物聯(lián)網(wǎng)概論第九章 物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)概論南京師范大學(xué)泰州學(xué)院2021年8月第9章物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用目錄

智能交通概述

智能交通系統(tǒng)總體架構(gòu) 車載信息效勞系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用案例2學(xué)習(xí)目標(biāo)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(gòu)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(shí)管理人員通過對(duì)車輛、駕駛員和道路信息的實(shí)時(shí)采集來提高管理效率，更好地發(fā)揮交通根底設(shè)施效能，提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)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(yīng)對(duì)全球日益加大的人口、車輛和公路設(shè)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(shí)代的一年，因當(dāng)年全球城市人口超過了世界總?cè)丝诘囊话耄页鞘谢M(jìn)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(kuò)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(shè)更多新道路就越來越不現(xiàn)實(shí)。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(jì)，美國公路交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失每年估計(jì)達(dá)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(fèi)的時(shí)間達(dá)37億小時(shí)，燃料損失23億加侖〔足以裝載58個(gè)超大型油輪〕，僅此一項(xiàng)每年損失就高達(dá)780億美元。日本東京因交通擁堵每年造成的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yán)重，交通事故頻頻發(fā)生。9.1智能交通概述各國實(shí)例美國通過采取保護(hù)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(gè)百分點(diǎn)，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(gè)百分點(diǎn)。9.1智能交通概述在瑞典斯德哥爾摩，建成統(tǒng)計(jì)進(jìn)出城市車流量的動(dòng)態(tài)收費(fèi)系統(tǒng)將交通量降低了20%，等待時(shí)間減少25%，尾氣排放降低12%各國實(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模擬和預(yù)測交通狀況，準(zhǔn)確率高達(dá)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(duì)城市的影響等，均取得了不同的收效。各國實(shí)例9.1智能交通概述交通是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，單獨(dú)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(dòng)因9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)

ITS的功能架構(gòu)描述參考采用日本政府的?21世紀(jì)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(gè)支撐系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)功能架構(gòu)9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)先進(jìn)車輛信息系統(tǒng)公交優(yōu)先系統(tǒng)車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)路線引導(dǎo)系統(tǒng)緊急救援與公眾安全系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)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(gòu)9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)（一）先進(jìn)導(dǎo)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(yùn)營管理系統(tǒng)（八）行人引導(dǎo)系統(tǒng)（九）緊急車輛支援9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)智能交通系統(tǒng)建設(shè)實(shí)效--日本ITS規(guī)劃

9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)智能交通系統(tǒng)建設(shè)實(shí)效目前，日本已經(jīng)建立了普及全國的ETC收費(fèi)點(diǎn)，ETC普及率已到達(dá)70%。通過ETC系統(tǒng)全面消除了收費(fèi)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(gòu)先進(jìn)、平安的機(jī)動(dòng)車也是ITS方案的重要組成局部，在汽車行駛速度進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)間的時(shí)候，感測系統(tǒng)先行偵測到警示標(biāo)志或異常場景，自動(dòng)采取提示、降速等預(yù)防措施，能在駕駛員無法預(yù)見事故可能發(fā)生的潛在危險(xiǎn)時(shí)，發(fā)出實(shí)時(shí)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(shè)實(shí)效9.2智能交通系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)實(shí)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(gè)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(shí)了解從甲地到乙地間的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行速度、堵塞長度等。通過車內(nèi)播送和路側(cè)播送駕駛者可了解各個(gè)路口信息。如果安裝了車載信息終端，這些信息還會(huì)自動(dòng)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(shí)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(gè)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(dǎo)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(fēng)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(dòng)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(luò)效勞器連接，及時(shí)了解家中的電器運(yùn)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(jìn)行行車效率優(yōu)化、故障預(yù)警、保養(yǎng)提示及遠(yuǎn)程引擎調(diào)整或零件預(yù)定等。遠(yuǎn)程車輛診斷是通過內(nèi)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上的微處理型記錄汽車關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，并隨時(shí)為維修人員提供準(zhǔn)確的故障位置和原因。9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的運(yùn)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(jié)，通過衛(wèi)星三角定位運(yùn)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(dǎo)航。Telematics的運(yùn)行模式9.3車載信息效勞系統(tǒng)Telematics的運(yùn)行模式信息效勞方面，主要通過移動(dòng)通信網(wǎng)〔GSM、GPRS或3G等〕與后臺(tái)客戶效勞中心或信息提供商進(jìn)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(dòng)下成為綜合了GPS導(dǎo)航定位、感測數(shù)據(jù)接發(fā)、相關(guān)信息效勞三大應(yīng)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能智能輪胎人員平安防護(hù)系統(tǒng)目前交通平安防護(hù)仍向被動(dòng)式與主動(dòng)式方向開展。被動(dòng)式是指從車禍發(fā)生起對(duì)車內(nèi)駕乘人員的保護(hù)，內(nèi)容為平安帶、平安氣囊和自動(dòng)呼叫等；主動(dòng)式平安那么著眼于預(yù)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(shí)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(fù)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(shí)別各種外部物體，及時(shí)發(fā)出警告，提醒駕得采取應(yīng)對(duì)措施以提高行車平安。智能車輛防盜車輛財(cái)產(chǎn)保全底盤電子化9.5智能交通應(yīng)用案例

案例一V2V汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)汽車間的碰擦、追尾、相撞事故多與駕駛員對(duì)速度與車距的觀察判斷不當(dāng)相關(guān)。同時(shí)，相當(dāng)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(yīng)用需求

9.5智能交通應(yīng)用案例V2V汽車防碰撞預(yù)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(yù)警系統(tǒng)，其原理是汪在兩車距離處于危險(xiǎn)范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒雙方駕駛者注意并立即采取相應(yīng)措施，防止追尾或碰撞事故發(fā)生。9.5智能交通應(yīng)用案例9.5智能交通應(yīng)用案例V2V系統(tǒng)也同時(shí)有防止前方追尾的警告系統(tǒng)，除了加強(qiáng)尾燈的警示功能之外，也同樣通過警鈴或是座椅震動(dòng)方式，在第一時(shí)間提醒雙方駕駛?cè)俗⒁狻?.5智能交通應(yīng)用案例V2V專用短程通訊信道V2V的特點(diǎn)是：物體間的識(shí)別、感測、處理與反響均須在高速間進(jìn)行并實(shí)時(shí)響應(yīng)。關(guān)鍵之一是必須確保網(wǎng)絡(luò)平安，預(yù)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(guān)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(yīng)用案例V2V專用短程通訊信道9.5智能交通應(yīng)用案例V2V的實(shí)驗(yàn)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(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行試用。德國群眾汽車的電子研究實(shí)驗(yàn)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(yīng)用案例美國通用汽車公司在這一領(lǐng)域那么較領(lǐng)先，他們?cè)谝恍┸囆蜕习惭b上短程通信裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車以防止事故發(fā)生；改進(jìn)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)可預(yù)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(jī)不需要自己進(jìn)行剎車的情況下車上的電腦系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)剎車。V2V的實(shí)驗(yàn)與開展9.5智能交通應(yīng)用案例V2V的實(shí)驗(yàn)與開展9.5智能交通應(yīng)用案例案例二、歐洲“Talkingcars〞9.5智能交通應(yīng)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(shí)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(luò)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(yīng)用案例如多輛出租車在同一路段上同時(shí)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(shí)，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(shí)，動(dòng)態(tài)規(guī)劃出其它車輛繞行的最正確路線。同時(shí)，這一信息還可發(fā)送給交通主管機(jī)構(gòu)，促其盡快采取疏導(dǎo)措施。9.5智能交通應(yīng)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(dòng)駕駛案例四、輔助駕駛平安系統(tǒng)9.5智能交通應(yīng)用案例SARTRE方案SARTRE〔SafeRoadTrainsfortheEnvironment〕是歐洲近期開展的一項(xiàng)改進(jìn)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(duì)，由前導(dǎo)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(dòng)以減少長途駕駛的疲勞，還可到達(dá)節(jié)省燃料、縮短交通時(shí)間、減少車道堵塞、增進(jìn)環(huán)境友好等一舉多得之目標(biāo)。9.5智能交通應(yīng)用案例案例五、輔助駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)1〕培育車主良好駕駛習(xí)慣以減少油耗2〕精確預(yù)測導(dǎo)航效勞9.5智能交通應(yīng)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(shè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、含氧量，并進(jìn)一步分析車輛的最正確駕駛效益。9.5智能交通應(yīng)用案例精確預(yù)測導(dǎo)航效勞行車導(dǎo)航目前已是普及型效勞，其進(jìn)一步的開展是交通預(yù)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(yù)測、汽車款式和駕駛員行為等資料來建立交通預(yù)測模型，提升預(yù)測結(jié)果的可信度。9.5智能交通應(yīng)用案例案例六、Telematics效勞系統(tǒng)從實(shí)體上看，Telematics只是一套具有強(qiáng)大計(jì)算與通信控制功能設(shè)備，要開展相關(guān)效勞必須有專業(yè)公司逐項(xiàng)提供。最早開展這項(xiàng)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(luò)與車主及與車輛傳感系統(tǒng)隨時(shí)建立聯(lián)系。9.5智能交通應(yīng)用案例提供效勞碰撞自動(dòng)求助緊急救援安全保障導(dǎo)航系統(tǒng)車況檢測9.5智能交通應(yīng)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(dǎo)汽車對(duì)各類對(duì)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(yīng)用。該決議的通過將使歐洲在標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程上能趕上美國、日本。9.5智能交通應(yīng)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(jì)算〞即泛在計(jì)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(yīng)用案例叫車者通過內(nèi)嵌在中的RFID識(shí)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(hào)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(yīng)用案例案例九、互動(dòng)式公交車站－eyeShop系統(tǒng)美國麻省理工學(xué)院“感知城市試驗(yàn)室〞與某公共交通系統(tǒng)營運(yùn)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(dòng)的公車站，提供如互動(dòng)式地圖、路線規(guī)劃、個(gè)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(yīng)用案例案例十、移動(dòng)預(yù)約車位效勞9.5智能交通應(yīng)用案例案例十一、行車事故自動(dòng)記錄系統(tǒng)事故場景記錄需求9.5智能交通應(yīng)用案例記錄設(shè)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(duì)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(qiáng)行開門、報(bào)警或緊急事件等進(jìn)行記錄。9.5智能交通應(yīng)用案例記錄內(nèi)容該影像事件記錄設(shè)備在車輛緊急剎車、車身突然歪斜、車體碰撞時(shí)自行啟動(dòng)，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(dòng)下載到車載信息系統(tǒng)或上傳到網(wǎng)絡(luò)效勞器。9.5智能交通應(yīng)用案例其他功能該系統(tǒng)還有7個(gè)無線報(bào)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(bào)警、或當(dāng)發(fā)生事故，車主被卡，行動(dòng)受限時(shí)，可用最近的按鈕一鍵式報(bào)警。9.5智能交通應(yīng)用案例案例十二、斯德哥爾摩的道路收費(fèi)系統(tǒng)瑞典斯德哥爾摩是由島嶼組成的城市，14個(gè)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(fù)荷越來越大。交通管理需求9.5智能交通應(yīng)用案例交通收費(fèi)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(fèi)系統(tǒng)，它直接向頂峰時(shí)間在市中心道路行駛的車輛駕駛者收費(fèi)，希望以此來鼓勵(lì)更多的人放棄開車，轉(zhuǎn)而乘坐公共交通工具，同時(shí)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(yīng)用案例駕駛者在車上安裝簡單的應(yīng)答器標(biāo)簽，標(biāo)簽將與控制站的收發(fā)器進(jìn)行通信，同時(shí)自動(dòng)征收道路使用費(fèi)。一旦車輛在指定的擁堵時(shí)段通過路邊控制站，收發(fā)器就會(huì)通過傳感器識(shí)別該車輛。凡經(jīng)過控制站的車輛會(huì)被攝像，車牌號(hào)碼將用于識(shí)別未安裝標(biāo)簽的車輛，并作為強(qiáng)制執(zhí)行收費(fèi)的證據(jù)。車輛信息將輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以便與車輛登記數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，直接向車主收費(fèi)。駕駛者可以通過當(dāng)?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(yīng)用案例可自動(dòng)識(shí)別的RFID標(biāo)簽、探測物理標(biāo)簽信息并可將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接收信號(hào)的小型傳感器?？梢曌址R(shí)別系統(tǒng)，可從任意角度區(qū)