車(chē)聯(lián)網(wǎng)應用情景詳解及發(fā)展趨勢探討

伴隨著(zhù)移動(dòng)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(jìn)入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統平臺、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)和設施上已經(jīng)達了一個(gè)較高水平。

一、技術(shù)背景

伴隨著(zhù)移動(dòng)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(jìn)入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統平臺、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)和設施上已經(jīng)達了一個(gè)較高水平。但車(chē)輛本身作為最基本信息源，并未有效的實(shí)現車(chē)與車(chē)、車(chē)與人之間的通信，所以智能交通想要進(jìn)一步發(fā)展，車(chē)輛間的聯(lián)網(wǎng)是其未來(lái)發(fā)展的必然要求。

IEEE802.11p，即車(chē)載環(huán)境無(wú)線(xiàn)接入(WirelessAccessintheVehicularEnvironment，WAVE)標準，是一個(gè)由IEEE802.11標準擴充的通信協(xié)議，主要用于車(chē)載電子無(wú)線(xiàn)通信，可實(shí)現移動(dòng)車(chē)輛間無(wú)線(xiàn)通信，完成實(shí)時(shí)準確可靠的圖像、語(yǔ)音和數據雙向傳輸，并且能保證系統的可靠性與穩定性，可成為構建先進(jìn)的車(chē)輛誘導系統和車(chē)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，被應用到未來(lái)的智能公路等領(lǐng)域，應用前景十分廣闊。目前，基于WAVE的應用可達到百余種，其類(lèi)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)的應用。

車(chē)輛自組網(wǎng)絡(luò )(VehicleAd-HocNetwork，VANET)是一種新型的多跳移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，由安裝了車(chē)載單元(OnBoardUnit，OBU)的車(chē)輛、路邊單元(RoadsideUnit，RSU)和后臺網(wǎng)絡(luò )系統組成。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路(WAVE)傳輸數據，車(chē)路通信技術(shù)系統能夠實(shí)現車(chē)輛間通信(VehicletoVehicle，V2V)和車(chē)輛與路邊基礎設施通信(VehicletoInfrastructure，V2I)。

在道路沿線(xiàn)安裝有路邊基礎設施如無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(WirelessAccessPoint，AP)和蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)基站，擁有車(chē)路通信技術(shù)系統終端的車(chē)輛通過(guò)這些設施時(shí)，可以利用自身的無(wú)線(xiàn)通信模塊與路邊基礎設施進(jìn)行單跳的數據通信(V2I)，該方式主要用于行車(chē)信息的上傳、交通和商業(yè)信息推送等應用。

在沒(méi)有安裝路邊基礎設施的區域內，或者車(chē)與車(chē)之間需要協(xié)作的時(shí)候，車(chē)與車(chē)之間可以在無(wú)路邊基礎設施中轉的情況下建立無(wú)中心、完全自組織的多跳通信網(wǎng)絡(luò )(Adhocnetwork)，實(shí)現車(chē)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(chē)輛之間可以相互協(xié)作(多跳)將數據傳輸到目的節點(diǎn)，也可以?xún)H僅在兩輛車(chē)之間傳輸(單跳)數據。

駕駛員可以利用V2V及時(shí)獲得周?chē)?chē)輛的運行狀態(tài)和路況信息，從而有足夠的時(shí)間來(lái)判斷和應對交通意外情況的發(fā)生，同時(shí)還可以超視距地判斷交通狀況從而自主地選擇道路進(jìn)而緩解交通擁堵現象、減少交通事故的發(fā)生概率。當意外事故發(fā)生時(shí)，處于事發(fā)區域的車(chē)輛可以通過(guò)V2I方式及時(shí)地將相關(guān)數據傳遞給交通管理部門(mén)、醫療單位和商業(yè)保險（放心保）公司等，同時(shí)也可通過(guò)V2V向附近的車(chē)輛發(fā)送求助信息、危險警告信息等，從而提高了整個(gè)交通系統應急處理能力。

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

二、典型的應用場(chǎng)景

1、車(chē)車(chē)協(xié)同應用

WAVE為基于安全的應用預留了專(zhuān)用信道，車(chē)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(chē)車(chē)協(xié)同應用場(chǎng)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(chē)輛周期性不間斷的向外廣播攜帶了自身GPS及車(chē)輛信息的特殊報文，這些信息一般包括實(shí)時(shí)經(jīng)緯度、速度、方位角、時(shí)間、加速度、轉向、制動(dòng)，車(chē)輛ID等信息。借助于接收和處理道路上其他相鄰車(chē)輛發(fā)送的安全信息，在VANET網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)車(chē)輛可以“感知”其周?chē)嬖诘钠渌?chē)輛，并能在車(chē)載智能終端實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，供車(chē)輛駕駛員做出及時(shí)、準確的判斷和操作。

典型的應用場(chǎng)景包括：

(1)近距離危險警告

通過(guò)車(chē)輛間交換的GPS信息，很容易計算出附近車(chē)輛間的相對位置。在高速移動(dòng)環(huán)境下依據行駛速度自動(dòng)設定一個(gè)安全值，如50m或80m，當車(chē)輛存在追尾或碰撞風(fēng)險時(shí)，由車(chē)載智能終端發(fā)出危險警告，提醒駕駛人員保持必要的車(chē)速及安全行駛距離，必要時(shí)甚至可越過(guò)人類(lèi)控制權限，使汽車(chē)自動(dòng)采取制動(dòng)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(chǎng)景，這種應用的優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，可有效避免絕大部分追尾及碰撞事故。

(2)轉向燈輔助應用

轉向燈通常在超車(chē)及變道行駛時(shí)開(kāi)啟，用于警示提醒作用。在車(chē)車(chē)協(xié)同應用場(chǎng)景中，轉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(chē)輛遮擋了駕駛員的前方視距時(shí)，若駕駛員直接變道行駛，則可能存在與迎面而來(lái)的車(chē)輛發(fā)生碰撞的危險。在VANET應用中，通過(guò)安全信息的擴散，可輕松解該問(wèn)題。當車(chē)輛駕駛員準備變道超車(chē)并開(kāi)啟轉向等時(shí)，轉向超車(chē)信息被包含在安全信息中擴散到前方迎面相向的車(chē)輛中，前方車(chē)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(chǎng)景同樣也適用于彎道超車(chē)預警。通過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)啟轉向燈，即可預知潛在危險，從而起到了輔助駕駛的作用，為駕駛人員提供了更加安全便捷的駕馭驗。

(3)交叉路口預警

當車(chē)輛行駛到交叉路口時(shí)，往往由于視距的遮擋導致駕駛員不能準確的判斷周?chē)h(huán)境狀況。同時(shí)，建筑物的遮擋也影響了車(chē)輛間安全信息的交換。如圖3所示，車(chē)車(chē)協(xié)同技術(shù)可通過(guò)路測設備RSU或中間車(chē)輛OBU的轉發(fā)功能完成該場(chǎng)景下的車(chē)輛間安全信息交換，使相互不可視的車(chē)輛之間變得“可視”，在車(chē)載終端的UI上，車(chē)輛節點(diǎn)之間就像沒(méi)有遮擋一樣。

(4)緊急車(chē)輛讓行

旨在模擬110、119、120等特殊車(chē)輛在行駛時(shí)需要獲得高優(yōu)先級別的行駛權限。這些車(chē)輛在參與爭分奪秒的緊急救援任務(wù)時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)警笛向周?chē)?chē)輛告知其緊急程度。這種方式的缺點(diǎn)是周?chē)?chē)輛的駕駛人員并不能準確確定緊急車(chē)輛的位置，也就無(wú)法做出統一的讓行行為，導致許多車(chē)輛不自覺(jué)的影響了緊急車(chē)輛的前行，耽誤了寶貴的救援時(shí)間。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)推廣后，上述情形可避免發(fā)生。在車(chē)車(chē)協(xié)同應用場(chǎng)景下，當緊急車(chē)輛在出勤時(shí)，只要啟動(dòng)“緊急救援”標識，該標識被寫(xiě)入到車(chē)輛擴散的安全信息中，當周?chē)能?chē)輛接收到這類(lèi)安全信息時(shí)，緊急救援信息將被呈現到車(chē)載智能終端中，使普通車(chē)輛的駕駛人員主動(dòng)做出統一的讓行行為，為緊急車(chē)輛開(kāi)辟先行綠色通道。

(5)車(chē)輛自動(dòng)跟車(chē)應用

車(chē)輛自動(dòng)跟隨主要應用于車(chē)流行駛速度低于50公里/小時(shí)的情況下，使車(chē)輛自動(dòng)跟隨前方車(chē)輛行進(jìn)，是一種基本無(wú)需駕駛員干預的車(chē)輛自動(dòng)控制轉向、加速和(或)制動(dòng)為特點(diǎn)的半自動(dòng)駕駛技術(shù)。通過(guò)分析處理與前后車(chē)輛之間交換的安全信息，汽車(chē)自適應巡航控制系統自動(dòng)保持與前車(chē)之間的適當距離，同時(shí)保持對轉向的控制，從而令駕駛變得更加安全、舒適。

2、車(chē)路協(xié)同應用

安裝于路邊的RSU通過(guò)廣播方式，向路過(guò)車(chē)輛推送區域性的交通服務(wù)信息。主要包括：天氣狀況、實(shí)時(shí)路況、突發(fā)事件、管制信息、服務(wù)設施等。這些交通服務(wù)信息最終結合車(chē)載智能終端向駕乘人員呈現，結合模擬真實(shí)的3D曲面地圖應用，車(chē)輛將作出準確智能化的路徑規劃，提高人類(lèi)出行效率。

(1)智能停車(chē)管理

在大型商業(yè)圈、寫(xiě)字樓等區域停車(chē)位眾多，由于停車(chē)管理卻存在著(zhù)效率低下的問(wèn)題，車(chē)主往往很難及時(shí)找到車(chē)位。這是因為一般的停車(chē)場(chǎng)只是提示仍有多少空車(chē)位，并沒(méi)有辦法向駕駛人員提供更多的引導信息。車(chē)路協(xié)同技術(shù)通過(guò)路測RSU向車(chē)載終端推送具體到車(chē)位的停車(chē)引導信息，以圖片或動(dòng)畫(huà)的呈現方式，完成停車(chē)誘導。在車(chē)輛離開(kāi)時(shí)，以同樣的方式向車(chē)主推送停車(chē)電子賬單，并完成收費功能。這種停車(chē)管理方式可有效提高區域泊車(chē)位利用率，節約人工成本，并減少環(huán)境污染。

(2)ETC應用

當前國內ETC應用存在功能單一、兼容性差、用戶(hù)參與度低等問(wèn)題。主要的問(wèn)題在與OBU功能過(guò)于單一且未能與車(chē)載智能終端實(shí)現數據共享。車(chē)聯(lián)網(wǎng)ETC模式下OBU將扮演“車(chē)內路由器”的角色，其將不僅可完成高速收費、停車(chē)場(chǎng)收費、路邊停車(chē)收費等收費應用，而且可提供有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)接入的功能。通過(guò)無(wú)線(xiàn)與車(chē)載終端、個(gè)人終端完成數據共享。終端上只需要安裝一個(gè)應用程序即可完成充值、查詢(xún)、繳費、接收賬單等有用戶(hù)體驗的功能。

(3)電子車(chē)牌

當前電子車(chē)牌(ElectronicVehicleIdentification，EVI)用于自動(dòng)化交通管理，功能單一，未來(lái)趨勢將是OBU包含EVI功能，實(shí)現車(chē)輛的快速通關(guān)、貨物監控以及超載限制監控等自動(dòng)化交通管理。

三、結語(yǔ)

本文探討的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于WAVE的VANET無(wú)線(xiàn)短程通信技術(shù)，與基于公網(wǎng)GPRS(或3G/4G)的汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)有著(zhù)本質(zhì)的區別。受篇幅的限制，僅分析探討了車(chē)車(chē)協(xié)同及車(chē)路協(xié)同幾個(gè)典型的應用場(chǎng)景。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心成員由車(chē)內的OBU及路邊的RSU構成，安全應用是其核心業(yè)務(wù)，信息服務(wù)作為輔助業(yè)務(wù)。OBU作為“車(chē)內路由器”，向外可連接其他OBU及RSU，完成車(chē)車(chē)協(xié)同、車(chē)路協(xié)同等應用;向內連接汽車(chē)CAN總線(xiàn)，完成傳感器與控制信息的數據采集，為自動(dòng)駕駛技術(shù)提供基礎，同時(shí)與車(chē)載終端及個(gè)人終端實(shí)現數據共享，完成用戶(hù)體驗。未來(lái)行車(chē)記錄、電子車(chē)牌、電子收費、停車(chē)管理等功能都將整合到OBU中。RSU扮演路邊AP角色，可同時(shí)為多個(gè)OBU提供服務(wù)，同時(shí)可通過(guò)無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)方式連接Internet。

當前國內對車(chē)聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于萌芽階段，存在著(zhù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)概念混淆、標準缺失、商業(yè)模式不清晰等諸多問(wèn)題。同時(shí)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)又具有巨大的市場(chǎng)應用前景，對于國內相關(guān)企業(yè)來(lái)說(shuō)，面臨著(zhù)一個(gè)巨大的發(fā)展機遇。比如，車(chē)車(chē)協(xié)同模式下高精度、高頻率的車(chē)輛定位方案;車(chē)路協(xié)同結合云計算實(shí)現停車(chē)收費、交通服務(wù)及監控管理的實(shí)施方案;具備車(chē)聯(lián)網(wǎng)管理、軟件服務(wù)的新型智能車(chē)載終端;國內車(chē)聯(lián)網(wǎng)標準的制定及商業(yè)模式的創(chuàng )新等。

總之，車(chē)聯(lián)網(wǎng)使車(chē)輛由單一的運輸工具拓展為一個(gè)高效的、移動(dòng)的信息共享和發(fā)現平臺，使車(chē)輛更加智能化和自動(dòng)化，在提高了行車(chē)安全的同時(shí)也為各種豐富的擴展應用提供了平臺支撐。