车联网及关键技术的应用分析

2018-09-21王雷王传磊

物联网技术 2018年7期

王雷王传磊

摘要：随着汽车保有量的增加和物联网技术的发展，车联网已广范应用于汽车行业中。文章介绍车联网的定义、发展及工作原理概况等，阐述了车联网系统架构，并系统分析了车联网的关键技术，探索了车联网的应用领域。随着国家政策的支持和科学技术的发展，车联网的应用前景将更加广泛。

关键词：汽车保有量；物联网；车联网；信息交互

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）07-00-03

0 引言

汽车给人们出行带来便利的同时，也产生了交通安全、交通拥堵、环境污染等问题，为解决这些问题并合理分配资源，车联网应运而生。车联网是物联网在汽车行业的应用，它能够收集汽车、行人与道路等相关信息，通过网络技术，使信息共享并相互联结，实现人、车、路的智能协同控制。

1 车联网的概况

1.1 车联网的定义

目前，车联网还没有明确的定义，根据中国物联网校企联盟的定义，车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。运用各种先进技术，收集、处理和共享大量信息，使车辆、行人、道路和城市网络等相互关联，构成有效信息流和智能控制流，实现对所有车辆的有效监管并提供综合服务，实现了车与车、车与路、车与人、车与环境的智能协同。

1.2 车联网的发展

2010年10月28日，中国国际物联网博览会暨中国物联网大会首次提出了“车联网（Internet of Vehicles）”一词，这一年也被称为车联网元年[1]，2011年，车联网被列入我国重大专项。2010-2014年，我国颁布了一系列车联网相关政策，在政府和市场的双重推动下，促使了车联网的迅速发展，部分政策见表1所列。2017年12月29日工信部、国家标准化管理委员会颁布的《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）》全面推动了车联网产业技术研发和标准制定，推动整个产业健康可持续发展。

我国是世界上最大的汽车生产国和消费国，2010-2016年我国汽车产销量如图1所示。汽车年销量和保有量稳步增长也为构筑车联网市场打下良好基础。车联网产业链涵盖汽车零部件生产厂家、芯片厂家、软件供应商和网络供应商等多个领域。

1.3 车联网的工作原理

无线网络传输实现了道路基础设施与车载终端的互通；云接入实现了云平台与道路基础设施的互通；通过4G等移动网络实现了车载终端与云平台的互通。车联网工作原理如图2所示。各传感器获取车辆的相关运行数据，并通过CAN总线实现数据在各控制单元间传输，实现车内通信。利用卫星定位和无线通信技术与附近的车辆和道路环境建立车载自组织网络，实现车与车、车与路的互通。通过云接入，道路基础设施将获取的交通信息发送给车载终端，并把探测到的周围交通状况上传给云平台，实现车载自组织网络内车辆交通信息的共享。

2 车联网系统架构

车联网利用专用协议整合网络内的数据，实现信息交互。其系统架构包括感知层、网络层和应用层，如图3所示。

（1）感知层利用各种信息采集设备进行信息采集、存储和发布，这些信息能够反映车辆行驶的状态、车辆位置、车辆安全和车辆信息识别等。

（2）网络层通过有线通信网络，3G/4G，WiFi，无线通信网络等现代通信技术，实现信息的安全可靠传输。

（3）应用层可分为两个子层，一个是应用程序层，主要功能为数据处理，同时也是车联网各种具体服务的实现；另一层是人机交互界面，定义与用户交互的方式和内容。

3 车联网关键技术

车联网是一个庞大的系统，是多领域技术的集成群，涉及数据采集技术、识别技术、车载网络技术、车载通信网络技术和数据处理技术，如图4所示。

3.1 数据采集技术

数据采集包括整车采集和车外采集。整车采集主要通过传感器对温度、位置、车速、加速度和振动等车辆信息进行实时、准确的测量，并通过CAN网络对整车进行监控与诊断。车外数据采集主要包括车辆的位置、行驶状态、道路状态、前后及两侧车辆状态等信息，所用技术主要包括雷达/激光测速、地感/地磁检测和雷达/超声波测距。

3.2 识别技术

识别技术主要包括语音识别、视频图像识别和射频识别。目前，大多数汽车厂商都推出了车载多媒体交互系统，该系统通过语音识别技术对车载诊断进行控制。语音识别能够解放驾驶员的双手和双眼，加强行车安全；视频图像识别通过视频或图像抓拍的方式，采用光电、图像处理、模式识别和远程数据访问等技术，对车辆车牌、车辆行为和交通信息等进行识别；射频识别是一种自动识别技术，利用射频方式进行非接触式双向通信数据交换，以达到识别目的，工作原理如图5所示。

3.3 无线通信技术

无线通信技术主要包括专用短程通信（DSRC），WiFi，蜂窝网络和ZigBee。DSRC适用于小范围的无线通信，能够实现车与车、车与路间相关数据、视频和音频安全可靠的双向传输，体系架构如图6所示。WiFi是无线局域网的一种，具有传输速率高、便捷、費用低等特点；蜂窝网络是指将服务区划分为若干个彼此相邻的小区，在每个小区设立一个基站的网络结构；ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功率、低数据速率、低成本的无线网络技术。

3.4 车载通信网络

车载通信网络是一种车与车，车与路之间通信的车载自组网。在一定范围内，车辆之间可自动连接建立一个移动网络，并共享数据和信息，同时还能通过路边节点的通信接入互联网，以便获取更多信息资源，如图7所示。车载通信网络除具有一般网络的特点外，还具有独特的性能，如地理位置限制、高动态性、可预测移动性、网络密度动态性和需要存储足够能量等。

3.5 数据处理技术

数据处理技术主要包括云计算和大数据技术。云计算技术是基于互联网的大规模资源整合思想的具体化，关键技术含有虚拟化技术、大规模数据管理技术、信息安全技术等。大数据技术分为数据采集、数据预处理、数据存储、大数据分析和结果展示五部分。如果云计算相当于一个巨大的容器，则大数据即是容器中的液体。

4 车联网的应用

随着车联网技术的发展与应用，车联网在智能交通系统、智能车载系统、紧急救援系统、安全辅助驾驶技术等领域都有了广泛的应用。

4.1 智能交通系统

车联网的实质是广义的物联网与智能交通的结合，将各种先进技术有效集成运用于整个交通运输管理体系中，实现人与车、车与车、车与路的联接，实现车辆的监控、定位识别等功能。具体应用包括运营车辆调度管理系统、ETC不停车收费系统、智能停车场管理系统和交通违章自动拍摄系统等。车联网与智能交通的结合代表了未来交通系统的发展方向。

4.2 智能车载系统

智能车载系统集娱乐、安全与舒适于一体，主要包括导航系统、倒车影像系统、GPRS通信系统和影音播放系统等。目前，汽车上安装的智能车载系统主要有奔驰的COMAND、宝马的iDrive、福特的SYNC、上汽的inkaNet、卡迪拉克的CUE，丰田的G-BOOK和英菲尼迪的In Touch等，它们的功能各有特色，见表2所列。

4.3 紧急救援系统

安装有紧急救援系统的车辆发生紧急事故时，按下救援按键，可通过车载远程控制器接通客服中心。通过卫星对车辆定位，联合第三方救援机构，能够快速准确地实施救援。紧急救援系统能够有效提高救援效率，使人员伤亡和财产损失降到最小。

4.4 安全辅助驾驶技术

安全辅助驾驶技术主要依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让车载电脑可在人为介入的前提下，自动安全地操作车辆。世界上的主流车商都在研发自主安全辅助驾驶技术，目前较成熟的技术有主动巡航控制系统、自动泊车辅助系统、车道保持辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统等。

5 结语

车联网作为一个新兴产业，目前还处于发展初期，其盈利模式和普及程度尚未明朗，同时也面临种种挑战，但在国家政策和科技发展的推动下，车联网必将迎来广阔的天地。未来车联网在智能交通、智能驾驶和智慧城市等领域有着更广阔的应用前景。

参考文献

[1]银石立方科技（北京）有限公司.车联网技术与应用[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[2]何蔚.面向物联网时代的车联网研究与实践[M].北京：北京科学出版社，2013.

[3]青岛英谷教育科技股份有限公司.车联网导论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2016.

[4]姚昊洋.车联网在无人驾驶技术中的运用[J].电子技术与软件工程，2017（3）：250-251.

[5]刘伟，辛欣，朱燕丛，等.基于车联网的HMI交互体验流程与方法探究[J].包装工程，2017（20）：23-26.