车联网技术及其应用研究.doc

车联网技术及其应用研究谭红平1 陈金鹰1 杨俊21、成都理工大学信息科学与技术学院，成都 6100592、中国电信股份有限公司成都分公司综合业务保障中心，成都 610069摘 要：在对目前城市交通存在问题进行分析的基础上，结合物联网技术、云计算技术的研究成果和应用技术，提出了车联网的基本概念。通过车联网所涉及的应用层、网络层、感知层及相关技术进行讨论后，对车联网关键技术进行了研究。结果认为，车联网所蕴含的优点将对未来交通产生深刻影响，并能给人们的出行带来巨大方便，同时也将伴随新的商机。关键字：城市交通 云技术 车联网引言随着我国经济持续地快速发展，人们生活水平的不断提高，车辆数量增加十分迅速，交通拥堵成为一个严重的社会问题。拥堵的交通不仅增加了人们出行的时间成本，而且还不利于节能环保。目前中国的石油消耗量仅次于美国，居全球第二，据统计有30%的汽油是消耗在堵车的时候。在污染排放方面，我国机动车氮氧化物排放量占总排放量的30%。要解决“城市拥堵”，落实“节能环保”，智能交通是解决思路之一。智能交通亟待建立以车为节点的信息系统车联网，综合现有的电子信息技术，实现对全国范围内的车辆进行统一管理，减少交通拥堵。例如日本的道路交通信息通信系统（VICS），该系统可以把采集的信息传到VICS中心，综合处理后通过无线的方式传送到使用VICS功能的导航系统上面，从而驾驶员可以实时了解车辆运行报告和交通状况。据统计，对于同一目的地，使用VICS系统的车辆可以减少车辆行驶时间约22%，提高平均时速约5%13。一、车联网的基本概念伴随物联网的发展，激发了车联网的出现。所谓车联网，是指利用先进的传感技术、网络技术和无线通信技术，通过汽车收集、处理和共享大量信息，实现车与路、车与车、车与人、车与城市网络的互相连接，达到智能化识别、定位、跟踪、监控和管理目的的一个网络。按照功能划分，车联网的体系结构可分为感知层、网络层和应用层，如图1所示4。1、感知层数据采集：RFID技术、传感器技术、视频摄像头等感知层网络层应用层人机接口：用户界面、车载通信终端、智能手机等数据传输：卫星定位导航、2G网络、3G网络、互联网等图1 车联网的体系结构车联网的感知层主要功能是利用RFID电子标签和阅读器、各种传感器（检测温度、速度、路况等）、视频摄像头等进行数据采集，从而获得大量关于交通信息、天气状况、车辆信息的数据。2、网络层网络层需要通过无线集群通信系统、卫星定位导航系统来实现和互联网的连接，完成大量数据的传输、分析和处理（云计算），实现远距离通信和远程控制的目的。3、应用层车联网的应用层主要作用是进行人机通信，例如各种车载终端、车载计算机等。车联网的最核心部分是由电子地图、卫星定位导航、汽车电子、语言识别和3G移动通信网络组成的移动通信导航信息系统，即车载通信系统。该系统可以通过GPS定位系统和无线通信网，向驾驶员和乘客提供详细的交通信息、汽车状况、生活或工作便捷服务和互联网服务。目前，各国研究车联网的重点便是车载通信系统，都投入了大量的人力和物力。二、车联网的关键技术近几年来，物联网的发展成为信息产业新的制高点，车联网也获得了越来越多的关注，欧美、日本等发达国家都投入了巨资用于研发车载通信系统。我国也十分注重车联网的发展，在2010年10月，无锡举行的中国国际物联网大会将车联网列为我国重大专项第三专项的重要项目，相关内容已经上报国务院，有望获得数百亿的经费支持。在车联网当中，最核心的部分便是车载通信，在车载通信中可能采用的关键技术主要包括RFID技术、卫星定位导航技术、无线通信技术、智能技术、云计算技术、指纹识别技术等，下面将分别予以讨论59。1、RFID技术RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触式的自动识别技术，它可以通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据。RFID是一种简单的无线系统，由阅读器和电子标签两个基本器件组成，可用于控制、检测和跟踪物体。目前，RFID技术已经应用到生活的很多领域中，如景区管理、停车厂和管道监测等。RFID具有同时识别多个高速运动物体、读写距离远、数据存储量大、系统体积小、安全性好、安装简便、环境要求低等特点，因此可以把RFID应用到车联网当中，可以轻松实现车联网中各节点对监测点的感知功能。2、卫星定位导航技术世界上现有的卫星定位导航系统主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO和中国的北斗定位导航系统（COMPASS）。卫星定位导航系统具有全天候、高精度、自动化、实时性等特点，用户只需要一个终端，便可以实现定位和导航的目的。因此在车联网中，卫星定位导航系统可以为用户提供电子地图，实现定位和导航，是不可或缺的部分。3、无线通信技术无线通信技术具有速度快、安全高、布线少、成本低、使用方便等特点，因此可以被广泛应用在车联网中，例如3G技术、4G技术、Wi-Fi技术、UWB技术、ZigBee技术等，能够实现和互联网的互联。在未来的车联网时代，无线通信技术和传感器技术是一种互补的关系，当汽车处于转角等传感器的盲区时，无线通信技术就会发挥作用。此外，由于通过汽车采集到的数据十分庞大，需要借助无线通信把大量的数据传到互联网上进行综合处理（云计算），因此无线通信技术成为车载通信中非常重要的一环。目前，我国的3G技术给车联网带来了广阔的发展空间，而将3G应用到汽车电子产品当中，成为目前研究车联网的重点。4、指纹识别技术 指纹识别技术主要用于车辆安全与防盗，能对开车人员进行身份识别，并能通过车联网将行车人员的身份资料传送到相关人员或管理部门，防止非法行驶、非法营运。5、智能技术在车联网当中，最终欲实现的目的是自动驾驶，因此必须在车联网中采用一些先进的智能技术（如人工智能、智能识别技术、智能控制技术、智能电池等），使车辆具备一定的智能性，使其能够主动感知外部环境的变化、实时交通状况等。6、云计算技术互联网实现互联车联网车载通信RFID技术定位导航技术无线通信技术智能技术GPS定位导航系统北斗定位导航系统3G技术Wi-Fi技术核心智能识别智能控制人工智能无源RFID技术有源RFID技术图2 车载通信的关键技术结构图云计算技术指纹识别技术可以通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个小的程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统，经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户，大规模的分布式计算技术即称为云计算技术。通过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，完成数以万计甚至亿计的信息处理工作，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。在车联网中，通过汽车采集到的数据十分庞大，便可以通过云计算技术对数据进行处理，然后在数秒之内回传给用户，满足使用者对响应时间和信息种类的要求。车辆状况、交通信息、天气预报、各种互联网服务等一系列的信息都可以通过车载通信系统轻松获得，让出行变得方便快捷。三、车联网的主要技术优势车联网不仅能给人们出行带来极大的便利，而且还有利于改善城市空气质量，打造和谐、环保的城市交通。从目前正在研究的车联网所透露出来的信息，可以看出车联网的某些特征。1、方便对车辆的统一管理在车联网中，通过安装在车辆里面的通信终端，可以对在线车辆进行实时监控和车辆调度，保证了车辆的通畅运行，能够有效避免交通拥堵。每辆机动车辆都有一个独特的电子标签，电子标签记录了车辆的基本信息，行驶、停车、收费等将变得简单快捷，可以提高车辆行驶速度和运输效率，降低车辆空驾率和油耗，减少车辆对道路的无效占用和汽车废气的排放，进而可以改善整个城市的交通状况和空气质量，有助于打造和谐交通，建设和谐社会。2、出行更安全、更便捷在公交行业应用车联网技术，可以对车辆进行监控、定位，人们可以通过智能手机、互联网或站牌了解公交车的相关信息，如公交运行情况、交通状况、车内拥挤度等信息都可以通过互联网轻松获得，免去等车或者拥挤的烦恼。此外，车联网还可以实时监控车辆状况，自动检测车辆速度，避免驾驶员疲劳驾驶或者车辆因故障而发生事故，一旦车辆超速或者车辆发生故障，系统会自动进行语言报警。如果遇上紧急情况，车载系统能够自动把信息上传控制中心，请求援助，控制中心便能够通过定位系统进行快速救援。因此，未来的车联网不仅能方便用户随时随地了解交通信息，而且还能为人们的出行提供安全保障。3、出行生活更丰富多彩驾驶员或者乘客可以通过车载终端连接到互联网，获得各种互联网服务（如聊天、炒股、网上购物、娱乐、视频会议等），工作娱乐两不误，让出行变得丰富多彩，能有效提高学习和工作的效率。4、加快相关产业的发展车联网涉及的领域包括IT、汽车、通信、电子、计算机等，要实现“零排放、零油耗、零污染、零事故、驾乘时尚有趣”的美好愿景，需要重点突破无线通信技术、卫星定位导航技术、传感器技术等相关技术，这必然会带动相关产业（汽车、通信、电子、计算机等）的发展，可以提供很大的就业空间，缓解我国的就业压力。四、车联网应用前景分析表1 车联网的应用车联网已经被国家列入重大专项，成为了“十二五”期间的重点项目，车联网具有广阔的应用前景和商业价值，车联网主要能够提供的应用如表1所示。分类具体应用交通管理方面智能停车场管理系统、智能收费系统、自动路径导航系统、智能车辆调度系统、车辆监控系统、智能交通信号灯管理系统等公共交通服务方面智能公交车查询系统、智能收费系统等物流运输方面物流监测系统、智能车辆管理系统、货物实时监测系统等公共安全方面智能预警系统、疲劳驾驶检测系统、车辆状况监测系统、智能超速超载报警系统等商业增值服务方面视频会议、网络游戏、在线影音、数据下载、网络学习、网络办公等随着我国传感器技术、卫星定位导航系统的快速发展，3G网络基本已经覆盖全国，车联网和无线通信技术的融合，可以推动相关产业链的快速发展，预计未来五年车联网的产业值有望超过1000亿元，提供相关就业岗位数万个。五、结束语车联网时代的到来，对整个汽车产业链甚至我国信息产业都是一个新的机遇，一个新的挑战，必须抢占车联网的理论研究、技术开发和应用的先机。在我国，车联网所涉及的IT、通信、汽车等领域，都在工信部主管之下，同时现有的3G网络、GPS或者北斗定位导航系统提供了充分的网络支撑，因此我国的车联网应用前景十分明朗，具有广阔的发展空间。参考文献：1车载通信：未来车联网的技术挑战与机遇EB/OL. /tech/news/338457.html，2011-9-18.2车载通信：物联网下一代ITS中的关键技术EB/OL. /%E5%AE%89%E9%98%B2%E8%A1%8C%E4%B8%9A%E7%BD%91/news/8606429.html,2011-9-18. 3刘建华，杨士航.浅谈车联网技术发展与应用前景J.中国高新技术企业，2010（28）.4车联网EB/OL. /view/3162798.htm,2011-9-18.5王健强，吴辰文.车联网架构与关键技术研究J.微计算机信息，2011（4）.6射频识别技术EB/OL. /view/