物联网支计算在交通方面的应用.ppt

云计算 云计算（cloud computing），是一种基于互联网的 计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信 息可以按需提供给计算机和其他设备。云其实是网 络、互联网的一种比喻说法。云计算的核心思想， 是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度， 构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的 网络被称为“云”。狭义云计算指IT基础设施的交付 和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获 得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式 ，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服 务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可 是其他服务。 物联网 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文 名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“ 物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第 一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联 网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延 伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换 和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别 （ RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器 等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互 联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品 的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网 络。 物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别 （RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描 器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监 控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、 力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结 合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人， 所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。 物联网分类 1. 私有物联网（Private IoT）： 一般面向单 一机构内部提供服务； 2. 公有物联网（Public IoT）：基于互联网 （Internet）向公众或大型用户群体提供服务 ； 3. 社区物联网（Community IoT）：向一个 关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下 属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、 城管局等）提供服务； 4. 混合物联网（Hybrid IoT）：是上述的两 种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维 实体。 物联网定义 物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能 够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通 对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。 物联网(Internet of Things)指的是将无处不在（Ubiquitous）的 末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的 传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频 监控系统等和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（ Assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“ 智能尘埃”（Mote），通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网 络实现互联互通（M2M)、应用大集成（Grand Integration)、以及 基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时 在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控 制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领 导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现 对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。 技术架构 从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应 用层。 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度 传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和 读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的 眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信 息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、 网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中 枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统 ）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应 用。 物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前 绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医 疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物 联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。 关键技术 简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网 应用中有三项关键技术。 1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道 ，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以 来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。 2、RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频 技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管 理有着广阔的应用前景。 3、政府应该加大对产业的投入，这个投入可以不是资金，而是 给企业更多的政策，特别是在操作系统、开发工具、IC设计等产业链 中高端领域上从政策到资金都要加大投入。在管理上引入重大资金投 向问责制，对长期投入资金不能市场化、产业化的项目，定期论证评 估，不能达标的关停并转甚至要追究责任。 4、减少盲目引进项目，在嵌入式与物联网的发展中，核心技术 坚持鼓励国产化，从资金上、税收上加大力度向自主研发产品倾斜。 杜绝盲目引进产业链的中高端技术，特别是不能出现像其他行业一样 ，重复引进同一个外国品牌多条生产线的状况。2 用途广泛 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、 政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业 监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽 培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等 多个领域。 国际电信联盟于2005年的报告曾描绘“物联网” 时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报 警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“ 告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。物联网在物流领域内 的应用则比如：一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装 载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间 还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配；当搬运人员卸货时，一只 货物包装可能会大叫“你扔疼我了”，或者说“亲爱的，请你不要 太野蛮，可以吗？”；当司机在和别人扯闲话，货车会装作老板 的声音怒吼“笨蛋，该发车了！” 物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说， 就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、 建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联 网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合 ，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群 ，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时 的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方 式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产 力水平，改善人与自然间的关系。 毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发 生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把 所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正 走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长的时间。 与云计算的结合 物联网的智能处理依靠先进的信息处理技 术，如云计算、模式识别等技术，云计算 可以从两个方面促进物联网和智慧地球的 实现：首先，云计算是实现物联网的核 心。 其次，云计算促进物联网和互联网的 智能融合。 与TD结合 物联网发展是确保TD成功的重大契机。TD- SCDMA是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信 系统，是宽带无线通信网络，TD的发展需要数据业 务的拉动，物联网应用是需求最迫切的增强型数据 业务，具有广阔的应用前景，能够充分发挥TD网络 优势，有助于促进TD产业链的成熟。 完善现有网络，发挥TD优势，积极推动无线传 感器网络与TD网络融合，构建适于物联网应用的 GPRS/TD/WSN（无线传感器网络）融合网络，大力 发展适于TD网络承载的物联网业务，提升TD的核心 竞争力，给物联网的发展以强有力的支撑，是中国 移动的发展思路。 物联网十二五规划或9月出台 产业规模超5千亿元 今年5月发布的物联网白皮书中预计，“十 二五”期末我国物联网相关产业规模将达到五 千多亿的规模，形成万亿级规模的时间节点 预计在“十三五”后期。据悉，工信部电信研 究院也是规划编制组成员单位之一。将锁定 十大物联网应用重点领域：智能电网、智能 交通、智能物流、智能家居、环境与安全检 测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农 牧业、金融与服务业、国防军事；建成50个 面向物联网应用的示范工程，5到10个示范城 市。 因此，如何确保标签物的拥有者个人隐私不受 侵犯便成为射频识别技术以至物联网推广的关 键问题。而且，这不仅仅是一个技术问题，还 涉及到政治和法律问题。这个问题必须引起高 度重视并从技术上和法律上予以解决。造成侵 犯个人隐私问题的关键在于射频识别标签的基 本功能：任意一个标签的标识（ID）或识别码 都能在远程被任意的扫描，且标签自动地，不 加区别地回应阅读器的指令并将其所存储的信 息传输给阅读器。这一特性可用来追踪和定位 某个特定用户或物品，从而获得相关的隐私信 息。这就带来了如何确保嵌入有标签的物品的 持有者个人隐私不受侵犯的问题。 规划课题组成员张宏科表示，智能交通 细分专项的重点发展方向是，通过智能芯 片和称重传感器监测轨道交通、航运交通 和公路交通的实时运行情况，然后通过数 据处理对交通工具的速度、故障、位置以 及整体交通拥堵情况进行检测，并针对不 同情况及时给出解决方案。 物联网及云计算在交通领域中 应用案例 一、智能交通系统(ITS) 是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算 机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制 与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统 ，是发展ITS的基础，成为交通智能化的前提。无论是 交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信 息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的 首要任务。 在物联网中，射频识别技术是一个很重要的技 术。在射频识别系统中，标签有可能预先被嵌入任何 物品中，比如人们的日常生活物品中，但由于该物品 （比如衣物）的拥有者，不一定能够觉察该物品预先 已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、 定位和追踪，这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。 车载通信系统物联网和下一代ITS中的关键技术 不停车收费系统 不停车收费系统又称电子收费系统 ElectronicTollCollectionSystem，简称ETC系统)是以 现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算 机和网络技术等高新技术为主导，实现车辆不停 车自动收费的智能交通子系统。该系统通过路侧 天线与车载电子标签之间的专用短程通信，在不 需要司机停车和其他收费人员操作的情况下，自 动完成收费处理过程。不停车、无人操作和无现 金交易是电子收费系统的三个主要特点。ETC系统 主要包括四部分：电子标识卡、收发器、微处理 器和车道控制器。电子标识卡即有源电子射频卡 ，也被看做车辆的“身份证”。 电子警察 电子警察是一种利用自动化检测与测量技术捕获交 通违法或交通事故，利用网络将采集的信息传回公 安部门进行分析处理，并以此为证据对肇事者进行 处罚，以减少事故发生、辅助交警工作的方法。 常见的电子警察系统有以下两种： （1）闯红灯交通违章自动记录系统：前台采用航天 科技中的运动目标检测技术、目标识别技术和目标跟 踪技术，包括电子眼、传感器、测速仪等，用于捕捉 闯红灯违章车辆。 （2）车辆防盗治安卡口系统：系统主要由卡口前端 系统、网络传输系统、卡口后端系统、应用软 件系统等几部分组成，前后端系统一般由车辆 摄像机、照明灯和应用服务器等组成。 电子警察与传统的人工警察相比有着多种优 点，例如违章识别率高，没有误判的行为；所 有信息全部自动化传输并且集中处理；信息可 直接储存为图片形式并且与电脑相连，查询方 便快捷此外，电子警察系统还能对广大驾 驶元产生强大的威慑效果，促使其不敢随意违 章，从而既保障了交通安全，减轻了民警的劳 动强度,又解放了大量的纠违警力。 全球定位系统（GPS） GPS即全球定位系统（GlobalPositioningSystem）。它是美 军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展起来的具 有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候 优势的导航定位、定时、测速系统，由空间卫星系统、地 面监控系统、用户接收系统三大子系统构成，已广泛应用 于军事和民用等众多领域。简单地说，GPS是一个由覆盖 全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任 意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以 保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现 导航、定位、授时等功能。全球定位系统开发的原始目的 是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导 航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军 事目的。很多专业人士认为全球定为系统是美国独霸全球 战略的重要组成部分。经过20余年的研究实验，耗资300 亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星 座己布设完成。 在道路工程中，GPS目前主要用于建立各种道 路工程控制网及测定航测外控点等。实践证明 ，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右 ，达到了常规方法难以实现的精度，同时大大 提前了工期。GPS技术同样应用于特大桥梁的 控制测量中和隧道测量中，其速度快、精度高 ，具有明显的经济和社会效益。 此外，GPS在汽车导航和交通管理中的应用最 为突出。三维导航是GPS的首要功能，飞机、 船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航 接收器进行导航。汽车导航系统是在GPS的基 础上发展起来的一门新技术。它由GPS导航、 自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感 器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。 它所能实现的功能包括： 1、车辆跟踪利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的 实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标 移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车 辆、多屏幕同时跟踪，利用该功能可对重要车辆和货物进 行跟踪运输。 2、提供出行路线的规划和导航规划出行路线是汽车导 航系统的一项重要辅助功能，包括：自动线路规划：由 驾驶员确定起点和终点，由计算机软件按照要求自动设 计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通 过高速公路路段次数最少的路线等。 3、信息查询为用户提供主要物标，如旅游景点、宾 馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进 行查询。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示， 并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用 监测控制台对区域内任意目标的所在位置进行查询，车 辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出 来。 4、话务指挥指挥中心可以监测区域内车辆的 运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥 中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。 5、紧急援助通过GPS定位和监控管理系统可以 对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。 监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标 ，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒 值班人员进行应急处理。 总之，GPS是近年来开发的最具有开创意义的 高新技术之一，必然会在诸多领域中得到越来 越广泛的应用。相信随着我国经济的发展，以 及高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究 的逐步深入，其在道路工程和交通运输中的应 用也会更加广泛和深入，并发挥出更大的作 用。 智能交通系统组成 先进的交通信息服务系统(ATIS) ATIS是建立在完善的信息网络基础上的。交通参与 者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上 以及气象中心的传感器和传输设备，向交通信息中 心提供各地的实时交通信息；ATIS得到这些信息并 通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信 息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停 车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据 这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一 步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统 可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。 先进的交通管理系统(ATMS) ATMS有一部分与ATIS共用信息采集、处理和 传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使 用的，用于检测控制和管理公路交通，在道 路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。它将对 道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况 和交通环境进行实时的监视，依靠先进的车辆 检测技术和计算机信息处理技术，获得有关交 通状况的信息，并根据收集到的信息对交通进 行控制，如信号灯、发布诱导信息、道路管 制、事故处理与救援等。 先进的公共交通系统(APTS) APTS的主要目的是采用各种智能技术促进 公共运输业的发展，使公交系统实现安全 便捷、经济、运量大的目标。如通过个人 计算机、闭路电视等向公众就出行方式和 事件、路线及车次选择等提供咨询，在公 交车站通过显示器向候车者提供车辆的实 时运行信息。在公交车辆管理中心，可以 根据车辆的实时状态合理安排发车、收车 等计划，提高工作效率和服务质量。 先进的车辆控制系统(AVCS) ：AVCS的目的 是开发帮助驾驶员实行本车辆控制的各种 技术，从而使汽车行驶安全、高效。AVCS 包括对驾驶员的警告和帮助，障碍物避免 等自动驾驶技术。 货运管理系统 ：这里指以高速道路网和信 息管理系统为基础，利用物流理论进行管 理的智能化的物流管理系统。综合利用卫 星定位、地理信息系统、物流信息及网络 技术有效组织货物运输，提高货运效率。 紧急救援系统(EMS) ： EMS是一个特殊的系统 ，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和 设施，通过ATIS和ATMS将交通监控中心与职业 的救援机构联成有机的整体，为道路使用者提 供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、 排除事故车辆等服务。具体包括:1）车主可通 过电话、短信、翼卡车联网三种方式了解车辆 具体位置和行驶轨迹等信息；2）车辆失盗处 理：此系统可对被盗车辆进行远程断油锁电操 作并追踪车辆位置；3）辆故障处理：接通救 援专线，协助救援机构展开援助工作；4）交 通意外处理：此系统会在10秒钟后自动发出求 救信号，通知救援机构进行救援。 智能交通系统产生及内涵 1、 日本 日本进行ITS开发和应用，可以追溯到20世纪 70年代初的综合汽车交通控制系统（CACS）的 开发，进入80年代后，面对不断增加的交通压 力以及交通安全和环境问题，针对城市和高速 公路交通控制、交通信息应用和交通安全的一 系列项目，如：道路/车辆通信系统（RACS ）、先进的移动交通信息和通信系统（AMTICS ）、先进的铁路运输系统（ARTS）、智能车辆 支持系统（SSVS）、先进的安全车辆（ASV） 等开始实施。 2、 美国 由于美国土地资源相对比较丰富，因而相当一段时间内 是靠修路来解决交通拥挤问题，原来也很少有收费公路 ，但是美国在ITS的开发研究上大有后来居上的趋势。面 对已经相当庞大的公路网，要想再占用大量土地，投入 大量资金进行大规模道路建设已经不可能，因此，1991 年美国国会通过了“综合地面运输效率方案”（ISTEA）， 旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个路网效 率。1994年美国提出了ITS的7个服务领域（即7个系统） ：先进的交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆 运营系统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管 理系统、先进的车辆控制系统。 3、 欧洲 欧洲的ITS研究开发是由官方（主要是欧盟）与民间并 行进行的。由于欧洲国家大部分很小，因此欧洲的ITS主 要从洲际角度进行。早在20世纪80年代中期，就由欧洲 10多个国家投资50多亿美元，联合执行了一项旨在完善 道路设施提高服务水平的DRIVE计划。 DRIVE是Redicated Road Infrastructure for Vehicle Safety in Europe的缩写，其含义是欧 洲用于车辆安全的专用道路基础设施，其 主要研究内容有：需求管理、交通和旅行 信息系统、城市综合交通管理、城市间综 合交通管理、辅助驾驶、货运和车队管 理、公共交通管理。该计划到1994年已完 成。从研究结果看，其研究领域和系统功 能与美、日大致相同。 2.1智能车辆关键技术 智能车辆系统旨在对驾驶员的认知、判断、操作提供辅助来避免 事故或减轻事故伤害，提高车辆的行驶安全性与机动性，主要涉及以 下关键技术： (1) 车辆精准定位与高可靠通信技术 车载导航系统长期以来存在一个瓶颈技术，如在城市高楼大厦林 立的地方，由于多路径效应导致GPS信号质量下降，定位精度降低， 无法满足车载导航服务的定位需求，因此，在智能车载信息终端中提 高GPS、陀螺仪等的定位精度和通信范围也是目前一个广泛研究的技 术难点8。研究基于GNSS、激光、雷达、图像数据、传感器网络等多 种手段的环境感知技术，以及高精度多模式车载组合定位、惯性导航 和航迹推算、高精度地图及其匹配等技术，实现车辆的无缝全天候高 可信精准定位，将是车辆精准定位技术发展的主流方向；掌握多信道 多收发器通信技术、基于自组织网络和双向数据通信技术、 WLAN通 讯技术、RFID、DSR、WiFi、1X、3G等无线传输技术，研究高可靠车 载通信技术，实现车路/车车之间的稳定有效的数据实时通讯与传输 成为智能车辆发展的必然趋势。 (2) 车辆行驶安全状态及环境感知技术 车辆行驶安全状态及环境感知是发展智能车辆的基础，也是基于多传 感器机器感知的车路协同系统车辆辅助安全驾驶的核心问题。涉及的 主要技术有：车辆制动、转向、侧倾等自身运行安全状态参数的实时 获取和传输技术，驾驶人危险行为的在线监测技术，基于多传感器的 行驶环境（他车信息、障碍物检测等）检测技术。 2.2智能路侧系统关键技术 智能路侧系统旨在利用道路设置的各种监测系统，向驾 驶员提供道路状况、路面状况、交通堵塞、旅行时间等信 息，这就需要在道路上引入更多的信息采集设备和通信设 备，将人、车、路通过信息技术集成为一个整体，进一步 提高各种信息的精度，尤其着力于事故最为集中的道路交 叉点的车辆、行人的检测及信息实时提供技术的研发。 (1) 多通道交通信息采集技术 实时、准确的交通信息采集是实现车路协同系统主要 应用的前提和关键。在车路协同中交通信息采集最关注的 是动态交通信息中的交通流信息，如车流量、平均车速、 车辆定位、行程时间等。目前交通信息采集方式主要有感 应线圈检测、微波检测、红外线检测、视频检测以及基于 GPS 定位的采集技术、基于蜂窝网络的采集技术、基于 RFID 的采集技术等。但每种采集技术都有它的优势和不足