車載通信 未來車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)與機遇

一、前言

在今年5月開幕的2010上海世博會中，上汽集團——通用汽車館給人們帶來了驚喜及震撼的一幕。汽車館生動地展現(xiàn)人類20年后新的生活畫卷。2030年，一個嶄新的城市、汽車與道路系統(tǒng)，與更環(huán)保、更安全、更智能、更人性化的汽車，將徹底顛覆今天我們“汽車”與“交通”的概念，從而創(chuàng)造人類全新的時空觀。在2030年的道路上，沒有信號燈，汽車高速行駛，路上沒有堵塞，更沒有事故……如此完美的駕車生活，全靠一張無形而又作用巨大的網(wǎng)絡在調(diào)控，這張網(wǎng)就是車聯(lián)網(wǎng)。

就像上世紀80年代互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將各自獨立的電腦連結(jié)在一起，車聯(lián)網(wǎng)指的是通過汽車收集、處理并共享大量信息，車與路、車與車、車與城市網(wǎng)絡實現(xiàn)互相聯(lián)接，從而實現(xiàn)更智能、更安全的駕駛。“車聯(lián)網(wǎng)將徹底改變?nèi)祟惓鲂心Ｊ?，重新定義汽車的DNA。實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來城市交通將告別紅綠燈、擁堵、交通事故、停車難等一系列問題，并實現(xiàn)自動駕駛?！边@是今年6月上?！爸边_2030”可持續(xù)交通系列論壇的“車聯(lián)網(wǎng)—網(wǎng)聯(lián)城市智能交通”論壇上，通用汽車中國公司總裁甘文維對車聯(lián)網(wǎng)作出的一個詮釋。

二、城市交通與紅綠燈

我們留意到車聯(lián)網(wǎng)的其中一個目的是要解決包括紅綠燈在內(nèi)的交通阻塞問題。然而紅綠燈當初卻是作為一個交通控制手段而出現(xiàn)在馬路上的，紅綠燈的應用至今也有超過一個世紀的歷史了。人類第一盞交通信號燈是1868年由英國機械師德·哈特設計的，當時只有紅、綠色而沒有黃色。至于黃色信號燈則是中國人胡汝鼎于1918年在美國通用電器公司任職時發(fā)明的，由于紅綠黃信號燈對交通疏導作用顯著，其立即得到社會的認同和應用，并很快便普及到全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。

隨著歷史的推移，人們發(fā)現(xiàn)紅綠燈并不能完全有效地解決城市交通阻塞的問題，有時反而會造成交通的阻塞。拋開情感因素客觀分析一下當前馬路上的紅綠燈，還真發(fā)現(xiàn)有許多不盡人意的地方，因為現(xiàn)代科技的高速發(fā)展似乎并沒有給這古老的紅綠燈帶來任何實質(zhì)性的改變，除其為一個分時通行的交通控制系統(tǒng)之外，其還是一個視覺依賴的系統(tǒng)、一個天氣狀況依賴的系統(tǒng)，以及一個專為人手操作而設立，但對人手操作錯誤又無任何提示及阻止能力的系統(tǒng)。當司機準備在十字路口剎車而又不幸踩錯油門時，紅綠燈也只會看著車禍發(fā)生而束手無策。車禍其實已成為當今人類的第一殺手。100多年來，全世界葬身于車輪之下已達4000萬人，超過了第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)禍而死亡的人數(shù)。進入二十一世紀以來，全世界每年死于交通事故的人數(shù)約有60萬，因此人們稱交通事故是當今馬路上的戰(zhàn)爭。

紅綠燈除安裝于馬路上之外，其概念也被用在作為交通工具本身的汽車上，于是便有了剎車燈、轉(zhuǎn)向燈及危險信號燈的出現(xiàn)。同樣地，這個汽車燈號系統(tǒng)也是一個視覺依賴、不可靠、無提示及無意外阻止能力的系統(tǒng)，因此汽車追尾事故在城市交通中便不時發(fā)生。比這更嚴重的是高速公路上的連環(huán)相撞事故，而這些事故多數(shù)與視線不清、人手反應遲緩等因素有關(guān)，特別在大霧天氣下情況會變得更加嚴重。因此如何解決嚴重交通意外已成為人們刻不容緩的研究課題。

三、理想與現(xiàn)實之間如何過渡

由于傳統(tǒng)交通信號系統(tǒng)的不足，于是人們渴望有一種更理想的交通工具及交通控制手段去解決目前所遇到的問題，“直達2030”便以生動的形式表達了人們的這一夢想與訴求。如果車聯(lián)網(wǎng)獲得成功，那將是人類交通史上的一個偉大的里程碑，她不但令我們的城市生活更加方便，同時還可創(chuàng)造出一個龐大的市場，新技術(shù)應用也會帶來更多的就業(yè)機會，并進一步拉動全球經(jīng)濟，創(chuàng)造市場繁榮。

然而“直達2030”描述的是一幅理想化的未來城市交通景象，相信所有人都明白這不是一夜之間能夠?qū)崿F(xiàn)的事情，傳統(tǒng)與未來之間可能還存在著一個相當長的過渡時期。在這個期間，新舊系統(tǒng)可能會同時存在，通過優(yōu)勝劣汰的市場競爭模式將舊系統(tǒng)淘汰，新系統(tǒng)才能得以順利過渡。即是說，在過渡期中傳統(tǒng)與未來兩種不同的交通工具都有可能在同一條馬路上行駛，而這條馬路必須同時提供新舊兩種交通控制信號，并且兩者所包含的信息還應該是一致的，這樣才不致發(fā)生沖突。

“直達2030”沒有提到新舊系統(tǒng)的兼容與銜接問題。在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)實應用方面，論壇將OnStar（安吉星）的技術(shù)作為了一個例證。通過全球定位系統(tǒng)及無線通信技術(shù)，OnStar可以為客戶提供碰撞自動求助、緊急救援、安全保障、導航系統(tǒng)、車況檢測和全音控免提電話等服務，然而在這些服務中，并未提及車聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，即車與路、車與車之間的實時信息交換與互動問題，多少給人一種真正意義上的車聯(lián)網(wǎng)還停留在概念上的感覺。

四、兼容傳統(tǒng)與未來才是真挑戰(zhàn)

從技術(shù)層面上來說，車聯(lián)網(wǎng)并沒有克服不了的技術(shù)困難，即便是路與車的信息交換、車與車的信息交換也有多種不同的技術(shù)方案。本人認為新舊系統(tǒng)如何兼容過渡才是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，沒有兼容和過渡，便不可能有真正意義上的車聯(lián)網(wǎng)應用。從這個角度來看，車聯(lián)網(wǎng)的建立比互聯(lián)網(wǎng)的建立挑戰(zhàn)性更大，因為互聯(lián)網(wǎng)是一種獨立于舊有模式的新媒體、新模式，新舊模式之間沒有直接的沖突，兩者是可以共存共榮的。但車聯(lián)網(wǎng)的情況不同，我們很難想象一種專為聯(lián)網(wǎng)汽車開辟的街道、馬路、高速公路的存在，因為那是不現(xiàn)實的。

人們接受聯(lián)網(wǎng)汽車，首先應該能在傳統(tǒng)的馬路上行駛，并在使用過程中體現(xiàn)其有異于傳統(tǒng)汽車的優(yōu)異性能和功效，這樣人們才會喜歡她、接受她，并最終成為汽車的主流而將傳統(tǒng)汽車淘汰，從而實現(xiàn)“直達2030”描述的發(fā)展目標。本人認為能夠?qū)崿F(xiàn)從傳統(tǒng)到未來過渡的車聯(lián)網(wǎng)必須具備以下幾個“兼容”與“互動”的特質(zhì)：

首先是要兼容當前道路信號系統(tǒng)，同時令聯(lián)網(wǎng)汽車與道路信息互動。具體可將車聯(lián)網(wǎng)所需的數(shù)字化信息融入到當前的信號系統(tǒng)之中，并使數(shù)字化信息與傳統(tǒng)燈號信息同步發(fā)送。傳統(tǒng)汽車司機按紅綠燈號行駛，聯(lián)網(wǎng)汽車的電子系統(tǒng)按數(shù)字化信息行駛（自動模式下），同時聯(lián)網(wǎng)汽車司機也可在手動模式下按燈號信息行駛，這時數(shù)字化信息系統(tǒng)可作為一個輔助系統(tǒng)來看待，可提醒司機注意交通信息，防止違規(guī)操作及防止意外發(fā)生等，無論天氣情況如何惡劣，駕駛都能一樣輕松自如。

其次是要兼容當前的汽車燈號系統(tǒng)，同時令聯(lián)網(wǎng)汽車之間狀態(tài)互動。聯(lián)網(wǎng)汽車應同時具備傳統(tǒng)燈號及數(shù)字化信息，并可在車與車之間實現(xiàn)數(shù)字化信息交換。剎車時除將剎車燈點亮之外，同時會發(fā)送數(shù)字信息，使尾隨的汽車可以即時得到消息并計算出兩車之間的距離、速度及加速度，并能自動與其保持一個安全距離，防止汽車追尾事故的發(fā)生。有了這樣一套系統(tǒng)，高速公路上的連環(huán)相撞事故也將成為歷史，人們的生命財產(chǎn)會得到更好的保護，其優(yōu)異性能將成為人們購買聯(lián)網(wǎng)汽車的動力。

然后是要兼容當前的道路指示系統(tǒng)，同時令聯(lián)網(wǎng)汽車與數(shù)字導航系統(tǒng)互動。在這個車聯(lián)網(wǎng)中，衛(wèi)星導航將不再需要，因為整個城市的導航都會交由數(shù)字化交通信息系統(tǒng)及電子化道路指示系統(tǒng)來承擔。在這個系統(tǒng)中，每一個交通信號燈、道路指示牌及交通廣播系統(tǒng)都是一個數(shù)字信息交換點，只要汽車向信息交換點提供其目的地信息或請求，便可得到比衛(wèi)星導航更新、更準、更全面的實時交通導航，可有效避開擁堵路段，并選擇最佳行駛路徑。

再者是要兼容當前的道路收費系統(tǒng)，同時令聯(lián)網(wǎng)汽車與收費系統(tǒng)互動?，F(xiàn)有的車稅路稅征收未必是最合理的，因為它并沒有體現(xiàn)汽車的道路使用情況，同時對疏導城市擁堵交通也沒有任何的幫助。目前一些發(fā)達國家或地區(qū)已根據(jù)不同時段及不同路段的情況進行“擁堵收費”，這可有效分流高峰期車輛，同時也更體現(xiàn)公平公正及用者自負的原則。在這樣一個網(wǎng)絡中，每一個交通信號及信息指示都是一個數(shù)字化的收費檢測點，這不但可有效疏導擁堵交通，同時其收費及分流處理都會以最合理方式自動進行，這可進一步提高城市通行的效率。

最后是要兼容道路管制系統(tǒng)，同時令聯(lián)網(wǎng)汽車與管制系統(tǒng)互動。在道路管制中，某些路段對某些汽車可能是有限制的，例如通行禁區(qū)只允許有通行證的汽車進入。在車聯(lián)網(wǎng)中，所有聯(lián)網(wǎng)汽車會獲得自動的識別及提示。目前城市的主干道上通常也有大車道、小車道的劃分及管制，但因檢查執(zhí)行的困難而形同虛設。但在車聯(lián)網(wǎng)中這些問題都很容易解決，因為不按車道行駛會被監(jiān)測甚至會被罰款。另外停車問題、超速問題、沖紅燈等問題在車聯(lián)網(wǎng)中都會以最合理方式自動處理。在車聯(lián)網(wǎng)中，未經(jīng)授權(quán)的汽車、失竊的汽車、違規(guī)的汽車都會被監(jiān)測、跟蹤及處理。

五、構(gòu)建通向未來的橋梁

那么如何才能實現(xiàn)上述的“兼容”與“互動”？其技術(shù)難度又如何？面對這些問題，可能會有很多不同的答案。下面是其中一個過渡方案的構(gòu)思，供有興趣人士探討之用。

（一）、實現(xiàn)汽車與馬路的信息交換

（1）、行駛中的汽車與馬路的聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的第一步。為了兼容傳統(tǒng)車輛，現(xiàn)有的道路交通信號（行車線、紅綠燈、指示牌、速度限制等）都應該被保留，因為那是新舊系統(tǒng)兼容的基礎及保障；

（2）、將無線數(shù)字傳輸模塊植入到當前的道路交通信號系統(tǒng)中去，數(shù)字模塊可向路經(jīng)的汽車發(fā)放數(shù)字化交通燈號信息、指示信息、路況信息，并接受聯(lián)網(wǎng)汽車的信息查詢及導航請求，然后可將有關(guān)信息反饋給相關(guān)的聯(lián)網(wǎng)汽車；

（3）、將無線數(shù)字傳輸模塊植入到聯(lián)網(wǎng)汽車中去，令聯(lián)網(wǎng)汽車可接收來自交通信號系統(tǒng)的數(shù)字化信息，并將信息于聯(lián)網(wǎng)汽車內(nèi)顯示，同時還將信息與車內(nèi)的自動/半自動駕駛系統(tǒng)相連接，作為汽車自動駕駛的控制信號；

（4）、聯(lián)網(wǎng)汽車的顯示終端同時作為城市道路交通導航系統(tǒng)來使用，在這個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，衛(wèi)星導航將不再需要，因為導航信息直接來自具有更快、更新、更全面導航功能的數(shù)字化交通系統(tǒng)；

（5）、聯(lián)網(wǎng)汽車的數(shù)字傳輸模塊包含有聯(lián)網(wǎng)汽車的身份代碼（ID）信息，即“數(shù)字車牌”信息，這是車聯(lián)網(wǎng)對汽車進行通信、監(jiān)測、收費及管理的依據(jù)。

（二）、令行駛中車輛互聯(lián)互動

（1）、聯(lián)結(jié)路面行駛中的汽車是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的第二步。為了使聯(lián)網(wǎng)汽車與傳統(tǒng)汽車兼容，現(xiàn)有的汽車燈號系統(tǒng)（剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、危險信號燈）都會獲得保留，這也是新舊系統(tǒng)兼容的基礎及保障；

（2）、將無線數(shù)字傳輸模塊植入到聯(lián)網(wǎng)汽車中去，數(shù)字模塊可以向周邊聯(lián)網(wǎng)汽車提供數(shù)字化燈號信息及狀態(tài)信息，并且數(shù)字化信息與其傳統(tǒng)燈號信息是同步發(fā)送的；

（3）、聯(lián)網(wǎng)汽車中的無線數(shù)字傳輸模塊可同步接收來自其它聯(lián)網(wǎng)汽車的數(shù)字化信息并在汽車內(nèi)進行顯示，同時將信息與車內(nèi)的自動/半自動駕駛系統(tǒng)相連及互動，為聯(lián)網(wǎng)汽車的安全行駛提供依據(jù)；

（4）、根據(jù)接收到的由其它聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)送的數(shù)字信息，聯(lián)網(wǎng)汽車便會知道周邊聯(lián)網(wǎng)汽車的狀況，包括位置、距離、相對速度及加速度等，并在緊急剎車情況下，可令隨后的聯(lián)網(wǎng)汽車同步減速，有效防止汽車追尾事故的發(fā)生。

（5）、聯(lián)網(wǎng)汽車還可隨時通過數(shù)字化網(wǎng)絡與周邊任意聯(lián)網(wǎng)汽車進行通話。在有需要時，還可向附近的聯(lián)網(wǎng)汽車進行廣播，告知有關(guān)緊急情況；

六、關(guān)鍵技術(shù)探討

 車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是如何實現(xiàn)車與路、車與車之間的信息交換與互動，而能在此中扮演主要角色的無疑是無線技術(shù)了。然而無線技術(shù)有很多種，到底哪一種才符合實時互動，以及兼容傳統(tǒng)與未來的車聯(lián)網(wǎng)應用要求？

目前在汽車定位、通信及收費領(lǐng)域應用較多的是DSRC（DedicatedShortRangeCommunication）以及VPS(VehiclePositioningSystem)技術(shù)。DSRC是一種微波技術(shù)，主要應用在電子道路收費方面。而VPS則是一種GPS+GSM技術(shù)，在汽車導航、求助及語音通信方面有著較廣泛的應用。由于這些技術(shù)都是現(xiàn)有的技術(shù)，這里將不作贅述。

本文要提出探討的是一種最傳統(tǒng)、最簡單、最環(huán)保的技術(shù)——紅外線及超聲波技術(shù)。在當今世界倡導綠色出行、低碳生活的潮流中，這些傳統(tǒng)技術(shù)能否在車聯(lián)網(wǎng)這個高科技領(lǐng)域占有一席之地？本人認為凡事皆有可能，并且不排除略加改造可以成為實現(xiàn)傳統(tǒng)與未來兼容的車聯(lián)網(wǎng)底層傳感/通信的上佳選擇，主要原因為：

（1）、紅外線、超聲波及紅綠燈都是傳統(tǒng)技術(shù)，但紅外線、超聲波卻可以實現(xiàn)數(shù)字化的信息傳播，可以作為連結(jié)傳統(tǒng)與未來的橋梁將數(shù)字化信息與傳統(tǒng)燈號信息同步發(fā)送，這是一種最簡單、最直接、最低成本的方法，可以直接通過紅綠燈的升級改造來實現(xiàn)；

（2）紅外線、超聲波及紅綠燈光信號具有相若的方向性及覆蓋范圍，這可減少信息發(fā)放錯誤的機會，可最大限度確保聯(lián)網(wǎng)汽車接收到的數(shù)字信息與司機直接觀察到的燈號信息的一致性，從而避免信息接收差異給駕駛者帶來困惑；

（3）、紅外線、超聲波較RF信號更具可控性，可以更精確地定位于指定區(qū)域而可實現(xiàn)差異化的信息發(fā)放，例如可以實現(xiàn)不同車道的不同信息發(fā)放，同時可避免不同車道，特別是對面車道的無效信息對行駛中汽車的干擾；

（4）、紅外線、超聲波信號于空氣中的傳播速度是不同的，利用這個傳播速度的差異，聯(lián)網(wǎng)汽車可以很容易計算出信號源的方位，從而方便實現(xiàn)對交通燈及前后車輛的定位及速度監(jiān)測，以防止汽車追尾及沖紅燈事故的發(fā)生；

（5）、紅外線、超聲波皆為無污染的環(huán)保信號，既不會對空間產(chǎn)生電磁波干擾，也不會受可見光、馬路雜音及大氣電磁波的干擾，是一種穩(wěn)定可靠的綠色信號。這也是本人對綠色車聯(lián)網(wǎng)的一個期盼。

以上僅是本人對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的一點看法及心得，希望能起到拋磚引玉的作用。希望“直達2030”的目標能早日實現(xiàn)。