运输管理课件第九章 智慧运输

运输管理第九章

智慧运输

智慧运输概述第一节23一、智慧运输概述（一）智慧运输概念运输是我国现代物流体系建设的重要基础和关键环节。智慧运输就是要实现云计算、大数据、物联网、移动互联网、区块链、人工智能等新一代信息技术与物流运输有效融合。实现智慧运输，可以大大降低各个行业的运输成本，提高运输效率，提升整个物流行业的智慧化和自动化水平。4（二）智能运输与智慧运输1.智能运输与智慧运输的联系智慧运输和智能运输都是运用信息和通信等多种先进技术在道路运输方面进行运用的产物。两者在关键技术、建设内容和应用目标等方面包含较多共同部分。2.智能交通和智慧交通的区别01020304核心不同目标不同定义不同本质不同5二、物联网技术（一）物联网的概念物联网（TheInternetofThings，简称IOT）是指通过射频识别扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。包含两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网应该具备三个特征：一是全面感知，即利用无线射频技术、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时、准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制。6（二）物联网的组成物联网的体系结构可以分为感知层，网络层和应用层三个层次。1.感知层感知层是物联网发展和应用的基础，包括传感器或读卡器等数据采集设备、数据接入到网关之前的传感器网络。感知层以RFID、传感与控制、短距离无线通信等为主要技术，其任务是识别物体和采集系统中的相关信息，从而实现对“物”的认识与感知。2.网络层网络层是建立在现有通信网络和互联网基础之上的融合网络，网络层通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连，其主要任务是通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现信息的传输、初步处理、分类、聚合等，用于沟通感知层和应用层。目前我国通信设备和运营商实力较强，是我国互联网技术领域最成熟的部分。3.应用层应用层是将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的。物联网的应用可分为控制型、查询型、管理型和扫描型等，可通过现有的手机、电脑等终端实现广泛的智能化应用解决方案。7（三）物联网技术在智慧运输中的作用1.货物运输跟踪2.降低运输风险3.降低运输成本8三、大数据技术（一）大数据技术的含义大数据技术是以数据为本质的新一代革命性的信息技术，在数据挖潜过程中，能够带动理念、模式、技术及应用实践的创新。大数据（BigData），是指无法在可承受的时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合。在维克托·迈尔-舍恩伯格及肯尼斯·库克耶编写的《大数据时代》中大数据指不用随机分析法（抽样调查）这样的捷径，而采用所有数据进行分析处理。“大数据”研究机构Gartner给出了这样的定义。“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。9（二）大数据技术的特征海量的数据规模数据类型多样0102快速的数据流转价值密度低030410（二）大数据技术在智慧运输中的作用1．提高智慧运输管理水平4.提高用户服务水平3.规避运输风险2．降低运输成本11四、智慧运输的关键技术1.RFID技术（1）RFID技术的基本原理射频识别技术

(RadioFrequencyIdentification，RFID)，是利用发射接收无线电射频信号，对物体进行远距离无接触方式和跟踪的一种高新技术。射频识别技术的基本原理是电磁理论，它的最主要特点是它的非接触式识别。一个典型的射频识别系统由电子标签（Tag）、读写器或阅读器（Reader）组成。阅读器用以产生发射无线电射频信号并接受由电子标签反射回来的无线电射频信号，经过处理后获得标签的数据信息。电子标签用以存储数字字母编码，当受无线电信号照射时，能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号，供阅读器处理识别。12（2）RFID技术的优点射频识别技术的优点突出体现在如下几个方面：02适应物体的高速移动，可以识别高速移动中的物体可穿过玻璃、布、皮、木等材料阅读无接触识别阅读距离远。射频识别技术的传送距离由许多因素决定，如传送频率，天线设计等识别速度快（输入12位数据速度只有0.3-0.5秒）抗恶劣环境工作能力强，可全天候工作01030405132.GPS技术（1）GPS技术的基本原理全球定位系统（GPS-GlobalPositioningSystem）。是由一系列卫星组成的，它们24小时提供高精度的世界范围的定位和导航信息。它是由24颗距地球12000公里高度的轨道运行的NAVSTARGPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置。GPS接收器同时收听3-12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。GPS接收器利用GPS卫星发送的信号确定卫星在太空中的位置，并根据无线电波传送的时间来计算它们之间的距离。等计算出至少3-4个卫星的相对位置后，GPS接收器就可以用三角学来算出自己的位置，每个GPS卫星都有4个高精度的原子钟，同时还有一个实时更新的数据库，记载着其他卫星的当下位置和运行轨迹。当GPS接收器确定了一个卫星的位置时，它可以下载其他所有卫星的位置信息，这有助于它更快地得到所需的其他卫星的信息。14（2）GPS技术的优点GPS问世以后，迅速在导航、定位领域得到广泛应用。与其他导航系统相比GPS具有一些明显的特点和优势。全球性。由于GPS卫星的分布合理，全球覆盖率达98%，在覆盖范围内的地球上任何地点均可连续同步观测至少4颗卫星。全天候。利用GPS进行观测测量可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等任何气候因素的影响。高精度。GPS可提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息，采用差分技术其定位精度可达到厘米级，授时精度达到20纳秒。高效率。随着GPS系统的不断完善和软件的不断更新，一般静态定位仅需几分钟；在流动站与基准站相距在15公里以内的差分定位中，流动站观测时间只需1-2分钟；完成一次快速的动态定位或测速仅需数秒钟。应用广泛。可用于与定位、导航、授时有关的所有应用，是继通信、互联网技术之后的第三大高科技应用技术。操作简便。GPS是单向测距的被动式定位，只要能接收到GPS信号就可进行定位，操作简便，同时GPS接收机的自动化程度越来越高，极大地减轻了测量的工作量和劳动强度。153.GIS技术（1）GIS技术的基本原理地理信息系统(GeographicInformationSystems，GIS)是一门集计算机科学、信息学、地理学等多种学科交叉的产物，是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。GIS是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、处理、分析、显示和描述的技术。其基本功能是将数据库，电子表格文件等表格型数据转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览，操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，显示对象包括人口，销售情况，运输线路以及其他内容。广泛应用于军事，自然资源管理，电力，电信，石油和天然气，城市规划，交通运输，环境监测和保护等领域。16（2）GIS技术的组成（1）硬件系统（2）软件系统（3）数据（4）人员（5）方法17（3）GIS技术与GPS技术的关系GIS和GPS在地理信息处理和分析中有很大的关系，但是他们之间又存在明显区别。首先，GIS是一种特定的十分重要的空间信息系统，而GPS全球定位系统是确定空间的一个点，是空间的一个坐标值。GIS是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。而GPS是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。最少需要其中3颗卫星，就能迅速确定在地球上的位置。其次GIS具有一定结构和功能，是一个完整的系统。GIS与其他系统不一样的地方在于它拥有空间信息，可以给予这些空间信息做地理分析，这是其他系统所做不到的。而GPS是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准。18GPS技术与GIS技术的区别

表9-1名称含义主要组成部分主要功能应用全球定位系统（GPS）借助卫星定位GPS卫星、GPS接收机、地面监控系统定位、导航可以精确定出静态物体或动态物体的地理坐标及高程。车载导航是最常见的GPS应用。地理信息系统（GIS）专门处理地理空间数据的系统地理数据、计算机硬件、软件、应用人员和应用模型对地理空间数据进行输入、管理、分析、查询等高德地图等就是运用了GIS技术，商业网点的选址，城市规划等都需要用到GIS，是一个十分综合的技术。虽然GIS和GPS存在很多区别，一个为模拟、一个为定位，但它们在地理信息处理和分析中有很大的关系。而GPS是GIS数据的重要来源，GPS提供了高精度的位置定位数据，GIS可以将这些位置数据与其他地理信息数据相结合，进行分析和处理。例如，通过GPS技术实时监控车辆位置信息，结合GIS中的运输网络布置、路况信息等，运用车辆线路模型、最短路径模型等模型，可以实现运输管理可视化，精准实施运输生产管理与决策。194.北斗卫星定位系统（1）北斗卫星定位系统概述中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)是由我国的研究机构独立进行研制的卫星通信定位系统，是继美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统之后的第三个较为成熟的卫星导航系统。自2000年开始，我国就开始进行了北斗导航系统的相关试验，于2017年11月5日发射了中国第三道导航卫星，标志着我国开始正式建造北斗全球卫星导航系统。

2018年12月26日，北斗三号基本系统开始提供全球服务。2019年9月，北斗系统正式向全球提供服务，在轨39颗卫星中包括21颗北斗三号卫星：有18颗运行于中圆轨道、1颗运行于地球静止轨道、2颗运行于倾斜地球同步轨道。2019年9月23日5时10分，在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第四十七、四十八颗北斗导航卫星。2019年11月5日凌晨1点43分，成功发射第49颗北斗导航卫星，北斗三号系统最后一颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星全部发射完毕，12月16日15时22分，在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射第五十二、五十三颗北斗导航卫星。至此，所有中圆地球轨道卫星全部发射完毕。2020年3月9日19时55分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第54颗导航卫星。20（2）北斗卫星定位系统组成北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

1.空间段。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。2.地面段。北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。3.用户段。北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度2-5米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。智慧运输在公路运输中应用第二节2122一、物联网在道路运输中的应用（一）RFID技术在道路运输中的应用1.在公路运输中应用RFID技术的必要性随着全国高速公路网络规划的逐步建成和完善，高速公路运输在综合运输体系和国民经济发展中起着越来越重要的作用。但是，高速公路运输体系所追求的快速、高效和安全，在很大程度上受各类事故和自然灾害等因素的影响和制约。例如，恶劣天气或汽车抛锚引起汽车追尾等事故所造成的损失越来越大，成为威胁人们生命及财产安全的重大隐患。因此，对高速公路车辆进行监测，及时发现各路段及关键点的车辆行驶异常情况并采取相应的应急措施，最大限度减少各类交通事故，是保证高速公路安全、舒适、快速运营的必要手段。232.RFID技术在公路运输管理上的具体应用（1）系统概述采用最大读写距离可达80米的读写器，具有极高的防冲突性，高速度，智能化。采用多种防冲突方案，可同时识别200个以上不同的射频识别卡，RFID的移动时速可达200公里以上，RFID与收发器之间可实现双向高速数据交换，使应用灵活，数据安全得到保证。由安装在车辆内携带的超级远距离电子标签、传输处理分站(含发射天线、接收天线、目标识别器)、数据传输接口、地面中心站软件组成。当携带标识卡的车辆通过传输处理分站区域时，标识卡立即发射出具有代表身份特征的射频信号，经目标识别器接收并通过传输处理分站发送到中心站。中心站接收来自传输处理分站上的编码信号，实现对车辆跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显刀历史数据、存储报表查询打印等功能，使管理人员能及时准确地查询各种信息，方便险情的及时提醒和实时处理，提高和优化高速公路的整体管理水平。路面车辆跟踪定位基站及管理系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、数字通信、无线识别技术等方面。24（2）系统原理及构成公路各分站设备的车辆信息采集处理板将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送;随身携带的标识卡进人高频的发射天线工作区域后被激活(未进入发射天线工作区域标识卡不工作)，同时将加密的载有目标识别码的信息经卡内高频发射模块发射出去;接收天线接收到标识卡发来的载波信号，经分站车辆信息采集处理板接收处理后，提取出目标识别码，并经车辆信息传输处理板送至计算机，完成预设的系统功能，从而实现车辆的自动化监控及管理。用一定数量的监测站点（读卡器）按一定间距（约160米）设立在高速公路上构成监控带。可以自动记录各站点通过车辆的编码和通过时间，从而确定车辆在任何时刻在路面所处的位置，便于查询。在事故发生时，能够实现事故的快速有效处理，系统构成如图9-1所示。图9-1道路运输的系统结构25（3）系统软件功能车辆运行安全管理系统软件功能可以实时定位跟踪查询、车速监测、事故处理、历史数据查询打印、数据统计、系统设置和联网等功能。①目标实时定位跟踪查询。实时查询车辆动态分布情况及数量；查询高速路上任一车辆当前位置和某一时刻所处的位置，并进行实时跟踪显示。②车速监测。对辆在个区域的车速及前后车辆情况进行监测。对前方有突发事故或其他异常情况进行报警提醒。③事故处理。当某路段发生事故时，可迅速确定事故发生地点、车辆数量及身份等信息，为事故处理迅速提供准确的依据，将损失减少到最少。④历史数据查询打印。可查询指定日期、指定车辆在任一路段的具体情况，查询和打印相关信息。⑤数据统计，将各类信息统计汇总，按指定的格式统计事故发生路段分布，提供各路段的车辆、车速情况表等。⑥系统设置和联网功能。设置系统的数据库连接，并提供基于Web的查询系统，能确保相关人员通过网络准确、及时地了解高速公路上各车辆的具体情况。26（二）GPS技术在道路运输中的应用1.GPS技术在道路运输中的运作模式汽车导航系统是在GPS基础上发展起来的一门实用技术。它通常由GPS导航、自律导航、车速传感器、陀螺传感器、微处理器、CD-ROM驱动器、IJCD显示器组成。它通过GPS接收机接收到多颗GPS卫星的信号，经过计算得到汽车所处位置的经纬度坐标、汽车行驶速度和时间信息。它通过车速传感器检测出汽车行驶速度，通过陀螺传感器检测出汽车行驶的方向，再依据时间信息就可计算出汽车行驶的动态轨迹。将汽车实际行驶的路线与电子地图上的路线进行比较，并将结果显示输出，可以帮助驾驶人员在正确的行驶路线上行驶。通过采用GPS对车辆进行定位，在任何时候，调度中心都可以知道车辆所在位置、离目的地的距离；同时还可以了解到货物尚需要多长时间才能到达目的地，其配送计划可以精确到小时。这样就提高了整个运输系统的效率。另外，借助于GPS提供的准确位置信息，可以对故障或事故车辆实施及时的援救。GPS目前在货物运输中的应用模式类似于手机运营商的模式，即使用人（企业）购买信号接收终端后，安装在需要监控车辆上，则该车辆的行驶信息即开始通过终端发送到运营商的服务器上。使用人采用Web网页或软件方式从运营商的服务器上获取车辆信息或下达管理指令。27目前管理方式主要有B/S模式和C/S模式两种。B/S模式：通过浏览器登录运营商网站、使用人（企业）输人对方授权的用户名和密码，即可监控或管理自己的车辆，优点是在任何地点，只要有一台可上网的电脑，即可随时监控，缺点是相关功能减少；C/S模式：使用单位或个人在固定监控计算机上安装客户端程序，运行后自动登录运营商服务器，监控本单位的车辆。优点是监控、管理的选项多、功能多，缺点是监控地点固定。根据实际情况，也可以上述两种模式同时使用。运营商系统平台涉及通信网关技术、小负荷条件下海量信息发送技术、车载设备驱动技术等；车载终端平台则涉及不同条件下触发信号采集、判断、后续动作实施技术，TCP/UTP两种链接方式的兼容技术，集成身份识别技术，如IC卡、指纹识别器、加密U盘等；终端软件则涉及区域查询、电子地图分析、数据库技术等。282.GPS技术在道路运输管理上的应用01（1）路线规划02（2）实时监控03（3）双向通信04（4）动态调度05（5）数据存储、分析06（6）第三方应用293.GIS技术在道路运输中的应用（1）在道路运输中应用GIS技术的必要性高速公路监控系统主要通过外场设备对现场交通状态实时采集，针对高速公路范围内各种交通状态、交通事件和气象状况，利用建立的数学模型进行相关计算，生成相应的控制策略和控制方案，通过控制人员的确认采用不同的控制方案，通过可变情报板、可视信息等途径反馈给驾驶人员，诱导交通流运行在管理者期望的状态，达到安全、高效的目的。该系统由基于GIS的交通综合监控系统和外场设备控制及其数据采集系统组成。其中GIS交通综合监控系统主要由GIS地图控制和实时反馈、从外场设备控制及其数据采集系统传输过来的信息、数据的统计与分析、设备管理、信息管理、用户管理等组成。外场设备控制及其数据采集系统要负责对外场设备的数据采集和控制设置。随着高速公路的迅速发展，以及车流量的不断增加，现代化的监控系统将越来越多地显示其在公路管理中不可取代的地位。目前，市场上也已经出现了高速公路管理系统，但是，纵观这些系统，只是在高速公路管理系统中加入了现代化的设备，并没有充分利用这些设施对高速公路进行整体上的管理和监控。高速公路本身是一种地理对象，由此我们想到，可以把地理信息系统的知识引入到高速公路的管理中去，从而实现对高速公路整体上的管理，同时辅以办公自动化技术、计