【车联网关键技术及应用5900字（论文）】

车联网关键技术及应用摘要：车联网(IoV，Internetofvehicles)是一种基于人、车、环境协同的可控、可管、可运营、可信的开放融合网络系统，其通过先进的信息通信与处理技术，对人、车、网络通信和道路交通基础设施等环境元素的大规模复杂静态/动态信息进行感知、认知和计算，解决泛在异构移动融合网络环境中智能管理和信息服务的可计算性、可扩展性和可持续性问题，最终实现人、车、环境的深度融合，以丰富个人汽车生活，提高交通出行效率，改善城市服务水平，降低社会运行成本。目录TOC\o"1-3"\h\u13727一、车联网的基本概念及技术特征 118781（一）车联网的基本概念 15567（二）车联网的技术特征 1158631.信息感知与信息融合 1288382.智能车载终端 272403.服务计算与服务协同 215683二、车联网系统架构分析 225049（一）车联网的需求 2173961.交通信息感知需求 2150412.交通信息交互需求 46384（二）车联网系统架构研究 4104461.系统架构 4254402.网络架构 530931三、车联网关键技术及应用分析 67665（一）车联网关键技术分析 680361.汽车感知技术 694932.汽车导航技术 783373.智能控制技术 7185274.智能交通技术 7607（二）车联网未来应用案例 832660总结 82056参考文献 10一、车联网的基本概念及技术特征（一）车联网的基本概念随着物联网技术在汽车领域的应用，基于物联网理念设计的汽车，整合了车对车交流技术、无线通信及远程感应技术，支持“自动驾驶”。在自动驾驶模式下，它能获得实时交通信息，具备行人探测功能，自动选择路况最佳的行驶路线，可大大缓解交通堵塞。除此之外，它还可以感知周围环境，在很大程度上减少交通事故的发生[1]。所谓车联网，是指通过装载在车辆上的电子设备通过无线技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的静、动态信息进行提取和有效利用。人们将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，同时提供综合服务。如图1所示，车联网将车与车相连，车与路旁的基础设施相连，实现实时信息交换，服务于人们的交通出行。图1车联网示意图车联网技术是一种结合了全球卫星定位系统和无线通信技术的车载智能通信服务。驾驶员能通过无线信号，随时与呼叫中心进行联系，及时获得以下三大类服务：交通信息与实时导航服务、安全驾驶与车辆故障诊断服务、娱乐及通信服务。汽车在车联网的帮助下，将更加人性化。（二）车联网的技术特征1.信息感知与信息融合车联网是人、车、路互联的网络，信息感知主要是通过传感器网络对车和路进行信息感知。围绕车辆信息感知包括车内信息感知和车外信息感知。车内信息感知主要感知车内的状况信息；车外信息感知主要感知车外环境状况信息。围绕道路信息感知主要包括路上信息感知和路边信息感知，主要感知路的状况信息。无论是车辆信息，还是道路信息感知，都是要获取车内状况和其所处环境信息，并为车联网获取不同于互联网的信息，并融合该信息。感知并融合感知信息是车联网的一个特征[2]。2.智能车载终端车载终端是车联网的重要节点，完成车联网信息汇聚和发布的功能。车联网中车辆及其环境信息的汇聚对车载终端提出开放性的要求。车联网底层多源感知信息可以部分在车载终端进行处理，同时要求车载终端将适当的信息提供给信息中心。车载终端根据信息中心发布的信息、结合车联网中其他车载终端发布的信息、道路及周边环境信息，并结合具体应用需求，计算符合具体应用需求的信息。上述需求对车载终端提出了智能性的要求。3.服务计算与服务协同车联网的交通参与者提供各类信息服务。各类信息服务要求车联网能够计算并提供满足用户需求的服务信息。车联网中的车载终端计算能力有限，需要服务端完成大量信息和资源的汇聚与计算，并向车载终端发布实时综合信息服务。服务端采用服务计算技术完成车联网服务信息的大量计算工作。此外，车联网通过服务协同来整合大范围交通信息系统的全面信息，从而实现增值服务。通过服务协同，可以使车载终端获得更有针对性、价值更高的服务[3]。二、车联网系统架构分析（一）车联网的需求车联网本质上是物联网技术的一种应用形式，于车联网由于车辆数量的急剧膨胀，也面临巨大的需求。1.交通信息感知需求作为智能交通的一个延伸，车联网本身具有智能交通所拥有的信息采集功能。同时，车联网是物联网的一个具体应用，具有物联网的特点，即信息感知。信息感知能够为车联网提供信息来源，是车联网应用的基础。它最基本的形式是数据收集，即节点将感知数据通过网络传输到汇聚节点。但由于在原始感知数据中往往存在异常值、缺失值，因此在数据收集时要对原始感知数据进行数据清洗，并对缺失值进行估计。信息感知的目的是获取用户感兴趣的信息，这些在车联网中具体表现为：（1）对车况及控制系统感知主要是汽车运行过程中的各种工况信息，例如车速、各种介质的温度、驱动系/转向系的运行状况等。这些信息通常是利用安装在汽车上的车用传感器获得。车用传感器是车联网最终端的神经末梢。常见的车用传感器有车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器等（2）对道路环境的感知对道路环境的感知是车辆与外部环境进行感知的主要技术。通过对道路环境的感知，将车辆这一个体与交通整体进行融合。道路环境感知主要有路面感知、交通状况感知、交通信号感知、行人感知等。对道路环境的感知主要借助的是各种传感器。路面感知主要借助的是安装在路面下和道路两侧的交通信息检测器。在传统的智能交通中，对交通状况的感知主要借助于交通信息检测器。在车联网环境下，可以通过RFID技术来获取车辆信息，进一步获得交通的状态信息。交通信号感知和行人感知是实现汽车的安全驾驶以及无人自动驾驶的基础，前者一般是通过视频传感器等综合感知技术来判断交通信号，后者通过安装在车辆上的和安装在路口的视频传感器以及红外信标等技术来判断行人的位置。（3）车与物之间的感知车与物之间的感知目前在车联网（物联网）中应用的较多。连入网络的车辆（通常在物流运输过程中），车辆通过安装在货箱内传感器以及RIFD等手段，感知车内装载物品的状态信息，再将信息传输到监控系统，从而实现对整个运输过程的实时监控与管理。车与物之间的感知还包括车对车外的物品、建筑物以及前后车辆的感知，一般是通过视频、激光、红外、电磁传感器以及RFID等综合感知技术，能够提高行车安全，实现防撞和无人驾驶。（4）车辆位置的感知车联网中对车辆位置的感知是最重要的感知技术之一。它实现是车辆监控、辅助驾驶、在线调度和路径优化等的基础技术。除了采用卫星定位技术以外，还有基于路侧基础设施等方法进行定位。目前应用最广的卫星定位技术是美国的GPS系统，我国的北斗导航定位系统发展也很快，目前已正式提供亚太区域服务，预计在2020年能提供覆盖全球的高精度、高可靠的定位、导航和授时服务[4]。2.交通信息交互需求车联网的交通信息交互是一个基于网络系统有众多异质网络节点参与的信息传输、信息共享和信息交换的过程。通过信息交互，车联网的各个节点能够自主的获取环境和其他节点的信息。信息的传输过程既有将数据采集等信息由各个节点汇总到聚汇节点的“多对一”过程，也有将查询命令、网络配置以及程序代码等信息通过汇聚节点传输到网络中的各个节点的“一对多”过程。信息的传输首先要求有高可靠性，其次还要求低延迟。对于车联网这种规模较大的网络来说，能耗也是一个应该考虑的问题。车联网本身的大范围和高速移动特点决定了信息传输的方式以无线通信和数字通信为主，包括车辆之间的通信（VehicletoVehicle，V2V）和车辆与基础设施之间的通信（VehicletoInfrastructure，V2I）。目前，大部分的信息传输协议是基于Adhoc网络的洪泛（flooding）和谣传（gossiping）协议建立的。（二）车联网系统架构研究1.系统架构车联网作为物联网的一个延伸，具有相似的架构。因此可将车联网的系统（如图2所示）分为三个层次，即感知层，网络层和应用层。车联网感知层：由多种传感器及传感器网关构成，包括车载传感器和路侧传感器。感知层是车联网的神经末梢，是信息的来源。通过这些传感器，可以提供车辆的行驶状态信息、运输物品的相关信息、交通状态信息、道路环境信息等。车联网网络层：由车载网络、互联网、无线通信网、网络管理系统等构成。网络层在车联网中充当神经中枢和大脑。它能够传递和处理从感知层获取的信息，目前已经制定了车载环境下无线接入（WirelessAccessinVehicularEnvironment，WAVE）的相关协议。车联网应用层：主要是与其他子系统的接口，根据不同用户的需求提供不同的应用，如道路事故处理、紧急事故救援、动态交通诱导、停车诱导、危险品运输监控等。图2车联网系统架构2.网络架构车联网的网络结构(如图3所示)主要由车车之间的通信和车路之间的通信组成。车辆通过安装的车载单元(OnboardUnitOBU)与其他车辆或者固定设施进行通信。这里的固定设施通常指的是路侧单元(RoadsideUnitRSU)。车载单元包括信息采集模块、定位模块、通信模块等。路侧单元一方面将车辆的信息上传至管理控制中心，另一方面也将控制中心下发的指令和相关信息传给车辆。控制中心将其管理区域内路侧单元获取的车辆相关信息进行汇总以对交通状况进行实时监控，包括管理模块、紧急事故处理模块、动态交通诱导模块、停车诱导模块等。此外，驾驶员和乘客也可通过智能手机等设备与车载单元和路侧单元连接，获取所需的信息[5]。图3车联网的网络架构三、车联网关键技术及应用分析（一）车联网关键技术分析1.汽车感知技术汽车感知技术是车联网的末梢神经，是车联网最关键的技术。汽车感知技术主要有传感器技术、无线射频识别（RFID）技术、卫星定位感知技术等，主要用于车况及控制系统感知、道路环境感知、车与物的感知、车辆位置感知、驾驶辅助系统感知等等。车况与控制系统感知，可以实现辅助驾驶、驾驶行为分析、主动安全提醒、远程驾驶控制甚至自动驾驶等，车况传感器种类繁多。道路环境感知是车辆与外部进行感知的主要技术，也是车辆与智能交通融合的关键技术。道路环境感知主要有路面感知、交通状况感知、交通信号感知、行人感知、智能交通感知等等。车联网重在应用，车联网的应用首先在于车与物的联网，尤其是货运车联网，车与物的联网与感知是最基础的。借助无线射频识别、传感器等技术手段，可以感知车内物品的信息与状况，把这些信息借助车联网系统传输到物联网系统，可以对车联网系统中的物品进行实时联网监控、可视化管理和在线调度，从而实现智能物流的运作。车与车外的建筑、物品及前后车辆的感知，是行车安全、防止碰撞和无人驾驶的基础，主要采用的技术有无线射频识别、激光、红外、视频、电磁等感应技术。车联网位置感知技术主要采用卫星定位技术、电磁感应技术和无线射频识别技术，由于电子感应技术及无线射频识别技术等需在路面或路上嵌入相关的感应装置，对智能交通技术要求较高，不适合移动中的货运车联网，因此最常用的还是卫星定位技术。2.汽车导航技术汽车导航系统主要由导航主机和导航显示终端两部分构成。内置的天线会接收到来自环绕地球的定位卫星中至少3颗卫星所传递的数据信息，由此测定汽车当前所处的位置。导航主机通过卫星信号确定的位置坐标与电子地图数据相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置。在此基础上，将会实现行车导航、路线推荐、信息查询、播放AV/TV等多种功能。驾驶者只需通过观看显示器上的画面、收听语音提示，操纵手中的遥控器即可实现上述功能，从而轻松自如地驾车。目前世界上常用的民用卫星导航技术是全球卫星定位系统（GPS），其定位原理是采用24颗GPS卫星在离地面1.2万公里的高空以12小时为周期环绕地球运行，使得在任意时刻、在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。3.智能控制技术智能控制技术（IntelligentControlTechnology，ICT）是控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。常用的智能技术包括模糊逻辑控制、神经网络控制、专家系统、学习控制、分层递阶控制、遗传算法等。以智能控制为核心的智能控制系统具备一定的智能行为，如自学习、自适应、自组织等。智能控制技术与车联网技术结合，可实现对联网车辆进行信息分析、在线控制等功能。4.智能交通技术智能交通是一个基于现代电子信息技术、面向交通运输的服务系统，其突出特点是以信息收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性服务。也就是利用高科技使传统交通模式变得更加智能化，更加安全、节能、高效率。21世纪是公路交通智能化的时代，人们将要采用的智能交通系统，是一种先进的一体化交通综合管理系统。在该系统中，车辆靠自己的智能在道路上自由行驶，公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态，借助于这个系统，管理人员对道路、车辆的行踪掌握得一清二楚。要实现车联网功能，必须要实现车联网技术与智能交通技术融合。（二）车联网未来应用案例智能终端（如iPhone）未来一个主要应用将可以作为车载信息平台，如图4所示。首先它可以充当汽车无线钥匙，通过3G/WiFi无线网络监控车内状态，打开或关闭车门，可以远程为车载电池充电或打开空调；其次在行驶途中，一方面通过卫星通信为车辆动态导航，另一方面与传感器的有效结合多方位感知车内和车外的状态，并通过智能处理显示预警信息；而且，还可以作为语音播报终端，一方面通过蓝牙设备进行免提通话，另一方面通过与交通监控中心的交互及时播报路况信息；最后还可以作为娱乐终端，一方面通过3G/LTE进行网上冲浪，另一方面通过802.11系列与车友共享网络游戏。图4基于车载智能终端的应用案例总结车联网作为缓解当前城市交通拥堵和交通事故，促进交通流的协调运作的有效手段，本文对车联网下的关键技术进行了初步探讨和研究，不过车联网作为一门新兴的技术，使得对车联网开展的研究具有很多的可能性和创造性。由于时间和本人的水平限制，本文中所展开的研究尚还存在可以继续完善和改造的地方。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。参考文献[1]周户星.车联网环境下交通信息采集与处理方法研究[D].吉林大学,2013.[2]刘小洋,伍