物聯(lián)網(wǎng)概論第九章 物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領域的應用

物聯(lián)網(wǎng)概論南京師范大學泰州學院2021年8月第9章物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領域中的應用目錄

智能交通概述

智能交通系統(tǒng)總體架構 車載信息效勞系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)的應用案例2學習目標1〕了解智能交通系統(tǒng)的根本內(nèi)容2〕掌握智能交通系統(tǒng)的總體架構3〕了解車載信息效勞系統(tǒng)的功能9.1智能交通概述智能交通系統(tǒng)ITS9.1智能交通概述同時管理人員通過對車輛、駕駛員和道路信息的實時采集來提高管理效率，更好地發(fā)揮交通根底設施效能，提高交通運輸系統(tǒng)的運行效率和效勞水平，為公眾提供高效、平安、便捷、舒適的出行效勞。智能交通系統(tǒng)ITS9.1智能交通概述需求背景智能交通是在為應對全球日益加大的人口、車輛和公路設施等壓力而提出的。9.1智能交通概述全球城市化的趨勢交通流量壓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年是劃時代的一年，因當年全球城市人口超過了世界總人口的一半，而且城市化進程還在持續(xù)加速。2021年，有59座城市人口突破500萬，比2001年多了50%全球城市化的趨勢9.1智能交通概述交通流量壓力加大以美國為例，1982到2001年間人口增長約20%，而交通流量卻暴增236%。傳統(tǒng)解決交通問題的方法是修建或擴建道路，但隨著人口的增長，城市人均居住面積日益減少，要在人口持續(xù)增加的城市中再鋪設更多新道路就越來越不現(xiàn)實。9.1智能交通概述交通事故率上升據(jù)美國公路交通平安管理局估計，美國公路交通事故造成的經(jīng)濟損失每年估計達2300億美元。9.1智能交通概述交通堵塞帶來的損失美國每年因交通堵塞而浪費的時間達37億小時，燃料損失23億加侖〔足以裝載58個超大型油輪〕，僅此一項每年損失就高達780億美元。日本東京因交通擁堵每年造成的經(jīng)濟損失約為1230億美元。9.1智能交通概述國情我國的城市化進程、城市人口的增長速率、私家車的生產(chǎn)與銷售數(shù)量等，無疑在全世界是開展最快的，故我國目前面臨的城市交通問題已毫不亞于興旺國家，許多城市出現(xiàn)了新馬路不斷修建、舊馬路不斷拓寬，但道路擁堵、無處停車的現(xiàn)象卻日益嚴重，交通事故頻頻發(fā)生。9.1智能交通概述各國實例美國通過采取保護行人平安的措施使2002年的行人交通事故死亡數(shù)比2001年下降了2.2%，交通事故中受傷的人數(shù)也下降近4個百分點，大型卡車引起的交通事故死亡人數(shù)那么下降了約3.5個百分點。9.1智能交通概述在瑞典斯德哥爾摩，建成統(tǒng)計進出城市車流量的動態(tài)收費系統(tǒng)將交通量降低了20%，等待時間減少25%，尾氣排放降低12%各國實例9.1智能交通概述在新加坡，監(jiān)控效勞人員通過傳感器接收實時數(shù)據(jù)，模擬和預測交通狀況，準確率高達90%。在日本京都，城市規(guī)劃者通過模擬上百萬車輛的大范圍交通情形來分析其對城市的影響等，均取得了不同的收效。各國實例9.1智能交通概述交通是一個復雜的綜合性系統(tǒng)，單獨從道路或車輛的角度來考慮，都將無法整體解決問題。直接動因9.2智能交通系統(tǒng)架構

ITS的功能架構描述參考采用日本政府的?21世紀新一代通用交通管理系統(tǒng)UTMS21〔NextGenerationUniversalTrafficManagementSystem〕?規(guī)劃。該規(guī)劃將智能交通系統(tǒng)分解為八個支撐系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)功能架構9.2智能交通系統(tǒng)架構先進車輛信息系統(tǒng)公交優(yōu)先系統(tǒng)車輛運行管理系統(tǒng)動態(tài)路線引導系統(tǒng)緊急救援與公眾安全系統(tǒng)環(huán)境保護管理系統(tǒng)安全駕駛支持系統(tǒng)智能圖像處理系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)功能架構9.2智能交通系統(tǒng)架構9.2智能交通系統(tǒng)架構（一）先進導航系統(tǒng)（二）ETC系統(tǒng)（三）安全駕駛支援系統(tǒng)（四）交通管理最優(yōu)化（五）道路高效管理系統(tǒng)（六）公交支援系統(tǒng)（七）車輛運營管理系統(tǒng)（八）行人引導系統(tǒng)（九）緊急車輛支援9.2智能交通系統(tǒng)架構智能交通系統(tǒng)建設實效--日本ITS規(guī)劃

9.2智能交通系統(tǒng)架構智能交通系統(tǒng)建設實效目前，日本已經(jīng)建立了普及全國的ETC收費點，ETC普及率已到達70%。通過ETC系統(tǒng)全面消除了收費站前的擁堵狀況，二氧化碳排放量降低了40%。9.2智能交通系統(tǒng)架構先進、平安的機動車也是ITS方案的重要組成局部，在汽車行駛速度進入危險區(qū)間的時候，感測系統(tǒng)先行偵測到警示標志或異常場景，自動采取提示、降速等預防措施，能在駕駛員無法預見事故可能發(fā)生的潛在危險時，發(fā)出實時警告，使日本的道路交通事故發(fā)生的可能性降低了80%。智能交通系統(tǒng)建設實效9.2智能交通系統(tǒng)架構兩大系統(tǒng)確保交通順暢〔一〕交通控制中心〔二〕車輛信息與通信系統(tǒng)中心VICS9.2智能交通系統(tǒng)架構實際效果以人口密度最大的東京為例，駕車行駛在東京街頭，即使是一個新手，也能很快熟悉道路情況。通過路口上方紅紅綠綠的信息顯示板，能隨時了解從甲地到乙地間的運行時間、運行速度、堵塞長度等。通過車內(nèi)播送和路側播送駕駛者可了解各個路口信息。如果安裝了車載信息終端，這些信息還會自動轉(zhuǎn)換為文字。人們還可通過了解主要道路的堵車、交通事故、車輛通行限制、交通管制時間等。9.3車載信息效勞系統(tǒng)車載信息效勞系統(tǒng)Telematics9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的三個子系統(tǒng)〔1〕前座系統(tǒng)〔2〕后座系統(tǒng)〔3〕車況診斷系統(tǒng)9.3車載信息效勞系統(tǒng)前座系統(tǒng)主要功能包括通信、導航、行車平安、車輛保全、路況偵測、天氣感知等與駕駛簡易性與舒適性為主的內(nèi)容。如查看交通地圖、收聽路況介紹、平安與治安效勞等，為防止駕駛者分心，輸入系統(tǒng)主要采用語音輸入或觸控面板；輸出系統(tǒng)那么為中尺寸面板〔LCD或OLED〕、語音輸出或擋風玻璃的抬頭顯示等。9.3車載信息效勞系統(tǒng)后座系統(tǒng)以多媒體娛樂為主，包括互動游戲、高保真音響、隨選視頻、數(shù)字播送與電視等〔包括金融、新聞、E-mail收發(fā)等〕以及、臨近目的地的停車場的車位狀況，還可以與家中的網(wǎng)絡效勞器連接，及時了解家中的電器運轉(zhuǎn)情況、平安情況以及客人來訪情況等。9.3車載信息效勞系統(tǒng)車況診斷系統(tǒng)主要根據(jù)車載電腦收集的車況信息，進行行車效率優(yōu)化、故障預警、保養(yǎng)提示及遠程引擎調(diào)整或零件預定等。遠程車輛診斷是通過內(nèi)置在發(fā)動機上的微處理型記錄汽車關鍵部件的運行狀態(tài)，并隨時為維修人員提供準確的故障位置和原因。9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的運行模式根本可分為汽車定位系統(tǒng)〔GPS〕與信息效勞兩局部。9.3車載信息效勞系統(tǒng)GPS主要通過播送、微波與衛(wèi)星的三向接收與發(fā)射天線與衛(wèi)星連結，通過衛(wèi)星三角定位運行，Telematics內(nèi)置的GPS系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)〔GIS〕，以地形圖〔3D〕或平面〔2D〕地圖方式為駕駛員提供導航。Telematics的運行模式9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的運行模式信息效勞方面，主要通過移動通信網(wǎng)〔GSM、GPRS或3G等〕與后臺客戶效勞中心或信息提供商進行信息〔車輛管理、調(diào)度、交通、旅館、娛樂、氣象、訂票等信息〕的雙向接收與傳送。9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的主要功能9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的開展Telematics在需求驅(qū)動下成為綜合了GPS導航定位、感測數(shù)據(jù)接發(fā)、相關信息效勞三大應用集成的綜合系統(tǒng)。9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的開展車輛信息化發(fā)動機系統(tǒng)節(jié)能智能輪胎人員平安防護系統(tǒng)目前交通平安防護仍向被動式與主動式方向開展。被動式是指從車禍發(fā)生起對車內(nèi)駕乘人員的保護，內(nèi)容為平安帶、平安氣囊和自動呼叫等；主動式平安那么著眼于預防與減少車禍的發(fā)生，如各種語音提醒、感測控制與行人行為識別軟件等。車用影像系統(tǒng)交通故事頻發(fā)地段往往是道路環(huán)境復雜、行人隨意穿越道路、駕駛者任意變道等因素造成的。而采用車用影像系統(tǒng)那么有助于識別各種外部物體，及時發(fā)出警告，提醒駕得采取應對措施以提高行車平安。智能車輛防盜車輛財產(chǎn)保全底盤電子化9.5智能交通應用案例

案例一V2V汽車防碰撞預警系統(tǒng)汽車間的碰擦、追尾、相撞事故多與駕駛員對速度與車距的觀察判斷不當相關。同時，相當數(shù)量的交通事故與人身傷亡都由車輛間碰撞所致，故減少汽車間的碰撞就能大大減少交通事故，降低道路擁堵，提高駕乘人員及行人的平安。應用需求

9.5智能交通應用案例V2V汽車防碰撞預警系統(tǒng)--“車聯(lián)網(wǎng)〞美國通用汽車近期研發(fā)出“V2V〞〔即vehicletovehicle，車輛間通信〕防追尾與防碰撞預警系統(tǒng)，其原理是汪在兩車距離處于危險范圍時發(fā)出警報，提醒雙方駕駛者注意并立即采取相應措施，防止追尾或碰撞事故發(fā)生。9.5智能交通應用案例9.5智能交通應用案例V2V系統(tǒng)也同時有防止前方追尾的警告系統(tǒng)，除了加強尾燈的警示功能之外，也同樣通過警鈴或是座椅震動方式，在第一時間提醒雙方駕駛人注意。9.5智能交通應用案例V2V專用短程通訊信道V2V的特點是：物體間的識別、感測、處理與反響均須在高速間進行并實時響應。關鍵之一是必須確保網(wǎng)絡平安，預警系統(tǒng)必須能夠有效防止黑客入侵，以免發(fā)生混亂引發(fā)事故；關鍵之二采用專用通訊信道供近域無線通信使用。9.5智能交通應用案例V2V專用短程通訊信道9.5智能交通應用案例V2V的實驗與開展德國政府已出資在法蘭克福為50萬輛汽車安裝V2V預警系統(tǒng)進行試用。德國群眾汽車的電子研究實驗室也將兩輛速騰車和兩輛奧迪A3車安裝了“專門短程通信〞裝置，并利用V2V控制這幾輛車在繁華城市中行駛并獲成功。9.5智能交通應用案例美國通用汽車公司在這一領域那么較領先，他們在一些車型上安裝上短程通信裝置，實現(xiàn)自動停車以防止事故發(fā)生；改進的穩(wěn)定控制系統(tǒng)可預測前面停在路中的另一輛安裝短程通信裝置的車，能在司機不需要自己進行剎車的情況下車上的電腦系統(tǒng)會自動剎車。V2V的實驗與開展9.5智能交通應用案例V2V的實驗與開展9.5智能交通應用案例案例二、歐洲“Talkingcars〞9.5智能交通應用案例日立公司利用遍布大街小巷的出租車的車載信息系統(tǒng)來收集各條街道的行車信息，如行車時間、行車速度等。將資料集中到控制中心處理分析后，再通過無線網(wǎng)絡方式將各路段上的行車信息傳送給車載信息效勞系統(tǒng)，向其提供最正確的行車路線規(guī)劃。案例三、智能交通改善道路堵塞9.5智能交通應用案例如多輛出租車在同一路段上同時出現(xiàn)相似的行車遲滯或停止現(xiàn)象，甚至影響到周邊路段的車輛速度時，就很容易判斷出該路段發(fā)生了堵塞。系統(tǒng)可根據(jù)被堵塞的車輛數(shù)、涉及周邊的車輛數(shù)等研判出堵塞范圍，街道數(shù)等，就能在將此信息快速發(fā)送到各車輛的同時，動態(tài)規(guī)劃出其它車輛繞行的最正確路線。同時，這一信息還可發(fā)送給交通主管機構，促其盡快采取疏導措施。9.5智能交通應用案例第一是行車防碰撞第二是輔助泊車第三是道路自動駕駛案例四、輔助駕駛平安系統(tǒng)9.5智能交通應用案例SARTRE方案SARTRE〔SafeRoadTrainsfortheEnvironment〕是歐洲近期開展的一項改進高速公路交通的新方案。其含義是通過V2V將高速公路上的車輛組成車隊，由前導車控制跟隨車的行車速度、方向與途徑，不但跟隨車的駕駛者可休息、娛樂或從事其他活動以減少長途駕駛的疲勞，還可到達節(jié)省燃料、縮短交通時間、減少車道堵塞、增進環(huán)境友好等一舉多得之目標。9.5智能交通應用案例案例五、輔助駕駛培訓系統(tǒng)1〕培育車主良好駕駛習慣以減少油耗2〕精確預測導航效勞9.5智能交通應用案例新西蘭PLXDEVICES公司開發(fā)出一套駕駛輔助節(jié)能裝置，該設備安裝在方向盤附近，一分鐘就能取得感測信息，如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載、含氧量，并進一步分析車輛的最正確駕駛效益。9.5智能交通應用案例精確預測導航效勞行車導航目前已是普及型效勞，其進一步的開展是交通預測，讓眾多駕駛者積累的歷史性資料發(fā)揮效勞作用，利用如法定節(jié)假日、天氣預測、汽車款式和駕駛員行為等資料來建立交通預測模型，提升預測結果的可信度。9.5智能交通應用案例案例六、Telematics效勞系統(tǒng)從實體上看，Telematics只是一套具有強大計算與通信控制功能設備，要開展相關效勞必須有專業(yè)公司逐項提供。最早開展這項效勞的，是美國通用汽車和安吉星〔OnStar〕公司合作在全球推廣，安吉星主要通過網(wǎng)絡與車主及與車輛傳感系統(tǒng)隨時建立聯(lián)系。9.5智能交通應用案例提供效勞碰撞自動求助緊急救援安全保障導航系統(tǒng)車況檢測9.5智能交通應用案例案例七、Telematics通信環(huán)境以Telematics為車載通信單元的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將在近年內(nèi)迅速開展，必將引導汽車對各類對象〔Car-to-X〕的通信急速增長，歐盟將5.9GHz頻段規(guī)劃30MHz的帶寬給各國家交通主管部門作為Telematics應用。該決議的通過將使歐洲在標準制定進程上能趕上美國、日本。9.5智能交通應用案例案例八、韓國u-Station效勞由于韓國近年將“無所不在的計算〞即泛在計算定為信息化開展的國策〔即u-Korea〕，故平安出租車就沿襲這一理念，稱為“u-Station〞效勞。9.5智能交通應用案例叫車者通過內(nèi)嵌在中的RFID識讀器，可訪問出租車數(shù)據(jù)中心，獲得出租車的根本信息如駕駛員根本數(shù)據(jù)、車輛號碼、車型等，并將獲取的數(shù)據(jù)傳送到家人或朋友中，以保障搭乘者的平安。u-Station效勞9.5智能交通應用案例案例九、互動式公交車站－eyeShop系統(tǒng)美國麻省理工學院“感知城市試驗室〞與某公共交通系統(tǒng)營運商正在合作研究新型的公交站，方案將現(xiàn)有的公車站改選成人與物可互動的公車站，提供如互動式地圖、路線規(guī)劃、個性分類廣告、公告欄、電子涂鴉等效勞，讓候車亭成為市民休閑娛樂的空間。9.5智能交通應用案例案例十、移動預約車位效勞9.5智能交通應用案例案例十一、行車事故自動記錄系統(tǒng)事故場景記錄需求9.5智能交通應用案例記錄設備iDrive系統(tǒng)是一種專業(yè)事件數(shù)據(jù)記錄儀，它可拍攝高清晰度視頻，系統(tǒng)用雙攝像頭對車前和車后事件發(fā)生的過程，包括：事故、攻擊性駕駛行為、碰撞、強行開門、報警或緊急事件等進行記錄。9.5智能交通應用案例記錄內(nèi)容該影像事件記錄設備在車輛緊急剎車、車身突然歪斜、車體碰撞時自行啟動，并記錄數(shù)十秒的前后影像，數(shù)據(jù)與其它傳感器和GPS定位模塊等的數(shù)據(jù)一同保存下來。信息自動下載到車載信息系統(tǒng)或上傳到網(wǎng)絡效勞器。9.5智能交通應用案例其他功能該系統(tǒng)還有7個無線報警按鈕，分別安裝在儀表板、座位下、鑰匙圈、車窗與車門以及使用者口袋里保存。供車主處于受威脅的環(huán)境下，可以最不易被覺察的方式報警、或當發(fā)生事故，車主被卡，行動受限時，可用最近的按鈕一鍵式報警。9.5智能交通應用案例案例十二、斯德哥爾摩的道路收費系統(tǒng)瑞典斯德哥爾摩是由島嶼組成的城市，14個大小的島嶼由各式橋梁相連。多年來，交通堵塞問題不斷加劇，每天都有超過50萬輛汽車涌入城市。斯德哥爾摩地區(qū)人口正以每年2萬人的速度增長，使得車流量不斷增加，城市道路承受的負荷越來越大。交通管理需求9.5智能交通應用案例交通收費系統(tǒng)在IBM的協(xié)助下，斯德哥爾摩市采用了高科技交通收費系統(tǒng)，它直接向頂峰時間在市中心道路行駛的車輛駕駛者收費，希望以此來鼓勵更多的人放棄開車，轉(zhuǎn)而乘坐公共交通工具，同時改善斯德哥爾摩城區(qū)的環(huán)境，尤其是空氣質(zhì)量。9.5智能交通應用案例駕駛者在車上安裝簡單的應答器標簽，標簽將與控制站的收發(fā)器進行通信，同時自動征收道路使用費。一旦車輛在指定的擁堵時段通過路邊控制站，收發(fā)器就會通過傳感器識別該車輛。凡經(jīng)過控制站的車輛會被攝像，車牌號碼將用于識別未安裝標簽的車輛，并作為強制執(zhí)行收費的證據(jù)。車輛信息將輸入計算機系統(tǒng)，以便與車輛登記數(shù)據(jù)進行匹配，直接向車主收費。駕駛者可以通過當?shù)氐你y行、互聯(lián)網(wǎng)或社區(qū)便利店支付賬單。工作原理9.5智能交通應用案例可自動識別的RFID標簽、探測物理標簽信息并可將其轉(zhuǎn)換成計算機可接收信號的小型傳感器?？梢曌址R別系統(tǒng)，可從任意角度區(qū)