運輸物聯(lián)網(wǎng)加入物理和信息高速公路

2021-04-30

運輸物聯(lián)網(wǎng)加入物理和信息高速公路

在過(guò)去的十年中，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為運輸行業(yè)的顛覆者，人們和貨物如何通過(guò)陸，海，空運輸。

物聯(lián)網(wǎng)設備的復雜網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的高度態(tài)勢感知以及通過(guò)云的無(wú)縫信息交換使新的運輸服務(wù)和應用成為可能。隨著(zhù)全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的增加，新的創(chuàng )新將進(jìn)一步改變運輸物聯(lián)網(wǎng)。

運輸物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在這里

當前存在幾種運輸物聯(lián)網(wǎng)部署，其中一些已經(jīng)存在多年了。電子收費或電子收費是交通運輸大規模物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的一個(gè)例子，每天有數百萬(wàn)人在全國和世界范圍內廣泛使用。最初部署時(shí)，電子收費系統始于簡(jiǎn)單的RFID讀卡器安裝在人類(lèi)收費員工作的相同收費廣場(chǎng)上。但是，隨著(zhù)時(shí)間的流逝和IoT技術(shù)的顯著(zhù)改善，電子收費已發(fā)展成為一種復雜的IoT網(wǎng)絡(luò )，能夠處理幾乎所有交通場(chǎng)景-例如高速旅行，州外車(chē)輛，缺少應答器-并最終取代了完全需要人工收費。盡管最新的電子收費IoT系統提供了增強的功能，但基于IoT的電子收費系統的基本要素仍然保持不變：各種傳感器，RFID應答器和讀取器以及攝像頭網(wǎng)絡(luò )，所有這些都不斷收集獨特的車(chē)輛識別信息實(shí)時(shí)數據

盡管電子收費示例突出了將IoT集成在運輸環(huán)境中以提供無(wú)縫，可靠和普遍存在的服務(wù)的功能和優(yōu)勢，但存在許多其他以運輸為中心的IoT示例。例如，公共交通網(wǎng)絡(luò )，例如地鐵系統和公交網(wǎng)絡(luò )，以及通過(guò)使用人行道中的感應環(huán)路和安裝在交通信號燈桿上的攝像頭網(wǎng)絡(luò )通過(guò)車(chē)輛感應來(lái)促進(jìn)高效交通流的自動(dòng)交叉路口。在所有這些示例中，交通運輸物聯(lián)網(wǎng)利用最新的嵌入式計算，連接和傳感技術(shù)可靠地共同執行多個(gè)并行任務(wù)，并支持網(wǎng)絡(luò )的總體目標。

運輸物聯(lián)網(wǎng)的下一步是什么？

鑒于在現實(shí)場(chǎng)景中部署的運輸IoT取得了成功，連接系統，嵌入式處理和傳感技術(shù)的新興功能暗示了從運輸IoT的未來(lái)中可以得到的收益。

在過(guò)去的二十年中，通信系統行業(yè)見(jiàn)證了爆炸性的增長(cháng)，尤其是隨著(zhù)蜂窩技術(shù)從2000年代初期的3G系統到如今的5G網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展。5G標準詳細介紹了IoT設備如何與彼此以及網(wǎng)絡(luò )的其余部分相互連接和集成，從而建立了往返于5G網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)IoT設備之間的無(wú)縫，無(wú)處不在的信息流。例如，通過(guò)稱(chēng)為車(chē)輛的車(chē)輛到萬(wàn)物的車(chē)輛物聯(lián)網(wǎng)通信架構（C-V2X），車(chē)輛可以在彼此之間以及與固定路邊單元之間形成分散的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，從而以最小的延遲快速進(jìn)行信息交換。對于無(wú)人駕駛汽車(chē)等應用，信息交換對于車(chē)輛的安全可靠運行至關(guān)重要，因為信息可為車(chē)輛提供足夠的態(tài)勢感知。

嵌入式計算平臺已演變?yōu)橐幌盗芯哂胁煌嬎隳芰?，形狀因數，重量，功耗和成本的不同技術(shù)選擇。一個(gè)主要的驅動(dòng)力是蜂窩產(chǎn)業(yè)，其中對消費品的巨大市場(chǎng)需求導致大規模生產(chǎn)智能手機。由于需求的原因，嵌入式設備已變得更加通用，功能強大，節能且便宜，并導致其在交通運輸等領(lǐng)域的廣泛使用。嵌入式計算發(fā)生在交通基礎設施的眾多元素中-包括交叉路口，道路和停車(chē)區。在交通網(wǎng)絡(luò )內本地執行的計算可以提高自動(dòng)化水平，從而產(chǎn)生智能交通，智能道路。

傳感技術(shù)可以轉換實(shí)際的物理現象（例如溫度），并將其轉換為嵌入式計算機可以處理的數字信息，然后通過(guò)蜂窩連接（例如5G）將結果發(fā)送到云。在傳感器的核心，設備將物理現象轉換為電能，然后由模數轉換器將其數字化為數字信息。盡管基礎沒(méi)有改變，但是進(jìn)步使得在物理世界和數字世界之間執行轉換的技術(shù)更能夠提供有關(guān)環(huán)境的高分辨率信息。在運輸物聯(lián)網(wǎng)，基于視覺(jué)或攝像頭的系統以及激光雷達的背景下由于他們有能力獲取有關(guān)環(huán)境的信息并提高態(tài)勢感知的水平，因此引起了關(guān)注。盡管這兩種技術(shù)都已經(jīng)存在了很長(cháng)一段時(shí)間，但最近的進(jìn)步已導致收集環(huán)境信息并將其轉換為數字形式的新功能。例如，調頻連續波激光雷達擴大了它可以檢測物體的條件。制造商將這兩種技術(shù)部署在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中，以獲取道路和自動(dòng)化應用（例如智能交叉路口和交通）中的實(shí)時(shí)態(tài)勢感知。流量控制。

影響運輸物聯(lián)網(wǎng)部署的挑戰

該行業(yè)必須充分應對一些新興的技術(shù)挑戰，以實(shí)現運輸等領(lǐng)域的未來(lái)增長(cháng)。使用完全相同的連接性，嵌入式和傳感技術(shù)直接帶來(lái)了許多挑戰，這些技術(shù)帶來(lái)了物聯(lián)網(wǎng)的重大創(chuàng )新。例如，許多用于運輸物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式計算系統容易受到網(wǎng)絡(luò )攻擊由于使用了輕量級或不存在的加密技術(shù)。盡管幾十年前網(wǎng)絡(luò )攻擊就不是問(wèn)題，但由于這些設備使用Wi-Fi，藍牙或5G與云和互聯(lián)網(wǎng)的連接性更高，因此它們的漏洞已大大增加，這可以提供對未經(jīng)授權的用戶(hù)或軟件程序的遠程訪(fǎng)問(wèn)。黑客可能會(huì )破壞車(chē)輛上的嵌入式計算設備，并用新代碼對其中一些設備進(jìn)行重新編程，以執行可能會(huì )影響車(chē)輛及其周?chē)藛T安全駕駛操作的動(dòng)作，例如協(xié)作式自適應巡航控制。

運輸物聯(lián)網(wǎng)還面臨著(zhù)足夠的無(wú)線(xiàn)頻譜來(lái)滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的連接性和更大帶寬需求的挑戰。2020年，該行業(yè)在確保增加頻譜帶寬以適應5G蜂窩服務(wù)需求方面取得了長(cháng)足進(jìn)步。隨著(zhù)公民寬帶無(wú)線(xiàn)電服務(wù)拍賣(mài)的近期完成以及將6 GHz頻段重新指定為無(wú)執照訪(fǎng)問(wèn)，出現了新的機遇，可以滿(mǎn)足社會(huì )不斷增長(cháng)的需求，以方便5G接入及其相關(guān)的數據速率。盡管這是頻譜的顯著(zhù)增加，但它不會(huì )立即影響5G C-V2X，后者仍被分配為受限的5.850-5.925 GHz頻帶。因此，當前的頻譜分配可能不足以支持大量的車(chē)輛或通信大量數據的車(chē)輛。這可能會(huì )對關(guān)鍵應用產(chǎn)生負面影響，例如無(wú)人駕駛汽車(chē)和智能交叉路口，在這些應用中，可靠，低延遲的無(wú)線(xiàn)頻譜訪(fǎng)問(wèn)勢在必行，以支持實(shí)時(shí)態(tài)勢感知。

運輸物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)機會(huì )

盡管交通運輸物聯(lián)網(wǎng)面臨挑戰-例如網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題和頻譜訪(fǎng)問(wèn)不足-但它可能會(huì )改變游戲規則，尤其是在與人為駕駛的車(chē)輛一起在公共道路上大規模部署自動(dòng)駕駛汽車(chē)的情況下。從個(gè)人無(wú)人駕駛汽車(chē)的角度出發(fā)，鑒于情況感知的范圍有限，因此運輸物聯(lián)網(wǎng)可以為車(chē)輛提供第六種感覺(jué)。物聯(lián)網(wǎng)設備從道路上的分布式視角向車(chē)輛提供附加的環(huán)境信息，它們可用于執行與現實(shí)更緊密相關(guān)的動(dòng)作。

未來(lái)運輸物聯(lián)網(wǎng)的另一個(gè)應用是實(shí)現智能道路，該道路可執行智能交通流量控制，旨在降低排放量和溫室氣體。某些駕駛行為比其他駕駛行為更省油。同樣，如果車(chē)輛可以彼此足夠近地操作，則它們可以開(kāi)始利用彼此的空氣動(dòng)力學(xué)特性來(lái)最大程度地減少空氣阻力并消耗更少的燃料。智能地調整一段道路的交通流量，以最大程度地減少潛在的交通擁堵和其他影響有效交通的障礙，這意味著(zhù)可以減少在道路上花費的時(shí)間并減少油耗。