车联网引领智能交通进入新时代

车联网引领智能交通进入新发展时代

摘要：2010年上海世博会通用汽车馆展出的“2030年上海车联网智能交通体系”一度令观众

倍感神奇，而近期随着物联网、车联网等技术的发展和应用完善，汽车制造商和智能交通设

备商的联合已经让这个曾经看上去遥不可及的车联网智能交通梦在现实中前进了一大步。而

一系列的车联网智能交通技术理念和产业构想，让人们看到了更为壮观的产业蓝图。

传统的智能交通系统(Intelligent Transportation Systems，ITS)作为解决车辆与道路间矛盾、提高道路通行能力及保障行驶安全的有效手段，在我国已得到广泛研究与应用。北京、上海、广州等大型城市先后建立了智能化交通控制与管理一体化系统，其集成了智能交通灯控制、重要路段监控、动态车辆抓拍、实时路况信息发布等多项功能。其次，具有车辆定位和智能调度功能的智能公交系统也已经在上海的多条公交线路投入使用。再次，不停车收费系统(ETC, Electronic Toll Collection System)在长三角的高速公路中已经得到全面覆盖。纵观上述应用为代表的现有智能交通系统，存在应用范围上的局限，其限于某类车辆或者特定区域车辆，并且较多地关注于交通信息采集和交通综合管理，而对车辆自身安全行驶的辅助作用不大和车载的娱乐办公系统未能起到重要作用。

随着经济、社会的发展，车辆的爆发式增长和无处不在的信息需求将车联网和智能交通紧密的结合起来，基于车联网的智能交通研究正成为世界瞩目的焦点。车辆行驶在高速公路上是车联网在提高行驶安全方面的典型应用，如果在高速公路上实现车联网，前后及相邻车道的车辆信息可通过车辆上的车载单元（On-Board Unit，OBU）通信获得，一旦周边车辆出现紧急状况，驾驶员便可根据提示及时避让，有效减少事故的发生；而通过使用安装在路边的路边单元（Road-Side Unit，RSU），交管部门就可以利用RSU一方面实时采集到车辆更详细的运行情况，提高道路管理的信息化水平，另一方面将路况信息和其他多媒体服务信息实时通报给行驶在指定路段的所有车辆，提高信息发布有效性。可以说，以车联网为核心的广义智能交通系统，具有广阔的发展前景，是未来智能交通的发展方向。

作为“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中指定的重点攻关领域，车联网的可以提高智能交通系统服务水平、促进城市信息化系统建设，为发展和建设

数字化网络城市提供有力的支持。与此同时，信息、计算机及交通学科领域科学的相互交叉和渗透也拓宽了人们的研究视角，这为探索“车联网”的通信节点通过感知周围节点实现智能交通的行业应用提供了研究前提。同时，“车联网”也作为物联网应用的重要组成部分，是物联网最现实、最具体的应用，是后经济危机时代中国科技创新的制高点，满足国家战略中节能减排的总体目标和要求。

车联网系统总体架构

车联网与蜂窝网的最大不同在于其本质是一种无中心的自组网网络，车辆可以随行驶环境的不同，在没有固定接入设备的情况下，依然能够建立或加入不同车辆构成的网络，最大限度地提高了车辆网络的应用范围。车载单元(OBU)通过检测车辆的运行状况，在临近车辆间交互车辆自身位置、车辆紧急故障等信息，使车辆能够实时获知周围的紧急情况，帮助驾驶员迅速做出正确的应急措施，从而避免车辆追尾，路口碰撞等交通事故的发生，减轻驾驶员的负担，提高车辆智能化水平。此外，车辆自组网除了可以在实现车辆间通信(V2V, Vehicle-to-Vehicle Communication)外，还可以通过路边单元(RSU)实现车辆与路边基础设施通信(V2I, Vehicle-to- Infrastructure Communication)，从而连接到其它的固定或移动通信网络上，为乘员提供更为丰富的娱乐、车内办公等服务。未来的车联网可同时实现车辆与车辆之间(V2V)、车辆与路边基础设施之间(V2I)的无线通信，如图1所示，车联网为车辆提供多种安全应用（事故预警、交通管理等）和非安全应用（路况指示、宽带无线接入及车辆间数据传输等），从而实现更智能、安全的驾驶，推动智能交通行业的发展。

图1 车联网系统架构

基于车联网的智能交通体系架构发展

在基于车联网的智能交通研究过程中，欧美许多国家成立了许多机构，以制订并实施ITS开发计划。如：美国的智能车辆道路协会（Intelligent Vehicle-Highway Society－IVHS，现改名为美国智能交通协会－ITS America）、欧洲道路交通通信技术实用化协作组织ERTICO（European Road Transport Telematics Implementation Coordination Organization）、日本的路车交通智能协会VERTIS（VEhicle, Road and Traffic Intelligent Society，现改名为日本智能交通协会－ITS Japan）、以及智能交通系统国际标准化机构ISO/TC204、ETSI TC-ITS等。为适应在智能交通领域对车联网的巨大需求，2011年4月21日，中国通信标准化协会（CCSA）与全国智能运输系统标准化技术委员会（TC-ITS）在北京签署了合作谅解备忘录，双方将联合开展ITS标准研究，共同促进国内标准的协调统一。两者的合作可以在车联网无线通信应用场景和业务特征的研究的基础上，针对现阶段车联网网络架构与蜂窝网络协同组网架构特点，更为有效地适应智能交通业务发展进行研究。基于车联网的智能交通体系架构与以往的智能交通网络系统解决方案的不同之处在于，此体系架构强调利用强实时无线传感器技术，实现车车、车路，以及与智能交通中心之间信息交互与协同控制，使得系统成为一个以物联网技术为核心的全分布式系统控制系统，如下图所示。

图2 基于车联网的智能交通体系架构

基于车联网的智能交通体系结构包括智能车载系统、智能路侧系统及后台管理系统三个部分。在近距离区域内，车/车和车/路通信，各自利用智能车载系统

和智能路侧系统组成自组织网络，通过无线传感器的检测信息感知邻居车辆车速、方向、距离等信息数据，进行车辆安全方面的应用；利用智能路侧系统和后台管

理系统的大数据平台交互，实现行车路线调整，提高交通系统的运输效率。同时通过车辆智能车载单元可与后台服务商实现各种多媒体娱乐信息和生活服务类信息的交互。

基于车联网的智能交通技术挑战

在车联网智能交通系统中，车载系统之间、车载系统与路侧系统之间以多模

无线通信网络技术实现车/车和车/路实时通信，研究智能交通车联网的应用场景和业务特征研究、归纳出一种或者多种业务模型，分析不同应用场景下的通信需求和特征，实现信息的分类、分时与分层传输，并保证各类业务信息传输的QoS，具体包括：实时控制信息传输延时小于100ms，数据通信速率达10Mbps以上。

智能交通车联网中的车载系统、路侧系统和后台管理系统将基于IPv6技术，需要研究IP化网络接口与地址分配，构成一个融合异构网络的车联网智能交通