物联网概论第九章 物联网在智能交通领域的应用

物联网概论南京师范大学泰州学院2021年8月第9章物联网在智能交通领域中的应用目录

智能交通概述

智能交通系统总体架构 车载信息效劳系统

智能交通系统的应用案例2学习目标1〕了解智能交通系统的根本内容2〕掌握智能交通系统的总体架构3〕了解车载信息效劳系统的功能9.1智能交通概述智能交通系统ITS9.1智能交通概述同时管理人员通过对车辆、驾驶员和道路信息的实时采集来提高管理效率，更好地发挥交通根底设施效能，提高交通运输系统的运行效率和效劳水平，为公众提供高效、平安、便捷、舒适的出行效劳。智能交通系统ITS9.1智能交通概述需求背景智能交通是在为应对全球日益加大的人口、车辆和公路设施等压力而提出的。9.1智能交通概述全球城市化的趋势交通流量压力加大交通事故率上升需求背景交通堵塞

9.1智能交通概述2007年是划时代的一年，因当年全球城市人口超过了世界总人口的一半，而且城市化进程还在持续加速。2021年，有59座城市人口突破500万，比2001年多了50%全球城市化的趋势9.1智能交通概述交通流量压力加大以美国为例，1982到2001年间人口增长约20%，而交通流量却暴增236%。传统解决交通问题的方法是修建或扩建道路，但随着人口的增长，城市人均居住面积日益减少，要在人口持续增加的城市中再铺设更多新道路就越来越不现实。9.1智能交通概述交通事故率上升据美国公路交通平安管理局估计，美国公路交通事故造成的经济损失每年估计达2300亿美元。9.1智能交通概述交通堵塞带来的损失美国每年因交通堵塞而浪费的时间达37亿小时，燃料损失23亿加仑〔足以装载58个超大型油轮〕，仅此一项每年损失就高达780亿美元。日本东京因交通拥堵每年造成的经济损失约为1230亿美元。9.1智能交通概述国情我国的城市化进程、城市人口的增长速率、私家车的生产与销售数量等，无疑在全世界是开展最快的，故我国目前面临的城市交通问题已毫不亚于兴旺国家，许多城市出现了新马路不断修建、旧马路不断拓宽，但道路拥堵、无处停车的现象却日益严重，交通事故频频发生。9.1智能交通概述各国实例美国通过采取保护行人平安的措施使2002年的行人交通事故死亡数比2001年下降了2.2%，交通事故中受伤的人数也下降近4个百分点，大型卡车引起的交通事故死亡人数那么下降了约3.5个百分点。9.1智能交通概述在瑞典斯德哥尔摩，建成统计进出城市车流量的动态收费系统将交通量降低了20%，等待时间减少25%，尾气排放降低12%各国实例9.1智能交通概述在新加坡，监控效劳人员通过传感器接收实时数据，模拟和预测交通状况，准确率高达90%。在日本京都，城市规划者通过模拟上百万车辆的大范围交通情形来分析其对城市的影响等，均取得了不同的收效。各国实例9.1智能交通概述交通是一个复杂的综合性系统，单独从道路或车辆的角度来考虑，都将无法整体解决问题。直接动因9.2智能交通系统架构

ITS的功能架构描述参考采用日本政府的?21世纪新一代通用交通管理系统UTMS21〔NextGenerationUniversalTrafficManagementSystem〕?规划。该规划将智能交通系统分解为八个支撑系统。智能交通系统功能架构9.2智能交通系统架构先进车辆信息系统公交优先系统车辆运行管理系统动态路线引导系统紧急救援与公众安全系统环境保护管理系统安全驾驶支持系统智能图像处理系统智能交通系统功能架构9.2智能交通系统架构9.2智能交通系统架构（一）先进导航系统（二）ETC系统（三）安全驾驶支援系统（四）交通管理最优化（五）道路高效管理系统（六）公交支援系统（七）车辆运营管理系统（八）行人引导系统（九）紧急车辆支援9.2智能交通系统架构智能交通系统建设实效--日本ITS规划

9.2智能交通系统架构智能交通系统建设实效目前，日本已经建立了普及全国的ETC收费点，ETC普及率已到达70%。通过ETC系统全面消除了收费站前的拥堵状况，二氧化碳排放量降低了40%。9.2智能交通系统架构先进、平安的机动车也是ITS方案的重要组成局部，在汽车行驶速度进入危险区间的时候，感测系统先行侦测到警示标志或异常场景，自动采取提示、降速等预防措施，能在驾驶员无法预见事故可能发生的潜在危险时，发出实时警告，使日本的道路交通事故发生的可能性降低了80%。智能交通系统建设实效9.2智能交通系统架构两大系统确保交通顺畅〔一〕交通控制中心〔二〕车辆信息与通信系统中心VICS9.2智能交通系统架构实际效果以人口密度最大的东京为例，驾车行驶在东京街头，即使是一个新手，也能很快熟悉道路情况。通过路口上方红红绿绿的信息显示板，能随时了解从甲地到乙地间的运行时间、运行速度、堵塞长度等。通过车内播送和路侧播送驾驶者可了解各个路口信息。如果安装了车载信息终端，这些信息还会自动转换为文字。人们还可通过了解主要道路的堵车、交通事故、车辆通行限制、交通管制时间等。9.3车载信息效劳系统车载信息效劳系统Telematics9.3车载信息效劳系统Telematics的三个子系统〔1〕前座系统〔2〕后座系统〔3〕车况诊断系统9.3车载信息效劳系统前座系统主要功能包括通信、导航、行车平安、车辆保全、路况侦测、天气感知等与驾驶简易性与舒适性为主的内容。如查看交通地图、收听路况介绍、平安与治安效劳等，为防止驾驶者分心，输入系统主要采用语音输入或触控面板；输出系统那么为中尺寸面板〔LCD或OLED〕、语音输出或挡风玻璃的抬头显示等。9.3车载信息效劳系统后座系统以多媒体娱乐为主，包括互动游戏、高保真音响、随选视频、数字播送与电视等〔包括金融、新闻、E-mail收发等〕以及、临近目的地的停车场的车位状况，还可以与家中的网络效劳器连接，及时了解家中的电器运转情况、平安情况以及客人来访情况等。9.3车载信息效劳系统车况诊断系统主要根据车载电脑收集的车况信息，进行行车效率优化、故障预警、保养提示及远程引擎调整或零件预定等。远程车辆诊断是通过内置在发动机上的微处理型记录汽车关键部件的运行状态，并随时为维修人员提供准确的故障位置和原因。9.3车载信息效劳系统Telematics的运行模式根本可分为汽车定位系统〔GPS〕与信息效劳两局部。9.3车载信息效劳系统GPS主要通过播送、微波与卫星的三向接收与发射天线与卫星连结，通过卫星三角定位运行，Telematics内置的GPS系统与地理信息系统〔GIS〕，以地形图〔3D〕或平面〔2D〕地图方式为驾驶员提供导航。Telematics的运行模式9.3车载信息效劳系统Telematics的运行模式信息效劳方面，主要通过移动通信网〔GSM、GPRS或3G等〕与后台客户效劳中心或信息提供商进行信息〔车辆管理、调度、交通、旅馆、娱乐、气象、订票等信息〕的双向接收与传送。9.3车载信息效劳系统Telematics的主要功能9.3车载信息效劳系统Telematics的开展Telematics在需求驱动下成为综合了GPS导航定位、感测数据接发、相关信息效劳三大应用集成的综合系统。9.3车载信息效劳系统Telematics的开展车辆信息化发动机系统节能智能轮胎人员平安防护系统目前交通平安防护仍向被动式与主动式方向开展。被动式是指从车祸发生起对车内驾乘人员的保护，内容为平安带、平安气囊和自动呼叫等；主动式平安那么着眼于预防与减少车祸的发生，如各种语音提醒、感测控制与行人行为识别软件等。车用影像系统交通故事频发地段往往是道路环境复杂、行人随意穿越道路、驾驶者任意变道等因素造成的。而采用车用影像系统那么有助于识别各种外部物体，及时发出警告，提醒驾得采取应对措施以提高行车平安。智能车辆防盗车辆财产保全底盘电子化9.5智能交通应用案例

案例一V2V汽车防碰撞预警系统汽车间的碰擦、追尾、相撞事故多与驾驶员对速度与车距的观察判断不当相关。同时，相当数量的交通事故与人身伤亡都由车辆间碰撞所致，故减少汽车间的碰撞就能大大减少交通事故，降低道路拥堵，提高驾乘人员及行人的平安。应用需求

9.5智能交通应用案例V2V汽车防碰撞预警系统--“车联网〞美国通用汽车近期研发出“V2V〞〔即vehicletovehicle，车辆间通信〕防追尾与防碰撞预警系统，其原理是汪在两车距离处于危险范围时发出警报，提醒双方驾驶者注意并立即采取相应措施，防止追尾或碰撞事故发生。9.5智能交通应用案例9.5智能交通应用案例V2V系统也同时有防止前方追尾的警告系统，除了加强尾灯的警示功能之外，也同样通过警铃或是座椅震动方式，在第一时间提醒双方驾驶人注意。9.5智能交通应用案例V2V专用短程通讯信道V2V的特点是：物体间的识别、感测、处理与反响均须在高速间进行并实时响应。关键之一是必须确保网络平安，预警系统必须能够有效防止黑客入侵，以免发生混乱引发事故；关键之二采用专用通讯信道供近域无线通信使用。9.5智能交通应用案例V2V专用短程通讯信道9.5智能交通应用案例V2V的实验与开展德国政府已出资在法兰克福为50万辆汽车安装V2V预警系统进行试用。德国群众汽车的电子研究实验室也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控制这几辆车在繁华城市中行驶并获成功。9.5智能交通应用案例美国通用汽车公司在这一领域那么较领先，他们在一些车型上安装上短程通信装置，实现自动停车以防止事故发生；改进的稳定控制系统可预测前面停在路中的另一辆安装短程通信装置的车，能在司机不需要自己进行刹车的情况下车上的电脑系统会自动刹车。V2V的实验与开展9.5智能交通应用案例V2V的实验与开展9.5智能交通应用案例案例二、欧洲“Talkingcars〞9.5智能交通应用案例日立公司利用遍布大街小巷的出租车的车载信息系统来收集各条街道的行车信息，如行车时间、行车速度等。将资料集中到控制中心处理分析后，再通过无线网络方式将各路段上的行车信息传送给车载信息效劳系统，向其提供最正确的行车路线规划。案例三、智能交通改善道路堵塞9.5智能交通应用案例如多辆出租车在同一路段上同时出现相似的行车迟滞或停止现象，甚至影响到周边路段的车辆速度时，就很容易判断出该路段发生了堵塞。系统可根据被堵塞的车辆数、涉及周边的车辆数等研判出堵塞范围，街道数等，就能在将此信息快速发送到各车辆的同时，动态规划出其它车辆绕行的最正确路线。同时，这一信息还可发送给交通主管机构，促其尽快采取疏导措施。9.5智能交通应用案例第一是行车防碰撞第二是辅助泊车第三是道路自动驾驶案例四、辅助驾驶平安系统9.5智能交通应用案例SARTRE方案SARTRE〔SafeRoadTrainsfortheEnvironment〕是欧洲近期开展的一项改进高速公路交通的新方案。其含义是通过V2V将高速公路上的车辆组成车队，由前导车控制跟随车的行车速度、方向与途径，不但跟随车的驾驶者可休息、娱乐或从事其他活动以减少长途驾驶的疲劳，还可到达节省燃料、缩短交通时间、减少车道堵塞、增进环境友好等一举多得之目标。9.5智能交通应用案例案例五、辅助驾驶培训系统1〕培育车主良好驾驶习惯以减少油耗2〕精确预测导航效劳9.5智能交通应用案例新西兰PLXDEVICES公司开发出一套驾驶辅助节能装置，该设备安装在方向盘附近，一分钟就能取得感测信息，如车速、发动机转速、发动机负载、含氧量，并进一步分析车辆的最正确驾驶效益。9.5智能交通应用案例精确预测导航效劳行车导航目前已是普及型效劳，其进一步的开展是交通预测，让众多驾驶者积累的历史性资料发挥效劳作用，利用如法定节假日、天气预测、汽车款式和驾驶员行为等资料来建立交通预测模型，提升预测结果的可信度。9.5智能交通应用案例案例六、Telematics效劳系统从实体上看，Telematics只是一套具有强大计算与通信控制功能设备，要开展相关效劳必须有专业公司逐项提供。最早开展这项效劳的，是美国通用汽车和安吉星〔OnStar〕公司合作在全球推广，安吉星主要通过网络与车主及与车辆传感系统随时建立联系。9.5智能交通应用案例提供效劳碰撞自动求助紧急救援安全保障导航系统车况检测9.5智能交通应用案例案例七、Telematics通信环境以Telematics为车载通信单元的车联网系统将在近年内迅速开展，必将引导汽车对各类对象〔Car-to-X〕的通信急速增长，欧盟将5.9GHz频段规划30MHz的带宽给各国家交通主管部门作为Telematics应用。该决议的通过将使欧洲在标准制定进程上能赶上美国、日本。9.5智能交通应用案例案例八、韩国u-Station效劳由于韩国近年将“无所不在的计算〞即泛在计算定为信息化开展的国策〔即u-Korea〕，故平安出租车就沿袭这一理念，称为“u-Station〞效劳。9.5智能交通应用案例叫车者通过内嵌在中的RFID识读器，可访问出租车数据中心，获得出租车的根本信息如驾驶员根本数据、车辆号码、车型等，并将获取的数据传送到家人或朋友中，以保障搭乘者的平安。u-Station效劳9.5智能交通应用案例案例九、互动式公交车站－eyeShop系统美国麻省理工学院“感知城市试验室〞与某公共交通系统营运商正在合作研究新型的公交站，方案将现有的公车站改选成人与物可互动的公车站，提供如互动式地图、路线规划、个性分类广告、公告栏、电子涂鸦等效劳，让候车亭成为市民休闲娱乐的空间。9.5智能交通应用案例案例十、移动预约车位效劳9.5智能交通应用案例案例十一、行车事故自动记录系统事故场景记录需求9.5智能交通应用案例记录设备iDrive系统是一种专业事件数据记录仪，它可拍摄高清晰度视频，系统用双摄像头对车前和车后事件发生的过程，包括：事故、攻击性驾驶行为、碰撞、强行开门、报警或紧急事件等进行记录。9.5智能交通应用案例记录内容该影像事件记录设备在车辆紧急刹车、车身突然歪斜、车体碰撞时自行启动，并记录数十秒的前后影像，数据与其它传感器和GPS定位模块等的数据一同保存下来。信息自动下载到车载信息系统或上传到网络效劳器。9.5智能交通应用案例其他功能该系统还有7个无线报警按钮，分别安装在仪表板、座位下、钥匙圈、车窗与车门以及使用者口袋里保存。供车主处于受威胁的环境下，可以最不易被觉察的方式报警、或当发生事故，车主被卡，行动受限时，可用最近的按钮一键式报警。9.5智能交通应用案例案例十二、斯德哥尔摩的道路收费系统瑞典斯德哥尔摩是由岛屿组成的城市，14个大小的岛屿由各式桥梁相连。多年来，交通堵塞问题不断加剧，每天都有超过50万辆汽车涌入城市。斯德哥尔摩地区人口正以每年2万人的速度增长，使得车流量不断增加，城市道路承受的负荷越来越大。交通管理需求9.5智能交通应用案例交通收费系统在IBM的协助下，斯德哥尔摩市采用了高科技交通收费系统，它直接向顶峰时间在市中心道路行驶的车辆驾驶者收费，希望以此来鼓励更多的人放弃开车，转而乘坐公共交通工具，同时改善斯德哥尔摩城区的环境，尤其是空气质量。9.5智能交通应用案例驾驶者在车上安装简单的应答器标签，标签将与控制站的收发器进行通信，同时自动征收道路使用费。一旦车辆在指定的拥堵时段通过路边控制站，收发器就会通过传感器识别该车辆。凡经过控制站的车辆会被摄像，车牌号码将用于识别未安装标签的车辆，并作为强制执行收费的证据。车辆信息将输入计算机系统，以便与车辆登记数据进行匹配，直接向车主收费。驾驶者可以通过当地的银行、互联网或社区便利店支付账单。工作原理9.5智能交通应用案例可自动识别的RFID标签、探测物理标签信息并可将其转换成计算机可接收信号的小型传感器。可视字符识别系统，可从任意角度区