1.1.1 车联网定义

车联网（IoV）是指车辆上的车载设备利用无线通信技术，有效利用信息网络平台上的所有车辆动态信息，在车辆运行期间提供不同的功能服务。例如，利用物联网、无线通信、卫星定位、云计算、语音识别等技术，建立覆盖市民、车辆、交通基础设施、交通管理者、交通服务商等的快速通信网络，实现一系列的交通管理和智能信号控制、实时交通诱导、交通秩序管理、交通信息服务等服务与应用，最终达到提高交通安全性、驾驶效率与驾驶舒适性的目的。用户可以通过移动设备的软件（App等）对汽车进行远程控制和安全监控。简而言之，车联网是建立在汽车内部网络、互联网和汽车移动互联网的基础上的，它是一个将汽车与外部信息连接起来的网络远程信息处理系统，包括汽车、网络、云平台和移动应用终端的汽车网联系统。车联网以汽车为信号源，利用汽车的各种传感器实时传输汽车自身的各种性能指标和汽车的环境信息（包括车对车、车对路、车对云等），对云平台的车辆进行监控、指令和控制。车联网业务将有效改善现有交通拥堵状况，能够在应急处理、辅助驾驶、交通信息共享、车辆碰撞提醒、车辆距离安全提醒、自动停车等方面发挥巨大作用。

目前，根据现有的车联网技术规划路线，汽车厂商必须首先在车内集成各种传感器进行数据采集；要想尽可能全面地掌握汽车的周围环境，大量的传感器是必不可少的。其次，它必须具备良好的数据传输能力和适应车辆所有传感器的传输策略，从而保证所采集的车辆信息高效、准确、稳定地上传到云平台。最后，应用层需要包含人工智能，如自动识别路况信息和车辆距离以及各车载技术的融合应用。

智能驾驶系统是一个庞大的概念和复杂的系统，如图1-1所示。它包括智能感知技术、智能计算机技术、辅助驾驶技术、智能总线技术等；生活服务系统包括音视频娱乐服务、信息查询服务和各种生态服务；定位服务系统除了向车辆提供精确的车辆定位功能外，还必须能够与其他车辆进行通信，实现车辆与车辆之间的自动定位通信功能，最终达到约定的目的地。

车联网的实现是在车辆上安装车载终端设备，实现对车辆所有工作状态及静态、动态信息的采集、存储和传输。车联网系统一般分为三个部分：车载终端、云计算平台和数据分析平台，根据不同行业对车辆的不同功能要求，实现对车辆的有效监控和管理。

车联网的应用包括通信、人机交互等技术都依托于整个平台的计算能力。如图1-2所示，在车联网技术发展中，有三大计算能力决定了整车的智能化发展方向：一是云计算，车联网、物联网、云平台大数据的运算，依托于整个云计算的能力。二是边缘计算，边缘计算指的是边缘数据，包括路况数据、道路数据、高级辅助驾驶系统（ADAS）数据的边缘计算。三是融合计算，未来越来越多的智能化终端将装到车里，智能化交互内容越来越多，智能控制也越来越多，如何进行融合决定了汽车实现智能化的程度。

基于车联网的智能化电子架构如图1-3所示，车辆的运行往往涉及多个开关、传感器模拟、控制器局域网络（CAN）信号数据等。在车辆运行过程中，驾驶人的车辆数据不断被送回后端数据库，形成海量数据，并被“过滤和清洗”。数据分析平台对报表中的数据进行处理，供管理人员查看和实现智能交通控制，并为车辆提供数据处理信息，使车辆实现智能驾驶。车联网是以信息通信技术为基础，以移动车辆为信息感知对象的网络，利用新一代信息通信技术，实现了车对车、车对路、车对人、车对服务平台的全方位连接和数据交互，可以提供全面的信息服务，并形成汽车、电子、信息通信、道路交通等产业深度融合的新型技术应用形态。

车联网系统架构如图1-4所示，根据车联网的服务内容，其技术发展大致可分为信息服务、智能服务和协同控制三个阶段。信息服务阶段主要提供导航、动态交通信息、车辆防盗、应急救援、视听娱乐等；智能服务主要实现交通的智能化管理，如安全驾驶预警、节能驾驶、出行引导等；协同控制主要采用传感器技术、网络技术和大数据处理技术实现汽车的无人驾驶功能。

在传统汽车工业中，驾驶辅助系统的技术方向是车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、制动辅助系统、倒车辅助系统和驾驶辅助系统。在车联网技术的定义中，驾驶辅助系统还应包括一些主动技术和安全技术，以及基于车辆和路边的设施。车辆和车辆信息安全应用（V2V）主要包括前方碰撞警告、紧急电子制动灯、盲点/变道警告、车道变化警告、交叉路口驾驶辅助和左转辅助等。安全技术（V2I）在汽车与交通道路设施之间的应用包括弯道速度警示（CSW）、红灯警示（RLVW）、停车信号提醒（SSGA）、智能路况、行人警示等。车联网技术的发展有利于智能交通的推广，从而实现车辆自主驾驶，推广网络化信息服务，提升汽车节能减排效益。

车联网是物联网在智能交通系统领域的延伸。车联网系统用于实现车载终端设备静态和动态信息的采集、存储、分析和传输。车载终端采集的数据连续存储在数据库中，数据分析平台对存储在数据库中的大量数据进行分析、过滤、分类，从而达到对汽车数据进行监控和管理的目的。

首先，发生交通事故的原因是多方面的，不仅包括驾驶人自身对驾驶技术的掌握程度，应对危险的能力、遵守交通法规的意识程度，还包括车辆状况、道路本身的状况、天气等。如果车载终端采用近场移动通信技术，就可以从附近车辆获取实时的行驶数据，如车速、精确位置、行驶方向等，通过综合处理这些数据，预测是否会发生车辆碰撞。如果确定车辆可能会发生碰撞，便会及时警告驾驶人在足够反应时间内避免碰撞，从而达到减少事故的目的。

其次，可以缓解城市拥堵状况。汽车用户通过车联网获取汽车的实时位置信息后，利用现有的地图公共平台和手机导航软件以及公共交通管理平台发布的交通信息，可以方便地实现汽车的实时导航和路线规划。该平台还可以利用车联网的位置信息进行分析统计，从而减少交通拥堵。

最后，通过访问数据分析平台海量数据，包括城市空气污染源分析、驾驶人驾驶习惯分析、燃油分析、故障类别频率分析等，从不同的数据中挖掘其潜在的应用价值。其中，汽车空气污染分析可为绿色出行提供关键性建议。

为了保证车辆的行驶安全，避免道路拥堵，提高出行舒适性，可以利用车联网采集车身数据，分析数据特点，为用户提供参考意见，让用户体验到更加智能、安全、舒适的驾驶环境。车联网标准体系分为五大产业，即汽车、通信、电子、交通、公共安全。根据我国汽车发展的方向，智能网联汽车有两个层次：一是汽车技术的智能化，二是汽车技术的网联化（车联网）。

在汽车智能技术层面，汽车配备了多种传感器（惯性传感器、摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达等），以实现对周围环境的自主感知。通过一系列传感器的信息识别和决策操作，车辆可以以控制算法预定的速度行驶，并利用路径规划轨迹进行驾驶。有关于汽车智能网联技术的相关知识请参考《汽车智能网联技术与应用》教材，这两本教材的内容互补，本书不再赘述。

基于新一代信息技术的革命性突破，车联网正在改写全球汽车产业格局下的产业链、创新链和价值链。车联网产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域。根据产业链上下游关系，主要包括：

1）芯片制造商。开发和提供汽车级芯片系统，包括环境感知芯片、车辆控制系统芯片、通信芯片等。

2）传感器制造商。开发和提供先进的传感器系统，包括机器视觉系统、雷达系统（激光、毫米波、超声波）等。

3）汽车电子/通信系统供应商。可提供智能驾驶技术研发和集成供应的公司，如自动紧急制动、自适应巡航、V2X通信系统、高精度定位系统等。

4）车辆公司。提出产品需求，提供智能车平台，开放车辆信息接口，进行集成测试。

5）平台开发和运营商。开发车联网服务平台，提供平台运营和数据挖掘分析服务。

6）内容提供商。提供高精度地图、信息服务等。

智能网联汽车技术分级在各个主要国家是不完全相同的。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）将智能网联汽车划分为6个等级，见表1-1。

德国联邦公路研究院把智能网联汽车发展划分为3个阶段，即部分自动驾驶、高度自动驾驶以及最终的完全自动驾驶。德国智能网联汽车智能等级划分见表1-2。

中国把智能网联汽车等级划分为5个阶段（表1-3），即辅助驾驶（DA）阶段、部分自动驾驶（PA）阶段、有条件自动驾驶（CA）阶段、高度自动驾驶（HA）阶段和完全自动驾驶（FA）阶段。

无论怎样分级，从驾驶人对车辆控制权的角度来看，可以分为驾驶人拥有车辆全部控制权、驾驶人拥有部分车辆控制权、驾驶人不拥有车辆控制权三种形式。其中驾驶人拥有部分车辆控制权时，根据车辆ADAS的配备和技术成熟程度，决定驾驶人拥有车辆控制权的多少。ADAS装备越多，技术越成熟，驾驶人拥有车辆控制权越少，车辆自动驾驶程度越高。

中国为了统筹推进标准体系建设，加快重点领域关键急需标准制定，加强国际标准法规协调与产业协作，工业和信息化部印发了《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》，在该行动计划中明确了以网络通信技术、电子信息技术和汽车制造技术融合发展为主线，分阶段实现车联网（智能网联汽车）产业高质量发展的目标。第一阶段，到2020年，车联网（智能网联汽车）产业跨行业融合取得了突破，具备高级别自动驾驶功能的智能网联汽车实现了特定场景规模应用，车联网用户渗透率达到了30%以上，智能道路基础设施水平明显提升。第二阶段，2020年后，技术创新、标准体系、基础设施、应用服务和安全保障体系将全面建成，高级别自动驾驶功能的智能网联汽车和5G-V2X逐步实现规模化商业应用，“人-车-路-云”实现高度协同。

在该行动计划中明确要求加快智能网联汽车关键零部件及系统开发应用，推动构建智能网联汽车决策控制平台。大力支持LTE-V2X、5G-V2X等无线通信网络关键技术研发与产业化，全面构建通信和计算相结合的车联网体系架构。要求完善标准体系，推动测试验证与示范应用，适时发放频率使用许可，构建智能网联汽车测试评价体系。推动在机场、港口和园区开展自动驾驶出行、智能物流等场景的示范应用，构建国家级车联网先导区，不断提升交通智能化管理水平和出行服务体验。要求构建基于LTE-V2X、5G-V2X等无线通信技术的网络基础设施。打造综合大数据及云平台，推进道路基础设施的信息化和智能化改造，支持构建集感知、通信、计算等能力为一体的智能基础设施环境。发展电动汽车实时在线监测系统和大数据分析能力，推广车路交互信息服务的规模应用。推动事故预警和协同控制技术的应用，提升交通安全与拥堵主动调控能力，建立基于网络的汽车设计、制造、服务一体化体系，实现基于大数据平台的个性化汽车服务的规模应用。以智能网联汽车系统运行安全、数据安全和网络安全为重点，完善安全管理体系与防护机制，构建智能网联汽车、车联网数据和网络的全要素安全检测评估体系，着力提升隐患排查、风险发现、应急处置水平。

工业和信息化部于2018年出台了《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905~5925MHz频段管理规定（暂行）》。在该规定中，根据《中华人民共和国无线电管理条例》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》，规划5905~5925MHz频段作为基于LTE-V2X技术的车联网（智能网联汽车）直连通信的工作频段，并说明了车联网（智能网联汽车）直连通信是指路边、车载和便携无线电设备通过无线电传输方式，实现车与车、车与路、车与人直接通信和信息交换。规划的5905~5925MHz频段与国际主流频段保持一致，20MHz带宽频率资源能够满足智能网联汽车直连通信中的长期需求。明确了在5905~5925MHz频段设置、使用路边无线电设备，建设运营车联网智能交通系统的，原则上应向国家无线电管理机构申请5905~5925MHz频率使用许可，并遵守国家关于5905~5925MHz频段的使用要求与规定。

2019年，工业和信息化部装备工业司组织全国汽标委编制了智能网联汽车标准化工作要点，并制定汽车通信应用层相关标准《C-V2X标准合作框架协议》，配合做好道路基础设施、智能交通管理平台等相关标准制定，协同推进车联网标准体系建设。图1-5所示为智能网联汽车标准体系的构成，在标准的制定中，做了如下工作的推进：

1）完成了汽车信息安全通用技术、车载网关、信息交互系统、电动汽车远程管理与服务、电动汽车充电等基础通用及行业急需标准的制定。

2）完成了乘用车和商用车自动紧急制动（AEB）、商用车电子稳定性控制系统（ESC）等标准制定，组织制定了先进驾驶辅助系统术语及定义、盲区监测、车道保持辅助、全景影像监测、夜视系统、信号提示优先度、全速自适应巡航、交通拥堵辅助控制及自动紧急转向等智能技术与自动控制系统标准。

3）完成了驾驶自动化分级等基础通用类标准的制定，组织开展特定条件下自动驾驶功能测试方法及要求等标准的立项，启动自动驾驶数据记录、驾驶人接管能力识别及驾驶任务接管等行业急需标准，编制了智能网联汽车功能和性能评价指南等指导性文件。

4）完成了网联车辆方法论标准制定工作，推动智能网联汽车无线通信应用层技术要求、信息交互系统技术要求、启动交叉路口碰撞预警等系统应用类标准、智能网联汽车通信需求、自动驾驶高精地图标准、智能网联汽车相关基础设施与服务等相关的标准与工作指导性文件。

车联网的出现，为汽车制造、服务内容提供商和移动通信等领域带来产业升级机遇。其中移动运营商、汽车电子企业、内容提供商、服务提供商对参与车联网的兴趣更为积极。从服务流和资金流角度来看，车联网产业链中各角色间的相互关系如图1-6所示。

车联网的概念是车内网、车际网和车载移动互联网三者的融合，车联网是车与X（X指车、路、行人及互联网等）之间利用射频识别（RFID）、传感器和无线通信等技术，进行信息交换和数据通信的系统网络。其中车内网是指车内部的局域网络，即车辆内部的多种传感器和控制器基于控制器局域网络（CAN）技术与车载中控系统连接建立的网络；车际网是以车辆本体为节点实现车辆之间信息交互的网络，也就是车辆自组织网络；车载移动互联网是汽车与信息服务平台及云端信息交互的网络，汽车通过蜂窝通信技术以及Wi-Fi等短距离无线通信技术接入互联网。

汽车网联通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具有智能环境感知能力，能够自动分析车辆的安全和危险状态，并根据人的意愿使车辆到达目的地，最终达到代替人操作的目的。车辆通过采用新一代移动通信技术（例如：LTE-V、5G等），实现车辆位置信息、速度信息、外部信息等车辆信息之间的交互，并由控制器进行计算，输出提供安全驾驶的数据信息，通过决策模块计算后控制车辆按照预先设定的指令行驶，进一步增强车辆的智能化程度和自动驾驶能力。

具备了网联技术的车辆通过GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等设备，可以完成自身环境和状态信息的采集，再通过互联网技术，将自己的各种信息传输到中央处理器；通过计算机技术对大量的车辆信息进行分析和处理，计算出不同车辆的最佳路径，及时报告路况并安排信号灯周期，并通过与其他车辆和网络系统的通信，可以帮助车主实时导航，提高交通运行效率。

车联网并不只是把车与车联系在一起，它还把车与行人、车与路、车与基础设施（信号灯等）、车与网络、车与云联系在一起，如图1-7所示。所以说，车联网最核心技术就是V2X，这里包括了下面几个概念：

1）V2V（Vehicle to Vehicle）：车与车之间的信息交互。

2）V2P（Vehicle to Pedestrian）：车与行人之间的信息交互。

3）V2R（Vehicle to Road）：车与路之间的信息交互。

4）V2I（Vehicle to Infrastructure）：车与基础设施之间的信息交互。

5）V2N（Vehicle to Network）：车与网络之间的信息交互。

6）V2C（Vehicle to Cloud）：车与云平台之间的信息交互。

以上的V2V、V2P、V2R、V2I、V2N、V2C等技术的作用、原理与应用在后面的内容中有详细的介绍，这里不再赘述。

车联网是由行驶在交通道路上的具备感知、计算、存储和无线通信能力的移动车辆以及路边基础通信单元组成的新型无线自组织网络。车联网中同时存在着车与车、车与路边单元两种通信模式，移动车辆实时感知自身的运动状态及周围环境的交通状况，并通过车与车、车与路边单元无线通信实现成本低廉、灵活性强的大范围交通信息协同，车联网被广泛认为是发展智能交通系统和提高道路交通安全的基础和核心技术。

防撞预警是车联网的一个重要组成成分。为了减少交通事故的发生，车辆通过判断自己与他人的行驶信息来及时控制汽车，但传统的雷达等技术存在探测距离过短、存在探测盲区及反应时间过短等问题，因此可以实时更新行驶信息的车联网能够及时、准确地帮助人们判断当前情况并做出相应的处理。