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车辆通讯装置、路边通讯装置和系统及其通讯联络的方法
项目编号:CG2008000036
项目名称:车辆通讯装置、路边通讯装置和系统及其通讯联络的方法
项目简介:
    不会相撞的汽车是人类长期以来的梦想。据2006年6月号美国著名的《大众科学》杂志报道:‘开车的人最怕汽车相撞出事故,所以没有汽车事故的未来一直是尖端技术研究的目标。科学家透露了一个好消息:到2026年,你就将会拥有一辆永远也不会相撞的汽车。 
     让人难以看清道路的大雨、拥挤的交通以及心烦意乱的司机等,有许多原因导致出车祸,车祸是美国事故死亡的主要原因。有一个方法可以避免大部分的事故:让汽车能够预知即将到来的碰撞,然后自动采取措施阻止相撞。建立一个汽车不会相撞的未来的关键是汽车与汽车间的勾通或者称为V2V,一些技术可以让V2V成为可能,而且已经付诸实施。日益先进成熟的全球定位系统将会让你在任何时间都能准确地知道你的车所在的确切位置,而稳定的控制系统可以跟踪你的车速以及方向,这些信息可以输入你的车载电脑上,目前的挑战是如何找到一个有效的方法把这些数据传达到其它的车辆上。 
     为了鼓励研制V2V系统,美国联邦通信委员会已经清理了5.9千兆赫波段专门用于汽车之间以及路边无线电收发机间的专门短程通信(DSRC)。大众汽车的电子研究实验室帮助研制了大众汽车的图锐车型,该型车去年赢得了美国国防部高级计划研究署(DARPA)主办的年度性无人驾驶机器人挑战赛(DARPA Grand Challenge),最近,该实验室将两辆“速腾”车和两辆奥迪A3车安装了“专门短程通信”装置,并利用V2V控制这几辆车在旧金山行驶。大众汽车实验室的管理人员卡斯顿#8226; 伯格曼恩说:“这种技术目前已经可以使用了。”当然,在四辆车之间把正确的数据在正确的时间传送到正确的汽车上从而能够预测最为复杂的危险相对要容易得多,如果要在成百上千辆车之间做到这一切目前还非常困难’。 
     本项目另辟蹊径旨在提供按信道-道路相关性,用行驶方位、公路类型和行驶车道参数组成通讯联络码分配信道,实现直接的车-车通讯、车-路通讯的装置和方法,属IST智能交通范畴。由微处理器、无线收发器、天线、通讯联络器、定距离发射、距离判别、微加速度计、加速度/速度转换、语音报警、LED显示等电路组成;具有司机对话,刹车预警,车距控制,实时传输车辆状态信息,对速度、速差、加减速、超车、会车、停车、撞车等通讯显示及语音报警,沟通移动车辆与现代通讯等多项功能,特别对夜间或雨雪、大雾、砂尘天气减少追尾和碰撞、雾里导航和反劫盗具有显著作用;适用于车辆交通事故预防和救援、社区泊车防范和构建各种智能交通系统的前端平台。 
     本项目特立独行将先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有效地、综合地运用于整个交通运输管理体系,而建立起的一种在大范围内,全方位发挥作用的,实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。它是由V2V(Vehicle-to-Vehicle:车辆间)与 V2I(Vehicle-to-Infrastructure:车路间)系统所组成的,通过系统集成将道路、驾驶员和车辆三者有机地结合。在成百上千辆车之间做到把正确的数据在正确的时间传送到正确的汽车上,让汽车能够预知即将到来的碰撞,然后自动采取措施阻止相撞,实现“不会相撞的汽车”。其核心技术是申请号为ZL200510027116.5的发明专利,该发明荣获2005年第十九届上海市优秀发明选拔赛优秀发明奖。 
     本项目涉及的车辆通讯是车辆之间不需要通过第三者的直接通讯,而不是现有技术中诸如汽车电话之类的即需要通过第三者(例如移动通讯基站或GPS卫星或网络等)所进行的间接通讯。尽管现代通讯很发达,但是目前车辆之间还不能直接通讯,这是为什么?现有的通讯技术不论是对讲机,还是利用通讯交换机、移动通讯基站、GPS卫星或者网站的间接通讯,都必须具备一个条件:至少有一方事先知道对方的通讯联络码(例如电话号码、或信道编码、或通讯密码、或网址等)才能进行有选择的通讯。什么是通讯联络?以打电话为例,拨电话号码(接上关系)谓之联络,之后接通通话谓之通讯;通讯联络包括产生通讯联络码和分配对应的信道两个过程。通讯联络码是供人机对话用的,信道是机器内部传输用的,信道和通讯联络码存在对应关系,只要能输入通讯联络码,通讯装置就能自动将其转换成通讯信道。 
     现有的通讯是按照人的主观愿意选择对象的通讯,对象是事先确定的,对象的通讯联络码是通讯前就事先知道的,所以是“预见性”通讯;而在车-车通讯中彼此陌生,随机相处,和谁通讯、不和谁通讯是由车辆、道路客观现状决定的,对象是随机动态变化的,遇到谁就是谁,通讯前没法知道对象的通讯联络码,所以是“遇见性”通讯。 
     车-车通讯目前还是个世界难题,其难度用打电话做比喻,好比彼此两个陌生的人分别坐在前、后行驶的两辆车中,要在互相不知道对方电话号码的情况下打通电话一样困难。不知道对方通讯联络码,这就是目前车辆之间还不能直接通讯的症结所在,车-车通讯问题的关键在联络,即接上关系,在于如何快速获得对象的通讯联络码。
     因为车辆间的通信需要在极短时间内完成数据通信,间接通讯要通过第三者-固定基础设施 (基站和路由设备) 的支援,测距时间过长,不能满足车辆防撞这种实时性要求很高的场合;利用移动通讯基站或GPS卫星覆盖成本高昂,带宽有限,而且GPS系统的信号由于障碍物或恶劣的天气被阻断,而产生死区;车辆之间实时通讯又由于全程监控,使用时间长,长期占用通道,一是不容许,二是使用费太高。 
     采用网络和网络协议来通讯,通常是通过查询和寻呼来完成连接,查询过程用于获得设备的地址,寻呼过程用于建立同步,对多车道,道路类型复杂,车辆密集的通讯对象随时随地都会瞬间变化的场合,因为汽车驾驶的过程中,网路拓扑随时在改变,用于查询时间会很长,甚至超过通过第三者间接通讯需要的时间。采用多跳Ad-Hoc网络,在车辆动态变化的环境中,在同一覆盖区域中的多个移动节点通信内,这种机制会引起节点隐藏和暴露问题;如果遇到紧急情况,则要求在路由变化的过程中,将紧急情况的信息发送到后面相关车辆,因此,要求当车辆位置发生变化后,在极短的时间内建立好通信路由,并建立通信过程,因路由建立时间较长,所以也不适用于高速运动车辆间的信息传递。 
     对道路和车辆行驶的长期观察,车辆之间不能直接通讯原因是道路和车辆行驶错综复杂,处于无序状态,无规律可言,通过将车辆和道路作为一个有机整体来分析研究,发现了在需要直接通讯的车辆之间是存在着依靠车道来联系的这一内在规律,车辆通信与道路的相关性很大,例如把道路分成几个车道,在1车道行驶的车辆,基本上只与1车道行驶的在其前后相邻的车辆通讯,很少与2车道行驶的车辆通讯,基本上不与3车道的车辆通讯;又例如距离很近的两辆车未必会碰撞,因为它们是两股道上跑的车,距离看似较远的两辆车确存在碰撞的危险,因为它们是在一股道上相对跑的车,这种基于道路的位置关系是GPS系统提供不了的。通讯车辆虽然彼此陌生,随机相处,但是有共同彼此关注的安全话题,车辆通讯的目的是为了安全行车,通讯的内容也是涉及安全的领域,无线通讯是广播式通讯,车辆之间直接通讯如何让应该听的听到,不应该听到的听不到了,这也是本项目要解决的课题。 
     本项目从研究通讯信道和行驶道路相关性出发,对道路数字化处理,采用体现道路特征的行驶方位、公路类型和行驶车道三个参数组成通讯联络码,再将通讯联络码转换成信道的车-车通讯装置及其通讯联络的方法。解决了车辆直接通讯中快速获取通讯联络码这个瓶颈问题;并且采用定向天线和控制发射距离,进一步提高了选择性,‘在成百上千辆车之间把正确的数据在正确的时间传送到正确的汽车上’。这就是本发明新颖性、创造性关键所在。 
    采取同样的设计理念设计了路边通讯装置和系统及其通讯联络的方法。完成了移动车辆与道路通讯基础设施的直接通讯,构建了移动车辆与现代通讯网络的直接沟通,这是本发明又一大创新亮点。 
     本项目核心价值在于(1)能为车主带来生命和财产双重安全,避免或防止交通事故和反劫车、防盗车,保障国家财产和人民生命,于国于民具有很高的社会效益 。对驾乘人员而言,还有什么比生命、财产安全更具价值?(2)能为实施本项目的生产企业提高核心竞争力,带来巨大的经济效益。汽车市场的竞争,其核心就是汽车电子化的竞争,提高汽车安全性是汽车业永恒的主题。(3)能提高道路利用率,提高社会公共安全,安全是交通运输的生命,保障交通运输安全是实现我国交通现代化的最重要的指标之一。同时,交通安全是社会公共安全的重要组成部分,直接影响国家经济发展和社会稳定。 
     本项目具有前瞻性、构思新颖、结构简单、起点高、技术先进、品质优、成本低、性价比高、集成度高、可靠性高、抗冲击性高、标准化水平高,还具有节能、环保、寿命长、适用范围广、扩展性强、市场巨大、投资风险低等特点,属国内首创,国际领先的水平。与现有技术相比,特点和优越性表现在: 
     1.传承指南针这一中国古代发明之文明,开拓电子指南针用于道路的数字化,实现移动车辆直接通讯的先河,突破了长期渴望解决的车-车和车?路直接通讯瓶颈,其中,在车辆通信与道路的相关性中用指南针自动化确定行驶方位起了关键作用,实现了车-车、车?路通讯,将移动的车辆与车辆、移动的车辆与固定的现有通讯网络,将车辆和道路有机地统一起来,构成了全新意义的、有别于现有通讯技术的新通讯技术。为采用通讯网络、计算机、自动控制等技术进入道路交通领域,开辟了低成本,高性能的新途径,起到穿针引线、奠定基础的作用。 
     2.本项目站在ITS智能交通系统的高度,以信息通讯技术使人、车、路三者紧密协调、和谐统一,用车辆和道路的IT化(装备信息系统),架构车辆与外部交换信息的桥梁,创立了大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的事故避免、事故预防和事故紧急救援三位一体的安全预警机制。安全是交通运输的永恒主题,保障交通运输安全是实现我国交通现代化的最重要的指标之一。交通安全是社会公共安全的重要组成部分,直接影响国家经济发展和社会稳定。它能避免和防止交通事故,保障国家财产和人民生命安全,还能提高运输能力和效率,减少汽车因待速增加排放带来的环境污染,于国于民具有很高的社会效益和经济效益。用本项目组成的各种ITS智能交通系统同现有技术相比具有成本低,反应快的显著特点。 
     3.本项目核心价值就在于能为车主带来生命和财产双重安全保险。避免和防止交通事故,避免和防止车辆的偷劫。对驾乘人员而言,还有什么比生命、财产安全更具价值?本项目用途广泛,通过车-车通讯、车-路通讯,与现有技术组合,实现一机多能,统一用一个平台(物理层、链路层基本相同),通过用功能模块组合方式完成不同应用层,实现现有ITS智能交通系统需要多个平台才能完成的例如车辆识别、不停车道路收费、车辆管理、应急车辆辅助、商用车辆辅助、公交车辆辅助、路况信息提供、交通信息采集、道路信号控制等等任务。从而节省了大量重复投资费用。 
     4. 本项目用于高速公路的安全预警和事故紧急救援系统可以在小范围取代GPS,与GPS相比,速度快是本发明系统的特点,特别是因为利用移动通讯基站或GPS的间接通讯要通过第三者,测距时间过长,不能满足用于防撞的车辆状态遥控遥测这种实时性要求很高的场合和事故紧急救援系统;本发明系统使用GPRS100无线高速远传MODEM,因它永远在线, 不延时、所以速度快, 事故紧急救援系统,时间就是生命,抢一分钟意味着每年可多营救3000人的生命。本项目具有GPS无法比拟的经济性。利用移动通讯基站或GPS卫星覆盖成本高昂,带宽有限,使用费太高。本发明系统是分布式通讯,设备价格低廉,运行成本低,比如使用GPRS100无线高速远传MODEM,按照数据流量收费,所以费用少。 
     5.本项目用于公交线路的公交报站系统,在小范围取代GPS,克服GPS系统的信号由于障碍物或恶劣的天气被阻断,而产生死区的问题;具有经济、灵活、快速组网,自成一体、克服了现有无线联网有“盲区”、信道阻塞的缺点,范围可大可小,不必非要电子地图,省去了布线,节省了资金和时间,提高了效率;它很容易实现高速远传,与各种有线/无线网络连接。在大范围内与GPS、 GIS相辅相成,相得益彰。 
     6.本项目通过采用通讯测距、定距离发射和距离判别技术,既解决了车辆之间直接通讯中的防干扰问题,又解决了安全距离预警的问题,在传递车辆状态信息(刹车、减速、速度等信号)的同时附加安全距离信息,信号的内涵是车辆状态信息,而信号的外部特征强度是距离信息,一石二鸟,和无线电、激光、超声波测距雷达相比,花钱极少或至于不花钱。 
     7.本项目采用高性能、低成本的MEMS微加速度计,作为车辆状态自动检测的传感器件,制作‘LED智能信号灯’和‘无线智能喇叭’,可为后方驾驶员赢得了0.8?1秒的刹车准备时间;解决了 ‘紧急刹车预警’百年世界难题,能像跑步比赛发‘预备?跑’口令那样,提前发出使前、后车辆同步刹车的‘预备?刹车’口令信号,驾驶员接到‘预备口令’,必须立即把脚从油门踏板移到刹车踏板上,做好踩刹车踏板准备。一旦出现 ‘刹车口令’,后方车辆驾驶员就几乎可在第一时间与前方车辆驾驶员同时踩下刹车。精心设计微加速度计的功能,使其在全方位、全时间、多用途上充分发挥效能,只花一个传感器的成本,得到多个传感器的功能,取得了非常高的性能价格比,取得了预想不到的技术效果。 
     8. 本项目采用微加速度计与加速度/速度转换器测量车速,实现了车辆状态全面测量,既可测加速度,实现减速、急刹车、缓刹车等显示报警,又可测速度,实现速度显示、超速限报警(高于或低于速度限制报警),超速差报警,同定距离发射结合,还有安全距离预警作用,这些现有技术是没有的,并且安装方便,克服了现有技术长期以来用转速传感器测速度的弊端,需要对车辆中的齿轮或转轴进行感应,依赖于车辆结构,不能独立于车辆,只能安装式测量,不能便携式测量、测速不准确,与车轮轮胎大小和磨损有关,导致每一种车辆车速校验都需要化费长时间道路试验,严重缺乏通用性;安装调试麻烦,出厂后新添速度设备更困难。 
     9.本项目创造采用遥测技术与多媒体技术结合,实现驾驶室内听/视觉报警和安全距离预警,事故避免技术和事故预防技术相辅相成,在高速公路上以安全距离预警为主,在市区公路上以危险信号报警为主,其它公路上兼而有之,取得一加一大于二效果。克服了现有技术单打一,只有危险信号报警或者只有安全距离预警,而不能适应不同道路的弊端,只要正确使用车辆通讯装置,就可以避免追尾,杜绝多车追尾事故,特别是在夜间或雨雪、大雾、砂尘等天气,‘让汽车能够预知即将到来的碰撞,然后自动采取措施阻止相撞’,效果显著。 
     10. 本项目采用将无序的道路有序化、数字化、信息化,使地理信息电子地图分散到各个路边通讯装置上,比较好解决国家信息安全与实际需要使用的矛盾,以及电子地图地广面大,制作信息量大,成本高,具体实际使用信息量小的矛盾。 
     11.本项目采用方向可控制天线,结合通讯联络的方法,克服了长期渴望解决会车、超车、刹车等信号准确地传递的困难,提高行车安全性和系统抗干扰能力。 
     12. 本项目解决了大雾天路边通讯装置指南针道路导航、前车指南针领航、前后车超速差报警、安全距离预警、危险预警、自动刹车和事故求援六大问题,解决大雾天关闭高速公路造成的巨大经济损失和对社会、对人民生活带来的恶劣影响,这是至今世界上未曾解决的难题。 
     13. 本项目用于社区或停车场的车辆监控系统,具有设备成本和运行成本都很低,不扰民,规模可大可小,组网灵活、自成一体、不受外界影响,克服现有无线联网有“盲区”、信道阻塞的缺点,地下室和建筑群中都可以使用,很适合目前我国的停车环境,既可以密码锁车,又可以在不惊动盗贼的情况下,通知保安全人员和车主,对铲车铲走、拖动等整车型偷盗或拆卸轮胎等破坏型偷盗或触动车辆通讯装置,都能报警。省去了布线,节省了资金和时间,提高了效率;它很容易实现高速远传,与各种有线/无线网络连接。 
     14.本项目属于集成创新性发明专利,集中融合了微电子机械系统(MEMS)微加速度计、电子指南针、RF射频收发器、数字语音通讯电路、语音报警和微处理器等相关高新技术,技术含量很高,附加值很高,全部使用汽车标准化器件,有利于大规模批量生产和维修,系统功能设计采用积木式结构,便于产品系列化和配套。同时因为零部件都是可以大批量生产的,所以价格很低,性价比很高,在整机上又采用一机多能,从设计上保证了物超所值的市场竞争力,和作为全球汽车标准配置的低价格,本发明适应群体使用,具有使用越广泛,性能越完美的特征,所以提高性价比永远是第一位的。因为只有低价位高性能的产品,才能普及,也只有普及才能进一步低成本,带来更加广泛的使用,形成良性循环。 
     15. 现有的汽车安全分为主动安全和被动安全两种,主动安全是指汽车防止发生事故的能力,主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等,被动安全是指在万一发生事故的情况下,汽车保护乘员的能力,目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统等。 
    本项目采用安全新技术,它遵循智能交通系统的理念,按照“以人为本,人车路结合,预防为主”的指导思想,采用先进的信息通信技术以及计算机,自动控制系统集成等技术,以直接的车-车通讯和车-路通讯,即车载通讯系统与道路通讯基础设施的协调合作为出发点,进行主动性、预防性安全技术与设备的研究开发,为道路使用者提供先进的辅助安全技术产品服务,从而为我国的道路交通安全问题提供有中国特点先进的解决方案。 
     16. 本发明属于基础性发明专利,从根本上解决了现有车辆落后的通讯技术与高速行驶的现代汽车不能适应的矛盾,由此可以产生有别于现有ITS的专利群,进一步组织挖掘有望成为有中国特色的 ITS标准的主要组成部分之一。当今世界谁拥有标准,谁就占领市场,标准的基础是市场,是自主知识产权,中国拥有巨大的市场,这是我国的标准成为国际标准或事实标准的得天独厚的条件。 
     市场分析: 
     我国现在每年公路建设的投资超过3000亿元,城市基础设施和交通管理系统也在大规模建设,应很好地利用这个条件,加大急需的和市场规模大的产品技术标准制定的工作力度,目前市场形势是:我国高速公路总里程居世界第二,随着我国私人小汽车的快速增长,交通部制定了《国家高速公路网规划》,到2020年,我国高速公路网将要达到8.2万公里,可以覆盖10多亿人口,接近高速公路世界第一美国8.8万公里的规模。中国机动车保有量已达到1.528亿辆,是世界第一大汽车潜在市场,世界第二大汽车消费国,世界第三大汽车生产国,也是世界交通事故发生率最高的国家.本项目拥有非常巨大的市场,仅仅车辆通讯装置一项就拥有3000亿的国内潜在市场,国际市场更大。 
     在我国推广使用车辆通讯装置、路边通讯装置和系统,每年可以减少车祸死亡人数约5万,减少伤残人数约30万,减少直接经济损失约200亿人民币,减少间接经济损失更加巨大。并且大大缓解城市交通堵塞,节约能源,减少空气污染。从而彻底改变我国交通事故发生率高的落后局面,大步进入交通事业最先进的国家行列,实现汽车相撞事故零发生率。 
     从汽车市场看,涉及到汽车动力和控制的核心部分基本上由境外商控制,中国企业很难介入,而娱乐、车身控制和安全系统则存在极大发展空间。提高汽车安全性成为汽车业面临的最大课题之一,未来汽车安全系统将开辟汽车电子的新市场。汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的市场之一,大部分用户在购车时认为首先考虑的问题是汽车的安全性。 
     IST智能交通是国民经济中朝阳产业,本项目是热门中的热门,市场前景无限,社会效益和经济效益都十分看好,是当下最能有效避免车辆碰撞和追尾事故的成本最低、效果最为显著、系统实施最为方便、节能环保的车辆交通安全预警和防劫盗产品;是市场巨大而风险较小、较易介入的汽车电子投资项目;适合汽车生产厂和大多数的电子企业,以及汽车保险的投资企业。 
     本项目使用了成熟技术可以很快形成一个新兴ITS产业,新的经济增长点,适应新市场,带动地方经济发展,帮助政府解决增加税收,增加劳动就业两大主要问题。所以一定可望得到当地政府有关部门重视、支持和扶植,建立以自主知识产权为基础的标准和标准体系,为有中国特色的 ITS产业架桥铺路。 
     应用领域:适用各种ITS智能交通系统;例如,汽车安全行驶和防盗系统、高速公路的安全预警和事故紧急救援系统、大雾路边通讯导航系统、社区或停车场的车辆监控系统、城市智能公交系统、车辆识别系统、燃油税务系统、交通警务系统、道路银行系统、不停车道路收费、加油站自动收费、车辆管理、应急车辆辅助、商用车辆辅助、公交车辆辅助、路况信息提供、交通信息采集、道路信号控制等,以及无线智能信号灯,车载无线智能喇叭,警用路车对讲机,车载驾驶员对讲机,汽车直接电话等开拓性新颖的汽车电子系列产品。 
       
     转让/合作方式:产权转让 / 授权使用 / 技术入股 / 股权加现金 具体面议 
       
     发明人 龚立新(高级电子工程师) 
联系方式:0519-86624541

主办:潮州市生产力促进中心