车联网架构分析及其在智能交通系统中的应用

引言

每一次经济危机之后，科技创新都成为战略制高点。在后金融危机时代，世界各国正在进行抢占科技制高点的竞赛,全球进入空前的创新密集和产业振兴时代。作为新兴产业和科技创新的代表，物联网已成为经济危机后期国际竞争的制高点，从“智慧地球”到“感知中国”都体现出决策者对物联网的高度关注。然而，发展物联网也不能四面出击，应该抓好重点，注重实效。在这个过程中，车联网是一个值得关注的课题。

车联网是指通过多种无线通信技术，实现所有车辆的状态信息（包括属性信息和静、动态信息等）与道路交通环境信息（包括道路基础设施信息、交通路况、服务信息等）的信息共享，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和综合服务。车联网可以实现车与车、车与路、车与人之间的信息交换，可以帮助实现车、路、人之间的“对话”。就像互联网把每个单台的电脑连接起来，车联网能够把独立的汽车连接在一起。

在国外，欧洲汽车公司（如曼、沃尔沃、斯堪尼亚、奔驰等公司）早已将车联网技术应用于车队管理。同时，欧洲客运公司也在积极推广应用车联网技术。美国的IVHS、日本的VICS等系统也都通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，从而实现智能交通的管理和信息服务。比较优秀的车联网系统有瑞典SCANIA的黑匣子系统等。目前，车联网的主要应用是Telematics（车载信息服务）。美国、日本和欧洲的Telematics应用较为成熟。全球应用成功的Telematics有日本的VICS中心、丰田的G-Book以及通用的On-Star。韩国正处于初期发展阶段。在我国，Telematics是一个新兴的、用于汽车通信市场及个人应用的系统。2009年，丰田G-Book和通用On-Star在中国正式推出Telematics服务。因此可以说，2009年是中国Telematics的产业元年。

1车联网架构分析

车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,按照约定的通信协议和数据交互标准，在车与车、车与路边单元、车与互联网之间进行无线通信和信息交换，以实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络，是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。与普通的物联网技术不同，车联网技术主要面向道路交通，为交通管理者提供决策支持，为车-车提供协同控制，为交通参与者提供信息服务。车联网在系统上具备物联网的物理结构，在功能上可满足智能交通对安全、环保和效率的要求。图1所示是一个车联网的基本架构图。

从图1所示的车联网架构图可以看出，要建立完整的车联网体系，有几大部分必不可少：车（核心部件是车载终端）、车联网服务平台、路边单元（智能传感器网络等）、本地局域网络（包括交通信息等）＞Internet网络等。当然，在实现车与车、车与路边单元、车与互联网的信息互通时，需要各种的无线通信技术，主要包括车内通信、车外通信、车路通信及车间通信等四种无线通信技术。

车内通信包括汽车内部的信息收集以及车内短距离无线通信，车内通信的通信距离一般为数十米之内，涵盖的范围是车辆内部空间，其特点是传输速度快、抗噪声性能强。目前多采用比较成熟的CAN/LIN总线技术及蓝牙技术（Bluetooth）等。

车外通信是指车辆与外部通信设备进行信息资源交换的应用，其所覆盖的通信范围是四类模式中最长的，有效距离可达数百千米。车外通信主要用于GPS全球定位、汽车行驶导航等。车外通信技术要求在高速移动的状态下也能可靠传输数据，所以，目前主要采用2G（GSM）、2.5G（GeneralPacketRadioService，GPRS通用分组无线业务）、3G（第三代移动通信技术，即将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来的通信系统）、3.5G蜂窝系统以及全球定位系统（GlobalPositicmingSyslem，GPS）等技术。

车路通信是指车辆与外部设施（如交通标识等）的无线通信，如自动电子收费系统、车辆指挥调度、环境参数采集等。目前采用的技术主要有微波、红外技术、专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunications，DSRC）等。

车间通信应用于多动点之间的双向传输，主要应用于车辆安全、防撞等意外的及时提醒与防止，所以，车间通信对安全性和实时性的需求都很高。目前采用的技术有微波、红外技术、专用短程通信等。车路通信与车间通信其实是同一技术的两种不同应用模式，通信距离大约介于数百公尺到一公里左右。

2车联网技术在智能交通中的应用

由图1可知，车联网的架构体系非常庞大，涉及的产业链长，参与的行业众多，应用领域也广。首先，既然是汽车联网，肯定离不开汽车生产商；其次，要获取道路及交通信息，就必须要设置路边的信息采集单元，从交通部门获取交通信息等；再次，大量信息的无线传递离不开无线通信通道服务商的参与，如中国移动网络等；另外还有内容服务供应商，如救援服务、导航服务、在线网络服务（百度、淘宝等）等。

从技术角度看，车联网包含的技术领域广泛，几乎涉及技术的方方面面，因此，如果要把车联网技术应用描述清楚，不是一篇两篇文章所能完成的，本文只选择几个具体的基于车联网的智能交通技术的实际应用进行阐述。

2.1夜间会车远光灯关闭控制

夜间行车，当两车会车时，一般都需要进行关闭远光灯的操作，但是，这样多少会给驾驶员增加一定的负担。如果有了车联网技术，就可以自动地进行夜间行车远光灯关闭的控制。在车联网架构中，车-车间保持实时信息通信，包括车辆的位置信息、实时车速信息等，于是，车与车之间很容易知道对方的行驶方向、所处位置、是否会车、何时会车等信息，从而当两车预先判断到前方有车相会时，就会自动提示车载系统进行远近光灯的切换。这一过程完全可通过车联网自动完成，而不需要驾驶员做任何操作，从而使驾驶员省心，给夜间行车安全提供保障。如图2所示是夜间会车远光灯关闭控制演示效果图。图3所示为远光灯关闭控制逻辑图。

（a）远距离一一相向而行——各自远光

（b）感知到将要会车一一分别自动切换成近光

（c）会车结束——各自恢复远光

图2夜间会车远光灯关闭控制演示效果图

2.2变道辅助

车辆变道时，车联网车载终端将对目标车道上的前后车辆进行信息收集，以检测附件车辆的运行情况（如车速、是否同时变道等），计算变道后的危险程度，做出是否可以安全变道的相应判断，并在车内做岀有针对性的操作与显示。图4所示为变道辅助演示效果图。图5所示为变道辅助控制逻辑图。

车距＜50m时，红色警告，禁止变道；

50mW车距＜100m时，黄色警告，建议不变道;车距＞100m,无警告，可安全变道-

图4变道辅助演示效果图

图5变道辅助控制逻辑图

2.3路口碰撞预警

图6所示是在交叉路口处的碰撞预警演示效果图。由于一辆大卡车障碍了两旁道路的汽车和摩托车司机的视线，如果没有信息知会，很容易造成交通事故；而如果两车均安装车联网车载终端，两车均会提前知道对方的存在及车况信息，并可以及时调整本车的车速及行驶状态，从而有效规避交通隐患。

2.4车辆动态适应红绿灯信息

       当车辆行驶到距离红绿灯一定距离（以500m为例）时,在路口埋设无线信号发射装置并发射与红绿灯信号联动的信号，车辆接收红绿灯当前状态及变化趋势，就可以根据红绿灯信息调整本车速度，从而确保其无停留地通过路口。图7所示是动态适应红绿灯演示效果场景图。

图7（a）中，当车速为72km/h，该车匀速行驶到路口需25s，此后的20-30s间为绿灯，因此，建议匀速行驶即可通过十字路口；而在图7(b)中，此时车速为100km/h，该车匀速行驶到路口需18s，需要等待2s后才能通过，所以建议速度调整到60~90km/h，这样就可以在20~30s后无等待通过路口。

3结语

车联网是一种全新的网络应用，是物联网技术在智能交通领域中的应用体现，是新一代智能交通系统的核心基础。本文提出了车联网的整体体系架构，并初步探讨了车联网在智能交通中的应用，期望能为车联网的进一步深入研究提供一些思路。同时，我们也应该认识到，车联网涉及的技术众多，车联网的普及任重道远，需要相关领域的专家学者们开展更进一步的研究工作，共同构筑车联网应用的美好未来。

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