《物联网应用基础》课件 第四章-智慧交通系统中的关键技术

第四章智慧交通系统中的关键技术《物联网应用基础》1背景概述2图像识别技术本章要点45智慧交通中的物联网案例蓝牙技术与网络3全球定位系统GPS4.1背景概述4.1.1我国道路交通系统面临的挑战目前的道路交通系统主要面临以下几个问题：

（1）汽车车速慢、路网运行效率低（2）汽车能耗高、尾气排放量大（3）交通安全事故发生频率高面对这些交通运输系统带来的拥堵、能耗、污染以及安全问题，简单地通过限制车辆增加或增大路网覆盖率，是远远不够的。解决复杂的交通运输问题，必须将道路、车辆、出行者作为一个有机的整体加以考虑，利用系统工程的方法改造传统的交通运输系统，寻找实现交通系统优化的方案。面对机动化水平提高带来的交通拥堵和道路安全等问题，世界各国政府和交通专家都开始了研究电子通信技术在交通领域的应用，形成了早期的智慧交通系统。发达国家纷纷认识到，将电子通信技术和信息技术引入到交通领域应用中，不但有助于缓解交通拥堵的问题，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、高速公路收费系统等方面都将产生巨大的影响。ITS作为现代交通运输发展的趋势，在全球交通发展中正扮演着越来越重要的角色。4.1.2智慧交通与互联网技术作为未来交通系统发展的大趋势，国家对发展智慧交通产业高度重视，各相关部门都采取了多种措施予以积极推动，提出将智慧交通作为我国未来交通运输领域发展的重要方向和优先领域予以支持。4.1.3智慧交通的市场前景巨大的市场面前，众多互联网企业、金融、科技企业纷纷抢滩入驻，并且在头部已经诞生了几家巨头，如阿里、腾讯、百度、华为、平安、高德等。在国家政策的大力支持，以及社会需求、技术的大力推动下，近年来我国智慧交通行业发展迅速。4.1.3智慧交通的市场前景4.1.3智慧交通的市场前景4.2.图像识别技术4.2.1概述图像识别技术是人工智能的一个重要领域。它是指对图像进行对象识别，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。（1）技术发展：图像识别技术是人工智能的一个重要领域。为了编制模拟人类图像识别活动的计算机程序，人们提出了不同的图像识别模型。模式识别包括两个阶段，即学习阶段和实现阶段，前者是对样本进行特征选择，寻找分类的规律，后者是根据分类规律对未知样本集进行分类和识别。图像识别技术是人工智能的一个重要领域。它是指对图像进行对象识别，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。（2）基本过程：信息的获取——>预处理——>特征抽取和选择——>分类器设计——>分类决策4.2.1概述（3）主要应用领域：

图像识别技术是立体视觉、运动分析、数据融合等实用技术的基础，在导航、地图与地形配准、自然资源分析、天气预报、环境监测、生理病变研究等许多领域有重要的应用价值：

遥感图像识别、通讯领域的应用、军事、公安刑侦等领域的应用、生物医学图像识别、机器视觉领域的应用。

4.2.1概述

OCR（OpticalCharacterRecognition，光学字符识别）是指电子设备（例如扫描仪或数码相机）检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。

OCR系统性能好坏的主要指标有：拒识率、误识率、识别速度、用户界面的友好性，产品的稳定性，易用性及可行性等。4.2.2光学字符识别（1）发展简史OCR的概念是在1929年由德国科学家Tausheck最先提出来的，后来美国科学家Handel也提出了利用技术对文字进行识别的想法。早在60、70年代，世界各国就开始有OCR的研究，而研究的初期，多以文字的识别方法研究为主，且识别的文字仅为0至9的数字。20世纪70年代初，日本的学者开始研究汉字识别，并做了大量的工作。到1986年，我国提出“863”高新科技研究计划，汉字识别的研究进入一个实质性的阶段。4.2.2光学字符识别（2）软件结构OCR软件主要是由下面几个部分组成：1）图像输入、预处理2）二值化3）噪声去除4）倾斜较正5）版面分析6）字符切割7）字符识别8）版面恢复9）后处理、校对（3）工作流程从影像到结果输出，须经过影像输入、影像前处理、文字特征抽取、对比识别、最后经人工校正将认错的文字更正，将结果输出。4.2.2光学字符识别

车牌识别系统是计算机视频图像识别技术在车辆牌照识别中的一种应用。车牌识别系统是指能够检测到受监控路面的车辆并自动提取车辆牌照信息（含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及号牌颜色）进行处理的技术。牌照自动识别技术可以在汽车不作任何改动的情况下实现汽车“身份”的自动登记及验证，这项技术已经应用于公路收费、停车管理、称重系统、交通诱导、交通执法、公路稽查、车辆调度、车辆检测等各种场合。4.2.3车牌识别系统（1）车牌识别系统的应用：1）监测报警

2）超速违章处罚

3）车辆出入管理4）自动放行5）高速公路收费管理6）计算车辆旅行时间7）牌照号码自动登记4.2.3车牌识别系统（2）识别原理：1）识别流程：当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。车牌识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后组成牌照号码输出。2）车辆检测：车辆检测可以采用埋地线圈检测、红外检测、雷达检测技术、视频检测等多种方式。可以避免破坏路面、不必附加外部检测设备、不需矫正触发位置、节省开支，而且更适合移动式、便携式应用的要求。4.2.3车牌识别系统3）号码识别：

①牌照定位②牌照字符分割③牌照字符识别方法（3）技术路线：国际ITS通行的两条主流技术路线是自然光和红外光图像采集识别。自然光和红外光不会对人体产生不良的心理影响，也不会对环境产生新的电子污染，属于绿色环保技术。4.2.3车牌识别系统（4）触发方式

车牌识别系统有两种触发方式，一种是外设触发，另一种是视频触发。（5）识别方法1）间接法2）直接法：①图像处理技术

②统模式识别技术③人工神经网络技术4.2.3车牌识别系统4.3.1概述

GPS是美国从20世纪70年代开始研制，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。（1）全球定位系统的发明：

20世纪70年代，美国国防部为了给陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并进行情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，开始研制“导航卫星定时和测距全球定位系统”，简称全球定位系统。4.3GPS（2）全球定位系统的发展历史：

GPS是指利用GPS卫星，向全球各地全天候、实时性地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。GPS的前身是1958年美国军方研制的一种子午仪（Transit）卫星定位系统。（3）定位原理：

GPS定位包括伪距单点定位、载波相位定位和实时差分定位。4.3.1概述4.3GPS4.3.2GPS的组成部分

全球定位系统由以下三个部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。GPS卫星可分为试验卫星和工作卫星两类。4.3.3GPS的特点（1）全球，全天候连续不断的导航定位能力（2）实时导航，定位精度高，观测时间短（3）测站无需通视（4）可提供全球统一的三维地心坐标（5）仪器操作简便（6）抗干扰能力强、保密性好（7）功能多、应用广泛4.3GPS

中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。4.3.4北斗卫星导航系统（1）系统标志创意说明北斗卫星导航系统标志由正圆形、写意的太极阴阳鱼、北斗星、网格化地球和中英文文字等要素组成，如图4-6所示。圆形构型象征中国传统文化中的“圆满”，深蓝色的太空和浅蓝色的地球代表航天事业。太极阴阳鱼蕴含了中国传统文化。4.3.4北斗卫星导航系统（2）北斗系统建设第一步，建设北斗一号系统。第二步，建设北斗二号系统。第三步，建设北斗三号系统。4.3.4北斗卫星导航系统（3）北斗应用与产业化1）基础产品及设施北斗基础产品已实现自主可控，国产北斗芯片、模块等关键技术全面突破，性能指标与国际同类产品相当。2）行业及区域应用北斗系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信系统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，融入国家核心基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。3）大众应用北斗系统大众服务发展前景广阔。基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。4.3.4北斗卫星导航系统4.4蓝牙技术与网络4.4.1概述蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。4.4.2蓝牙的特点蓝牙技术的特点：（1）全球范围适用（2）可同时传输语音和数据（3）可以建立临时性的对等连接（4）ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。蓝牙技术规范的目的是使符合该规范的各种应用之间能够实现互操作，互操作的远端设备需要使用相同的协议栈，不同的应用需要不同的协议栈。但是，所有的应用都要使用蓝牙技术规范的数据链路层和物理层。蓝牙协议栈的体系结构由底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三部分组成。4.4.3蓝牙协议栈（1）底层硬件模块它包括链路管理协议（LinkManagementProtocol,LMP）、基带（BaseBand,BB）、射频（RadioFrequency,RF）等三部分。

（2）中间协议层它由逻辑链路控制和适配协议、服务发现协议、串口仿真协议（或称线缆替换协议RF-COMM）、二进制电话控制协议等构成。4.4.3蓝牙协议栈4.4.4蓝牙应用模式

（1）文件传输模式文件传输的目的是使两个终端之间的数据交换成为可能。

（2）因特网网桥模式文种用户模式可通过手机或无线调制解调器向PC提供拨号入网和收发传真的功能。4.4.4蓝牙应用模式（3）头戴式设备模式使用该模式，用户打电话时可自由移动。

（4）蓝牙手机模式蓝牙手机可接入公用电话网与其他座机或手机通话，也可在基站内使用。4.4.4蓝牙应用模式（5）局域网访问模式无线接入过程类以于拨号接入。

（6）个人资料管理模式常见的个人资料管理有电话簿记录查询、日历、任务通知和名片的输入及更新，传送的协议或格式由收发双方共同确认。4.4.4蓝牙应用模式（7）数据同步模式数据同步模式提供设备到设备的个人资料管理（PIM）的同步更新功能，其典型应用如电话簿、日历、通知和记录等。4.4.4蓝牙应用模式4.4智慧交通中的物联网案例4.5.1区域交通控制系统传统的交通控制方法主要包括定时控制、多时段控制、感应或半感应控制、绿波带控制和区域静态控制。以上几种区城交通控制方案基本都是离线控制，方法简单、可靠，但不能及时响应交通流的随机变化。真正的智慧交通控制系统将不仅仅是一个实现反馈控制的信号控制系统，而是转变为以交通诱导为主从而实现真正的智能交互。（1）城市交通出行诱导系统：

依托物联网强大的交通状态感知和处理技术，通过实时采集城市道路交通流量、可用停车位等数据，持续进行建模和分析，并实时分析路网交通状态和交通事件，向出行者提供实时交通信息和路径引导信息。通过诱导出行者的出行行为来改善道路交通状况，实现交通流路网交通流的均衡分配。4.5.2动态交通信息服务一个典型的城市交通综合诱导系统：4.5.2动态交通信息服务（1）城市交通出行诱导系统：

交通诱导信息主要包括车辆速度和旅行时间，一般通过可变信息板、用户移动终端和互联网等方式进行分布。4.5.2动态交通信息服务（2）智能停车诱导系统：

通过引入物联网技术实时采集停车场的车位信息，将结果融合后发布给驾驶者，以构建智能停车系统。作为城市智慧交通的组成部分它能合理地安排停车，提高停车设施泊位利用率，促使停车设施利用均衡化，减少驾驶者寻找停车泊位的时间消耗，从而减少市中心为停车而附加的交通量。4.5.2动态交通信息服务

电子收费系统（ElectronicTollCollection,ETC）是物联网技术在道路收费中的应用。通过在车辆上安装具有身份标识的标签，在收费口安装对应的通信和计费装置通过自动识别通信车辆并使用电子货币结算实现了道路不停车收费。（1）高速公路电子收费系统：4.5.3道路电子收费系统整个ETC电子收费运行过程如下：（1）用户前往发行安装部门申请安装车载装置，预缴通行费或设立事后付费账户，相应的信息被存入车载装置中，然后该车便可上路。（2）在进入收费站时，车辆按规定限速通过收费车道。路边装置识别车辆相关信息，并通过无线通信与车载单元双向通信来完成收费过程。（3）每次收费操作都需将收费操作的相关信息递交收费计算机，事后付款方式的收费数据将定时（或实时）递送给后台系统，以便生成转账清单向金融机构请求支付。4.5.3道路电子收费系统（2）新加坡的电子道路收费系统：新加坡开发了电子公路收费系统（ElectronicRoadPricing,ERP），针对高峰时段驶入中心商业区、高速公路和交通