《信息技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用》課件1第九章

案例9車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用A9.1車聯(lián)網(wǎng)的基本概念 A9.2車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 A9.3車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) A9.4車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展愿景與趨勢

車聯(lián)網(wǎng)是指利用裝載在車輛上的電子標簽，通過無線射頻等識別技術(shù)實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。A9.1車聯(lián)網(wǎng)的基本概念汽車數(shù)字化標準信源技術(shù)是基于RFID開發(fā)的涉車信息資源的應(yīng)用技術(shù)，汽車數(shù)字化標準信源技術(shù)的開發(fā)將推進“車聯(lián)網(wǎng)”和RFID產(chǎn)業(yè)化進程。

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)指的是利用先進傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算技術(shù)、控制技術(shù)和智能技術(shù)對道路和交通進行全面感知，實現(xiàn)多個系統(tǒng)間大范圍、大容量數(shù)據(jù)的交互，對每一輛汽車進行交通全程控制，對每一條道路進行交通全時空控制，以提高交通效率和保障交通安全為主的網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用。圖A9.1給出了車聯(lián)網(wǎng)的愿景圖。

圖A9.1車聯(lián)網(wǎng)的愿景圖車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)長久以來都是智能交通發(fā)展的重點領(lǐng)域。在國際上，美國的IVHS、日本的VICS等系統(tǒng)通過車輛和道路之間建立有效的信息通信已經(jīng)實現(xiàn)了智能交通的管理和信息服務(wù)。圖A9.2給出了車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)圖，圖A9.3給出了車聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)圖。

圖A9.2車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)圖

圖A9.3車聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)圖近年來，Wi-Fi、RFID等無線技術(shù)也在交通運輸領(lǐng)域智能化管理中得到了應(yīng)用，如在智能公交定位管理和信號優(yōu)先、智能停車場管理、車輛類型及流量信息采集、路橋電子不停車收費及車輛速度計算分析等方面取得了一定的應(yīng)用成效。車聯(lián)網(wǎng)功能與價值大體有如下三個：

1．讓車體本身更安全

圖A9.4給出了車聯(lián)網(wǎng)車體內(nèi)部監(jiān)測信息總成的示意圖，由圖A9.4可以看出有了車聯(lián)網(wǎng)后，汽車本身從動力總成、安全性和底盤等多個方面信息匯集到車載計算機上，計算機會實時監(jiān)測車輛各個環(huán)節(jié)的安全狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常計算機就會自動報警，因此有了車聯(lián)網(wǎng)可以讓車體本身更安全。

圖A9.4車聯(lián)網(wǎng)車體內(nèi)部監(jiān)測信息總成的示意圖

2．讓道路更暢通

車聯(lián)網(wǎng)的第二個功能與價值在于構(gòu)建了道路及交通實時狀況信息網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)了道路監(jiān)控與交通信息服務(wù)。實現(xiàn)了車輛引導(dǎo)與控制、車輛位置識別、基礎(chǔ)實施與車輛通信、完成了巡航車輛評估、障礙物探測、路面狀態(tài)探測。車輛本身可以完成：速度控制、駕駛控制、避開障礙物、短距離障礙物探測、探測車輛位置以及車輛防碰撞等。圖A9.5給出了基于車聯(lián)網(wǎng)的道路交通管理示意圖。由圖A9.5可以清楚地了解基于車聯(lián)網(wǎng)的道路交通管理的內(nèi)涵。

圖A9.5基于車聯(lián)網(wǎng)的道路交通管理示意圖

3．讓人更舒暢

構(gòu)建車載移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)為車主提供更有價值、更實時的信息、更享受的娛樂服務(wù)、更易獲得的支持服務(wù)。圖A9.6給出了汽車互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的示意圖。

圖A9.6汽車互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)示意圖由圖A9.6可以得知車載互聯(lián)服務(wù)主要體現(xiàn)在：信息交流、商務(wù)服務(wù)、維護保養(yǎng)、車輛安全、交通信息、導(dǎo)航和娛樂等。

特別要提出的是在車聯(lián)網(wǎng)建立后，車輛本體的局域網(wǎng)絡(luò)也就形成了。主要由動力控制系統(tǒng)、車載LAN、信息系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)組成的車載局域網(wǎng)如圖A9.7所示。整個系統(tǒng)完全受控于車載計算機，而運行在車載計算機上的軟件系統(tǒng)又是高可靠系統(tǒng)，這樣就形成了雙引擎系統(tǒng)，與傳統(tǒng)汽車相比能夠有效地保證車輛的正常運行和監(jiān)管。

圖A9.7車載局域網(wǎng)示意圖當今車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展主要通過傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)整合技術(shù)相輔相成配合實現(xiàn)。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的未來，將會面臨系統(tǒng)功能集成化、數(shù)據(jù)海量化和傳輸速率快速化。車載終端集成車輛儀表臺電子設(shè)備，如硬盤播放、收音機等，數(shù)據(jù)采集也會面臨多路視頻輸出要求，因此對于影像數(shù)據(jù)的傳輸，需要廣泛運用當今流行3G網(wǎng)絡(luò)。

目前，蘇州金龍已經(jīng)與杭州鴻泉數(shù)字設(shè)備有限公司合作，在車輛出廠前安裝車載終端設(shè)備采集車輛運行狀況數(shù)據(jù)和司機駕駛行為。A9.2車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用如今，由杭州鴻泉公司研發(fā)，蘇州金龍使用的G-BOS系統(tǒng)已經(jīng)管理車輛10000多臺，但當用戶數(shù)量大幅增加時，數(shù)據(jù)傳輸、過濾、存儲及顯示也一直在承受相當大的考驗。

此外，當今比較優(yōu)秀的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有瑞典SCANIA的黑匣子系統(tǒng)、杭州鴻泉的車輛移動互聯(lián)網(wǎng)(車聯(lián)網(wǎng))系統(tǒng)、臺灣和欣的客運遠程管理系統(tǒng)、濰柴動力的共軌行系統(tǒng)和江蘇天澤的天澤星網(wǎng)。圖A9.8給出了車載黑匣子設(shè)備實物圖。

圖A9.8車載黑匣子設(shè)備實物圖圖A9.8中的黑匣子整合了數(shù)據(jù)采集、硬盤錄像、車輛身份信息、可視倒車、行車記錄儀、GPS導(dǎo)航和車內(nèi)乘客環(huán)境視頻記錄儀。這些信息會通過網(wǎng)絡(luò)即時傳遞給控管部門。

“車路一體化信息系統(tǒng)”一直是智能交通發(fā)展的重點領(lǐng)域。在國際上，歐洲CVIS，美國的IVHS、日本的SmartWay系統(tǒng)通過車輛和道路之間建立有效的信息通信，實現(xiàn)智能交通的管理和信息服務(wù)。RFID技術(shù)近年來在物流與供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域以及交通運輸領(lǐng)域智能化管理中得到了應(yīng)用，如智能公交定位管理和信號優(yōu)先、智能停車場管理、車輛類型及流量信息采集、路橋電子不停車收費、高速公路多義性路徑識別及車輛速度計算分析等方面取得了一定的應(yīng)用成效。圖A9.9給出了車聯(lián)網(wǎng)信息采集與聯(lián)網(wǎng)傳輸示意圖，由圖A9.9中可以看出，該系統(tǒng)包括路邊系統(tǒng)(或稱信息拾取系統(tǒng))、車輛內(nèi)核系統(tǒng)(或稱車輛數(shù)據(jù)控制與黑匣子系統(tǒng))和信息管理后臺系統(tǒng)。

圖A9.9車聯(lián)網(wǎng)信息采集與聯(lián)網(wǎng)傳輸示意圖車輛上通過信息采集系統(tǒng)自動采集車輛動態(tài)參數(shù)(如溫度、油量、車距和胎壓等)，在車輛通過交通管制點(交叉路口)、高速休息點和收費站時，路邊信息拾取系統(tǒng)將自動將車輛采集的數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)杰囕v后臺管理與控制系統(tǒng)。相關(guān)部門通過上述系統(tǒng)及時掌握該車具體情況，并根據(jù)情況進行管控。

車聯(lián)網(wǎng)的美好愿景給我們帶來了無限的遐想，但是要想實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)還有很多工作需要我們?nèi)プ?，還有許多關(guān)鍵技術(shù)有待我們突破，現(xiàn)階段的信息技術(shù)在3～5年內(nèi)尚可以支持車聯(lián)網(wǎng)的集成和試點應(yīng)用，A9.3車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)隨著所有車輛不斷連接入網(wǎng)以及應(yīng)用服務(wù)的細化，未來10～20年的發(fā)展將給各種信息技術(shù)帶來“質(zhì)”的改變，催生新的技術(shù)解決方案。

1．汽車身份標識技術(shù)(感知層關(guān)鍵技術(shù))

汽車身份標識(汽車的電子身份證)是一種工作于UHF頻段(840MHz～845MHz或920MHz～925MHz)且具有多項應(yīng)用特性的RFID電子標簽。

圖A9.10汽車標識系統(tǒng)示意圖研究重點：自主知識產(chǎn)權(quán)、高安全性的UHFRFID標簽芯片以及內(nèi)存規(guī)劃、編碼管理、多編碼體系映射、編碼解析技術(shù)等。圖A9.10給出了汽車標識系統(tǒng)示意圖。整個系統(tǒng)有車載電子標簽、電子信息讀寫天線和信息管理與現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)成。

2．汽車智能平臺技術(shù)(感知層關(guān)鍵技術(shù))

汽車智能平臺技術(shù)主要是裝載在各類車輛上的應(yīng)用技術(shù)，如圖9.10所示。其研究的重點：車輛主動安全技術(shù)、智能化車載傳感技術(shù)和多傳感器異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合技術(shù)等。

圖A9.11是以公交車為例給出的汽車智能平臺系統(tǒng)，其各個主要部分包括：車輛身份識別、人車路通信、運行環(huán)境感知、車輛定位與導(dǎo)航、車輛狀態(tài)感知、駕駛員狀態(tài)感知、娛樂及信息服務(wù)、輔助駕駛、自動控制、車內(nèi)通信、無線感知與通信和車輛異常自動報警等。轎車和卡車的智能平臺技術(shù)在內(nèi)容上是基本相同的。

圖A9.11汽車智能平臺系統(tǒng)

3．車輛主動安全技術(shù)

車輛主動安全技術(shù)也屬于感知層面的技術(shù)，包括車輛周邊環(huán)境檢測、車輛內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控和道路環(huán)境檢測。主動安全強調(diào)的是自動實時監(jiān)管，并可及時報警的車輛安全技術(shù)。圖A9.12和圖A9.13給出了車輛主動安全技術(shù)示意圖。

圖A9.12車輛主動安全技術(shù)示意圖(1)圖A9.13給出了車輛道路主動安全判定系統(tǒng)，實際上也是道路判定輔助支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要幫助駕駛員判定道路急拐彎、S型路段、上下坡和路面起伏(俗稱搓板路)等自動識別與提示，提醒駕駛員注意。

圖A9.13車輛主動安全技術(shù)示意圖(2)

4．車輛通信(傳輸層關(guān)鍵技術(shù))

車輛通信技術(shù)主要解決車路通信、車車通信和人車通信。主要包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、多網(wǎng)協(xié)同技術(shù)、環(huán)境自適應(yīng)切換技術(shù)、智能網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，以及面向特定車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的專網(wǎng)建設(shè)。其中包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，圖A9.14給出車輛通信技術(shù)示意圖。

圖A9.14車輛通信技術(shù)示意圖

5．車聯(lián)網(wǎng)信息預(yù)測及最優(yōu)化運行決策技術(shù)(應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù))

車聯(lián)網(wǎng)信息預(yù)測及最優(yōu)化運行決策技術(shù)主要包括：

(1)涉車信息在線估計。

(2)涉車信息動態(tài)多步預(yù)測。

(3)涉車事件影響估計。

(4)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最優(yōu)化控制技術(shù)。

(5)車輛集群智能控制技術(shù)。

(6)物流組織優(yōu)化技術(shù)。

(7)交通應(yīng)急組織與決策技術(shù)。

車聯(lián)網(wǎng)信息預(yù)測及最優(yōu)化運行決策技術(shù)的研究重點主要包括異構(gòu)數(shù)據(jù)海量存儲和管理、分布式高性能計算平臺、智能信息處理、數(shù)據(jù)挖掘以及智能決策技術(shù)等。

這些技術(shù)的成果主要是對車輛相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)分析和預(yù)測將會起到積極幫助作用。特別是在人車通信方面有著巨大應(yīng)用前景。

6．車聯(lián)網(wǎng)要素虛擬再現(xiàn)技術(shù)(應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù))

車聯(lián)網(wǎng)要素虛擬再現(xiàn)技術(shù)就是將道路及周邊的景觀通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)加以展現(xiàn)，就目前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是可以實現(xiàn)的，但還存在很多問題。例如，現(xiàn)行道路仿真系統(tǒng)資源占用太大，無法支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；虛擬道路場景太少，而且多半在高速路口和收費站有一點仿真模擬，不能完全支持全部應(yīng)用，沒有達到形成應(yīng)用的實用化水平。圖A9.15給出了某高架橋虛擬仿真圖，可以直觀地引導(dǎo)駕駛員前行。

圖A9.15某高架橋虛擬仿真圖

1．車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展愿景

進入“車聯(lián)網(wǎng)”的汽車具備了高度智能的車載信息系統(tǒng)，并且可以與城市交通信息網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)以及社區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)全部連接，從而可以隨時隨地獲得即時資訊，并且做出與交通出行有關(guān)的明智決定。A9.4車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展愿景與趨勢外形小巧時尚的轎車將可以實現(xiàn)智能停泊，通過建筑外墻的軌道直接停在自家陽臺上，或者進入高速火車的車廂中。由于每輛車都可以采用了自動駕駛技術(shù)，盲人也可以開車穿行于城市中。智能的“車聯(lián)網(wǎng)”，甚至可以以“一鍵通”的形式接通呼叫中心，幫助司機獲取周邊信息、尋找停車場，以及自己找到充電站完成充電。

在上海世博園熱門館——“上汽-通用汽車館”，長達10分鐘的動感電影《2030，行！》展現(xiàn)了2030年上海的城市景象。20年后，科技已經(jīng)非常發(fā)達，人與自然和諧相處，2030年出行工具的代表——EN-V、葉子和海貝汽車，已經(jīng)實現(xiàn)了新能源驅(qū)動、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和汽車無人駕駛這三大技術(shù)。憑借這些技術(shù)，汽車能通過建筑外墻的軌道直接停在自家陽臺上、所有車輛都能收到聯(lián)網(wǎng)信號從而幫助危急的產(chǎn)婦平安誕下寶寶、自動駕駛能引領(lǐng)盲女自如穿梭在城市中……影片講述了三個愛的故事，主人公借助葉子、海貝和EN-V汽車穿梭在未來的智能交通系統(tǒng)中，在美麗的城市中找回了真愛，擁有了更完美的人生。觀眾將提前20年，身臨其境地體驗汽車對我們生活的改變。

2．車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢

中國是汽車擁有大國，目前全國機動車保有量已經(jīng)接近2億輛，其中汽車保有量超過7000萬輛。2009年，中國汽車銷售量為1300萬輛，占全球總銷售量的22%。2010年產(chǎn)銷1800萬輛，位居全球首位。

根據(jù)我國目前汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，2020年預(yù)計汽車保有量將超過2億輛。而作為車聯(lián)網(wǎng)項目核心，汽車移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)技術(shù)將成為未來的熱點。所以，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用前景廣闊。圖A9.16是車聯(lián)網(wǎng)通信與信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈示意圖。

圖A9.16車聯(lián)網(wǎng)通信與信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈示意圖車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是未來十分重要的領(lǐng)域，因為它有很長的產(chǎn)業(yè)鏈。汽車原本就