数字道路与智能网联综合实验系统

数字道路与智能网联综合实验系统一、项目概况1、建设背景在交通强国、数字交通等政策的宏观背景下，交通领域迎来了前所未有的机遇与挑战；工程学院数字道路建设技术研究中心建设平台是工程学院数字道路建设技术工程研究中心、交通工程省“十四五”重点建设实验教学示范中心和智能交通、智能建造等新工科专业开展项目化教学与创新性实验等建设工作的需要，项目建设具有重要的必要性；数字道路建设技术研究中心建设平台作为智能交通人才培养及科学研究的重要设备，由交通信号控制开发实验箱、智能停车场开发实验箱、多传感器交通流采集系统、交通安全设施数字化采集系统、信号控制硬件在环实验系统、智能网联车辆开发实验系统、国产微观交通仿真软件、交通信息发布实验系统和车辆振动测试仪及分析系统等设备组成；数字道路建设技术研究中心建设平台支持车路协同、智能网联车辆、人工智能、交通信号优化配时、智能停车管理、交通信息采集与融合、交通信息发布、交通信息采集与分析、交通虚拟仿真等前沿的智慧交通教学实验与科研，为学生提供项目化教学和创新实践教学平台，培养学生的创新能力和实践能力，提高人才培养质量；2、建设目标本项目采购工程学院数字道路建设技术研究中心建设平台包括数字道路与智能网联综合实验系统等建设内容，包含了4套交通信号控制开发实验箱、2套智能停车场开发实验箱、2套多传感器交通流采集系统、1套交通安全设施数字化采集系统、2套信号控制硬件在环实验系统、2套智能网联车辆开发实验系统、1套国产微观交通仿真软件、1套交通信息发布实验系统和5套车辆振动测试仪及分析系统等仪器设备；项目建成后预计年使用机时≥500小时，可支撑《交通管理与控制》、《交通工程学》、《智能交通系统》、《交通信息采集与分析》、《交通仿真》等交通工程专业课程教学实验，同时支撑交通运输规划与管理、交通信息工程及控制方向的科研实验，以及物联网、大数据、移动互联、人工智能、虚拟仿真等新一代信息技术在智慧交通领域的研究与应用；二、采购清单序号设备名称数量1●交通信号控制开发实验箱4套2智能停车场开发实验箱2套3多传感器交通流采集系统2套4交通安全设施数字化采集系统1套5信号控制硬件在环实验系统2套6●智能网联车辆开发实验系统2套7交通信息发布实验系统1套8国产微观交通仿真软件1套9车辆振动测试仪及分析系统5套三、技术要求序号技术要求备注1交通信号控制开发实验箱/1.1交通信号控制开发实验箱要求采用便携式实验箱体结构，要求具备多时段定时控制、固定周期控制、黄闪控制、特殊日控制、手动控制、独立感应控制、公交优先控制、无电缆联动控制、绿波协调控制等多种控制方式；1.2设备要求采用嵌入式64位四核处理器，主频≥1.3GHz，内部集成双核高性能的图像处理引擎，支持H.265/H.264视频硬件解码、4KHDMI显示输出，嵌入式操作系统；具备RJ45、USB、WIFI等多种数据通讯接口和多种控制方式，能完全实现工程级智能交通信号控制机的各种控制功能；1.3设备要求内置存储电路，可存储多种执行方案、相位文件、特殊日期文件、时段文件；1.4操作面板要求采用≤10吋电容触摸液晶显示屏，分辨率≥1280*800，实时模拟当前路口运行状态，直观地观察每个路口每个信号灯组灯色的工作状态；1.5设备要求采用中英文图形式操作界面，可快速对控制机进行相位编辑、通讯管理、文件管理等操作；1.6要求配置≥44路信号输出、≥16个信号灯组，最多可自定义设置为≥32相位；1.7要求支持至少7种路口形态，含十字路口、T型路口、人行过街路口等；1.8要求具有黄闪控制、固定周期控制、多时段运行控制、特殊日控制、感应控制、绿波方案自动生成控制、联机控制等功能；1.9要求具有服务器实时时间自动同步功能、定时相位差方案执行功能；1.10要求具有公交优先功能，当公交车到达信号路口时，系统可自动优先放行公交车；1.11要求具备交通仿真软件连接功能：控制机根据系统的控制算法生成实际的信号控制序列，并将该序列传送到仿真软件进行模拟，通过仿真可以得出该绿波方案是否合理，可自定义生成延误时间、旅行时间、排队长度等数据报表进行分析；1.12要求具有微观交通仿真软件对单点方案和干道绿波协调方案的仿真功能；1.13后台管理软件要求具备手动控制、手动配时、单点配时、方案执行、双向绿波控制、路口配置、特殊日及时段管理等功能；1.14要求可根据交叉口现状绘制交叉渠化图、相位图、信号配时图等；1.15要求可根据不同进口方向的左转、直行、右转的交通量，自动设计相位组合方式，自动生成配时方案；1.16要求可根据交叉口控制方案进行自动仿真模拟；1.17要求可输出交叉口饱和度图；1.18要求可根据不同干道交通特征和相关参数，在交叉口单点优化的基础上，自动设计、生成、转换和输出双向绿波协调控制方案，包含绿波图解法和数解法，具有绿波方案的时距图自动拖拉与调整功能；1.19要求具有提供多种信号交叉路口的组合方案选择功能，且能对各个组合的信号配时数据并进行比较、选优；1.20要求具有双向绿波理论方案、固定参数双向绿波方案、优化双向绿波方案等自动生成功能，可按照单放路口最少和带宽拓展能力最大等优化目标，对周期、绿信比、相位差、相位和相序等进行同步优化，自动选取最优绿波方案；1.21要求具有公交运行数据处理功能，包括公交站点停靠时间计算、公交区间平均速度计算等；具有公交绿波带方案生成与方案输出功能；1.22要求具有模拟十字交叉口板，模拟展示1个交叉口四个方向，每个方向分为左转、直行和右转三条车道，安装机动车信号灯和行人信号灯，含9秒红绿倒计时功能；1.23要求提供二次开发接口；1.24要求可开展以下实验项目：区域路口配置方案设计实验；交通管控方案设计实验；相位方案设计实验；单点配时方案设计实验；分时控制方案设计实验；感应控制方案设计实验；绿波协调方案设计和数据分析实验；VISSIM仿真方案设计实验；提供二次开发接口，通过网络协议获取灯态及控制，实现与其他智能交通系统配合使用和集成；2智能停车场开发实验箱/2.1智能停车场开发实验箱要求在实验箱体内布置城市停车场收费一个进口和一个出口的模拟场景，配置3个停车位及智能控制小车1辆，并搭建相应的智能停车场系统设备，实现多种智能停车场搭建与管理的实验功能；2.2设备要求可以实现ETC控制、停车位检测，智能寻车和停车场管理等功能，包括自动抬杆、自动计时计费、软件模拟智能寻车界面、管理员管理界面等，模拟实现智能停车场收费管理系统功能；同时通过智能控制小车在收费场景的自动运行，实现车辆进入停车场的提示、车位占有情况监测、车辆收费等功能；2.3每套设备要求至少包含智能道闸、出入口抓拍摄像机、IC卡读写器、地感线圈检测器、地感线圈、收费显示器、外围设备控制板、车位检测器、交换机和城市停车场收费管理实验软件等部件；2.4智能道闸要求不低于以下配置：2套(1个进口，1个出口)，分别对应停车场入口和停车场出口电动栏杆出入口控制；舵机控制；开关时间<1s，按比例缩小制作；实验箱配备道闸控制板，控制板与外围设备控制板连接，上位机软件通过对外围设备控制板中相对应的IO口进行控制，即可同时控制两个道闸的升降以及状态读取；2.5出入口抓拍摄像机要求不低于以下配置：2套(1个进口，1个出口)，≥200万像素高清摄像机，分辨率≥1920*1080，帧率≥30fps；具备车牌号码自动识别功能；提供完善的SDK开发包；2.6IC卡读写器要求不低于以下配置：2套(1个进口，1个出口)，模拟停车场入口和出口的人工发卡和收费操作功能，频率：13.56MHZ，协议：ISO-14443A，通讯接口：USB，读写距离≥2cm；通讯波特率：1200-115200；2.7地感线圈检测器要求不低于以下配置：2套(1个进口，1个出口)，工业级车辆检测器；双通道，检测灵敏度可调；磁场变化0.01%~1.5%；电感范围：20~2500uh(随频率变化)，自动调谐；频率可调；输出：存在电平、进入脉冲、离开脉冲；频率：10K~100KHz；灵敏度：10级可调；检测率≥99.9%；2.8地感线圈要求不低于以下配置：2套，跟地感线圈检测器配套，在出入口栏杆前后环绕地感线圈；2.9收费显示器要求不低于以下配置：1套，分辨率≥480X272；存储≥128M；内置矢量抗锯齿字体，可实现任意大小ASCII、GBK、UNICODE字库显示或自定义字体显示；支持文本、图片、动画、音频和曲线等常用GUI显示；提供二次接口开发软件；收费显示器要求展示停车场车位信息的标志，包含停车场总车位、停车场剩余车位；车辆进入后，显示屏数据更新并提供车位信息；2.10外围设备控制板要求不低于以下配置：1套，≥16路NPN型光电输入、≥16路继电器输出的工业级IO控制板，具有1路RS232、1路RS485和1路CAN通讯接口；输出：≥16路继电器输出，每路都有常开、常闭和公共端3个端子，光电隔离；通讯接口：RS232/RS485/CAN，3种通讯接口相互独立，可同时使用；2.11车位检测器要求不低于以下配置：1套，采用地磁检测手段，含1块控制电路和3个地磁车位传感器；实验箱内设计3个车位，每个车位中间安装一个地磁检测器；2.12交换机要求不低于以下配置：1套，5口百兆交换机；2.13智能控制小车要求不低于以下配置：1辆，可在实验箱体内自动行驶，无需人工控制；搭载全彩IPS全视角屏幕，能够显示车辆号、无线状态、电量状态、实时位置、电机舵机状态、车身姿态、停车收费等本车状态数据；2.14城市停车场收费管理实验软件要求不低于以下配置：1套，软件包含停车场入口收费和停车场出口收费显示界面，车辆进出停车场，系统会自动抓拍下车辆全景照片以及车牌特征照片；2.15要求提供二次开发接口；2.16要求可开展以下实验项目：智能停车场搭建与管理实验箱设备认知及基本操作；IO控制板配置及调试；语音模块、射频读卡器配置及调试；出入口线圈车辆检测器配置及调试；出入口闸机、红外传感器配置及调试；车牌识别摄像机、停车检测配置及调试；收费显示屏配置及调试；搭建和调试停车场出入口设备；停车场车辆管理；车牌号码二次开发实验；3多传感器交通流采集系统/3.1系统要求从物联网的"感知层"、"网络层"和"应用层"三个层面出发，以智能交通传感器、智能交通信息采集、智能交通信号控制、智能交通信息传输技术为切入点，从"基础教学"、"实验教学"、"应用教学"、"创新教学"等方面对学生的综合能力进行培养；3.2系统要求为实验箱结构，内部要求包含了交通信号控制单元、交通传感器数据处理单元、传感器安装实训单元和嵌入式开发单元；3.3交通信号控制平台包括一套十字路口，要求实现十字路口信号相位模拟十字路口信号灯的控制；3.4交通传感器数据处理单元要求包括检测节点(对应检测板)、主控制节点(对应主控板)，可通过选配检测套件配置成具有6个通道的地磁、线圈等交通流检测器，含电路主板、微处理模块、CAN通讯套件、实验箱外壳、电源、主控板程序，线圈、地磁、超声波、压电、微波、红外等传感检测教学套件各1套，通讯套件1套，以6种检测技术为基础形成6种检测套件，4种通讯方式(TTL232，CAN，Zigbee，WiFi)，供学生自由组合，开展单传感器检测技术、多传感器融合检测技术的实验和研究；3.5地感线圈采集模块要求不低于以下配置：由线圈检测器和移动线圈组成；检测方式：可移动式；检测手段：地感线圈；通信方式：TTL232、CAN总线；灵敏度：10级可调；3.6微波采集模块要求不低于以下配置：由微波检测器和信号处理板组成；中心频率≥24GHz；信号射角≥45°；波形宽度(方位角)≥15°；覆盖范围：3-50cm；3.7地磁采集模块要求不低于以下配置：由地磁检测器和信号处理板组成；传感器类型：磁效感应霍尔元件芯片；数据传输率≥115200bps；通信方式：TTL232、CAN总线；3.8压电采集模块要求不低于以下配置：由压力传感器和信号处理板组成；量程≥10kg；灵敏度≤0.5kg；3.9红外线采集模块要求不低于以下配置：由红外线检测器和信号处理板组成；光束数≥2；光束角度≤8度；检测距离：0.05米～1米；响应速度≤50ms；3.10超声波采集模块要求不低于以下配置：由超声波检测器和信号处理板组成；检测精度≤±1cm；检测范围：0.05m-3m；3.11传感器安装实训单元要求在实验箱内安装一条模拟车道，车道要求包含传感器安装接口、数据传输接口，并配套一辆模型小车在模拟道路的行驶，可完成对所有传感器的安装实训、故障检测、车辆信息检测等功能；3.12嵌入式开发单元要求嵌入式操作系统，完成十字路口信号灯的控制，可实现交通信号仿真；3.13要求提供二次开发接口；3.14要求可开展以下实验项目：IO口控制实验，定时器实验，串口通讯实验，ADC转换实验，CAN现场总线通信实验，ZigBee无线通信实验，无线WIFI模块通信实验，地感线圈交通传感器工作原理实验，地磁交通传感器工作原理实验，红外线交通传感器工作原理实验，压电交通传感器工作原理实验，雷达交通传感器工作原理实验，超声波交通传感器工作原理实验，线圈检测器算法研究实验，地磁检测器算法研究实验，红外线检测器算法研究实验，压电检测器算法研究实验，雷达检测器算法研究实验，超声波检测器算法研究实验，交通信号仿真控制实验；4交通安全设施数字化采集系统/4.1交通安全设施数字化采集系统包含道路交通安全设施模型1批、智慧AI小车2辆和AI数字化采集软件1套；4.2道路交通安全设施模型要求包含禁令标志、警告标志、指示标志、指路标志、防撞桶、雪糕筒、隔离墩等常见交通安全设施，整体数量不少于20个；4.3道路交通安全设施模型要求采用有机玻璃、ABS等材料雕刻并拼接而成，表面粘贴印有交通安全标识的不干胶打印贴纸；4.4道路交通安全设施模型要求按照实验室原有沙盘的合理比例制作，并根据工程施工规范安装在原有实验室沙盘上；4.5智慧AI小车要求长≤15cm，宽≤6cm，高≤6cm；小车内部包括摄像头、车辆控制模块、车辆定位模块、工业无线数据收发模块、避障模块、电磁循迹模块、转向舵机、直流电机、锂电池等，可以实现车辆在原有沙盘上的自动行驶，模拟城市车辆行驶过程；4.6智慧AI小车要求带有摄像头，可实现视频采集功能，当车辆经过道路交通安全设施模型时，可自动识别道路交通安全设施模型并通过wifi将视频传输至后台软件进行AI分析；4.7智慧AI小车要求具有微型红外激光测距功能，能够实时测量前方障碍物距离，实现避障、交会让行功能，同时兼容实验室原有沙盘车辆排队自动停车功能；4.8智慧AI小车要求可循迹行驶，能够自动进行定位，在交叉口位置绿灯行、红灯停，在车辆排队时能够自动停车，不会碰撞到前面车辆；4.9智慧AI小车的车辆信息要求能够通过wifi发送到计算机上进行路线位置信息模拟，可控制车辆的运行速度；4.10智慧AI小车要求搭载显示屏，分辨率≥240*240，能够显示车辆号、无线状态、电量状态、实时位置、电机舵机状态、车身姿态、高速进出口、ETC状态等本车状态数据，能够显示车联网道路当前路段路口信号灯实时状态，交通拥堵情况，道路环境信息，路线规划情况，当前附近在线车辆状态等相关联网信息，显示车辆以及车与车、路、云端联网信息；4.11AI数字化采集软件要求嵌入深度学习模型，可获取智慧AI小车传输过来的视频，并进行AI分析，能自动识别各种交通安全设施模型；4.12AI数字化采集软件要求具备可视化展示功能，可实时查看智慧AI小车视频，并将识别出来的目标信息叠加在视频当中，可同时处理并展示不少于2路视频；4.13AI数字化采集软件要求支持对识别目标的定位功能，所识别的每个目标都应包含基于实验室原有沙盘的定位信息，同时支持对目标数据集的管理，可完成目标信息的记录、查询；4.14要求提供二次开发接口；4.15要求可开展以下实验项目：交通安全设施认知实验，图像处理、深度学习、模式识别、目标跟踪及网络通信等基础开发实验，交通安全设施数字化采集实验，深度学习应用实验，视频目标识别跟踪实验；5信号控制硬件在环实验系统/5.1信号控制硬件在环实验系统要求构建信号控制机硬件在环的各类测试环境，可以有效的测试不同厂家的信号机在不同交通流场景情况下的运行效果；5.2系统要求可以模拟手动触发检测器以及车辆过车信息；可以实时展示交通信号相位图运行状态；可扩展信号机的应用场景，可进行信号控制算法测试；可进行各类场景交通信号控制仿真实验；5.3每套系统要求包含1套教学版微观交通仿真软件、1台城市交通信号控制系统测试仪和1台教学版道路交通信号控制机主机；5.4教学版微观交通仿真软件要求不低于以下配置：永久使用；要求支持Opendrive及json数据，shp格式路网导入支持；1用户数；软件模块要求包括基础版和二次开发模块；要求支持进行信控方案信息与信号机通道映射关系配置；要求支持多种典型交通场景的快速构建，如混合交通流场景、施工区/事故区场景等；要求支持车辆级精准微观交通行为仿真，包括各类跟驰、变道和让行行为等；5.5城市交通信号控制系统测试仪要求不低于以下配置：要求具备灯色展示功能和检测器触发功能；嵌入式处理器主频≥100MHz；接口至少具备1个RS232接口、1个RS485、2个网口和2个DB37接口；支持车检ID输出数≥32路；支持车检状态指示数≥32路；支持信号灯组状态显示数≥16个；支持仿真软件的信号灯组数≥100个；支持仿真软件的检测器数≥100个；5.6教学版道路交通信号控制机主机要求不低于以下配置：要求符合国标GB25280-2016要求；输出数72路；计划放行方案≥9个，每个计划方案支持≥24个时段输出，每个时段支持≥16个相位放行，≥99个放行方案；运行模式至少包含定周期、行人触摸、时间绿波、关灯、黄闪、全红和感应检测放行等；通讯式倒计时≥16组，通讯式倒计时协议要求可选；要求至少具有RJ45、RS485和RS232接口；5.7要求可开展以下实验项目：交通信号控制系统认知实验；定时信号控制方案验证模拟实验；感应信号控制方案验证模拟实验；交通信号控制系统硬件在环测试；交通信号算法软件在环测试；各类信号控制优化实验；6智能网联车辆开发实验系统/6.1智能网联车辆开发实验系统要求可以在实验室原有沙盘上运行；6.2智能网联车辆开发实验系统要求以激光雷达测距、无线通信、机器视觉、图像处理、模式识别等人工智能理论和技术为基础，构建车辆环境感知和决策控制系统；6.3系统要求：结合车联网技术获取车距安全预警信息，同时根据不同光照下的道路场景，构建车道标志线的识别方法，并建立车辆位姿、方向等参数估计，用于车道偏离预警；6.4系统要求具备激光雷达建图与导航、多点巡航、车辆跟随、交通标志标牌识别、交通信号配时状态识别、红绿灯识别、无线图传等功能；6.5每套智能网联车辆开发实验系统要求包含1辆无人驾驶仿真车辆和1套便携式控制终端；6.6智能网联车辆开发实验系统要求具有沙盘上的交通标志识别、沙盘上的交通标牌识别、沙盘上的交通信号配时状态识别、沙盘上的交通信号灯状态识别、无线图像传输、车路协同等功能；6.7无人驾驶仿真车辆要求不低于以下配置：尺寸不大于280*220*300(长*宽*高)，重量≤2Kg，离地高度≥15.5mm，要求采用麦克纳姆轮转向结构，可在实验室原有沙盘上自动驾驶；6.8无人驾驶仿真车辆主控板要求不低于以下配置：采用64位四核处理器，主频≥1.43Ghz；搭载≥128核GPU处理芯片；≥4GB64位LPDDR4内存；标配32GTF卡；要求内置ROS开发环境；要求内置OpenCV，具备机器视觉开发功能；6.9无人驾驶仿真车辆驱动控制板要求不低于以下配置：采用STM32处理器，可扩展蓝牙模块、液晶显示模块，内置整车电源管理单元，电机驱动单元，舵机驱动单元，内置9轴陀螺仪传感器，可根据原始加速度值、陀螺仪数值、角速度值解算输出车辆航向角，用户可自行设计算法二次开发实现惯性导航功能；6.10无人驾驶仿真车辆车载激光雷达要求不低于以下配置：二维激光雷达；光源：905nm激光，ClassI(人眼安全)，平均功率2mW；扫描角度：360°；发射重频：20KHz；角度分辨率：0.22°；测点速率：20000点/秒；扫描频率范围：12Hz；输出数据分辨率：1mm；测量精度：-3~+3cm；量程：10m；可实现一定范围内的平面建图；6.11无人驾驶仿真车辆：车载深度摄像机要求不低于以下配置：深度范围要求0.6~8米；精度误差小于3mm；摄像机分辨率≥1280X1024；接口方式要求为USB；要求免费提供SDK开发包；可识别出道路车道线和道路交通标志，实现车道线跟踪处理；6.12无人驾驶仿真车辆：车载显示屏要求不低于以下配置：IPS电容触摸屏；尺寸≥4.3寸；要求带HDMI接口；分辨率≥800X400；6.13要求免费提供二次开发资源，包含底层完整源码，驱动板电路原理图，详细通信协议及开发使用说明，提供ROS源码以及各模块驱动、车辆控制、视频识别SDK开发软件包等；6.14要求可开展以下实验项目：无人驾驶系统的关键技术、工作原理、设备组成学习；激光雷达建图实验、单车自动驾驶实验、自动驾驶紧急避障实验、目标识别实验、障碍物识别实验；设计小车的轨迹跟踪控制算法、避障控制算法、道路路径识别算法、道路障碍物识别算法等的二次开发实验；7交通信息发布实验系统/7.1交通信息发布实验系统要求安装在实验室原有沙盘上，采用液晶显示屏进行交通信息发布；在实验室原有沙盘的某些路口、路段、建筑物、停车场、高速公路等关键位置布设交通诱导可变情报板，可由用户编辑或自动发布相关的交通诱导信息，具有图文编辑、发送、二次开发等功能；7.2系统可实现交通信息发布系统的工作原理、设备组成、实现功能和网络结构认识；了解交通信息发布系统的施工过程；交通信息发布操作实验；交通信息发布系统常见故障认知；交通信息发布系统常见故障维护实验；提供系统的二次开发接口，实现不同的交通信息发布功能；7.3交通信息发布实验系统要求包含交通诱导可变情报板和公交信息发布屏；7.4公交信息发布屏要求采用≥2.4寸TFTLCD屏，分辨率≥320*240，数量≥4个；可变情报板采用高亮度≥7英寸液晶屏，分辨率≥800*480，数量≥4个；7.5系统要求具有通信