车联网应用情景详解及发展趋势探讨

    伴随着移动互联网技术、物联网技术和传感器技术的发展，智能交通技术逐渐进入到大众视野，成为各界研究和关注的焦点。智能交通技术已经在系统平台、视频识别算法、交通信号控制、网络配套等相关技术和设施上已经达了一个较高水平。

一、技术背景

    伴随着移动互联网技术、物联网技术和传感器技术的发展，智能交通技术逐渐进入到大众视野，成为各界研究和关注的焦点。智能交通技术已经在系统平台、视频识别算法、交通信号控制、网络配套等相关技术和设施上已经达了一个较高水平。但车辆本身作为最基本信息源，并未有效的实现车与车、车与人之间的通信，所以智能交通想要进一步发展，车辆间的联网是其未来发展的必然要求。

    IEEE802.11p，即车载环境无线接入(WirelessAccessintheVehicularEnvironment，WAVE)标准，是一个由IEEE802.11标准扩充的通信协议，主要用于车载电子无线通信，可实现移动车辆间无线通信，完成实时准确可靠的图像、语音和数据双向传输，并且能保证系统的可靠性与稳定性，可成为构建先进的车辆诱导系统和车辆服务平台的核心，是下一代ITS通信技术的发展方向，被应用到未来的智能公路等领域，应用前景十分广阔。目前，基于WAVE的应用可达到百余种，其类型主要有安全相关、公共服务相关、商业服务性质的应用。

     车辆自组网络(VehicleAd-HocNetwork，VANET)是一种新型的多跳移动无线通信网络，由安装了车载单元(OnBoardUnit，OBU)的车辆、路边单元(RoadsideUnit，RSU)和后台网络系统组成。通过无线通信链路(WAVE)传输数据，车路通信技术系统能够实现车辆间通信(VehicletoVehicle，V2V)和车辆与路边基础设施通信(VehicletoInfrastructure，V2I)。

    在道路沿线安装有路边基础设施如无线访问点(WirelessAccessPoint，AP)和蜂窝移动通信网基站，拥有车路通信技术系统终端的车辆通过这些设施时，可以利用自身的无线通信模块与路边基础设施进行单跳的数据通信(V2I)，该方式主要用于行车信息的上传、交通和商业信息推送等应用。

    在没有安装路边基础设施的区域内，或者车与车之间需要协作的时候，车与车之间可以在无路边基础设施中转的情况下建立无中心、完全自组织的多跳通信网络(Adhocnetwork)，实现车辆之间的信息传输和共享(V2V)。V2V方式具有组网方便灵活、网络扩展性较好的优势，车辆之间可以相互协作(多跳)将数据传输到目的节点，也可以仅仅在两辆车之间传输(单跳)数据。

    驾驶员可以利用V2V及时获得周围车辆的运行状态和路况信息，从而有足够的时间来判断和应对交通意外情况的发生，同时还可以超视距地判断交通状况从而自主地选择道路进而缓解交通拥堵现象、减少交通事故的发生概率。当意外事故发生时，处于事发区域的车辆可以通过V2I方式及时地将相关数据传递给交通管理部门、医疗单位和商业保险（放心保）公司等，同时也可通过V2V向附近的车辆发送求助信息、危险警告信息等，从而提高了整个交通系统应急处理能力。

    我国科技部“863计划”分别于2011年和2012年先后启动了“智能车路协同关键技术研究”和“车联网技术研究”，旨在推动车联网产业的发展。部分省市也启动了基于车联网的应用示范项目，如重庆市2011年启动的《基于物联网的公路网运行状态监测与效率提升技术》重大科技专项就包含有车路信息发布应用。

二、典型的应用场景

    1、车车协同应用

    WAVE为基于安全的应用预留了专用信道，车辆安全信息是VANET网络中最基本、最核心且优先级最高的一种信息。几乎所有的车车协同应用场景前提都是安全信息可扩散。所谓的安全信息扩散即所有行驶车辆周期性不间断的向外广播携带了自身GPS及车辆信息的特殊报文，这些信息一般包括实时经纬度、速度、方位角、时间、加速度、转向、制动，车辆ID等信息。借助于接收和处理道路上其他相邻车辆发送的安全信息，在VANET网络中的每个车辆可以“感知”其周围存在的其他车辆，并能在车载智能终端实时显示出来，供车辆驾驶员做出及时、准确的判断和操作。

     典型的应用场景包括：

    (1)近距离危险警告

    通过车辆间交换的GPS信息，很容易计算出附近车辆间的相对位置。在高速移动环境下依据行驶速度自动设定一个安全值，如50m或80m，当车辆存在追尾或碰撞风险时，由车载智能终端发出危险警告，提醒驾驶人员保持必要的车速及安全行驶距离，必要时甚至可越过人类控制权限，使汽车自动采取制动或减速措施。在大雾、大雨、交叉路口、夜晚行驶等视距受限的场景，这种应用的优点将更加明显，可有效避免绝大部分追尾及碰撞事故。

    (2)转向灯辅助应用

    转向灯通常在超车及变道行驶时开启，用于警示提醒作用。在车车协同应用场景中，转向灯被赋予了更丰富的功能。如图2所示，在某些双向单行道路中，当体积较大的货运车辆遮挡了驾驶员的前方视距时，若驾驶员直接变道行驶，则可能存在与迎面而来的车辆发生碰撞的危险。在VANET应用中，通过安全信息的扩散，可轻松解该问题。当车辆驾驶员准备变道超车并开启转向等时，转向超车信息被包含在安全信息中扩散到前方迎面相向的车辆中，前方车辆收到该信息后立刻返回碰撞危险警告，使驾驶员停止变道行为。这种场景同样也适用于弯道超车预警。通过简单的开启转向灯，即可预知潜在危险，从而起到了辅助驾驶的作用，为驾驶人员提供了更加安全便捷的驾驭验。

    (3)交叉路口预警

    当车辆行驶到交叉路口时，往往由于视距的遮挡导致驾驶员不能准确的判断周围环境状况。同时，建筑物的遮挡也影响了车辆间安全信息的交换。如图3所示，车车协同技术可通过路测设备RSU或中间车辆OBU的转发功能完成该场景下的车辆间安全信息交换，使相互不可视的车辆之间变得“可视”，在车载终端的UI上，车辆节点之间就像没有遮挡一样。

    (4)紧急车辆让行

    旨在模拟110、119、120等特殊车辆在行驶时需要获得高优先级别的行驶权限。这些车辆在参与争分夺秒的紧急救援任务时，通过启动警笛向周围车辆告知其紧急程度。这种方式的缺点是周围车辆的驾驶人员并不能准确确定紧急车辆的位置，也就无法做出统一的让行行为，导致许多车辆不自觉的影响了紧急车辆的前行，耽误了宝贵的救援时间。

    车联网推广后，上述情形可避免发生。在车车协同应用场景下，当紧急车辆在出勤时，只要启动“紧急救援”标识，该标识被写入到车辆扩散的安全信息中，当周围的车辆接收到这类安全信息时，紧急救援信息将被呈现到车载智能终端中，使普通车辆的驾驶人员主动做出统一的让行行为，为紧急车辆开辟先行绿色通道。

    (5)车辆自动跟车应用

    车辆自动跟随主要应用于车流行驶速度低于50公里/小时的情况下，使车辆自动跟随前方车辆行进，是一种基本无需驾驶员干预的车辆自动控制转向、加速和(或)制动为特点的半自动驾驶技术。通过分析处理与前后车辆之间交换的安全信息，汽车自适应巡航控制系统自动保持与前车之间的适当距离，同时保持对转向的控制，从而令驾驶变得更加安全、舒适。

    2、车路协同应用

    安装于路边的RSU通过广播方式，向路过车辆推送区域性的交通服务信息。主要包括：天气状况、实时路况、突发事件、管制信息、服务设施等。这些交通服务信息最终结合车载智能终端向驾乘人员呈现，结合模拟真实的3D曲面地图应用，车辆将作出准确智能化的路径规划，提高人类出行效率。

    (1)智能停车管理

    在大型商业圈、写字楼等区域停车位众多，由于停车管理却存在着效率低下的问题，车主往往很难及时找到车位。这是因为一般的停车场只是提示仍有多少空车位，并没有办法向驾驶人员提供更多的引导信息。车路协同技术通过路测RSU向车载终端推送具体到车位的停车引导信息，以图片或动画的呈现方式，完成停车诱导。在车辆离开时，以同样的方式向车主推送停车电子账单，并完成收费功能。这种停车管理方式可有效提高区域泊车位利用率，节约人工成本，并减少环境污染。

    (2)ETC应用

    当前国内ETC应用存在功能单一、兼容性差、用户参与度低等问题。主要的问题在与OBU功能过于单一且未能与车载智能终端实现数据共享。车联网ETC模式下OBU将扮演“车内路由器”的角色，其将不仅可完成高速收费、停车场收费、路边停车收费等收费应用，而且可提供有线、无线接入的功能。通过无线与车载终端、个人终端完成数据共享。终端上只需要安装一个应用程序即可完成充值、查询、缴费、接收账单等有用户体验的功能。

    (3)电子车牌

    当前电子车牌(ElectronicVehicleIdentification，EVI)用于自动化交通管理，功能单一，未来趋势将是OBU包含EVI功能，实现车辆的快速通关、货物监控以及超载限制监控等自动化交通管理。

三、结语

    本文探讨的车联网技术是基于WAVE的VANET无线短程通信技术，与基于公网GPRS(或3G/4G)的汽车联网服务有着本质的区别。受篇幅的限制，仅分析探讨了车车协同及车路协同几个典型的应用场景。车联网的核心成员由车内的OBU及路边的RSU构成，安全应用是其核心业务，信息服务作为辅助业务。OBU作为“车内路由器”，向外可连接其他OBU及RSU，完成车车协同、车路协同等应用;向内连接汽车CAN总线，完成传感器与控制信息的数据采集，为自动驾驶技术提供基础，同时与车载终端及个人终端实现数据共享，完成用户体验。未来行车记录、电子车牌、电子收费、停车管理等功能都将整合到OBU中。RSU扮演路边AP角色，可同时为多个OBU提供服务，同时可通过无线或者有线方式连接Internet。

    当前国内对车联网的研究仍处于萌芽阶段，存在着车联网概念混淆、标准缺失、商业模式不清晰等诸多问题。同时，车联网又具有巨大的市场应用前景，对于国内相关企业来说，面临着一个巨大的发展机遇。比如，车车协同模式下高精度、高频率的车辆定位方案;车路协同结合云计算实现停车收费、交通服务及监控管理的实施方案;具备车联网管理、软件服务的新型智能车载终端;国内车联网标准的制定及商业模式的创新等。