车联网技术产业化发展研究

北京航空航天大学吕卫锋2012年9月2研究背景解决安全、效率与环境问题由驾驶者超速行驶、随意超车变线、疲劳驾驶等人为因素引发随着社会车辆的猛增，非职业驾驶人员的增多，交通事故频繁发生，我国万车死亡率超过发达国家3倍环境：通过交通环境与实时交通态势感知，辅助交通参与者与管理者达到最高的交通效率和安全是交通发展重要趋势2车内电子系统所占比例已由1950年的1%上升到2010年的35%Telematics专业研究机构Frost&Sullivan预测，到2015年在欧洲将有60%的新车内置智能终端系统预计2020年我国汽车保有量将超过2亿辆车联网是综合电子信息技术，将每一辆车作为一个信息源，利用无线通信手段建立以车为节点的信息系统。通过实现人、车、路间交互，协调人-车-路的和谐统一发展3汇报内容一、研究背景二、国际发展现状三、我们的工作四、对产业发展的思路4国际上车联网研究发展现状13标准先行欧、美、日分别定义了车-车，车-路通信协议标准，例如美国DSRC在学术和企业界的研究与应用，IEEE802.11P通信协议在车-车及车-路通信测试与研究。技术突破面向实际应用突破其中的关键技术2工程推动政府主导、科研机构与工业企业积极参与的形式，根据实际需求有针对性的对车联网技术进行支持。如欧洲CVIS项目，到10年结束时共用四年时间分10个子项目投资41.155.203€55802.11a技术，通信距离可达300米，能够在移动的车辆之间，以及移动车辆和路边基站之间建立短距离无线通信802.11p和专用短程通信(DSRC)标准对802.11标准进行了扩充，以使其能够适应车载环境的无线通信。802.11p技术使用5.9GHz频段。WiMAX(即IEEE802.16)/LTE，提供长距离传输国际统一频段：2.3~2.4GHz和3.4~3.6GHz频段。2.1通过制定标准促进车联网发展62.2政府主导，以重点工程推动车联网发展项目主要内容特点美国VII(04~08)基于DSRC的道路基础设施建设侧重车路协同CICAS(04~08)安全辅助驾驶IntelliDrive(09~)战略计划扩充通信标准欧洲CVIS(06~10)通过基础通信牵引应用开发注重标准制定SafeSpot(06~10)基于车车通信的安全辅助驾驶Coopers(06~10)基于车路通信的交通信息共享日本DSSS(97~)早期项目，基于红外信标的安全辅助驾驶侧重车车协同应用导向SmartWay(04~)基于DSRC的安全辅助驾驶/交通信息服务ASV(01~)基于车车通信的安全协调控制(DSRC/700MHz)7•美国针对在推广VII系统时遇到的问题，包括路侧成本过高、热点布设方式无法为车辆提供连续的通信服务等，美国运输部从单一的5.9G的DSRC通信技术转而考虑采用其它途径建立开放式通信平台，为车辆提供无缝的通信服务。•IntelliDrive提供的服务重点在车辆主动安全方面，同时兼顾多种运输方式和出行模式的信息服务2.2重点工程：IntelliDriverBrianCronin，ResearchandInnovativeTechnologyAdministration,ITSJointProgramOffice，November30,20108测试阶段BrianCronin，ResearchandInnovativeTechnologyAdministration,ITSJointProgramOffice，November30,20102.2重点工程：IntelliDriver（续）92.2重点工程：SmartwayMitsuoArino，ITSPolicyinJapanandSmartway，2007现阶段：如何保证驾驶安全•Smartway由日本国土交通省和几十家企业共同开发•目标将已在日本大量使用的VICS、ETC等系统与路侧基础设施进行集成•通过建立开放平台提供多样化服务102.2欧洲重点工程建设COOPERSCVISSAFESPOT路车通信交通安全信息交通信息服务车路通信通信网络集成自动控制人机接口车载一体化集成车车通信COOPERS侧重于路车通信及交通安全信息方面的研究CVIS侧重于自动控制相关的研究SAFESPOT侧重于车载一体化集成方面的研究•COOPERS、SAFESPOT和CVIS是由欧盟科学技术委员会和第六框架项目共同资助研究项目•目前已开始下一阶段的研究，重心放在车路协同方面，投资额81亿欧元113.2.4.1.智能汽车关键技术智能路侧系统关键技术车路/车车协同信息交互技术车路协同系统集成和仿真测试技术5.大规模移动车辆行为及其大数据分析2.3应用需求与技术突破122.3.1智能车辆关键技术目的：实现车辆信息的提取、展示、交互与自治o车内传感器和控制器o自动驾驶车辆数据处理系统后置摄像机前置摄像机后置雷达天线眼睛跟踪摄像机车辆顶部安全跟踪摄像机132.3.1实例-交通意图自主识别目标：对移动对象的意图分类并预测他们可能的下一个动作成果•智能监测系统•预警系统•用于碰撞避免的自动控制系统通过装在车上的传感器实现的车辆与慢行者的碰撞避免实例--ByDr.PaulE.Rybski，卡内基梅隆大学&宾夕法尼亚大学，2012对位于前方、侧方、偏侧方的移动对象识别142.3.2智能路侧系统关键技术多通道交通流量检测路面湿滑状态信息采集交叉口行人信息采集道路异物侵入信息采集密集人群信息采集突发事件快速识别与定位交通状态信息辨识与采集-日本SmartWay上设置的多种路侧设施152.3.3车车/车路协调信息交互技术通信模式蜂窝-3G无线局域网无线广域网专用短程通信自组织网络传感器网络密集车辆场景下公平高效的多信道接入控制技术稀疏车辆场景下可信可靠的信息融合技术高速车辆环境下稳定高效的切换及路由技术路侧通信设备的位置优化技术兼容各种无线网络协议的多模式连接技术车辆动态分簇融合技术-byIntelliDrive162.3.3车车/车路协调信息控制技术面向效率面向安全交通控制与交通诱导协同优化技术动态协同专用车道技术精确停车控制技术智能车速预警与控制弯道侧滑/侧翻事故预警无分隔带弯道安全会车车间距离预警与控制临时性障碍预警等基于车路协同信息的集群诱导技术基于车路协同信息的交叉口智能控制技术172.3.4车路协同系统集成和仿真测试技术提供必要的测试数据提供路边智能设施提供测试标准提供测试应用提供测试用户实例：由美国智能交通系统联合项目办公室建立了车辆连接测试床，用于支持研究与车联网技术创新ByIntelligentTransportSystemsJointsProgramOffice,American,August16,201218感知行为，发现异常海量移动信息处理与服务大数据环境下的实时数据挖掘城市规划旅游人群监测应急监测预警城市管理交通管理公众信息服务海量数据管理动态数据挖掘高效实时分析异常行为检测……开放服务支撑2.3.5大规模移动车辆行为及其大数据分析19国际发展状况小结1998199920002001200220032004200520062007短程通信DSRC20082009FleetNet项目车车通信(C2C-CC)智能汽车I-WayCVIS项目CarTalk2000项目PReVENT项目IntelliDrive项目车辆安全通信(VSC)车辆与基础设施集成(VII)智能型公路系统（AHS）先进安全车辆(ASV)Smartway项目201020汇报内容一、研究背景二、国际发展现状三、我们的工作四、对产业发展的思路21基于浮动车的Telematics信息服务技术大规模实时采集城市中行驶出租车的位置参数数据，获取道路拥堵信息挑战：将交通工程问题转变为海量信息处理问题，创建实时、高效算法与服务体系基于大规模移动位置传感器的交通信息处理发布技术创新，向公众提供全面、及时、准确的动态交通信息覆盖城市全部道路的100,000个车载传感器基于300,000条以上高密度复杂路链克服了大间隔位置信息采样缺陷实时处理500,000条以上GPS位置点信息海量交通信息处理的准确性、全面性、实时性、鲁棒性挑战22正常行驶车辆选择GPS原始数据数据有效的GPS数据关键技术车辆行驶模式判断模型基于空间索引的小网格的快速地图匹配技术启发式车辆行驶路径匹配算法并行路网结构下路况信息处理模型信号控制下的交通信息精确计算模型计算模型大规模数据环境下的高效计算技术支撑高可信路况信息面向复杂路网环境的低采样率GPS坐标地图匹配消除信号控制下的路况波动性3.1动态交通信息的准确计算模型23真实路径候选路径1候选路径2候选路径3候选路径4候选路径53.1动态交通信息的准确计算模型（续）长周期采样间隔环境下车辆行驶轨迹追踪技术候选路径6gpsgpsgps24信息关联挖掘数据质量控制多源数据实时融合交通信息组合填补历史数据交通事件检测短时交通预测交通趋势监测针对移动式数据参数范围波动大、数据间断性缺失等问题，提出一套解决交通信息稳定性及信息完整性的算法体系，满足高标准的商用服务信息质量要求。参数范围波动大数据间断型缺失3.2动态交通信息可靠计算模型25兼顾系统运行的实时性和路况信息的规律性，采用历史数据训练路况信息趋势模式库。对缺失路况进行填补的过程中，从海量历史库中选取相似路况作为特征点，与浮动车行驶趋势模式曲线进行匹配后，补全相应路段信息。浮动车行驶趋势模式库浮动车历史数据数据缺失提取历史模式聚类分析实时路况信息填补特征提取数据缺失特征点填补效果曲线拟合行驶趋势模式曲线模式匹配根据匹配结果进行填补基于长期历史交通信息，提取路网内各路链的不同路况特征根据实际路链特征灵活的选取参数基于交通时空相关性的空缺信息补全技术3.2动态交通信息可靠计算模型（续）26交通事件影响的分离交通事件影响模型的建立交通事件影响下的行驶速度序列无交通事件影响下的行驶速度估算值序列交通事件影响值序列交通事件影响模型交通事件影响分析及预测技术：使用经济学中的ARMA-GARCH模型历史中雨拥堵率对比事件ID类型时间区域1中雨星期二16-18时北京全市2管制星期一17-18时长安街3小雪星期二6-15时北京全市……3.2动态交通信息可靠计算模型（续）27•采用先进的平台虚拟化、分布式处理、海量数据管理等平台技术•北京、上海、广州三大数据中心协同处理•每周期（5分钟）16万辆车的百万条位置数据3.3海量交通数据的实时处理技术28终端信息查询请求3G/2G移动通信动态交通信息新闻资讯高速路况天气预报交通管制交互式出行信息服务动态交通信息新闻资讯高速路况天气预报交通管制CMMB数字广播多媒体交通信息广播服务实时交通广播FM调频广播实时路况广播服务实现服务支撑平台支持服务按需定制和快速开发部署，满足公众对多样化交通信息服务需求制定动态交通信息数据交换格式规范实现多种通信方式下交通信息服务数据的统一封装与传输，支持多模式服务应用3.4动态交通信息交换规范及服务快速适配技术293.4动态交通信息交换规范及服务快速适配技术（续）实现对交通出行信息标准化的统一描述消除传输数据差异，增强服务平台可扩展性支持宽带、交互式、多模式交通信息服务形成了国家标准GB/T27605-201130为丰田GBOOK、日产CarWings、通用OnStar提供“一键导航”所需的动态交通信息，旨在为用户带来更好的驾驶体验和服务享受。为宝马最新一代iDriveIII最新推出的特有的“离车导航”功能，提供动态信息服务+慢性导航服务核心技术，不仅帮助驾乘者避让拥堵更能为用户提供停车后的步行指引3.4动态交通信息交换规范及服务快速适配技术（续）313.4动态交通信息交换规范及服务快速适配技术（续）Internet：动态交通信息地图网站FM副载波：车载动态导航终端WAP：手机终端GSM：12580信息服务3G/2G：交互式导航终端CMMB：出行信息服务终