深度解读车联网、智能交通的发展和应用

目前我们正在花费越来越多的时间用在交通上。在美国，平均每个人清醒时间的百分之十消耗在了方向盘旁边。更糟糕的是，根据得克萨斯州A＆M大学交通学院的研究，美国通勤人员每年的交通堵塞时长高达38小时。如果恰巧在华盛顿和洛杉矶，情况就更严重了，司机分别挥霍67和61小时盯着静止不动前车的车牌。

这些问题不仅仅造成劳动时长损失。交通堵塞白白消耗了燃料（在美国约为每年29亿加仑），并且大气中的温室气体也大幅增加（每年二氧化碳排放量约为560亿磅）。经济和商业研究中心以及INRIX的报告显示，2013年燃料浪费和误工时间的成本高达1240亿美元。

图1：在美国，2013年交通堵塞导致的燃料浪费和误工时间成本高达1240亿美元（iStockphoto＃21416015）

汽车制造商不断努力以解决这些挑战。汽车已经成为舒适的隔离空间，因为其具备了隔音、支持座椅和空调等功能；由于防抱死制动系统、安全气囊以及吸能区等方面的创新，驾乘人员的事故生存能力显著增强；驾驶员可以使用车载娱乐设施，可能收听数字无线电广播或智能手机中的音乐，以及从座位上DVD播放器中观看视频，以缓解堵塞时的枯燥。

而且近年来，车载系统已经加入了互联网连接功能。这种连接性允许司机和乘客在家里或办公室之外，随时接入企业和社交网络，从而将交通堵塞的时间转化为生产力时间。

但是，如果互联网连接性再提升一个台阶会发生什么变化？如果从最小的温度传感器，一直到发动机管理单元和卫星导航系统，它们都可以在驾驶员或乘客不介入的情况下通过互联网发送和接收信息，那么会带来什么巨大惊变？这种连接性可以进一步提升车辆驾乘人员的安全性和舒适性，同时解决许多现代化交通中的拥堵问题。这种未来车辆已经有一个名称，“联网车”。

1融合互联网和移动网络

区别于互联网，物联网的主要数据输入来源从人类转变为计算机、机器以及传感器。这种进展确保物理世界可以紧密接入因特网而无需人为干预。

这种转变的潜在影响是巨大的，因为不像易犯错误并且会觉得无聊的人类，专注于收集数据的工作系统，不会出错或者疲劳。“物联网” 概念的提出者Kevin Ashton，早在1999年指出：“如果我们有这样的电脑：知晓周遭事物的一切状况，在没有人类参与的前提下，使用它们采集到的各类数据，这样我们将能够追踪和计算任何事情，并大大减少浪费、损耗和成本。”

一些网络公司，比如思科系统，将物联网定义为互联网协议（IP）网络的融合—— 数百万台计算机和数十亿部家庭和办公室中的其它类IP设备——再加上移动网络——带网络接入功能的移动端传送的数百万语音通信及数十亿的数据包 ———形成一个拥有千亿终端节点的网络，使用共同的基础结构，而这些终端覆盖简单的传感器到机器再到汽车这样的更复杂的设备。

“减少浪费、损失和成本，”是汽车领域的口头禅，因此，汽车制造商以及车载芯片供应商是物联网的最热心支持者之一。这种热情背后的一个关键驱动力是有机会引入一些节约成本的措施，如执行“空中”升级车载软件——特别是发动机管理单元（EMU）这样的关键部件。这种方式将在不召回潜在数百万车辆的前提下允许进行关键修改。

无论汽车公司的动机如何，车辆加入物联网也将是消费者的福音。

2智能交通系统的兴起

物联网的应用将扩展到汽车的方方面面。例如，车辆的机械部分、支持交通流量的外部基础设施、驾乘人员的舒适性和娱乐性将以某种形式的互联。联网车辆将能够从智能交通系统（ITS）与车内和车载通信、智能交通管理、电子收费系统、车辆控制以及安全性和道路救援等的相互接合而受益多多。

图2：联网车辆将从智能交通系统中受益。 （来源：ETSI）

配备物联网的车辆将能够提供位置、速度和方向等诸多信息，强大的云端服务器将根据这些信息进行流量分析、预测瓶颈以及在堵塞出现时管理交通。在车辆内部，驾驶员会收到堵塞警告以及可选畅通路线的建议。在车辆外部，这些计算机提供的堵塞缓解技术包括可变限速、智能交通信号灯和标志、潮汐道路流量以及可变收费式定价。有些系统已经通过路边的监控或埋藏的感应线圈来测量车流量，但直接从联网汽车获取数据将提供更准确、实时、广泛的信息。数据传输至联网车辆将带来更好的驾驶体验。有一天，“路怒症”将成为过去，因为下一代联网车辆服务利用动态数据来提供智能决策，可避免实时交通挤塞，迅速找到开放的停车位，并提供GPS和搜索体验来找到充电站或比较附近燃油源的价格。 INRIX公司，一家西雅图公司，为联网车辆创造工具，其中包括一个可以帮助司机找到开放和关闭的停车位，并根据每天多达20亿个数据点提供实时和预测交通数据，应用到车载通信服务。

联网车辆可以直接与驾驶员通信，提供建议以避免拥挤路段。而在未来，拥堵最严重的情况下，远程计算机将从驾驶员手机获得控制权，管理车辆的行进以通过堵塞路段，在事情搞定之后再将控制权移交回驾驶员。

但是，尽管解决堵塞将同时有利于驾驶员以及国家经济，安全仍是汽车制造商和交通管理局的首要任务。因此，这些组织都在想方设法利用物联网以确保驾驶更安全。

避免事故发生是消除伤亡的最佳方法，目前工程师们正在研发一种系统，其理念比避免堵塞更进一步，使用道路上其他人员的实时信息来降低碰撞的风险。每个驾驶员都会被打分，系统将给低分人员警告，这种情况很像当前的GPS系统使用温和的电子铃声来警告驾驶员前方有红灯摄像头。

其它物联网功能的避免事故的机制可能会使用ITS来分析联网车辆的数据，以确保两车最终不会在同一时间出现在同一条高速公路上。这项技术的一个示例来自Adelaide，一家澳大利亚的Cohda无线公司。 Cohda系统使用意法半导体公司的GPS平台来提供有关车辆的行进数据。GPS系统联合STA2062多媒体处理器来处理远程信息。

如果识别到有危险，将立即警告驾驶员采取措施以避免发生意外。 Cohda无线公司表示，其技术将驾驶员意识扩展到遮挡驾驶员视线的建筑物之外，让司机知晓所有潜在威胁。

图。3：Cohda无线的ITS警告驾驶员视线之外的潜在危险。 （来源：Cohda无线。）

欧盟（EU）在车联网从概念到实现的过程中处于主导作用。两个欧洲标准组织，欧洲电信标准协会（ETSI）和欧洲标准化委员会证实，去年该组推进车联网成为现实的基本标准集已经完成。这些标准确保不同制造商制造的车辆能够彼此通信。

欧盟规定所有新车将携带车载技术，使它们在最坏情况发生时能够自动呼叫紧急服务中心。如果车内乘客失去意识，该技术将车辆位置提供给紧急服务中心。该系统还将给紧急服务中心传达一些重要信息，如车辆品牌和车辆碰撞部位、燃料类型甚至碰撞时的安全带扣紧数量。

3联网车辆内部

乍一看，未来联网车辆的轿厢内部与当前车辆不会有太大不同。一个大型的人机界面（HMI）将可能占据前风挡，这与当前的车辆类似。而且因为现代车辆已经包含了大量经过可靠性验证的联网电子（并且受益于持续降低的商品定价），许多技术仍将调整以适应连接到物联网。

然而，所需的适配努力仍然相当大。当前车辆包括各种有线和无线组件形成的复杂网络。电子控制单元（ECU）——即驱动从仪表盘到安全特性和动力总成零部件再到车载信息娱乐（IVI）系统的一切部件——形成这些网络的重要组成部分。这些设备的数量在过去十年平均翻了一番，而不少车辆包含了125多个独立ECU。当前的车辆还配备了各式传感器，可以监视道路状况、前车距离、车辆速度和加速度以及位置（通过GPS），还能监测车内温度、安全带张力以及驾驶员警惕性。

无线连接性，例如蓝牙技术或Wi-Fi，通常用于将智能手机或平板电脑连接到车辆仪表盘上的HMI。当前车辆的大多数其它传感器，比如那些监视动力总成、底盘、车身、控制和安全性使用有线控制器区域网络（CAN）和本地互连网络（LIN）总线。组合仪表也通过CAN总线与网络连接。所有网络连接的终点都位于中心网关处以监测各种功能，并且可以使用外部计算机通过机载诊断数据链路连接器（OBD DLC）来访问这些监测功能。

物联网功能车辆传统布局的变化很可能包括使用以太网来连接各种系统以替代CAN和LIN总线（特别是以太网已经被几个汽车OEM厂商用作车载信息娱乐系统的总线），以及引入微型集线器以聚合各组传感器或ECU从而简化网络结构。所有一切仍将连接回驻留在OBD DLC的中心车载网关，但车辆也将集成一个遥测模块以保证无线连接到互联网。[1]虽然汽车本身可以形成因特网上的一个“东西”，各种系统和子系统将产生物联网的最佳价值信息。理解车辆物联网连接性的一个好方法是将车辆当作一个大的枢纽，连接所有系统和子系统的车载连接，以发送和接收外部更广泛网络的信息。

今天，位于车辆网关中心的计算单元与智能设备需要获取车内系统的原始数据，将其打包成有用形式发送给外部服务器，然后接收和传播回传的信息。但在不久的将来，车辆传感器可能具备新技术，可以与云端服务器直接通信，车载网关只充当简单的无声转发器。

蓝牙v4.1（包括一个低功耗的变体“低功耗蓝牙”，适合于无线传感器）软件已经包含一些基础技术，帮助无线传感器自带其IP地址从而与因特网上的远程设备直接通信。意法半导体，德州仪器和北欧半导体等公司是这一领域的先驱。

4增加车载连接性

电子制造商已经确定汽车领域将为他们的物联网产品带来丰厚的利润。但目前还处于技术早期，汽车级部件也很稀少。

尽管如此，英特尔在发布其基于CM1050高性能计算模组的车载方案开发套件后，也鼓励汽车工程师使用该套件来进行物联网开发。该公司声称，该套件简化了车载系统设计。英特尔还与Alter、Arbor和Greenliant一起成立了物联网解决方案联盟，以增强研发实力。

图4：联网车辆是轮子上的智能手机，具备搜索功能及访问交通事故或道路施工等实时数据。

德州仪器正在努力利用WiLink8Q解决方案来挖掘车联网应用。该公司表示，WiLink8Q汽车无线连接系列产品具备跨多种技术的可扩展性，提供车载多媒体流视频以及免提蓝牙技术和GPS导航等功能。

飞思卡尔半导体(已经与NXP合并)也在支持汽车物联网，其重点放在Linux和Android操作系统，以作为未来车辆的软件基础，并建议i.MX系列汽车应用处理器作为车载网络应用的理想解决方案。

物联网注定将改善驾驶体验并拯救生命。然而，为充分释放这些潜力，需要跨越一系列障碍，包括网络安全、人身安全、规范、缺乏跨行业标准、风云变幻的行业动态以及生命周期，还有有限的初始目标市场。因此，尽管车联网的前途是光明的，其前进道路上却充满着各式减速路障。