伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能交通技術(shù)逐漸進(jìn)入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)平臺(tái)、視頻識(shí)別算法、交通信號(hào)控制、網(wǎng)絡(luò)配套等相關(guān)技術(shù)和設(shè)施上已經(jīng)達(dá)了一個(gè)較高水平。

一、技術(shù)背景

伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能交通技術(shù)逐漸進(jìn)入到大眾視野，成為各界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。智能交通技術(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)平臺(tái)、視頻識(shí)別算法、交通信號(hào)控制、網(wǎng)絡(luò)配套等相關(guān)技術(shù)和設(shè)施上已經(jīng)達(dá)了一個(gè)較高水平。但車(chē)輛本身作為最基本信息源，并未有效的實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與人之間的通信，所以智能交通想要進(jìn)一步發(fā)展，車(chē)輛間的聯(lián)網(wǎng)是其未來(lái)發(fā)展的必然要求。

IEEE802.11p，即車(chē)載環(huán)境無(wú)線(xiàn)接入(WirelessAccessintheVehicularEnvironment，WAVE)標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)由IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充的通信協(xié)議，主要用于車(chē)載電子無(wú)線(xiàn)通信，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車(chē)輛間無(wú)線(xiàn)通信，完成實(shí)時(shí)準(zhǔn)確可靠的圖像、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)雙向傳輸，并且能保證系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，可成為構(gòu)建先進(jìn)的車(chē)輛誘導(dǎo)系統(tǒng)和車(chē)輛服務(wù)平臺(tái)的核心，是下一代ITS通信技術(shù)的發(fā)展方向，被應(yīng)用到未來(lái)的智能公路等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。目前，基于WAVE的應(yīng)用可達(dá)到百余種，其類(lèi)型主要有安全相關(guān)、公共服務(wù)相關(guān)、商業(yè)服務(wù)性質(zhì)的應(yīng)用。

車(chē)輛自組網(wǎng)絡(luò)(VehicleAd-HocNetwork，VANET)是一種新型的多跳移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，由安裝了車(chē)載單元(OnBoardUnit，OBU)的車(chē)輛、路邊單元(RoadsideUnit，RSU)和后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路(WAVE)傳輸數(shù)據(jù)，車(chē)路通信技術(shù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛間通信(VehicletoVehicle，V2V)和車(chē)輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信(VehicletoInfrastructure，V2I)。

在道路沿線(xiàn)安裝有路邊基礎(chǔ)設(shè)施如無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(WirelessAccessPoint，AP)和蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)基站，擁有車(chē)路通信技術(shù)系統(tǒng)終端的車(chē)輛通過(guò)這些設(shè)施時(shí)，可以利用自身的無(wú)線(xiàn)通信模塊與路邊基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行單跳的數(shù)據(jù)通信(V2I)，該方式主要用于行車(chē)信息的上傳、交通和商業(yè)信息推送等應(yīng)用。

在沒(méi)有安裝路邊基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域內(nèi)，或者車(chē)與車(chē)之間需要協(xié)作的時(shí)候，車(chē)與車(chē)之間可以在無(wú)路邊基礎(chǔ)設(shè)施中轉(zhuǎn)的情況下建立無(wú)中心、完全自組織的多跳通信網(wǎng)絡(luò)(Adhocnetwork)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間的信息傳輸和共享(V2V)。V2V方式具有組網(wǎng)方便靈活、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性較好的優(yōu)勢(shì)，車(chē)輛之間可以相互協(xié)作(多跳)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，也可以?xún)H僅在兩輛車(chē)之間傳輸(單跳)數(shù)據(jù)。

駕駛員可以利用V2V及時(shí)獲得周?chē)?chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)和路況信息，從而有足夠的時(shí)間來(lái)判斷和應(yīng)對(duì)交通意外情況的發(fā)生，同時(shí)還可以超視距地判斷交通狀況從而自主地選擇道路進(jìn)而緩解交通擁堵現(xiàn)象、減少交通事故的發(fā)生概率。當(dāng)意外事故發(fā)生時(shí)，處于事發(fā)區(qū)域的車(chē)輛可以通過(guò)V2I方式及時(shí)地將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給交通管理部門(mén)、醫(yī)療單位和商業(yè)保險(xiǎn)（放心保）公司等，同時(shí)也可通過(guò)V2V向附近的車(chē)輛發(fā)送求助信息、危險(xiǎn)警告信息等，從而提高了整個(gè)交通系統(tǒng)應(yīng)急處理能力。

我國(guó)科技部“863計(jì)劃”分別于2011年和2012年先后啟動(dòng)了“智能車(chē)路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究”和“車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究”，旨在推動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。部分省市也啟動(dòng)了基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用示范項(xiàng)目，如重慶市2011年啟動(dòng)的《基于物聯(lián)網(wǎng)的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與效率提升技術(shù)》重大科技專(zhuān)項(xiàng)就包含有車(chē)路信息發(fā)布應(yīng)用。

二、典型的應(yīng)用場(chǎng)景

1、車(chē)車(chē)協(xié)同應(yīng)用

WAVE為基于安全的應(yīng)用預(yù)留了專(zhuān)用信道，車(chē)輛安全信息是VANET網(wǎng)絡(luò)中最基本、最核心且優(yōu)先級(jí)最高的一種信息。幾乎所有的車(chē)車(chē)協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景前提都是安全信息可擴(kuò)散。所謂的安全信息擴(kuò)散即所有行駛車(chē)輛周期性不間斷的向外廣播攜帶了自身GPS及車(chē)輛信息的特殊報(bào)文，這些信息一般包括實(shí)時(shí)經(jīng)緯度、速度、方位角、時(shí)間、加速度、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)，車(chē)輛ID等信息。借助于接收和處理道路上其他相鄰車(chē)輛發(fā)送的安全信息，在VANET網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)車(chē)輛可以“感知”其周?chē)嬖诘钠渌?chē)輛，并能在車(chē)載智能終端實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，供車(chē)輛駕駛員做出及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷和操作。

典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

(1)近距離危險(xiǎn)警告

通過(guò)車(chē)輛間交換的GPS信息，很容易計(jì)算出附近車(chē)輛間的相對(duì)位置。在高速移動(dòng)環(huán)境下依據(jù)行駛速度自動(dòng)設(shè)定一個(gè)安全值，如50m或80m，當(dāng)車(chē)輛存在追尾或碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，由車(chē)載智能終端發(fā)出危險(xiǎn)警告，提醒駕駛?cè)藛T保持必要的車(chē)速及安全行駛距離，必要時(shí)甚至可越過(guò)人類(lèi)控制權(quán)限，使汽車(chē)自動(dòng)采取制動(dòng)或減速措施。在大霧、大雨、交叉路口、夜晚行駛等視距受限的場(chǎng)景，這種應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，可有效避免絕大部分追尾及碰撞事故。

(2)轉(zhuǎn)向燈輔助應(yīng)用

轉(zhuǎn)向燈通常在超車(chē)及變道行駛時(shí)開(kāi)啟，用于警示提醒作用。在車(chē)車(chē)協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景中，轉(zhuǎn)向燈被賦予了更豐富的功能。如圖2所示，在某些雙向單行道路中，當(dāng)體積較大的貨運(yùn)車(chē)輛遮擋了駕駛員的前方視距時(shí)，若駕駛員直接變道行駛，則可能存在與迎面而來(lái)的車(chē)輛發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。在VANET應(yīng)用中，通過(guò)安全信息的擴(kuò)散，可輕松解該問(wèn)題。當(dāng)車(chē)輛駕駛員準(zhǔn)備變道超車(chē)并開(kāi)啟轉(zhuǎn)向等時(shí)，轉(zhuǎn)向超車(chē)信息被包含在安全信息中擴(kuò)散到前方迎面相向的車(chē)輛中，前方車(chē)輛收到該信息后立刻返回碰撞危險(xiǎn)警告，使駕駛員停止變道行為。這種場(chǎng)景同樣也適用于彎道超車(chē)預(yù)警。通過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈，即可預(yù)知潛在危險(xiǎn)，從而起到了輔助駕駛的作用，為駕駛?cè)藛T提供了更加安全便捷的駕馭驗(yàn)。

(3)交叉路口預(yù)警

當(dāng)車(chē)輛行駛到交叉路口時(shí)，往往由于視距的遮擋導(dǎo)致駕駛員不能準(zhǔn)確的判斷周?chē)h(huán)境狀況。同時(shí)，建筑物的遮擋也影響了車(chē)輛間安全信息的交換。如圖3所示，車(chē)車(chē)協(xié)同技術(shù)可通過(guò)路測(cè)設(shè)備RSU或中間車(chē)輛OBU的轉(zhuǎn)發(fā)功能完成該場(chǎng)景下的車(chē)輛間安全信息交換，使相互不可視的車(chē)輛之間變得“可視”，在車(chē)載終端的UI上，車(chē)輛節(jié)點(diǎn)之間就像沒(méi)有遮擋一樣。

(4)緊急車(chē)輛讓行

旨在模擬110、119、120等特殊車(chē)輛在行駛時(shí)需要獲得高優(yōu)先級(jí)別的行駛權(quán)限。這些車(chē)輛在參與爭(zhēng)分奪秒的緊急救援任務(wù)時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)警笛向周?chē)?chē)輛告知其緊急程度。這種方式的缺點(diǎn)是周?chē)?chē)輛的駕駛?cè)藛T并不能準(zhǔn)確確定緊急車(chē)輛的位置，也就無(wú)法做出統(tǒng)一的讓行行為，導(dǎo)致許多車(chē)輛不自覺(jué)的影響了緊急車(chē)輛的前行，耽誤了寶貴的救援時(shí)間。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)推廣后，上述情形可避免發(fā)生。在車(chē)車(chē)協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景下，當(dāng)緊急車(chē)輛在出勤時(shí)，只要啟動(dòng)“緊急救援”標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)被寫(xiě)入到車(chē)輛擴(kuò)散的安全信息中，當(dāng)周?chē)能?chē)輛接收到這類(lèi)安全信息時(shí)，緊急救援信息將被呈現(xiàn)到車(chē)載智能終端中，使普通車(chē)輛的駕駛?cè)藛T主動(dòng)做出統(tǒng)一的讓行行為，為緊急車(chē)輛開(kāi)辟先行綠色通道。

(5)車(chē)輛自動(dòng)跟車(chē)應(yīng)用

車(chē)輛自動(dòng)跟隨主要應(yīng)用于車(chē)流行駛速度低于50公里/小時(shí)的情況下，使車(chē)輛自動(dòng)跟隨前方車(chē)輛行進(jìn)，是一種基本無(wú)需駕駛員干預(yù)的車(chē)輛自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向、加速和(或)制動(dòng)為特點(diǎn)的半自動(dòng)駕駛技術(shù)。通過(guò)分析處理與前后車(chē)輛之間交換的安全信息，汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)自動(dòng)保持與前車(chē)之間的適當(dāng)距離，同時(shí)保持對(duì)轉(zhuǎn)向的控制，從而令駕駛變得更加安全、舒適。

2、車(chē)路協(xié)同應(yīng)用

安裝于路邊的RSU通過(guò)廣播方式，向路過(guò)車(chē)輛推送區(qū)域性的交通服務(wù)信息。主要包括：天氣狀況、實(shí)時(shí)路況、突發(fā)事件、管制信息、服務(wù)設(shè)施等。這些交通服務(wù)信息最終結(jié)合車(chē)載智能終端向駕乘人員呈現(xiàn)，結(jié)合模擬真實(shí)的3D曲面地圖應(yīng)用，車(chē)輛將作出準(zhǔn)確智能化的路徑規(guī)劃，提高人類(lèi)出行效率。

(1)智能停車(chē)管理

在大型商業(yè)圈、寫(xiě)字樓等區(qū)域停車(chē)位眾多，由于停車(chē)管理卻存在著效率低下的問(wèn)題，車(chē)主往往很難及時(shí)找到車(chē)位。這是因?yàn)橐话愕耐＼?chē)場(chǎng)只是提示仍有多少空車(chē)位，并沒(méi)有辦法向駕駛?cè)藛T提供更多的引導(dǎo)信息。車(chē)路協(xié)同技術(shù)通過(guò)路測(cè)RSU向車(chē)載終端推送具體到車(chē)位的停車(chē)引導(dǎo)信息，以圖片或動(dòng)畫(huà)的呈現(xiàn)方式，完成停車(chē)誘導(dǎo)。在車(chē)輛離開(kāi)時(shí)，以同樣的方式向車(chē)主推送停車(chē)電子賬單，并完成收費(fèi)功能。這種停車(chē)管理方式可有效提高區(qū)域泊車(chē)位利用率，節(jié)約人工成本，并減少環(huán)境污染。

(2)ETC應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)內(nèi)ETC應(yīng)用存在功能單一、兼容性差、用戶(hù)參與度低等問(wèn)題。主要的問(wèn)題在與OBU功能過(guò)于單一且未能與車(chē)載智能終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。車(chē)聯(lián)網(wǎng)ETC模式下OBU將扮演“車(chē)內(nèi)路由器”的角色，其將不僅可完成高速收費(fèi)、停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)、路邊停車(chē)收費(fèi)等收費(fèi)應(yīng)用，而且可提供有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)接入的功能。通過(guò)無(wú)線(xiàn)與車(chē)載終端、個(gè)人終端完成數(shù)據(jù)共享。終端上只需要安裝一個(gè)應(yīng)用程序即可完成充值、查詢(xún)、繳費(fèi)、接收賬單等有用戶(hù)體驗(yàn)的功能。

(3)電子車(chē)牌

當(dāng)前電子車(chē)牌(ElectronicVehicleIdentification，EVI)用于自動(dòng)化交通管理，功能單一，未來(lái)趨勢(shì)將是OBU包含EVI功能，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的快速通關(guān)、貨物監(jiān)控以及超載限制監(jiān)控等自動(dòng)化交通管理。

三、結(jié)語(yǔ)

本文探討的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于WAVE的VANET無(wú)線(xiàn)短程通信技術(shù)，與基于公網(wǎng)GPRS(或3G/4G)的汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)有著本質(zhì)的區(qū)別。受篇幅的限制，僅分析探討了車(chē)車(chē)協(xié)同及車(chē)路協(xié)同幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心成員由車(chē)內(nèi)的OBU及路邊的RSU構(gòu)成，安全應(yīng)用是其核心業(yè)務(wù)，信息服務(wù)作為輔助業(yè)務(wù)。OBU作為“車(chē)內(nèi)路由器”，向外可連接其他OBU及RSU，完成車(chē)車(chē)協(xié)同、車(chē)路協(xié)同等應(yīng)用;向內(nèi)連接汽車(chē)CAN總線(xiàn)，完成傳感器與控制信息的數(shù)據(jù)采集，為自動(dòng)駕駛技術(shù)提供基礎(chǔ)，同時(shí)與車(chē)載終端及個(gè)人終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，完成用戶(hù)體驗(yàn)。未來(lái)行車(chē)記錄、電子車(chē)牌、電子收費(fèi)、停車(chē)管理等功能都將整合到OBU中。RSU扮演路邊AP角色，可同時(shí)為多個(gè)OBU提供服務(wù)，同時(shí)可通過(guò)無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)方式連接Internet。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于萌芽階段，存在著車(chē)聯(lián)網(wǎng)概念混淆、標(biāo)準(zhǔn)缺失、商業(yè)模式不清晰等諸多問(wèn)題。同時(shí)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)又具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，對(duì)于國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)來(lái)說(shuō)，面臨著一個(gè)巨大的發(fā)展機(jī)遇。比如，車(chē)車(chē)協(xié)同模式下高精度、高頻率的車(chē)輛定位方案;車(chē)路協(xié)同結(jié)合云計(jì)算實(shí)現(xiàn)停車(chē)收費(fèi)、交通服務(wù)及監(jiān)控管理的實(shí)施方案;具備車(chē)聯(lián)網(wǎng)管理、軟件服務(wù)的新型智能車(chē)載終端;國(guó)內(nèi)車(chē)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定及商業(yè)模式的創(chuàng)新等。

總之，車(chē)聯(lián)網(wǎng)使車(chē)輛由單一的運(yùn)輸工具拓展為一個(gè)高效的、移動(dòng)的信息共享和發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，使車(chē)輛更加智能化和自動(dòng)化，在提高了行車(chē)安全的同時(shí)也為各種豐富的擴(kuò)展應(yīng)用提供了平臺(tái)支撐。