车联网在智慧城市中的发展与应用

本文由本人发表于《中国安防》第143期-2017年9月刊智慧城市栏目，相关图文我已经删除，懒得发表了

佳都新太科技股份有限公司

徐建明

一、车联网在智慧城市中的应用现状

车联网是随着互联网，物联网的发展逐渐发展起来的，车联网集互联网通信技术、物联网感知技术、车载设备传感器技术于一身，在传统汽车的机电设备、电路设计、控制器设计、传感器设计相关集成领域，开源技术与共享开放标准在业内逐步统一的大环境大背景下，车联网的信息融合优势和车辆载具的发展出现了爆炸式增长。而随着智慧城市顶层设计与总体规划的建设中，交通信息化乃至智能交通的行业发展，为车联网开辟了广大的发展空间，并通过智能交通业态的发展进一步提升车联网发展的加速度。

目前，云计算、物联网、移动互联网、行业信息服务正在开始成为信息通信技术(ICT)业务发展的重点领域，推动了车联网的形成，即利用先进传感器技术、移动互联技术、智能控制与智能计算技术，对道路进行交通全时空控制，对车辆进行交通全程控制，实行有序进路、有序行驶，并最终实现道路交通的“零堵塞”、“零伤亡”和“极限通行能力”。车联网在智慧城市中的应用现状主要体现在四大方面：交通堵塞控制、交通安全控制、交通信息服务、商业运营服务。例如，以一台汽车为载体，结合4G运营网络，将道路上的汽车行驶实景实时的传输到安装在汽车里的智能车载电脑终端上，车主上车之后轻轻按动一键，在车载电脑的显示屏幕上会出现自动规划好的若干条道路的车辆行驶实景，通过这些实景，可以清晰的看到车主本人前方将要走的路是否拥堵一级拥堵情况如何，从而选择最便捷的路线。由此可见车联网的发展可见一斑。在车联网在智慧城市的应用中已经凸显出行业属性和特色应用，这些应用主要体现在如下方面：

智慧交通方面：随着智慧交通建设与运营，车联网的应用开始分布在交通堵塞控制、交通安全控制、交通信息服务、商业运营服务方面。车联网成为了交通路况感知网的采集终端和控制节点。

智慧停车方面：车辆的ETC贴片传感器设备构建的ETC支付行业应用场景分布越来越广泛，不但应用在路桥收费，高速收费等交通运管场景，而且各个停车场应用厂家也开发了基于ETC，二维码，RFID等多种技术方式的融合停车管理方案。

智慧工地方面：工程车辆及大量泥头车，起重车辆，挖掘车辆随着诸如国内中联重科，三一重工开放建设的工业车辆大数据平台，实现了工程车辆的车联网，有效为车主、车辆维保单位、工程建设单位提供专业工程车辆使用情况、工地位置分布、车耗部件疲劳测试等应用已经广泛应用在国内外重大工程施工过程中，特别是工程车辆大数据应用的车联网已经在我国“一带一路”建设中崭露头角。

互联网+车险金融方面：车辆的保险无论是强制险、还是第三方责任险、发动机进水险等随着互联网+金融的发展逐渐显露出新的市场。车联网聚合了车辆使用习惯的采集与感知数据、车辆行驶路况与车辆耗损数据，结合车主的违章记录等大数据对比研判，可以为保险公司提供更智能的数据支撑与更广泛的维度。保险公司可以结合上述车联网大数据提供更加定制的车险方案，让守交规的行驶习惯好的“中国好司机”享受到更便捷、更优惠的保费。让不遵守交规，开车习惯不好，车辆耗损严重的车主支付更高的保费，精准降低保险公司的理赔风险，显著提高车险金融的费效比。

工业4.0智能制造方面：车联网汇聚了广泛的车辆零部件，路况复杂应对场景，设计方案CAE分析等多种数据集合。这些数据成为智能制造的源源不断的样本来源，为车辆，道路，工业制造，设计优化提供了切实的数据样本，能够通过深度学习，激活零部件3D打印，车辆设计优化，工艺白条改进，技术改造升级方面提供装备制造方面的数据源。这方面的应用已经逐步体现在UGS，CATIA V5等专业平台中。

二、车联网对智慧城市发展的重要性

以交通拥堵为例，利用车联网解决城市交通拥堵问题是通过识别、传感和交互设备，从信息维度全面感知道路交通的行人、车辆、道路、环境，在通过建设局、通信和控制技术等ICT技术，提供智能化的管理和服务，解决的关键是能否对城市道路交通运营现状做到全面感知。如下图所示：车联网海量信息

车联网要求可实时、精准地感知交通量、位置、路段交通流量、平均行程时间、平均行驶速度、黑名单、超速、限行、停车位等信息。一旦形成了海量的样本数据、统计分析和预测信息，就会为交通规划与管理决策提供依据。当全面实施“车联网”工程后，在理想的情况下，可以逐步实现“零拥堵”和“极限通行能力”。未来建立的车联网不仅可以用于治堵，还可以向公安、交通、城建、环保、税务、保险和车主提供更多的信息服务，从而形成巨大的信息服务产业。如下图所示，未来的车联网将借助物联网、宽带网络、云计算基础平台、云计算业务平台等先进的 ICT 技术，并纳入智慧城市的建设当中，从而做到“城市服务实现智慧化、城市管控实现智能化和城市发展实现持续化”，其中，服务智慧化和管控智能化是实现发展持续化的根本保证

然而，单纯依赖传统的 ICT 技术远远不够，如何使 ICT 技术插上“智慧”的翅膀？

随着宽带技术应用的不断深入，深圳市贝尔信智能系统有限公司郑长春先生提出了以“智能感知、互联互通、协同共享、城市运营”为核心思想的智慧信息技术——I2CT。其目标是构建智能视觉物联网：通过视觉传感器、信息传输和智能视觉分析，感知人、车、物（人：智能行为识别（IVS）、车：智能交通（ITS）、物：RFID物联网技术）、路及环境。智能视觉物联网的定义是：通过视觉传感标签、射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。智慧信息技术——I2CT 是实现智能视觉物联网的关键技术。I2CT 技术的特点是：以各种先进的 ICT 技术为基础，由云计算—云分析—云存储—云控制平台承载，通过遍布城市的智能视觉探头、智能视频分析模块以及视觉标签，借助城市三维全景 3D GIS 定位系统，实现城市级物件和事件的可视化、智能化识别、定位、动态跟踪、监控和管理。通过公共场所管理、智能楼宇、交通管制、学校、监狱、金融、社区、个人视频设备等终端用户搭建起“智能视觉物联网”，能够实现对资源的统一监控、管理和调度，因此，智能视觉物联网具有广泛的应用前景。未来的智能视觉车联网是智能视觉物联网的升级版，它以智慧信息技术 I2CT 为基础，将引领整个智能交通行业在车联网大潮中实现升级转型，以智能视觉分析技术为基础来构建能够实时智能感知人、车、物、路、环境的智能视觉车联网。

三、车联网在智慧城市中的应用难点与瓶颈

智能视觉车联网是汽车工业和智能视觉技术发展的必然趋势。通过构建智能视觉车联网能够实现车辆状态的在线检查、在线年检、在线监控；通过在线识别车辆状态和状况，可以了解车辆是否具备合法运营执照，是否符合环保要求，是否有危险行车行为等；通过给汽车建立可视化网络身份证，容易实现网络空间与物理空间的映射，在提高车辆网络可视性的同时，具备网络防伪、防套牌、防假冒、网络追踪、反走私等功能，可方便地与移动支付、驾乘者信息档案等捆绑，实现从网络世界到物理世界的整体安全可信性，因此，“可视化网络车牌”和“可视化黑匣子”将诞生出巨大的产业。

如下图所示，利用无线宽带技术，如无线城市 Wi-Fi 热点或 3G、4G 网络，结合车载和路侧建立的视频监控点，能构建智能视觉车联网，实现对车牌、事故现场、事件、灾难等的可视化管理。

对于智能交通和安防行业来说，为汽车工业提供高质量的车道偏移监控摄像机（见下图：车道偏移监控摄像机的位置）、车载监控摄像机系统是很大的市场机会，目前许多厂家已经在进行中。

在这些不同的车载智能视觉应用中，智能视觉技术应用的子系统包括：

（1）驾驶员磕睡监测和提醒系统；

（2）车道偏离控制系统；

（3）驾驶员行为视频监控系统；

（4）可视化后视镜系统；

（5）可视化泊车系统；

（6）车前方远红外行人、动物探测系统；

（7）物流车辆货物可视化监控系统；

（8）物流园区可视化装卸系统；

（9）可视化货物产地及供应链追溯系统；

（10）路况无线视频监控点及网络系统。

无线车载硬盘录像机对于全力打造包括智能视觉车联网在内的智能交通体系正在发挥重要的作用。它集 3G 无线视频传输、双向语音对讲、车载硬盘录像、GPS 定位、广告下发、车载媒体播放于一体，构成了全方位、多功能的车载监控设备，能够给全国各地道路交通管理部门的实时监管和信息采集提供有效的支撑。

利用3DGIS 三维全景可视化城市级云计算—云分析—云存储—云控制主机（VIDC）构建的智能视觉车联网，能够实时监测特定城市区域内的人、车、物、路和环境，通过云视频实时记录各类城市物件视觉信息，并进行标签、编码、记录，当发生事故、灾害等事件时，能够第一时间将现场可视化信息通报城市交通指挥中心，让城市紧急救援救助中心快速准确地响应，实现立体快速救援，大幅提高救援的精确性和实效性，最大限度地降低人民生命财产的损失。同时，也可以作为城市可视化应急指挥系统的重要组成部分。

四、车联网在智慧城市中的应用案例解析

我们举一个车联网在智慧交通的应用案例来解析车联网的方案实现，我们以交通道路一杆一路口为例说明。一杆一系统由微波车辆检测器、智能交通视频检测和测速系统、高清视频电子警察系统 3 部分组成，内嵌智能视觉分析模块，可以实现智能交通领域的各类应用。

遍布城市的一杆一系统可以借助GPRS 或 4G 通信系统，构建智能视觉物理网，建成城市交通基础信息快速检测联网系统，实现对城市交通视频信息的实时采集，传递给智能交通公用信息平台，满足人、车、路、环境的监控和管理需求，特别是对车辆的智能视频进行分析。如下图所示：

一杆一系统能够实现对闯红灯违规抓拍、逆行违规抓拍以及压线越线违规抓拍。把众多系统联网即可构成智能视觉物理网，对具有视觉标签的人和车辆进行自动识别。一杆一系统的智能视觉物理网系统属于智能交通管理系统的前端摄像机联网监控系统，主要由路口联网电子警察系统组成，每个摄像机均嵌入了具有智能视觉分析功能的模块，通过电信、移动、联通的宽带有线或无线网络，各杆逐级联网，实现可视化跟踪联网监控和监测系统，同时，为城市交通信息管理平台提供实时全覆盖视频交通状况信息。通过智能视频分析技术实现自动检测和自动报警，在智能交通领域的应用很多。包括占用公交车道和应急车道监测、套牌车监测、非本市车辆监测、大货车监测、闯红灯监测等违法行为监测。

车联网通过“信息识别和传感设备”（如无线射频识别、地感线圈、浮动车、视频监控等），从信息维度感知道路交通状况，利用涉车相关的属性信息和动、静态信息形成的涉车信息资源，提供丰富的智能化涉车管理和商业服务。车联网的目标是提升城市信息化水平，缓解和解决困扰城市发展的道路交通问题，实现“人—车—路—环境”和谐统一的车联网。云计算—云存储—云分析—云控制主机 VIDC 的应用包括以下方面。

1、VIDC 在车联网系统建设中可以担当管理中心主机的作用

对采集的车联网数据进行存储和分发，供后端车联网应用层使用，如下图所示，包括：远程诊断监控、车载娱乐、道路事故处理系统、紧急救援等应用系统。

2、VIDC 在应急车联网中的应用

在应急联动调度过程中需要调配各种应急车辆，包括应急指挥车、警车、救护车等，通过车联网，车与车之间能够相互传输各种消息，而无需固定的基础设施，可实时获知事故现场和周围路况信息，提高救援效率。VIDC 在应急指挥中心中发挥管理中心的作用。

3、VIDC 在运营车联网中的应用

建设运营车联网的意义在于提供：车辆安全预警、节能驾驶服务、车辆运行监控、出行诱导服务、远程故障诊断、紧急救援服务。交通部规定，从2012 年 1 月 1 日起，“没有按照规定安装卫星定位装置或未接入全国联网联控系统的运输车辆，道路运输管理部门将暂停营运车辆资格审验。”

通过构建运营车联网体系，能够实现超速预警、危险路段识别和安全驾驶预警、弯道行驶预警以及坡度角和路面附着系数预警。VIDC 可以作为构建物联网、车联网和云计算的核心设备。

4、VIDC 在车路协同管理中心的应用

车路协同系统是指基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车—车、车—路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。VIDC 在交通管理中心发挥可视化管理平台的作用。

5、VIDC 在公交调度中心的应用

建设内容包括中心机房服务器、操作系统软件、数据库软件、网络、存储、核心交换和路由等软硬件基础设施；防火墙、网络版防毒软件、数据备份和容灾等网络安全改造和升级；智能公交系统数据库和管理软件部署。

五、车联网在智慧城市中的应用前景与趋势

智慧城市建设与运营已经如火如荼，其应用场景已经随着云计算、大数据的产业发展逐步和各行业相关融合，产生了新的生态化反。人、车、路、环境这四大要素逐步的被赋予了公共安全立体化、行业管理效率化、民生服务智慧化的烙印。各种车联网支撑的智慧系统开始应用在各种行业场景中，细分市场也开始形成，从车联网各元素如车辆制造、设计优化、零部件损耗、工艺白条改进、车载器具标准化到车辆投产规模化、市场容量预测、精准营销、精准维修保养、到车主社交属性的分类、到车险金融改进、到共享汽车、共享车位、到智慧停车运营。车联网已经渗透到了智慧城市的各个方面。车越来越拟人化，车辆由生命周期，车辆由唯一的车牌车架号“姓名”，车辆由行驶、停泊的位置信息、轨迹信息、车辆由保险，保养，报废等全程可控的业态。车联网让智慧城市的感知网产生了新的生机，而随着交通服务、交通运营商业的蓬勃发展，车联网的各种业态还会层出不穷，让我们拭目以待。

车联网在智慧应用的发展趋势中会逐步凸显行业属性并与多种现有智慧业务相融合，车联网产生自交通行业，但会蔓延辐射覆盖在全行业中，物流、金融、保险、商业、广告、营销、驾校教育、工地、停车场、城市管理、应急管理、安监危化品车辆、八大类重点车辆等等细分领域。车辆载具配合车联网，让视频结构化技术，人脸识别，车辆识别，特征识别，3D打印，融合安防，RFID物联传感技术，深度学习，AI人工智能等技术都会有新的车联网场景和应用技战法。车联网应用，大有可为。

六、结语

本文从车联网的行业属性及覆盖的典型应用角度，阐述了车联网作为一个新的感知网络，如何伴随智慧城市建设与运营发挥出积极作用，并从智慧子系统的多个应用场景来描述车联网的应用前景和趋势。举例了车联网结合视频结构化技术形成的城市级智能视觉车联网案例方案，在智能视觉物联网的基础上，首次提出智能视觉车联网概念，为推动城市交通实现零伤亡、交通实现零拥堵而做出持续不断的努力。