車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用情景詳解及發(fā)展趨勢探討

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能交通技術(shù)逐漸進入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)平臺、視頻識別算法、交通信號控制、網(wǎng)絡(luò)配套等相關(guān)技術(shù)和設(shè)施上已經(jīng)達了一個較高水平。

一、技術(shù)背景

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能交通技術(shù)逐漸進入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)平臺、視頻識別算法、交通信號控制、網(wǎng)絡(luò)配套等相關(guān)技術(shù)和設(shè)施上已經(jīng)達了一個較高水平。但車輛本身作為最基本信息源，并未有效的實現(xiàn)車與車、車與人之間的通信，所以智能交通想要進一步發(fā)展，車輛間的聯(lián)網(wǎng)是其未來發(fā)展的必然要求。

IEEE802.11p，即車載環(huán)境無線接入(WirelessAccessintheVehicularEnvironment，WAVE)標準，是一個由IEEE802.11標準擴充的通信協(xié)議，主要用于車載電子無線通信，可實現(xiàn)移動車輛間無線通信，完成實時準確可靠的圖像、語音和數(shù)據(jù)雙向傳輸，并且能保證系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可成為構(gòu)建先進的車輛誘導系統(tǒng)和車輛服務(wù)平臺的核心，是下一代ITS通信技術(shù)的發(fā)展方向，被應(yīng)用到未來的智能公路等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。目前，基于WAVE的應(yīng)用可達到百余種，其類型主要有安全相關(guān)、公共服務(wù)相關(guān)、商業(yè)服務(wù)性質(zhì)的應(yīng)用。

車輛自組網(wǎng)絡(luò)(VehicleAd-HocNetwork，VANET)是一種新型的多跳移動無線通信網(wǎng)絡(luò)，由安裝了車載單元(OnBoardUnit，OBU)的車輛、路邊單元(RoadsideUnit，RSU)和后臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。通過無線通信鏈路(WAVE)傳輸數(shù)據(jù)，車路通信技術(shù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛間通信(VehicletoVehicle，V2V)和車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信(VehicletoInfrastructure，V2I)。

在道路沿線安裝有路邊基礎(chǔ)設(shè)施如無線訪問點(WirelessAccessPoint，AP)和蜂窩移動通信網(wǎng)基站，擁有車路通信技術(shù)系統(tǒng)終端的車輛通過這些設(shè)施時，可以利用自身的無線通信模塊與路邊基礎(chǔ)設(shè)施進行單跳的數(shù)據(jù)通信(V2I)，該方式主要用于行車信息的上傳、交通和商業(yè)信息推送等應(yīng)用。

在沒有安裝路邊基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域內(nèi)，或者車與車之間需要協(xié)作的時候，車與車之間可以在無路邊基礎(chǔ)設(shè)施中轉(zhuǎn)的情況下建立無中心、完全自組織的多跳通信網(wǎng)絡(luò)(Adhocnetwork)，實現(xiàn)車輛之間的信息傳輸和共享(V2V)。V2V方式具有組網(wǎng)方便靈活、網(wǎng)絡(luò)擴展性較好的優(yōu)勢，車輛之間可以相互協(xié)作(多跳)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康墓?jié)點，也可以僅僅在兩輛車之間傳輸(單跳)數(shù)據(jù)。

駕駛員可以利用V2V及時獲得周圍車輛的運行狀態(tài)和路況信息，從而有足夠的時間來判斷和應(yīng)對交通意外情況的發(fā)生，同時還可以超視距地判斷交通狀況從而自主地選擇道路進而緩解交通擁堵現(xiàn)象、減少交通事故的發(fā)生概率。當意外事故發(fā)生時，處于事發(fā)區(qū)域的車輛可以通過V2I方式及時地將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給交通管理部門、醫(yī)療單位和商業(yè)保險（放心保）公司等，同時也可通過V2V向附近的車輛發(fā)送求助信息、危險警告信息等，從而提高了整個交通系統(tǒng)應(yīng)急處理能力。

我國科技部“863計劃”分別于2011年和2012年先后啟動了“智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究”和“車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究”，旨在推動車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。部分省市也啟動了基于車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用示范項目，如重慶市2011年啟動的《基于物聯(lián)網(wǎng)的公路網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與效率提升技術(shù)》重大科技專項就包含有車路信息發(fā)布應(yīng)用。

二、典型的應(yīng)用場景

1、車車協(xié)同應(yīng)用

WAVE為基于安全的應(yīng)用預(yù)留了專用信道，車輛安全信息是VANET網(wǎng)絡(luò)中最基本、最核心且優(yōu)先級最高的一種信息。幾乎所有的車車協(xié)同應(yīng)用場景前提都是安全信息可擴散。所謂的安全信息擴散即所有行駛車輛周期性不間斷的向外廣播攜帶了自身GPS及車輛信息的特殊報文，這些信息一般包括實時經(jīng)緯度、速度、方位角、時間、加速度、轉(zhuǎn)向、制動，車輛ID等信息。借助于接收和處理道路上其他相鄰車輛發(fā)送的安全信息，在VANET網(wǎng)絡(luò)中的每個車輛可以“感知”其周圍存在的其他車輛，并能在車載智能終端實時顯示出來，供車輛駕駛員做出及時、準確的判斷和操作。

典型的應(yīng)用場景包括：

(1)近距離危險警告

通過車輛間交換的GPS信息，很容易計算出附近車輛間的相對位置。在高速移動環(huán)境下依據(jù)行駛速度自動設(shè)定一個安全值，如50m或80m，當車輛存在追尾或碰撞風險時，由車載智能終端發(fā)出危險警告，提醒駕駛?cè)藛T保持必要的車速及安全行駛距離，必要時甚至可越過人類控制權(quán)限，使汽車自動采取制動或減速措施。在大霧、大雨、交叉路口、夜晚行駛等視距受限的場景，這種應(yīng)用的優(yōu)點將更加明顯，可有效避免絕大部分追尾及碰撞事故。

(2)轉(zhuǎn)向燈輔助應(yīng)用

轉(zhuǎn)向燈通常在超車及變道行駛時開啟，用于警示提醒作用。在車車協(xié)同應(yīng)用場景中，轉(zhuǎn)向燈被賦予了更豐富的功能。如圖2所示，在某些雙向單行道路中，當體積較大的貨運車輛遮擋了駕駛員的前方視距時，若駕駛員直接變道行駛，則可能存在與迎面而來的車輛發(fā)生碰撞的危險。在VANET應(yīng)用中，通過安全信息的擴散，可輕松解該問題。當車輛駕駛員準備變道超車并開啟轉(zhuǎn)向等時，轉(zhuǎn)向超車信息被包含在安全信息中擴散到前方迎面相向的車輛中，前方車輛收到該信息后立刻返回碰撞危險警告，使駕駛員停止變道行為。這種場景同樣也適用于彎道超車預(yù)警。通過簡單的開啟轉(zhuǎn)向燈，即可預(yù)知潛在危險，從而起到了輔助駕駛的作用，為駕駛?cè)藛T提供了更加安全便捷的駕馭驗。

(3)交叉路口預(yù)警

當車輛行駛到交叉路口時，往往由于視距的遮擋導致駕駛員不能準確的判斷周圍環(huán)境狀況。同時，建筑物的遮擋也影響了車輛間安全信息的交換。如圖3所示，車車協(xié)同技術(shù)可通過路測設(shè)備RSU或中間車輛OBU的轉(zhuǎn)發(fā)功能完成該場景下的車輛間安全信息交換，使相互不可視的車輛之間變得“可視”，在車載終端的UI上，車輛節(jié)點之間就像沒有遮擋一樣。

(4)緊急車輛讓行

旨在模擬110、119、120等特殊車輛在行駛時需要獲得高優(yōu)先級別的行駛權(quán)限。這些車輛在參與爭分奪秒的緊急救援任務(wù)時，通過啟動警笛向周圍車輛告知其緊急程度。這種方式的缺點是周圍車輛的駕駛?cè)藛T并不能準確確定緊急車輛的位置，也就無法做出統(tǒng)一的讓行行為，導致許多車輛不自覺的影響了緊急車輛的前行，耽誤了寶貴的救援時間。

車聯(lián)網(wǎng)推廣后，上述情形可避免發(fā)生。在車車協(xié)同應(yīng)用場景下，當緊急車輛在出勤時，只要啟動“緊急救援”標識，該標識被寫入到車輛擴散的安全信息中，當周圍的車輛接收到這類安全信息時，緊急救援信息將被呈現(xiàn)到車載智能終端中，使普通車輛的駕駛?cè)藛T主動做出統(tǒng)一的讓行行為，為緊急車輛開辟先行綠色通道。

(5)車輛自動跟車應(yīng)用

車輛自動跟隨主要應(yīng)用于車流行駛速度低于50公里/小時的情況下，使車輛自動跟隨前方車輛行進，是一種基本無需駕駛員干預(yù)的車輛自動控制轉(zhuǎn)向、加速和(或)制動為特點的半自動駕駛技術(shù)。通過分析處理與前后車輛之間交換的安全信息，汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)自動保持與前車之間的適當距離，同時保持對轉(zhuǎn)向的控制，從而令駕駛變得更加安全、舒適。

2、車路協(xié)同應(yīng)用

安裝于路邊的RSU通過廣播方式，向路過車輛推送區(qū)域性的交通服務(wù)信息。主要包括：天氣狀況、實時路況、突發(fā)事件、管制信息、服務(wù)設(shè)施等。這些交通服務(wù)信息最終結(jié)合車載智能終端向駕乘人員呈現(xiàn)，結(jié)合模擬真實的3D曲面地圖應(yīng)用，車輛將作出準確智能化的路徑規(guī)劃，提高人類出行效率。

(1)智能停車管理

在大型商業(yè)圈、寫字樓等區(qū)域停車位眾多，由于停車管理卻存在著效率低下的問題，車主往往很難及時找到車位。這是因為一般的停車場只是提示仍有多少空車位，并沒有辦法向駕駛?cè)藛T提供更多的引導信息。車路協(xié)同技術(shù)通過路測RSU向車載終端推送具體到車位的停車引導信息，以圖片或動畫的呈現(xiàn)方式，完成停車誘導。在車輛離開時，以同樣的方式向車主推送停車電子賬單，并完成收費功能。這種停車管理方式可有效提高區(qū)域泊車位利用率，節(jié)約人工成本，并減少環(huán)境污染。

(2)ETC應(yīng)用

當前國內(nèi)ETC應(yīng)用存在功能單一、兼容性差、用戶參與度低等問題。主要的問題在與OBU功能過于單一且未能與車載智能終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。車聯(lián)網(wǎng)ETC模式下OBU將扮演“車內(nèi)路由器”的角色，其將不僅可完成高速收費、停車場收費、路邊停車收費等收費應(yīng)用，而且可提供有線、無線接入的功能。通過無線與車載終端、個人終端完成數(shù)據(jù)共享。終端上只需要安裝一個應(yīng)用程序即可完成充值、查詢、繳費、接收賬單等有用戶體驗的功能。

(3)電子車牌

當前電子車牌(ElectronicVehicleIdentification，EVI)用于自動化交通管理，功能單一，未來趨勢將是OBU包含EVI功能，實現(xiàn)車輛的快速通關(guān)、貨物監(jiān)控以及超載限制監(jiān)控等自動化交通管理。

三、結(jié)語

本文探討的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于WAVE的VANET無線短程通信技術(shù)，與基于公網(wǎng)GPRS(或3G/4G)的汽車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)有著本質(zhì)的區(qū)別。受篇幅的限制，僅分析探討了車車協(xié)同及車路協(xié)同幾個典型的應(yīng)用場景。車聯(lián)網(wǎng)的核心成員由車內(nèi)的OBU及路邊的RSU構(gòu)成，安全應(yīng)用是其核心業(yè)務(wù)，信息服務(wù)作為輔助業(yè)務(wù)。OBU作為“車內(nèi)路由器”，向外可連接其他OBU及RSU，完成車車協(xié)同、車路協(xié)同等應(yīng)用;向內(nèi)連接汽車CAN總線，完成傳感器與控制信息的數(shù)據(jù)采集，為自動駕駛技術(shù)提供基礎(chǔ)，同時與車載終端及個人終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，完成用戶體驗。未來行車記錄、電子車牌、電子收費、停車管理等功能都將整合到OBU中。RSU扮演路邊AP角色，可同時為多個OBU提供服務(wù)，同時可通過無線或者有線方式連接Internet。

當前國內(nèi)對車聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于萌芽階段，存在著車聯(lián)網(wǎng)概念混淆、標準缺失、商業(yè)模式不清晰等諸多問題。同時，車聯(lián)網(wǎng)又具有巨大的市場應(yīng)用前景，對于國內(nèi)相關(guān)企業(yè)來說，面臨著一個巨大的發(fā)展機遇。比如，車車協(xié)同模式下高精度、高頻率的車輛定位方案;車路協(xié)同結(jié)合云計算實現(xiàn)停車收費、交通服務(wù)及監(jiān)控管理的實施方案;具備車聯(lián)網(wǎng)管理、軟件服務(wù)的新型智能車載終端;國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)標準的制定及商業(yè)模式的創(chuàng)新等。

總之，車聯(lián)網(wǎng)使車輛由單一的運輸工具拓展為一個高效的、移動的信息共享和發(fā)現(xiàn)平臺，使車輛更加智能化和自動化，在提高了行車安全的同時也為各種豐富的擴展應(yīng)用提供了平臺支撐。