yīng)用成功的Telematics有日本的VICS中心、豐田的G-Book以及通用的On-Star。韓國正處于初期發(fā)展階段。在我國，Telematics是一個新興的、用于汽車通信市場及個人應(yīng)用的系統(tǒng)。2009年，豐田G-Book和通用On-Star在中國正式推出Telematics服務(wù)。因此可以說，2009年是中國Telematics的產(chǎn)業(yè)元年。

1車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分析

車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車與車、車與路邊單元、車與互聯(lián)網(wǎng)之間進(jìn)行無線通信和信息交換，以實現(xiàn)智能交通管理控制、車輛智能化控制和智能動態(tài)信息服務(wù)的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的延伸。與普通的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要面向道路交通，為交通管理者提供決策支持，為車-車提供協(xié)同控制，為交通參與者提供信息服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)在系統(tǒng)上具備物聯(lián)網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)，在功能上可滿足智能交通對安全、環(huán)保和效率的要求。圖1所示是一個車聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)圖。

從圖1所示的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖可以看出，要建立完整的車聯(lián)網(wǎng)體系，有幾大部分必不可少：車（核心部件是車載終端）、車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺、路邊單元（智能傳感器網(wǎng)絡(luò)等）、本地局域網(wǎng)絡(luò)（包括交通信息等）＞Internet網(wǎng)絡(luò)等。當(dāng)然，在實現(xiàn)車與車、車與路邊單元、車與互聯(lián)網(wǎng)的信息互通時，需要各種的無線通信技術(shù)，主要包括車內(nèi)通信、車外通信、車路通信及車間通信等四種無線通信技術(shù)。

車內(nèi)通信包括汽車內(nèi)部的信息收集以及車內(nèi)短距離無線通信，車內(nèi)通信的通信距離一般為數(shù)十米之內(nèi)，涵蓋的范圍是車輛內(nèi)部空間，其特點是傳輸速度快、抗噪聲性能強。目前多采用比較成熟的CAN/LIN總線技術(shù)及藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）等。

車外通信是指車輛與外部通信設(shè)備進(jìn)行信息資源交換的應(yīng)用，其所覆蓋的通信范圍是四類模式中最長的，有效距離可達(dá)數(shù)百千米。車外通信主要用于GPS全球定位、汽車行駛導(dǎo)航等。車外通信技術(shù)要求在高速移動的狀態(tài)下也能可靠傳輸數(shù)據(jù)，所以，目前主要采用2G（GSM）、2.5G（GeneralPacketRadioService，GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)）、3G（第三代移動通信技術(shù)，即將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合起來的通信系統(tǒng)）、3.5G蜂窩系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)（GlobalPositicmingSyslem，GPS）等技術(shù)。

車路通信是指車輛與外部設(shè)施（如交通標(biāo)識等）的無線通信，如自動電子收費系統(tǒng)、車輛指揮調(diào)度、環(huán)境參數(shù)采集等。目前采用的技術(shù)主要有微波、紅外技術(shù)、專用短程通信（DedicatedShortRangeCommunications，DSRC）等。

車間通信應(yīng)用于多動點之間的雙向傳輸，主要應(yīng)用于車輛安全、防撞等意外的及時提醒與防止，所以，車間通信對安全性和實時性的需求都很高。目前采用的技術(shù)有微波、紅外技術(shù)、專用短程通信等。車路通信與車間通信其實是同一技術(shù)的兩種不同應(yīng)用模式，通信距離大約介于數(shù)百公尺到一公里左右。

2車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

由圖1可知，車聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系非常龐大，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈長，參與的行業(yè)眾多，應(yīng)用領(lǐng)域也廣。首先，既然是汽車聯(lián)網(wǎng)，肯定離不開汽車生產(chǎn)商；其次，要獲取道路及交通信息，就必須要設(shè)置路邊的信息采集單元，從交通部門獲取交通信息等；再次，大量信息的無線傳遞離不開無線通信通道服務(wù)商的參與，如中國移動網(wǎng)絡(luò)等；另外還有內(nèi)容服務(wù)供應(yīng)商，如救援服務(wù)、導(dǎo)航服務(wù)、在線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（百度、淘寶等）等。

從技術(shù)角度看，車聯(lián)網(wǎng)包含的技術(shù)領(lǐng)域廣泛，幾乎涉及技術(shù)的方方面面，因此，如果要把車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用描述清楚，不是一篇兩篇文章所能完成的，本文只選擇幾個具體的基于車聯(lián)網(wǎng)的智能交通技術(shù)的實際應(yīng)用進(jìn)行闡述。

2.1夜間會車遠(yuǎn)光燈關(guān)閉控制

夜間行車，當(dāng)兩車會車時，一般都需要進(jìn)行關(guān)閉遠(yuǎn)光燈的操作，但是，這樣多少會給駕駛員增加一定的負(fù)擔(dān)。如果有了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就可以自動地進(jìn)行夜間行車遠(yuǎn)光燈關(guān)閉的控制。在車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，車-車間保持實時信息通信，包括車輛的位置信息、實時車速信息等，于是，車與車之間很容易知道對方的行駛方向、所處位置、是否會車、何時會車等信息，從而當(dāng)兩車預(yù)先判斷到前方有車相會時，就會自動提示車載系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的切換。這一過程完全可通過車聯(lián)網(wǎng)自動完成，而不需要駕駛員做任何操作，從而使駕駛員省心，給夜間行車安全提供保障。如圖2所示是夜間會車遠(yuǎn)光燈關(guān)閉控制演示效果圖。圖3所示為遠(yuǎn)光燈關(guān)閉控制邏輯圖。

（a）遠(yuǎn)距離一一相向而行——各自遠(yuǎn)光

（b）感知到將要會車一一分別自動切換成近光

（c）會車結(jié)束——各自恢復(fù)遠(yuǎn)光

圖2夜間會車遠(yuǎn)光燈關(guān)閉控制演示效果圖

2.2變道輔助

車輛變道時，車聯(lián)網(wǎng)車載終端將對目標(biāo)車道上的前后車輛進(jìn)行信息收集，以檢測附件車輛的運行情況（如車速、是否同時變道等），計算變道后的危險程度，做出是否可以安全變道的相應(yīng)判斷，并在車內(nèi)做岀有針對性的操作與顯示。圖4所示為變道輔助演示效果圖。圖5所示為變道輔助控制邏輯圖。

車距＜50m時，紅色警告，禁止變道；

50mW車距＜100m時，黃色警告，建議不變道;車距＞100m,無警告，可安全變道-

圖4變道輔助演示效果圖

圖5變道輔助控制邏輯圖

2.3路口碰撞預(yù)警

圖6所示是在交叉路口處的碰撞預(yù)警演示效果圖。由于一輛大卡車障礙了兩旁道路的汽車和摩托車司機的視線，如果沒有信息知會，很容易造成交通事故；而如果兩車均安裝車聯(lián)網(wǎng)車載終端，兩車均會提前知道對方的存在及車況信息，并可以及時調(diào)整本車的車速及行駛狀態(tài)，從而有效規(guī)避交通隱患。

2.4車輛動態(tài)適應(yīng)紅綠燈信息

       當(dāng)車輛行駛到距離紅綠燈一定距離（以500m為例）時,在路口埋設(shè)無線信號發(fā)射裝置并發(fā)射與紅綠燈信號聯(lián)動的信號，車輛接收紅綠燈當(dāng)前狀態(tài)及變化趨勢，就可以根據(jù)紅綠燈信息調(diào)整本車速度，從而確保其無停留地通過路口。圖7所示是動態(tài)適應(yīng)紅綠燈演示效果場景圖。

圖7（a）中，當(dāng)車速為72km/h，該車勻速行駛到路口需25s，此后的20-30s間為綠燈，因此，建議勻速行駛即可通過十字路口；而在圖7(b)中，此時車速為100km/h，該車勻速行駛到路口需18s，需要等待2s后才能通過，所以建議速度調(diào)整到60~90km/h，這樣就可以在20~30s后無等待通過路口。

3結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用體現(xiàn)，是新一代智能交通系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)。本文提出了車聯(lián)網(wǎng)的整體體系架構(gòu)，并初步探討了車聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用，期望能為車聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步深入研究提供一些思路。同時，我們也應(yīng)該認(rèn)識到，車聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)眾多，車聯(lián)網(wǎng)的普及任重道遠(yuǎn)，需要相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者們開展更進(jìn)一步的研究工作，共同構(gòu)筑車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的美好未來。

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