车载通信系统——物联网和下一代ITS中的关键技术

车载通信系统——物联网和下一代ITS中的关键技术

摘要：交通由人、车、路三者所组成，车载通信通过ITS技术、传感器网络技术手段，将物联网与道路交通有机地结合，实现人车路三者的互联互通。开展对车载通信系统的研究和开发，是ITS领域研究的前沿热点，是物联网和下一代ITS中的关键技术，将促进ITS的发展，对改善交通和提高行车安全、实现节能减排、带动产业发展都有着重大的推动作用。

关键词：ITS 车载通信无线通信网络物联网

1.前言

智能交通以交通需求为导向，以信息技术为手段，通过全面提升交通安全、效率和服务品质为目的，充分利用交通的、空间的、时间的和移动的资源，形成人车路协同发展的新交通系统。

在“九五”、“十五”、“十一五”国家科技攻关计划关于智能交通项目实施基础上，在城市道路交通方面，北京实施了‘科技奥运’智能交通应用试点示范工程，广州、中山、深圳、上海、天津、重庆、济南、青岛、杭州等作为智能交通系统示范城市也各自进行了有益的尝试；在高速公路方面，我国内地大多数省区实现了省区内不同范围的收费系统联网。同时，一批涉及城市和城间道路交通管理的智能交通关键技术及共性技术研究以及车载信息装置、交通信息采集设备、车辆安全辅助驾驶、专用短程通讯设备以及RFID技术等都进行了不同程度的开发和应用。

尽管我国的ITS研发和应用取得了很大的进展，但是目前仍有不少改进的空间。例如，大部分系统都是单一的系统，在实际运行中总是各自为政，彼此缺乏沟通意识和协作机制，造成了大量功能和数据被闲置，导致了ITS的智能化程度无法进一步深入。另外，交通系统作为一个由人、车、路三者共同组成的大系统，三者之间的沟通发挥着越来越重要的作用。随着信息技术尤其是无线通信技术的发展，如何利用信息技术和ITS的研究成果，形成以人为本、车路互通的交通传感网络，进一步改善城市交通的管理和服务水平是目前一个迫切需要研究的问题。

在如何进一步发展ITS应用的问题上，世界各国不约而同的将注意力集中在车载通信系统上。所谓车载通信系统，是在智能交通系统、传感器网络技术发展基础上，在车辆上应用先进的无线通信技术，实现交通高度信息化、智能化的手段。通过发展车载通信系统，可以有效的填补交通系统中车辆缺乏沟通能力的空白，从而实现车辆对道路环境的感知，以及行人和控制中心对车辆运行状态的感知，这个发展方向与目前炙手可热的物联网概念不谋而合，正是物联网与道路交通结合的具体表现。开展车载通信系统的研究和开发，是当前ITS 领域研究的前沿热点，将促进下一代ITS的发展，对改善交通和提高行车安全、实现节能减排、带动产业发展都有着重大的推动作用。

2.国内外研究现状

近几年来，欧美、日本等发达国家陆续将大量人力物力投入到车载通信和下一代ITS

的相关研发中。

欧盟和欧洲各国政府极为重视汽车安全和智能交通，资助了多项关于道路驾驶安全的研究项目。这些项目大部分都建立在车载通信的基础上，包括为驾驶者提供安全辅助信息的SAFESPOT[1]，研究道路监测设备网络信息提供的COOPERS[2]，以解决无线自组网信息安全问题为主的SeV eCom[3]，和专注于驾驶安全技术集成的PREvent[4]等等；类似的项目还有GST[5]、FleetNet[6]、Network on Weels[7]、CarTalk2000[8]等。欧盟以及汽车制造业代表还成立了相应的组织，以解决车载通信的研发和部署中所遇到的相关问题。

美国由政府交通部发起，多个州的交通部门和汽车及通信产业机构共同参与的IntelliDrive[9]研究计划，其前身为V ehicle Infrastructure Integration（即车路一体化）项目，研究内容主要涵盖了车载通信及其安全应用等方面，为美国实施下一代ITS的重要战略目标打下了基础。除了此外，也开展了其他相关课题的研究，例如马里兰大学的基于车辆自组网的交通监控设备TrafficView[10]，利用移动自组网络和车辆间通信技术，将车载通信平台作为交通信息的采集手段和发布媒介；在此基础上，又构建了StreetSmart的交通堵塞发现与信息发布系统[11]。

日本在98年左右，就建成了基于UMTS系统的VICS（车辆信息通信系统）服务，这项服务由政府免费提供，市民只需要支付导航器的费用，就可以享受到无偿的交通信息服务。目前，日本政府以及相关产业正着手研发下一代的智能交通系统SMARTWAY[12]，计划用5年的时间在重要道路上覆盖路况认知传感器，构建智能汽车系统、智能道路系统、车路间协调系统，并通过光纤网络与互联网连通，实现交通信息的实时发布。

我国现在已有一部分高校和研究机构开展了相关的研究，例如，国家科技攻关专题“智能公路技术跟踪”，国家863课题“智能道路系统信息结构及环境感知与重构技术研究”、“基于车路协调的道路智能标识与感知技术研究”等，在车载通信方面也已有一些研究[13]。然而，与国外相比，我国目前的研究仍处于较初级的阶段，大部分研究都较为零散而交叉，所需要完成的工作还比较多；启动相关的科研攻关计划，并配以一定的政策引导，对该ITS 领域的发展有着重要的意义。

3.主要研究内容及关键技术

作为一项涉及到多门学科的技术，车载通信具有相当丰富的研究内容，既需要信息通讯技术的背景知识，也要求研究者对城市交通尤其是微观交通特性有充分的了解。在构建基于智能数据处理和车载通信的车路协同技术框架基础上，目前，车载通信研究的热点以及所需解决的问题主要集中在以下几个方面：

车用传感技术汽车传感器是交通物联化的基础，是车辆感知自身运行状态的重要信息源，包括驾驶操控状态、运行环境和异常状况等信息都需要通过它们来采集。车用传感技术目前正处于高速发展阶段，磁敏、气敏、力敏、热敏、光电、激光等各种传感器层出不穷，一辆新出厂的家用轿车将安装接近上百个传感器。这些传感技术都源于国外，要发展我国自主的车用传感器研发和制造事业，还需要大量科研和生产经验的积累。

车辆自组网V ANET 车与车通信是车载通信系统中的一项重要技术，通过交换运行状态信息，可以构建包括驾驶安全信息等多方面的应用服务。目前车车通信的难点集中在无线网络的实现上，研究人员在参考了通信领域中移动自组网(MANET)的基础上，提出了车辆自组网V ANET的概念。但是，作为具有高速移动性的对象，车辆给V ANET的设计带来了许多挑战，结合现实中车辆运行的轨迹，分析各种设计思想对组网的影响，是目前该领域的研究趋势。

车路通信除车车通信外，车路通信也是车载通信系统的重要研究内容。车路通信是交通环境中人车路三个系统互联互通的重要环节：车辆将运行数据提交到道路监测网络，进而作为动态交通信息上传到指挥中心，又通过指挥中心和附近车辆发布的信息，获得驾驶安全、道路和停车场使用状况的实时数据，实现车与路的一体化；另外，指挥中心可以将有用的车辆信息公布到互联网上，以便行人通过手持设备进行查询。以车车通信与车路通信为代表的互联化将给现有的城市交通运行带来崭新的面貌。

智能数据处理车载通信系统通过交通的物联化和互联化，构建智能交通处理平台，对路网交通均衡与个体车辆路径进行分配，并对行车安全进行快速预警，为居民出行带来巨大的便利，但是道路上不断更新的信息和决策也给交通处理平台处理能力提出了新的挑战。如何迅速的处理海量交通数据并实时的提供智能控制和决策支持，是亟待解决的一个问题，而采取先进的计算手段，包括云计算、数据挖掘和模式识别等等，是目前解决这一问题的必然趋势。结合智能化计算方法分析车载通信系统中的信息处理问题，也是相关研究的重点。4.政策确立和实施战略

车载通信系统对物联网和下一代ITS的部署有着重要的战略意义，它涉及多种技术的应用和集成，需渐进的研发和产业化过程；也涉及多个国家业务部门的管理业务。因此，国家应从技术研发、系统的应用、产业化以及工程建设等方面对车载通信技术给予资金的持续支持，与此同时，国家层面需要出台相关支持车载通信技术应用和产业化的政策。除此以外，为了加速和规范化车载通信未来十年的发展，可以针对两个方面制定相应的发展战略：

1) 示范工程

车载通信系统的部署是一个渐进式的过程，有智能交通信息系统和道路配套设施以及城市居民的认同都必不可少，因此示范工程的开展是十分必要的，可以在“十五”攻关的智能交通系统示范城市中选择作为示范工程城市。除此之外，示范路的试验作用也对研发阶段的车载通信项目有着重要的意义，例如，美国的IntelliDrive在旧金山和底特律，欧盟的SAFESPOT项目在欧洲多个国家都开展了相应的示范工程。要顺利的部署车载通信系统，并与现有的ITS无缝结合，可以在我国已具备ITS应用基础的城市中选择示范路或者示范车型作为工程应用的示例，并总结在试运行阶段的经验和问题，使同类系统得到改进和更大规模的普及。

2) 与无线城市项目的结合

无线城市是近些年新出现的一个概念，以覆盖整个城市的无线网络为居民提供接入服务，我国已有包括北京、上海、广州和深圳等城市已经明确了无线城市的建设计划。将车载