车联网技术发展现状及应用前景分析

摘要：车联网技术是物联网技术在智能交通领域的重要应用。对于整个交通运输管理体系而言，车联网借助各种先进的通信技术，将人、车、路、后台中心有机地连接起来，构建了车联网、智能汽车及智能公路的交通管理方式，旨在最终实现交通的安全、节能、环保和高效管控。文章首先对车联网的定义、系统架构及关键技术进行了阐述，接着概述了车联网技术的发展历程，最后对车联网的具体应用、发展趋势及面临的挑战等进行了分析。

关键词：车联网；车路协同；应用前景；智能交通

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）07-0084-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID）

0 引言

随着科学技术的持续进步，汽车产业正朝着智能化、网联化的方向迅猛发展。车联网作为汽车智能化和网联化的核心技术，融合了汽车、电子、信息通信、道路交通运输等多个行业领域，已成为当前科技发展的前沿阵地。车联网以先进的通信技术为基石，实现了车辆与车辆（V2V） 、车辆与基础设施（V2I） 、车辆与行人（V2P） 以及车辆与网络（V2N） 之间的全面互联互通，赋予了汽车智能化的新特性。车联网技术的应用旨在应对当前城市交通面临的诸多挑战，如交通拥堵、交通事故频发、能源消耗过高以及环境污染等，以期提升道路交通的效率、安全性、节能性和环保性。作为物联网在交通领域的典型应用，车联网通过构建人-车-路-云一体化的网络体系，实现了对交通要素的全面感知和智能控制[1]。相较物联网，车联网以车辆为节点，具有更高的动态性、实时性和复杂性。车联网的通信环境复杂多变，易受路边建筑物、天气条件、交通状况等多种因素影响，因此对网络的安全性、可靠性和稳定性提出了更高要求。

1 车联网

1.1 定义

车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，遵循约定的通信协议和数据交互标准，在车辆与万物（V2X） 之间进行无线通信和信息交换的大型系统网络，是实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络[2]。其中，车内网是指通过成熟的总线技术（如CAN总线、LIN总线、MOST总线和FlexRay总线等） 将车内的多个传感器及电子设备连接起来而构建的汽车局域网络；车际网则利用中短距离的通信技术（如DSRC技术、Wi-Fi技术等） 实现车与车、车与路之间的信息交互；车载移动互联网则是车载终端通过4G/5G等通信技术接入互联网所构建的远程无线连接网络。

1.2 体系参考模型

车联网作为物联网的一种典型应用，其体系参考模型根据物联网的体系架构以及车联网所能提供的各种网络服务，主要分为3个层次：感知层、网络层和应用层，如图1所示。

1.2.1 感知层

感知层为车联网提供全面基础的终端信息服务。感知层主要负责感知车辆自身信息，利用车内传感器、CAN通信技术和其他感知设备实时采集各控制单元的数据；同时感知周围车辆信息，通过V2V技术获取周边车辆的实时位置、速度、行驶方位及航向角等信息；此外，还感知道路环境信息，通过V2R技术获取交通信号灯状态、道路拥堵情况等信息。另外，感知层还通过与后台中心及第三方应用程序的交互获取天气等相关数据。

1.2.2 网络层

网络层包括无线通信网、有线通信网和互联网通信。网络层主要负责协助车辆完成互联网的接入，完成大量数据的分析和处理以及大规模信息的远距离传输，确保车联网中数据传输的实时性和准确性。

1.2.3 应用层

应用层主要为不同用户提供各种类型的应用服务。车联网的各种信息管理应用是建立在现有网络系统与网络协议之上的，并兼容未来的网络拓展功能。这些应用需求是推动车联网技术创新的强大动力，涵盖了智能交通管理、车辆安全控制、交通事件预警、车辆信息查询、消息订阅、事件告知以及汽车综合服务与管理等多个领域[3]。

1.3 系统架构

车联网技术以先进的通信技术为支撑，促进各种场景应用及不同领域的协同发展。因此，从通信及应用角度出发，车联网系统的系统架构可划分为云、管、端三层体系，如图2所示。

1） “云”指的是包括大数据及云计算的云服务。简而言之，它能够汇集各种数据，并进行实时计算、分析、智能处理、决策和规划等。由于车辆功能复杂且数量庞大，为满足不同用户对车辆的管理需求，车与车所形成的网络必须基于云的车辆运营信息平台。

2） “端”指的是包括汽车、行人（需佩戴智能手机等） 和路侧单元等能够实现无线通信的智能终端，既涵盖车载终端，也包括各类基础设施终端。它们能够执行云端的指令，实现各种V2X（包括V2V、V2I和V2P等） 通信。端是记录、传输和保存信息的载体。

3） “管”是将“云”和“端”连接起来的各种“管道”（如4G/5G基站、C-V2X路侧设备（RSU） 等） ，利用V2X技术或移动蜂窝网络技术将“车-路-人-云”等紧密连接在一起，实现信息的顺畅交互。

1.4 关键技术

车联网用户需求多样，业务逻辑复杂，涉及的技术领域广泛。在车联网建设中，射频识别（RFID） 技术、传感技术、卫星定位技术等对保证车联网高效稳定运行起着至关重要的作用。只有掌握车联网的关键技术，才能实现真正的车路协同，进而推动智能交通及无人驾驶的发展。

1.4.1 射频识别技术

射频识别（RFID） 技术通过发出无线射频信号，对所覆盖区域的电子标签进行读写，从而达到自动识别、交换数据的目的。它具有非接触、双向数据通信的特点[4]。RFID系统主要由读写器、电子标签和数据管理系统组成。它既能感知物体的位置，也能跟踪物体的运动状态，进而对高速移动的物体进行准确、快速的识别。RFID技术通过与云计算、服务器及短程无线通信技术等结合使用，通过物联网将多个RFID联系起来，构成一个大型的目标识别系统，为车联网系统的稳定运行提供基础技术支持。

1.4.2 传感技术

车辆服务需要大量的数据，数据是车联网存在的基础。若要实现真正的车联网，传感器在车辆上必不可少，原始数据需要由传感器进行采集。例如，测量车辆自身状态的各种转速传感器、温度传感器和压力传感器等；在车路协同中，通过路侧传感器（如激光雷达、毫米波雷达、摄像头等） 采集到的信息发送到服务器进行处理，获取道路状况、车辆位置、车辆轨迹等信息，再将该信息广播给附近的车辆，辅助车辆对道路状况进行分析。

1.4.3 卫星定位技术

车联网主要包括交通安全、交通效率和信息服务三大业务应用，这些应用都离不开定位技术。传统的GPS系统作为汽车技术互联网的重要技术基础，可以为车辆提供精准的定位及导航。随着我国自行研制的北斗卫星导航系统的投入使用，车联网技术也逐渐向国产化方向发展，北斗卫星导航系统将成为中国车联网系统的核心技术之一。

1.4.4 无线通信技术

通过传感器获取的部分数据需要利用通信技术从云平台向外传输，同时分析得到的数据也需要通过通信网络传输至车载终端设备。由于车辆具有移动性，因此网络中的车辆只能通过无线通信技术进行数据交换和实时传输业务数据。基于各种无线通信技术的支持，可以实现远程监控车辆、管理车辆和控制车辆。

2 车联网技术的发展历程

2.1 国外车联网的研究现状

1） 美国。1999年，美国联邦通信委员会以5.9GHz为中心的75MHz带宽分配给了DSRC技术，作为车间通信专用频带。DSRC技术主要用于电子不停车收费系统。2004年，IEEE对802.11p进行了修订，并制定了基于ASTM标准的车载环境无线接入标准。2002—2004年，美国开始实施车辆安全计划，同时对多种无线通信技术进行测试，评估它们是否满足行车安全应用的通信要求。2003年，美国提出了车辆基础设施一体化（Vehicle Infrastructure Integration，VII） 的构想。2009年，美国交通部将VII更名为IntelliDrive，以强调交通安全的重要性。2013年，美国启动了智能网联汽车的试点计划，主要进行智能网联汽车的设计、建造及测试。2016年，美国交通部发布《联邦机动车安全标准——第150号》，规定轻型新车上应安装V2V通信设备，以确保车与车之间能发送和接收“基本安全信息”[4]。

2） 欧盟。车联网发展较为成熟，制定了一系列智能网联汽车标准。2003年，ERTICO提出了eSafety概念，旨在提高交通安全性，围绕车路协同，推动综合交通运输系统以及安全技术的实用化。2011年起，欧盟开展了DRRIVE C2X项目（2011.1.1——2014.6.30） ，该项目主要针对V2V通信和V2I通信，通过在欧洲不同区域开展外场测试，对协作系统进行综合评价。

3） 日本。日本1996年提出了《ITS总体构想》，建立了车辆信息通信系统（VICS） ，主要围绕车辆信息通信系统、不停车收费系统和先进车辆控制系统3方面展开。2001年，日本发布了车-基础设施通信的标准，即DSRC。2006年，日本提出了“智能道路（Smart Way） 计划”，主要针对车载信息系统与路侧集成系统的开发与试验。2013年，日本发布《世界领先IT国家创造宣言》，启动战略性创新推进计划（SIP） ，其中包括日本自动驾驶汽车商用化时间表及ITS 2014—2030技术发展路线图。

2.2 国内车联网的研究现状

发展智能网联汽车对我国道路交通具有重要作用，可以解决传统汽车带来的交通事故、交通拥堵以及环境污染等问题。自2010年以来，我国启动了如“车辆多传感器集成关键技术研究”“车辆无线通信系统中的关键技术研究”等多项与车联网相关的“863”课题。此外，国家发展改革委、交通运输部等相关部门也颁布了一系列政策意见，规范车联网行业的发展，发展重心由单车智能转向多车协同、车路协同、联网化和智能化融合发展。科研项目的实施和政府层面对车联网行业规划发展的高度重视，为我国车联网行业的发展起到了推动作用[5]。

3 车联网技术的应用

3.1 车辆行驶安全

车联网可以为驾驶人提供安全信息通告、车辆碰撞警告和安全驾驶辅助等服务，提醒驾驶人在行驶中可能出现的危险，并在必要时采取紧急措施，确保车辆安全，降低交通事故的发生率。

3.2 交通管理

车联网可以实时将交通管理信息、本地交通信息等上传到管理中心，从而实时向驾驶人提供交通管理通告和道路信息，如路段限速通告、车流量信息通告等，提高交通管理能力，提升车辆行驶效率，缓解交通拥堵。

3.3 车载服务

驾乘人员可以通过车联网实现互联网接入，享受互联网服务，如访问网页、获取本地信息服务和预约车辆维修等，提升驾乘体验。

4 车联网的发展趋势及挑战

目前，车联网的发展仍处于早期阶段。随着5G技术的推广和智能汽车的发展，车联网技术也经历了快速变革。车联网技术与5G技术、边缘计算等技术融合，促进了车辆与交通产业向智能化和联网化演进。尤其是5G+V2X技术的发展，不仅提升了车联网的信息传输速度，还降低了延迟。

但车联网在发展过程中还存在一些问题和挑战[6-7]：1） 车联网的定义不统一，所涉及的技术领域、行业广泛而缺乏完善的规范和制度。车联网的产品仍以试验或小范围应用为主，规范和制度的建立仍需政府部门、各行业之间的探讨及合作。2） 车联网的交通基础设施配套不完善，如路侧单元（RSU） 、基站等。需要政府部门升级和改造交通基础设施，推进智能网联汽车示范区的建设。3） 车联网技术在安全管理方面还存在隐患，如数据安全、用户个人隐私保护及安全管理制度等问题需要研究和解决。4） 车联网技术的运营及建设成本较高，需要更多投入。但目前车联网的商业运营模式尚不明朗，需要国家政府部门等制定相应的政策和法规，将其运营和盈利模式规范化，以加快车联网的发展。

5 结束语

车联网技术以感知层、网络层和应用层为体系参考模型，运用射频识别技术、传感技术、卫星定位技术和无线通信技术等技术，为车联网赋予互联共享、车辆追踪等能力。尽管车联网在发展中还面临诸多问题，但随着国家对车联网经费的投入和各行各业在技术领域的不断创新和突破，未来车联网行业必将展现出多样化的发展趋势，为人们出行保驾护航。

参考文献：

[1] 董锋格，孙晓佳，张立.车联网技术发展与趋势[J].汽车零部件，2016（5）：90-91.

[2] 徐艳民，李克宁，郑道友.车联网技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2023.

[3] 高惠民.车联网V2X通信技术及应用介绍（上）[J].汽车维修与保养，2020（3）：53-56.

[4] 武文科.车联网技术发展与应用综述[J].汽车实用技术，2017（3）：88-91.

[5] 熊炜，李清泉，李宇光.智能道路系统的发展现状与趋势[J].中国公共安全（智能交通） ，2007（2）：83-88.

[6] 张梦轩，冉斌.车联网技术的发展沿革和发展趋势简析[J].科技传播，2015，7（23）：124-125.

[7] 井骁.浅析车联网技术与应用[J].上海汽车，2019（4）：9-12.

【通联编辑：代影】