物联网工程应用-基于人工智能经典案例 课件 第五章 AI赋能的智慧城市与运作调控

物联网工程应用信息科学与工程学院电子与通信系黄如副教授5引言AI赋能的智慧城市与运作调控在当今时代，人工智能正引领着一场深刻的产业革命，其影响力渗透到经济结构的每一个角落。在这个背景下，智慧城市的构建成为新时代城市发展的必然趋势。智慧城市作为城市转型升级的重要载体，正发挥着越来越重要的作用。AI技术的融入，为城市的发展注入了新的活力。从智能城市的管理与服务，到智慧农业的绿色革命，再到智能物流的效率提升，AI赋能的智慧城市正逐步改变着我们的生活。接下来将共同探讨这三个领域的发展现状与未来趋势，为实现城市运作调控的智能化、高效化贡献力量。35AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通概述1.智能交通的定义定义：智能交通系统（IntelligentTrafficSystem,ITS）是利用信息技术、物联网、人工智能等技术，将人、车、路等交通要素紧密结合，优化交通管理、提高交通效率、保障交通安全、减少环境污染的综合性系统。核心目标：通过智能化手段解决交通问题，提升城市交通系统的整体效率。2.智能交通的背景与挑战背景：城市化进程加快，私家车数量激增。传统交通管理方式难以应对复杂的交通需求。挑战：基础设施短缺：道路宽度不合理、破损严重，传统交通系统无法满足现代化需求。交通拥堵：车辆增长速度远超基础设施建设速度，限号、限行等政策效果有限。环境污染：机动车尾气排放成为城市大气污染的主要来源，危害人体健康。45AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通系统体系结构1.感知层、网络层、应用层的介绍感知层：功能：通过传感器、摄像头等设备采集交通数据，如车辆位置、道路状况、行人流量等。技术：RFID、GPS、视频监控等。网络层：功能：将感知层采集的数据通过通信技术传输到数据中心。技术：4G/5G、Wi-Fi、有线网络等。应用层：功能：对数据进行分析处理，提供交通管理、信息服务、决策支持等功能。技术：云计算、大数据、人工智能等。55AI赋能的智慧城市与运作调控物联网在智能交通中的应用1.设计合理的交通结构作用：通过物联网技术优化交通结构，缓解交通压力。优势：提供网络支持与技术保障，促进智能交通结构的合理运行。对城市轨道交通与公交系统进行合理规划，提升交通效率。2.交通信息管理系统作用：负责交通信息的收集、传输与处理，为交通管理提供数据支持。功能：实时采集交通流量、车速、路况等信息。为交通指令的下达提供参考，统筹全局交通管理。3.车辆定位及警员定位车辆定位：作用：实时监控车辆位置，发现违规车辆或交通事故。技术：GPS、RFID、物联网定位技术。警员定位：作用：合理分配警力，提升交通事故处理效率。技术：物联网定位设备，实时监控警员位置。65AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通系统的关键技术1.建模仿真技术定义：建模仿真技术是基于控制论、相似原理和信息技术，通过计算机系统对交通系统进行动态试验、分析和优化的综合性技术。应用：对城市交通系统进行建模仿真，优化交通信号配时、路网设计等。通过仿真结果预测交通流量、拥堵情况，为交通管理提供决策依据。优势：减少实际交通试验的成本和风险。提供科学的交通管理方案，提升交通系统效率。2.地理信息系统技术（GIS）定义：地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）是一种结合地理学、地图学、遥感和计算机科学的空间信息系统，用于输入、存储、查询、分析和展示地理数据。应用：交通网络数据库设计、空间查询与分析、交通规划等。通过GIS技术生成交通专题地图，辅助交通管理部门进行决策。优势：提供直观的地理数据可视化，帮助管理者更好地理解交通状况。支持交通资源的优化配置和路网规划。75AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通系统的构成1.交通管理系统功能：对区域内的交通进行监管和引导，优化交通信号控制，减少交通拥堵和事故。子系统：交通信号控制系统：自动协调交通信号灯的配时方案，均衡路网交通流。交通诱导发布系统：通过LED屏、交通电台等发布实时路况信息，引导驾驶员选择最优路径。2.公共交通系统功能：提升公共交通的智能化水平，改善乘客出行体验。特点：电子站牌：实时显示公交车到站信息。监控系统：提供车辆位置和路况信息。公共信息查询系统：乘客可通过网络查询公交信息，提前规划出行。3.交通信息采集系统功能：实时采集交通数据，如车流量、车速、拥堵情况等。技术：传感器：地磁检测器、微波检测器、视频检测器等。数据融合：对多源数据进行整合，提供准确的交通信息。应用：为交通管理部门提供决策支持，为公众出行提供参考信息。85AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通应用实例-中兴智能公安交通解决方案1.概述定义：中兴智能公安交通解决方案是为公安交通管理部门提供的智能化交通管理系统，涵盖信号控制、流量采集、交通诱导、视频监控等功能。目标：提高道路通行能力，缓解交通拥堵，提升城市交通管理水平。2.系统组成信号控制系统：自动协调交通信号灯，优化交通流。流量采集系统：实时采集交通流量、车速等数据。交通诱导系统：通过LED屏、交通电台等发布实时路况信息。视频监控系统：监控交通状况，及时发现交通事故。3.功能提高道路通行能力，减少交通拥堵。实时监控交通状况，快速响应突发事件。提供交通诱导信息，帮助驾驶员选择最优路径。4.优势提升城市交通管理水平，改善交通面貌。减少交通事故，保障交通安全。提高公众出行体验，提升城市品位。95AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通应用实例-基于物联网的智慧街道照明系统1.概述定义：基于物联网的智慧街道照明系统通过传感器和智能控制技术，实现街道照明的自动化和节能化。目标：提高能源利用效率，降低照明成本，提升城市环境质量。2.系统组成传感器：监测光照强度、车辆和行人流量。智能控制器：根据传感器数据自动调节照明亮度。云平台：存储和分析数据，提供远程控制功能。3.功能根据光照强度和交通流量自动调节照明亮度。提供远程监控和控制功能，方便管理。支持历史数据查询和节能分析。105AI赋能的智慧城市与运作调控智能交通应用实例-基于智能云和车联网的停车空位预测1.概述定义：基于智能云和车联网的停车空位预测系统通过传感器和云计算技术，实时预测停车场的空位情况。目标：提高停车效率，减少寻找停车位的时间，缓解城市停车难问题。2.系统组成传感器：监测停车位的使用情况。数据传输：通过车联网将数据传输到云平台。云平台：分析数据，预测停车空位情况。3.功能实时预测停车场的空位情况，提供导航服务。支持历史数据查询和趋势分析，优化停车管理。提供远程预订功能，方便用户提前规划停车。115AI赋能的智慧城市与运作调控智慧农业概述1.智慧农业的定义定义：智慧农业是利用物联网、人工智能、大数据等现代信息技术，实现农业生产全过程的信息感知、精准管理和智能控制的全新农业生产方式。核心目标：提高农业生产效率、降低资源消耗、保障农产品安全，推动农业可持续发展。2.智慧农业的组成部分智慧农业生产：通过物联网、大数据等技术实现农业生产的可视化诊断、远程控制和灾害预警。应用领域：智能农田种植、畜牧养殖、水产养殖。智慧农业管理：运用现代化技术对农业生产进行组织管理，解决农业种植分散、市场信息不充分等问题。主要形式：农村电商平台、农业信息平台、土地流转平台。农业智能服务：为农民提供生产信息服务和物流服务，减少农产品运输损耗。功能：政策信息发布、物流优化、农产品追溯。智慧农产品安全：通过质量检测、品质认证和质量追溯，保障农产品安全。功能：全程监管、品牌建设、售后跟踪。125AI赋能的智慧城市与运作调控物联网在智慧农业中的应用1.系统设计中的应用作用：物联网技术为智慧农业系统提供感知层、传输层和应用层的架构支持。功能：感知层：采集农业生产环境信息（如土壤湿度、温度、光照等）。传输层：通过通信技术将数据传输到数据中心。应用层：对数据进行分析处理，提供决策支持。2.监控系统中的应用作用：通过无线传感器网络和视频监控技术，实现对农作物生长环境的全方位监控。功能：实时监测农作物生长状况，及时发现病虫害等问题。减少人工监控的失误，提升农作物质量。3.节水灌溉中的应用作用：通过物联网技术实现农业灌溉的自动化和精准化。功能：根据土壤湿度、光照、温度等数据，智能判断灌溉需求。构建高效、低耗的灌溉平台，减少水资源浪费。135AI赋能的智慧城市与运作调控智慧农业系统结构1.信息采集系统功能：通过传感器采集农作物生长环境数据（如风速、温湿度、光照等）。技术：高精度传感器：监测土壤湿度、温度、光照强度等。数据传输：通过无线网络将数据上传到数据中心。应用：为农民提供实时数据支持，帮助调整种植策略。2.视频监控系统功能：通过高清摄像头对农作物生长情况进行24小时监控。技术：网络视频录像机（NVR）：记录监控视频。远程访问：农民可通过网络实时查看监控画面。应用：监测病虫害、禽流感等异常情况，及时采取措施。3.智能控制系统功能：通过智能算法对采集的数据进行分析，制定科学的农业管理方案。技术：数据分析：利用大数据和人工智能技术优化种植方案。自动学习：系统根据历史数据不断优化决策。应用：自动调节灌溉、施肥、温度等参数，提升农业生产效率。4.远程控制系统功能：根据智能控制系统的指令，远程操控农业设备。技术：自动化设备：如灌溉系统、通风系统、遮阳系统等。远程指令：通过手机App或计算机远程控制设备开关。应用：实现农业生产的远程管理，减少人工干预。145AI赋能的智慧城市与运作调控智能农业应用实例-智慧渔业水产养殖系统1.概述定义：智慧渔业是利用人工智能、物联网、大数据等技术，实现水产养殖的自动化、信息化和智能化。目标：提高水产养殖效率，减少资源浪费，促进渔业可持续发展。2.系统组成传感器：监测水温、pH值、溶氧量等水质参数。自动化设备：自动投喂饲料、调节水质。数据管理：通过云端平台分析数据，提供决策支持。3.功能实时监测水体环境，自动调节水质。提供远程监控和预警功能，减少养殖风险。优化饲料投放，降低养殖成本。155AI赋能的智慧城市与运作调控智能农业应用实例-基于物联网的作物管理系统1.概述定义：基于物联网的作物管理系统通过传感器和云平台实现对作物生长环境的实时监测和精准管理。目标：提高作物生产效率，优化资源利用，保障农产品安全。2.系统组成传感器：监测土壤湿度、温度、光照、风速等环境参数。数据传输：通过LoRa、Wi-Fi等技术将数据传输到云平台。云平台：存储和分析数据，提供决策支持。3.功能实时监测作物生长环境，提供精准管理方案。支持历史数据查询和趋势分析，优化种植策略。提供远程控制功能，农民可通过手机App管理农田。165AI赋能的智慧城市与运作调控智慧物流概述1.智慧物流的定义定义：智慧物流是一种以物联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑，在物流的运输、仓储、配送等各环节实现系统感知、全面分析及处理等功能的现代综合性物流系统。核心目标：通过智能化手段优化物流流程，提高物流效率，降低运营成本，提升客户体验。2.智慧物流的体系架构感知层：功能：通过传感器、RFID、GPS等技术，实时采集物流环节中的各类数据，如货物位置、温湿度、车辆状态等。技术：RFID、传感器、GPS、摄像头等。网络层：功能：将感知层采集的数据通过有线或无线网络传输到数据中心。技术：4G/5G、Wi-Fi、LoRa、光纤等。应用层：功能：对数据进行分析处理，提供物流管理、路径优化、客户服务等功能。技术：云计算、大数据、人工智能等。175AI赋能的智慧城市与运作调控物联网在智慧物流中的应用1.智慧物流管理中的应用功能：货物追踪：通过RFID和GPS技术，实时监控货物位置和状态，提供全程可视化追踪。路径优化：利用大数据和人工智能技术，分析交通状况和运输需求，优化配送路径。库存管理：通过传感器和RFID技术，实时监控仓库库存，自动补货和盘点。优势：提高物流效率，降低运输成本。提升客户体验，增强企业竞争力。2.安全警示中的应用功能：驾驶员监控：通过智能摄像头监测驾驶员的驾驶状态（如疲劳驾驶），及时发出警示。货物安全：在仓库和运输车辆中安装传感器（如烟雾传感器、温湿度传感器），实时监测环境状况，发现异常及时报警。防盗防损：通过RFID和视频监控技术，防止货物被盗或损坏。优势：提高物流安全性，减少货物损失。保障驾驶员安全，降低交通事故风险。3.设备维修中的作用功能：预测性维护：在物流设备（如卡车、叉车）中嵌入传感器，实时监测设备状态，预测潜在故障。远程诊断：通过物联网技术，远程诊断设备故障，提供维修建议。自动化维修：利用机器人和自动化技术，实现设备的自动维修和保养。优势：减少设备故障，提高设备利用率。降低维修成本，提升物流运营效率。185AI赋能的智慧城市与运作调控智慧物流应用实例-智慧军事物流系统1.概述定义：智慧军事物流系统是为军事物资运输提供的高度集成的智能化物流解决方案。目标：确保物资运输的高效性、安全性和可控性。2.系统组成智能化作业层：通过RFID、无人叉车、无人机等技术实现物资的自动化存取和运输。云端运营层：分析物流数据，生成物流云，提供统一的信息服务。智慧化平台：通过机器学习、专家系统等技术，优化物流决策。3.功能实时监控物资位置和状态，确保运输安全。优化运输路线，提高运输效率。提供决策支持，提升物流管理水平。195AI赋能的智慧城市与运作调控智慧物流应用实例-AGV（自动导向车）的设计1.概述定义：AGV（AutomatedGuidedVehicle）是一种自动化的物流设备，能够根据预设程序进行物料搬运和运输。目标：提高生产效率，降低人工成本，实现物流自动化。2.系统组成硬件设计：包括车体结构、电机、电池、传感器等。软件设计：实现路径规划、避障算法、运动控制等功能。感知系统：通过激光传感器、摄像头等设备实时感知周围环境。控制系统：通过PLC和工业智能网关实现自动化控制。3.功能自主导航和路径规划，适应复杂环境。自动搬运和运输物料，减少人工干预。实时监控设备状态，预测潜在故障。205AI赋能的智慧城市与运作调控智慧物流应用实例-基于物联网的仓库自主库存管理1.概述定义：基于物联网的仓库自主库存管理系统通过RFID、传感器等技术，实现库存的自动化管理和实时监控。目标：提高库存管理效率，减少人工干预，降低运营成本。2.系统组成RFID读写