智能交通读书报告

车联网在智能交通中的应用
姓名万宇
学号2111503057
专业控制科学与控制工程
学院信息学院
车联网在智能交通中的应用
万宇
（浙江工业大学信息工程学院）
摘要：随着交通问题的日益加剧，交通安全和效益成为交通领域的研究热点，智能交通系统的建设已成为必然。

车联网技术作为系统的核心，对其进行研究具有较强的需求性。

本文介绍了车联网的系统框架以及其中的关键技术，对其发展现状和应用趋势进行了阐述，为进一步的研究打下基础，最后展望了车联网的未来。

关键词：车联网；智能交通；车载系统；交通管理
Abstract: With the increasing of the traffic problem, traffic safety efficiency graduall y become a hotspot in research of the traffic, the construction of intelligent traffic sys tem become inevitable. The car network technology as the main core of the system, ha s the very strong demand for its research. Combining with the traffic management pro blems. Then it introduces the system architecture and key technologies of IOV. its app lication and developing trends are expanded, lay a foundation for the next step in-dept h study. Finally it looks into the distance with IOV’s future.
Key words:car networking; intelligent transportation; vehicle system; traffic manage ment
0 引言
汽车已成为人们日常生活、出行中重要的交通工具，其在生活中的普及率也越来越高。

目前，我国的汽车保有量已突破1亿辆大关，随着我国经济的持续快速发展和人们收入水平的不断提高，越来越多的家庭具备购买轿车的能力。

而汽车化社会又带来了诸如交通拥堵、能源紧张和环境污染等问题，如随着车辆数量的激增，交通压力不断增大，各种交通问题极大地困扰着人们的生活，结合物联网技术和智能交通技术的车联网应运而生。

在我国，目前车联网发展的基本目标是实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并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和提供综合服务的一种无线网络。

所以，随着车载通信技术和相关应用的研究有了长足进展，汽车再也不独立于通信网络以外。

得益于无线通信技术的发展，现在可以做到以车辆作为一个终端，将终端与服务端互
相连接起来组成网络，这样的网络就称之为车联网。

与此同时，车辆驾乘人员对于车载服务的需求也在飞速增长，相关分析数据显示，车联网服务需求主要包括：语音服务通信服务、定位服务、导航服务、车辆服务中心连接服务（Telematics Service Provider）、移动互联网接入、车辆第三方信息管理服务、车辆紧急救援、车辆数据和管理服务、车载娱乐服务等。

如果能有效实现以上服务，就可以一定程度上解决包括交通安全、交通堵塞及环境污染在内的当今交通领域的三大难题。

为了解决上述问题，智能汽车、智慧交通的概念逐步形成，车联网正是实现智能汽车、智能交通的一个重要技术手段。

车联网就是将车与车连接在一起的网络，像互联网将各自独立的电脑连接在一起一样，车联网实质上就是收集并处理道路交通网络中每辆汽车的信息，并实现信息的共享，实现人、车、路三位一体互联。

车联网系统能够实现在网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，以及根据不同的功能需求对所有车辆的运行状进行有效的监管，同时提供综合服务。

车联网是战略性新兴产业中物联网和智能化汽车两大领域的重要交集。

车联网的关键技术包括汽车传感器、无线传感器网络、物联网等。

1 车联网的系统框架
1.1 车联网的系统架构
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（Wireless Access in Vehicular Environment，WA VE）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。

1.2 车联网系统的核心
交通信息是车联网系统中最核心的内容。

以交通信息应用为中心，展开车联网系统的各个功能模块。

交通信息的来源分为直接信息源和间接信息源。

其中直接信息源主要指人（包括驾驶员和乘客）、车（车辆的运行状态等）和路（路况等）；间接信息源包含以地形、地貌、气象等为代表的自然环境因素和以政治、经济、人文等为代表的社会环境因素。

根据变化频率，交通信息可以分为静态交通信息和动态交通信息。

静态交通信息指在一个较长时间段内相对稳定的交通信息，包括：包含有路网信息和交通管理设施信息等的交通基础信息；道路交通量和车辆保有量等统计信息；交通参与者出行规律信息等。

静态交通信息的获得主要是通过建立基础信息数据库，其数据来源既可以通过从相关部门（如城市规划部门、城市建设及道路养护部门、交通管理部门等）和各个系统中已有的数据库获得，也可以通过交通调查或地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和空间遥感（RS）等技术手段获得。

动态交通信息指的是交通系统中随时间和空间变化的交通信息，主要包括：道路网交通流状态特征信息、交通事件信息、车辆及驾驶员的状态信息、道路环境信息以及交通动态管理控制信息等。

1.2.1 交通信息感知
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。

1.2.2 交通信息交互
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（Vehicle to Vehicle，V2V）和车辆与基础设施之间的通信（Vehicle to Infrastructure，V2I）。

目前，大部分的信息传输协议是基于Ad hoc网络的洪泛（flooding）和谣传（gossiping）协议建立的。

1.3车联网中的无线通信技术
1.3.1 车辆自组网
车辆自组网（Ad hoc Network），是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，整个网络没有固定的基础设施，每个节点具在备一定的可移动性的同时都能动态地保持与其它节点的通信，这一特点正与车辆的移动性完美的契合。

特别是对于有些需要能够临时快速自动组网的移动网络特殊场合来说。

每一个节点可以看做是一个路由器，可以协助其它节点进行分组转发以及发现、维持到其它节点路由。

这样，两个无法直接进行通信的节点，在车辆自组网中实现了相互间的数据交换。

与普通的无线通信网络相比，首先，Ad hoc 网络中无中心节点，也就是说所有节点的地位平等。

其中任何一个节点的加入或离开都不会对整个网络产生影响，该网络可以随时加入节点和去除节点，具有很强的牢固性。

第二，在Ad hoc网络中节点可以协调各自的行为。

通过相关分层协议和分布式算法，Ad hoc网络中节点可以自动地组成网络，而无需任何其他网络设施的协助。

第三，由于无专用路由设备，Ad hoc 网络通过DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA ZRP等路由协议，借助普通的网络节点完成多跳路由。

最后，Ad hoc网络的动态的网络结构保证了其节点具备一定的可移动性，甚至可以随时增加节点或减少节点。

车联网是一种在特定使用环境下组建的网络。

通过分析，Reactive路由协议中的AODV更能适合大规模场景及节点运动比较剧烈的场合，最适合在车联网这样的系统中使用。

1.3.2移动通信网
除了车辆自组网，车辆还可以接入移动通信网以获得语音通话等服务，进而还可以通过移动通信网接入互联网以获得更多的服务。

车辆选通过移动通信网来接入互联网主要基于以下
几个理由。

第一，车辆的使用具有很强的移动特性，所以这个连接方式需要支持实时移动接入。

第二，车联网应用需要一定的数据带宽，这个连接方式需要支持一定数据带宽。

第三，车辆的使用范围一般来说比较大，所以需要这个连接具备大范围的网络覆盖。

而我国建成的第三代移动通信网刚好在这三个方面具备有天然的优势。

1.3.3无线局域网
另外，在城市中，随着无线局域网技术的日益成熟及覆盖范围的增加，通过在车载车联网终端设备上集成相关通信模块，在特定的使用环境中车辆也可以使用基于IEEE802.11的短距离无线通信技术以接入互联网。

如IEEE802.11b、IEEE802.11a和HIPERLAN2 等。

以上三种接入方式，最终都实现了一个目的，就是将车辆作为节点接入互联网。

原因就是车联网服务提供商将服务器架设在互联网上，通过利用互联网这样一个全球范围的网络，理论上即使跨越国界，车联网服务商也是可以给相应车辆提供服务的。

考虑到车联网数据的私密性及数据流量等因素，车联网服务器一般采取专线方式接入互联网。

2车联网系统硬件结构
为实现上述网络结构该系统的硬件包括车载传感器、汽车电子控制模块（ECU）、车联网终端内系列通信模块、车辆自组网AP、移动通信基站、无线路由器、车联网服务器、一系列用于跨网通信的网关设备、服务器等。

汽车电子控制模块是当今绝大部分车辆上都安装的设备，作用主要是读取车辆属性信息和由车辆上各传感器获得的车辆静、动态信息，如发动机工作状态、油压、水压、车速等。

可以认为，获取了这些数据就基本上可以得知车辆的全部关键状态，所以这些数据正是各种车联网服务所需要的关键性的底层数据。

目前，在相关标准化组织的努力下，不同品牌的车辆在底层数据结构方面已经大幅度实现统一，这也为开放式的车联网服务开发建立了很好的基础。

车联网终端通过内部集成的相应模块与汽车电子控制模块实现通信，从而获得车辆属性信息和静、动态信息。

需要注意的是，根据调查不同品牌的车辆的汽车电子控制模块具有一定的差异性，所以如果可以开发出一个通用模块以实现与所有品牌的汽车电子控制模块通信就可以大大简化这一环节的开发。

获得这些数据后，车联网终端通
过集成在其中的多种无线通信模块及相关通信控制软件，在车联网系统内进行相关数据的收发。

一般来说车辆会处于以下三种环境中，车辆自组网环境、移动通信网环境以及无线局域网环境，所以硬件上在车联网终端内需要分别集成相应模块以支持数据收发。

同时，软件方面在特定区域车辆有可能处于几种环境的交汇处，这就需要一种综合信号强度、数据带宽、费率计算等因素的选择算法自适应的实现最优的网络接入选择。

而且，由于车联网终端与多个不同的网络连接，而这些网络的通信协议、数据格式或语言的差异是很大的，所以车联网终端需要在不同的网络之间实现传输层上的互连，实现一种“智能网关”的功能。

3 总结与展望
近年来从智能车辆远程信息处理服务系统（IVTS）发展而来的车联网发展迅速，这一发展主要是基于两个主要背景。

其一是物联网概念的不断推广，物联网技术不断进步，其涵盖领域的拓展。

特别是无线通信技术的飞速进步，使得车辆联网成为可能。

另外，全球机动车的快速增长所带来的诸如交通拥堵、环境污染、能源消耗等问题都迫切需要车联网快速发展。

所以，技术进步和社会需求共同推动了车联网的高速发展。

汽车传感器、无线传感器网络和物联网等先进技术高度融合形成的车联网系统是当前研究的热点，也是未来智能汽车、智慧交通的发展方向。

车联网概念的提出使智能交通的轮廓逐渐变得清晰，并成为物联网领域的一个重要分支。

车辆身份识别和定位以及通信是实现车联网的关键和核心，而车辆身份识别和车辆定位都离不开汽车传感器、无线传感器网络和物联网等关键技术。

车联网目前在解决交通拥堵问题、行车安全问题、驾驶者体验问题、环境保护问题也取得了一定的成绩，而车联网真正想深入人们的生活，其信息采集的安全度，公民的隐私问题也需要正确的制度去解决，随着目前国家经费的大力投入，相信在不久的将来，车联网一定会彻底地改变人们的出行体验。

参考文献：
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