车联网感知技术在汽车上的应用

车联网感知技术在汽车上的应用

一、车联网在中国的应用前景展望根据中国汽车工业协会统计数据，2010年中国汽车产量超过1800万辆，世界记录再次破裂。随着数字的增加，有一个现象即将变得清晰。随着汽车电子的日益普及和世界最大的汽车市场的到来，中国汽车电子产品的主要感知技术行业开始关注电子、通信和计算机。中国汽车传感器和其他感知行业的快速发展呈现出一种趋势。传感器广泛应用于车联网感知系统,在交通信息采集中,终端节点可采用非接触式地磁传感器来定时搜集和感知区域内车辆的速度、车距等信息;当车辆进入传感器监控范围后,终端节点通过磁力传感器来采集车辆的形式速度等重要信息;多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇集节点汇集到网关节点,并进行数据融合,获得道路车流量和车辆行驶速度等相关信息,从而为路口交通信号控制提供精确的输入信息;通过给终端节点安装温湿度、光照度、气体检测等多种传感器,还可进行路面状况、能见度、车辆尾气污染等检测;无线传感器网络部署当中会集节点可以安装在路边立柱、横杠等交通设施上,网关节点可以集成在交叉路口的交通信号控制器内,专用传感器终端节点可以填埋在路面下或者安装在路边。本身有一个电子标签它通过路边的监测器,可以属于是被动的,如果在车辆装上以后,它可以发布,是有源的,这样就变化双向、主动的,从而建立信息的沟通。RFID感知技术在中国车联网领域也得到了很大的应用,可以实现不停车收费,可以用于物流车辆管理等。近期公安部已经推出一种识别率在99.9%以上的专用电子标签,可安装在汽车挡风玻璃上,形成对车辆身份和位置信息的唯一标识。宁波凯福莱开发的物联网疫苗冷藏车全部采用自主知识产权设计,利用这种物联网冷藏车和疫苗上的RFID标签,司机可以轻易地读取这批疫苗的情况,保障了疫苗的安全及可追溯性。此外,车内的传感器将会对整个疫苗的运输状况进行实时监控,包括车内温度、汽车行驶状况等;而工作人员也可以通过网络平台即时监控疫苗的状态。中国正在计划加快无线传感器在车联网领域应用推进计划,在汽车计算平台与车辆的传感器节点实现数据交换,实现环境监测、目标发现、位置识别和控制其他设备的功能时,需要通过网关联系无线传感网络和外部网络的通讯,实现两种网络协议之间的转换,发布、发送控制命令到传感网络内部节点,因此无线传感器网络的体系建立非常重要。国家发改委也在大力推进无线射频技术与感知技术体系融合,并大力推进试点工程,如:基于无线射频技术的车辆电子牌照试点工程,重点解决车辆自动识别、动态监控、车牌套用与防伪的问题。由于车联网的快速发展,大大促进了中国传感器产业的发展,有关统计显示,自2009年开始,国内传感器市场需求规模快速增长的主要动力即来自于汽车电子。据高工传感产业研究所研究数据显示,目前一辆普通家用轿车上大约会安装几十到近百只传感器,豪华轿车传感器数量可多达200余只,种类达几十种,两者所用传感器约占整个汽车传感器市场的三分之一。计世资讯(CCWResearch)最新调查数据显示,2006年,中国汽车传感器的市场销售额为3.9亿美元,同比增长率为42.8%,2007～2010年中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%、其中,2007年市场销售额将达到5.4亿美元,同比增长率为36.3%;2009年其市场销售额将接近10.5亿美元,同比增长40.5%;2010年市场销售额将超过13.2亿美元,同比增长35.2%。高工传感产业研究所预计,2010年中国车用传感器市场销售额将超过15亿美元。汽车传感器是车联网的基础,目前国内很多企业在材料、设计、工艺等方面有了一定的提高,能够生产出很多基本的传感器,但是在精度和可靠性方面与国外企业还有很大差距,很多先进技术,特别是传感器的新设计原理和核心模块技术,还是由国外公司掌握,国内企业自主开发相对较少,中国目前绝大多数用于信息采集的高端传感器,其芯片核心技术并不为中国公司所掌握。随着车联网的快速发展,未来的汽车传感器向着环保、安全、智能是传感器发展方向,这给传感器产品带来了更高的质量要求,汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器的依赖性就越大。因此,国内外都将车用传感器技术列为重点发展的项目。汽车传感器的应用将不仅仅局限在发动机管理系统,而是越来越多地与环境保护、安全和智能联系在一起。二、—中国车联网通讯技术与产业概况汽车通讯系统是车联网的信息传输渠道,车辆的移动特点也决定了车联网通信主要应以无线通信为主。在车联网无线通信解决方案中,通信网络带宽的瓶颈,是车联网通信的一个技术难题。目前的3G网络带宽并不能满足未来对图像和流媒体的传输需求,而4G网络和DSRC(专用短程通信)的自主网技术等也还没有完全突破。当车联网感知系统采集上来的信息被汇聚到数据中心,要对其进行存储、交互和分析,国内在云计算和超海量数据处理方面,还未掌握核心技术,在全面获取系统精准的信息基础上,针对不同应用的智能化处理,更是一项世界性的难题,需要大量工作研究智能化应用的数学模型。近期启明信息与作为TD-SCDMA第三代移动通信国际标准的核心专利的拥有者合作,在汽车移动通信领域全面拓展车联网市场。双方将通过共建实验室,充分利用大唐电信在通信接入、通信终端、通信应用与服务等领域的技术优势和技术积累,结合启明信息在汽车电子产品化、工程化以及市场方面的优势,共同开发以中国自主知识产权为核心的高可靠性、高集成度、超低功耗智能化的汽车通信电子产品,将汽车与移动通信网络有机地结合,开发适用于未来汽车电子应用的通信模块产品,为智慧车联网提供技术和产业支持,提供服务于中国乃至世界汽车行业的电子信息通信产品。蓝牙也是车联网无线通信的一个技术手段,蓝牙技术如果用于实现车联网有很多的优点,第一个优点就是低成本,容易推广。现在大概已经有接近1/3的车辆使用了这样的功能。如果用蓝牙实现车联网技术,可以借助原有蓝牙的功能模块,通过导入一些软件的手段使得这些中间件可以连接到手机上,再连接到远程的服务中心来获取内容和服务。这个软件可以在汽车出厂之前配置。另外可以在汽车销售之后可以让用户下载配置上去,完成各种应用的能力。最终使用户服务费下降,这样对整个产业的推进相对比较快,所以有明显的优势。通过蓝牙来实现车联网技术的蓝牙的通讯模块的解决方案,可支持国内各种传统的免提功能。包括各种蓝牙组合,单纯的蓝牙通讯模块、GPS通讯模块、蓝牙加上Wi-Fi。在这个平台之上,可以把传统的蓝牙免提应用、通信、语音通信、音乐、上网服务全部结合起来,可以更好地降低成本。汽车上的无线技术和移动电脑技术将推动车联网发展。未来几年信息通信系统是中国汽车半导体器件市场增长速度最快的应用领域,2003-2007年,中国汽车信息通信系统所应用的半导体器件市场规模的年均增长速度高达51.6%,这主要是由于汽车信息通信系统在中国有巨大的市场发展潜力。现在很多运营商都在推动车联网服务的平台,这个市场是一个高端的客户群体,可以提供各式各样的无线通信,产业链很长,3G网络为车联网提供了完备的网络基础。车联网需要汽车与网络连接,还要求一张全国性网络,覆盖所有汽车能到的地方,保持7×24小时服务支持,实现语音、图像、数据等多种信息传输,目前,只有公众通信网能够满足这些条件。目前,我国三大运营商都已经建成覆盖全国的基础通信网,网络覆盖广、性能优、可靠性高。特别是三大3G网络的建设,今年都将完成全国地市级城市的网络覆盖,未来两年将对县城实现基本覆盖。3G移动通信网络高速发展,能够提供宽带化的无线信息传输通道,在全国范围内更好地实现无线漫游,并可以处理图像流、视频流等多种媒体形式,这为建设车联网提供了坚实的网络基础。我国的车联网通信技术产业发展有得天独厚的体制优势。党的“十七大”提出工业化与信息化融合战略,并组建了现在的工业和信息化部,这为“两化融合”提供了重要的体制保障,而车联网是两化融合的现实结合点和突破口。几乎车联网建设的一切问题都能够在一个部委领导下协调解决,体制优势可谓得天独厚。三、中国汽车网络的技术和行业1、车载智能手机市场广阔的应用前景和需求近年来,车载导航系统已逐渐被人们所认识,车联网的发展产生汽车导航巨大的市场潜力引起各方的广泛关注。卫星导航是车联网的一个支撑基础,如果说没有卫星导航的存在,车联网这个概念是不成立的。2003年丰田公司在威驰车上首次配备了前装车载导航系统,被视作国产汽车安装车载导航系统的开端。2002-2007年中国车载GPS设备销售量如图22所示:调查表明,目前轿车市场上,预装导航产品的汽车比例为:10万元以下轿车占40%,10至30万元之间的轿车占40%,30万元以上的轿车大约占20%。此外,未预装导航产品的10至30万元之间的轿车最有可能成为国内车载导航系统后装的主要市场。后装车载导航系统有着广阔的应用前景。伴随车联网的发展,车载导航系统可以为车主提供丰富的增值服务。可见,这是一个比增量市场大得多的市场,按照5%的配置比例,每年将有100多万台的市场容量。另外,随着智慧物流的发展,国内很多中长途运输的载货车对于车载导航系统的需求也是非常明确,该系统既能满足交通导航的需要,同时也能为司机在长距离运输过程中的娱乐和信息沟通提供便利。面对如此庞大的市场,国内外厂商均等待车载导航系统市场启动的时机。目前国内的多家厂商已经推出了自己的产品,而国外厂商为了解决产品的本土化问题,也已经做了大量准备工作。车载导航系统要想在市场站稳脚跟,不仅要有很好的硬件支持,更重要是要有很好的软件相配合,导航内容要有道路状况、商店分布、交通规则等。在中国要把这些资料搜集全是一件非常困难的事,因此要想在中国市场上取得成功,拥有准确和全面的资料是关键,全面准确的导航内容是体现其价值所在。但公共信息资源能不能真正地开放和共享,共享到什么程度,需要不断地完善和探索。从服务的角度上来讲,还涉及到ITS当中的几个部分的内容,其中包括它的信息服务系统,交通管理系统,车辆控制系统,车辆信息管理系统,电子收费系统,紧急救援系统等。车联网概念的提出打开了物联网技术的应用市场,十二五规划中对于公路及水路信息化的强调,则有望将物联网的市场空间扩大至少十倍。2、卫星导航系统构成北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),是除美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务,并兼具短报文通信能力。继第八颗和第九颗北斗卫星于2011年被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道后,2011年12月,北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布,北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。如下图所示:为了促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。中国今后生产定位服务设备的产商,都将会提供对GPS和北斗系统的支持,以提高定位的精确度。而另外一种北斗系统特有的短报文服务功能将收费,对货运车联网也具有较大的实用性。建设自主卫星导航系统是国家战略,交通运输行业要力争成为北斗系统民用推广的排头兵,以实际行动全力支持国家导航战略发展。正在积极推动各项政策举措,促进北斗卫星导航系统在智能交通、路况信息管理、道路堵塞治理、车辆监控和车辆自主导航方面开展广泛的应用。目前,全国交通运输系统已建成了重点营运车辆联网联控系统,共接入800多家GPS监控服务运营商,实现了各省级平台间车辆动态数据的不间断传输与交换。系统上线车辆总数已达105万辆,其中“两客一危”上线车辆42万余辆,日均实时在线车辆约13万辆。车联网作为北斗卫星导航产业当中的重要部分,将率先应用于交通运输重点营运车辆监控管理,交通部目前正在部署全国105万辆交通运输营运车辆率先安装北斗导航的车载终端。特别是当前北斗导航系统正处于应用初期,率先在营运车辆数量超千万的道路运输行业推广应用,有利于迅速实现规模效益,有效降低使用成本,为北斗导航系统应用推广工作奠定良好的基础。2010年我国北斗系统的市场规模只有20亿元左右,而根据发改委的规划,到2020年,北斗系统的市场容量将达到1000亿元,这意味着2010年到2020年的年均符合增长率将接近50%。3、电子地图高校地图服务企业分析关于导航地图,在中国,四维图新、瑞图万方和高德三家公司具有合法生产地图软件的资格。另外,由于中国正在对基础设施和道路进行大规模的升级改造,所以需要频繁对地图进行更新,从而造成了电子地图的制造和更新成本居高不下。无法进行市场化运作和地域方面的特殊国情,使电子地图成为目前制约中国汽车导航发展的最大因素。另外,地图有缺陷、数据不全、更新不及时、无统一标准、价格高等也都是制约汽车导航产业发展的消极因素。消费者十分看好的谷歌地图牌照还未获准通过。目前消费者常用的四大电子地图提供商主要有:百度、谷歌、高德、搜狗,其中谷歌知名度第一,百度第二,搜狗第三。如图24所示:目前,国内开展互联网地图服务业务的企业有将近4.2万家,绝大多数都是下游企业,使用量最大的接口是谷歌的GoogleMapsAPI接口。谷歌的电子地图牌照迟迟未获批准,其竞争对手搜狗早已经按捺不住,开始收编谷歌的下游企业,争抢市场份额。当然,有抢占市场意图的不仅是搜狗地图。事实上,电子地图的巨大发展空间早已让在此积极布局的百度地图、搜狗地图、图行天下、高德等明争暗斗已久。但是,由于中国有成千上万家的第三方网站在使用谷歌地图服务,如果谷歌地图被禁止使用,影响将会很大,直接停止谷歌地图不太可能。相关数据表明,目前,我国有4万家地图服务网站,电子地图在导航产业链中在当行产业链中占10%的市场份额;中国目前的市场容量在6亿元左右。四、搭建车载前装系统平台2010年,国内汽车市场仍保持了高速增长的态势,累计销售汽车1806万辆万辆,稳居世界第一。汽车市场的发展对车联网服务不断提出更高要求,从而推动汽车导航服务的全面升级,成为中国Telematics产业发展的市场基础。Telematics产业是以汽车为载体、能高效提升汽车生活品质、为车主出行提供综合信息及安全保障的新型服务业。Telematics将汽车带入了“智能信息化时代”,为整个汽车产业链注入了新的活力、创造了全新的价值。Telematics是未来汽车产业链发展的方向和大趋势。值得注意的是,Telematics产业在过去的发展历程中以少数整车厂为核心,由于价格因素,并没有在全球大规模普及。而事实上,业内都希望在Telematics产业,能够有更多的企业进入,实现开放和共赢,因此国内Telematics产业潜力巨大。2010年Telematics产业联盟(ITIF)正式成立并在中国召开首次会议,来自全球25个国家的200多位国内外嘉宾齐聚捧场,这也是Telematics产业界在中国首次举行的高规格国际盛会。国际Telematics产业联盟是由俄罗斯、美国、德国等20多个国家的相关机构自发联合而成立的。据诺达咨询分析,2006年以来,全球车载信息服务业(Telematics)市场规模增长很快,从2006年的120亿美元增长到2011年620亿美元规模。据此估计,中国目前Telematics市场空间的规模至少在100亿美元左右。目前,在国内车载前装市场上,丰田G-BOOK已率先在雷克萨斯RX350、凯美瑞高端版上投入车载信息服务(Telematics)使用,通用也于2010推出Onstar,都是直指国内方兴未艾的车载信息服务市场。而在后装市场,作为中国汽车电子行业领跑者,好帮手一直秉承“智予车,乐予人”的企业理念,其革命性地推出了基于E-CAR车载网络信息平台的Telematics产品,将安全、实用的车载信息化平台带入了平常百姓的生活。未来以语音与车载终端互动将是中国Telematics车载终端发展的一大趋势。根据TelematicsResearchGroup的预估,至2010年大约会有3千万辆汽车具备语音识别功能。未来Telematics的导航技术将向更加直观、更加易用。传统的静态导航将逐渐被动态导航所取代,导航将不断地向3D导航技术及实景导航技术及在线化方式发展,地图增量更新技术、动态交通信息技术将在导航技术中全面应用。Telematics终端将从产品化向服务化方向发展。逐步取代普通导航产品。依据中国权威咨询机构数据显示,中国Telematics终端前装市场的配置率还很低,2009年销售量为36.9万套,其中丰田汽车集团占24.31%,通用汽车集团占18.18%,本田汽车集团占11.79%;其余近60%的市场份额被宝马、大众、奔驰、上汽、日产、沃尔沃和现代所瓜分。后装市场,2009年的安装量高达300多万台,并且增速明显。随着Telematics在国内的不断发展,前装系统逐步向Telematics过渡,预计在未来三年内,前装市场的Telematics终端将增加到100万辆以上,Telematics后装市场未来将以30%-50%的速度递增。预计在未来三年内,后装市场的Telematics终端将增加到400万辆以上。因此,Telematics在后装市场的发展前景将远大于前装市场。Telematics服务提供商即TSP(TelematicsServiceProvider)在Telematics产业链居于核心地位,上接汽车、车载设备制造商、网络运营商,下接内容提供商。谁掌控了Telematics服务提供商,谁就能掌握Telematics产业的控制权,因此,Telematics服务提供商也成为了汽车制造商、电信运营商、GPS运营商及汽车影音导航厂商力争的角色,谁最有可能、最适合主导中国未来的Telematics成为了产业发展最大的疑问。目前,国外汽车厂商做TSP的典型代表有通用的Onstar,丰田的G-Book及福特的SYNC。国内汽车厂商一直落后于汽车先进国家,近期,长安汽车于近期推出了长安悦翔3G版汽车,上汽推出了荣威350带3G的轿车,这两款轿车是国产轿车带Telematics终端的代表车型,由于这两款车型刚上市,目前谁做Telematics服务提供商还不得而知。从市场角度分析,目前我国自主轿车的Telematics系统现处在萌芽阶段,未来前装市场的Telematics服务由谁提供尚未明朗。从汽车厂商的性质来看,做Telematics服务提供商非常合适,特别是在车辆的在线故障检测方面有其他各类企业不可比的优势。目前汽车厂商做TSP的有通用的Onstar、丰田的G-Book、福特的SYNC及国内厂商上汽Inkanet等。汽车厂希望通过Telematics提升汽车的整体品质,促进汽车的销售,并为汽车厂商带来新的利润增长点。以汽车厂商主导的Telematics将成为前装市场的主要模式。终端厂商:虽然目前有一些以CPND及TelematicsPND为概念的产品上市,但由于国内PND厂商多为规模不大的中小企业,加上PND产品本身性能的限制,PND厂商转型为TSP面临较大的挑战。独立TSP:独立TSP即为无汽车厂商背景,也无电信运营商背景的第三方TSP运营商,典型的有国外的MannesmannPasso、Trafficmaster及国内的Carbase等。这些厂商具有高度的自主性,在整合产业资源上具有一定的灵活性,不过由于缺乏对关键资源的掌控,使其在市场开拓上存在一定的难度。国内不少的独立TSP厂商是由经营行业车辆安防、监管业务发展而来,所提供的服务也较偏向于车辆的安防需求,也限制了其用户群体的拓展。电信运营商:韩国是典型的以电信运营商主导Telematics产业的国家,SK的Nat-eDrive(后装)、KTF的K-ways(后装)及SangYongMotorEver-Way(前装)、LG的e-zDrive(后装)等占据了市场的主要份额。电信运营商拥有巨大的网络平台优势,也有丰富的运营服务经验,有现成的规模庞大的呼叫中心平台,为其发展Telematics提供了有利条件。电信运营商的Telematics业务能够摆脱车厂对品牌的束缚,也可兼容不同车载GPS终端,用户群体更加广泛,且支付方式十分方便。它所面临最主要的问题就是对汽车行业理解不深,缺乏汽车行业的市场渠道,无法准确把握用户的实际需求,因此在前期业务推广上及服务内容提供上会面临一定的困难。综合上述分析,我们认为,在前装市场,掌握最核心资源的汽车厂商将整合产业链中各种资源,向用户提供Telematics服务,而电信运营商在此过程中则扮演网络通道提供商的角色。而在后装市场,车厂主导的telematics将面临价格及品牌的限制,发展空间有限。在发展初期,车载GPS厂商的积极推进将有力地推动中国Telematics市场的发展,有力地提高用户对Telematics的认知度。五、智能安全系统无人驾驶汽车是车联网最高级、最智慧的终端,国际上无人驾驶汽车发展很快,中国作为世界最大的汽车消费国自然也不甘落后,2011年7月14日,由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车,首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验,实验中,无人车自主超车67次,更关键的是,实验的路况背景