第九章 物联网在智能交通领域的应用ppt课件.ppt

物联网概论 2010年8月 第9章物联网在智能交通领域中的应用 目录 智能交通概述 智能交通系统总体架构 车载信息服务系统 智能交通系统的应用案例 学习目标 1 了解智能交通系统的基本内容2 掌握智能交通系统的总体架构3 了解车载信息服务系统的功能 9 1智能交通概述 智能交通系统ITS 智能交通系统 IntelligentTransportationSystem 简称ITS 是将信息技术 通讯技术 传感技术及微处理技术等有效集成运用于交通运输领域的综合管理系统 目标是将道路 驾乘人员和交通工具等有机结合在一起 建立三者间的动态联系 使驾驶员能实时了解道路交通以及车辆状况 减少交通事故 降低环境污染 优化行车路线 以安全和经济的方式到达目的地 9 1智能交通概述 同时管理人员通过对车辆 驾驶员和道路信息的实时采集来提高管理效率 更好地发挥交通基础设施效能 提高交通运输系统的运行效率和服务水平 为公众提供高效 安全 便捷 舒适的出行服务 智能交通系统ITS 9 1智能交通概述 需求背景 智能交通是在为应对全球日益加大的人口 车辆和公路设施等压力而提出的 9 1智能交通概述 全球城市化的趋势 交通流量压力加大 交通事故率上升 需求背景 交通堵塞 9 1智能交通概述 2007年是划时代的一年 因当年全球城市人口超过了世界总人口的一半 而且城市化进程还在持续加速 2010年 有59座城市人口突破500万 比2001年多了50 全球城市化的趋势 9 1智能交通概述 交通流量压力加大 以美国为例 1982到2001年间人口增长约20 而交通流量却暴增236 传统解决交通问题的办法是修建或扩建道路 但随着人口的增长 城市人均居住面积日益减少 要在人口持续增加的城市中再铺设更多新道路就越来越不现实 9 1智能交通概述 交通事故率上升 据美国公路交通安全管理局估计 美国公路交通事故造成的经济损失每年估计达2300亿美元 9 1智能交通概述 交通堵塞带来的损失 美国每年因交通堵塞而浪费的时间达37亿小时 燃料损失23亿加仑 足以装载58个超大型油轮 仅此一项每年损失就高达780亿美元 日本东京因交通拥堵每年造成的经济损失约为1230亿美元 9 1智能交通概述 国情 我国的城市化进程 城市人口的增长速率 私家车的生产与销售数量等 无疑在全世界是发展最快的 故我国目前面临的城市交通问题已毫不亚于发达国家 许多城市出现了新马路不断修建 旧马路不断拓宽 但道路拥堵 无处停车的现象却日益严重 交通事故频频发生 9 1智能交通概述 各国实例 美国通过采取保护行人安全的措施使2002年的行人交通事故死亡数比2001年下降了2 2 交通事故中受伤的人数也下降近4个百分点 大型卡车引起的交通事故死亡人数则下降了约3 5个百分点 9 1智能交通概述 在瑞典斯德哥尔摩 建成统计进出城市车流量的动态收费系统将交通量降低了20 等待时间减少25 尾气排放降低12 各国实例 9 1智能交通概述 在新加坡 监控服务人员通过传感器接收实时数据 模拟和预测交通状况 准确率高达90 在日本京都 城市规划者通过模拟上百万车辆的大范围交通情形来分析其对城市的影响等 均取得了不同的收效 各国实例 9 1智能交通概述 交通是一个复杂的综合性系统 单独从道路或车辆的角度来考虑 都将无法整体解决问题 在信息技术支持下 综合考虑车辆 道路和驾乘人员 系统地解决交通问题的思想就油然而生 成为催生智能交通系统 ITS 的直接动因 直接动因 9 2智能交通系统架构 ITS的功能架构描述参考采用日本政府的 21世纪新一代通用交通管理系统UTMS21 NextGenerationUniversalTrafficManagementSystem 规划 该规划将智能交通系统分解为八个支撑系统 智能交通系统功能架构 9 2智能交通系统架构 智能交通系统功能架构 9 2智能交通系统架构 在技术实现上 这八个子系统将采用红外感应器 RFID标识 各类机械 电子 化学物质等检测传感器 移动双向通信 动态识别 高速图像处理 数据瞬间采集 传输处理 分类控制与泛在计算等技术 是多种物联网技术的综合应用集成 9 2智能交通系统架构 涉及9组技术系统 9 2智能交通系统架构 智能交通系统建设实效 日本ITS规划 2007年 日本根据其建立 U Japan 的总体信息化战略部署 推出了ITS新方案 希望利用更先进的信息技术建立环境友好型的社会来节能减排 实现更先进的管理 更彻底地解决道路拥堵问题 大量采用了泛在计算技术和无线传感监测技术 通过路 车 车 车 车 人 人 人之间的动态联网通信 提供各项交通服务 9 2智能交通系统架构 智能交通系统建设实效 目前 日本已经建立了遍及全国的ETC收费点 ETC普及率已达到70 通过ETC系统全面消除了收费站前的拥堵状况 二氧化碳排放量降低了40 9 2智能交通系统架构 先进 安全的机动车也是ITS计划的重要组成部分 在汽车行驶速度进入危险区间的时候 感测系统先行侦测到警示标志或异常场景 自动采取提示 降速等预防措施 能在驾驶员无法预见事故可能发生的潜在危险时 发出实时警告 使日本的道路交通事故发生的可能性降低了80 智能交通系统建设实效 9 2智能交通系统架构 两大系统确保交通顺畅 一 交通控制中心 二 车辆信息与通信系统中心VICS 9 2智能交通系统架构 实际效果 以人口密度最大的东京为例 驾车行驶在东京街头 即使是一个新手 也能很快熟悉道路情况 通过路口上方红红绿绿的信息显示板 能随时了解从甲地到乙地间的运行时间 运行速度 堵塞长度等 通过车内广播和路侧广播驾驶者可了解各个路口信息 如果安装了车载信息终端 这些信息还会自动转换为文字 人们还可通过手机了解主要道路的堵车 交通事故 车辆通行限制 交通管制时间等 9 3车载信息服务系统 车载信息服务系统Telematics 它由无线通信技术 卫星导航系统 网络通信技术和车载电脑等综合一体的装置 可内置在汽车 飞机 船舶 火车上 为交通工具内部系统的灵敏感知 精确反应 以及驾乘 使用和维修者提供一系列的全新服务 9 3车载信息服务系统 Telematics的三个子系统 1 前座系统 2 后座系统 3 车况诊断系统 9 3车载信息服务系统 前座系统 主要功能包括通信 导航 行车安全 车辆保全 路况侦测 天气感知等与驾驶简易性与舒适性为主的内容 如查看交通地图 收听路况介绍 安全与治安服务等 为避免驾驶者分心 输入系统主要采用语音输入或触控面板 输出系统则为中尺寸面板 LCD或OLED 语音输出或挡风玻璃的抬头显示等 9 3车载信息服务系统 后座系统 以多媒体娱乐为主 包括互动游戏 高保真音响 随选视频 数字广播与电视等 包括金融 新闻 E mail收发等 以及 临近目的地的停车场的车位状况 还可以与家中的网络服务器连接 及时了解家中的电器运转情况 安全情况以及客人来访情况等 9 3车载信息服务系统 车况诊断系统 主要根据车载电脑收集的车况信息 进行行车效率优化 故障预警 保养提示及远程引擎调整或零件预定等 远程车辆诊断是通过内置在发动机上的微处理型记录汽车关键部件的运行状态 并随时为维修人员提供准确的故障位置和原因 9 3车载信息服务系统 Telematics的运行模式 基本可分为汽车定位系统 GPS 与信息服务两部分 9 3车载信息服务系统 GPS主要通过广播 微波与卫星的三向接收与发射天线与卫星连结 通过卫星三角定位运行 Telematics内置的GPS系统与地理信息系统 GIS 以地形图 3D 或平面 2D 地图方式为驾驶员提供导航 Telematics的运行模式 9 3车载信息服务系统 Telematics的运行模式 信息服务方面 主要通过移动通信网 GSM GPRS或3G等 与后台客户服务中心或信息提供商进行信息 车辆管理 调度 交通 旅馆 娱乐 气象 订票等信息 的双向接收与传送 9 3车载信息服务系统 1 卫星定位 2 道路救援 3 汽车防盗 4 车辆监控 5 自动防撞系统 6 车况掌握 7 个人信息服务 8 多媒体娱乐信息接收 Telematics的主要功能 9 3车载信息服务系统 Telematics的发展 Telematics在需求驱动下成为综合了GPS导航定位 感测数据接发 相关信息服务三大应用集成的综合系统 9 3车载信息服务系统 朝着强调安全 提高效能与环保等方向发展 使其已从第一代的导航系统 演进到第二代通过手机向驾驶者传递应用服务以及通过GPS提供驾驶行车安全及与车辆支持中心 vehiclecentricsupport 动态连接的各类应用服务 目前的第三代则运用无线宽带通信技术提高行车安全及提供残障辅助与多样性应用服务 使之成为涵盖信息 通信 汽车电子与数字内容等技术的一个有价值的智能平台 Telematics的发展 9 4车辆信息化与新技术的融合 车辆信息化 目前 车辆内部信息化研发主要集中在发动机系统节能 行人安全防护 辅助驾驶 车用影像系统 智能防盗 底盘电子化等领域 大量应用了物联网技术 9 4车辆信息化与新技术的融合 发动机系统节能 传统汽 柴油发动机车辆的能效低 主要损耗是来自发动机的热损失和车辆停车等待时的怠速空转 热损失主要由燃烧室产生的高温燃气排放所致 节能的主要措施就是针对这部分废热的再利用 目前的方案是采用N P半导体温差发电技术 可从废气中转换回收200W的电力 经蓄电池存储后供电动机使用 从而与汽 柴油机一道形成混合动力系统 而针对怠速空转 则可通过传感器监测到车辆处于停车等待状态 就自动使发动机熄火并控制其再启动 从而油耗与排放 9 4车辆信息化与新技术的融合 智能轮胎 智能轮胎是透过安装在轮胎橡胶中的感应器来提醒驾驶人轮胎的安全性 其核心技术是自动胎压监测系统 通过镶嵌在四个轮胎内的无线传输器及压力与温度感应器来纪录轮胎行驶中的状态 通过侦测胎压的变化来提醒驾驶人 轮胎可能出现破裂的情形 或者根据路况来自动调整胎型 并在可能发生意外时对驾驶人发出警报 9 4车辆信息化与新技术的融合 人员安全防护系统 目前交通安全防护仍向被动式与主动式方向发展 被动式是指从车祸发生起对车内驾乘人员的保护 内容为安全带 安全气囊和自动呼叫等 主动式安全则着眼于预防与减少车祸的发生 如各种语音提醒 感测控制与行人行为识别软件等 9 4车辆信息化与新技术的融合 车用影像系统 交通故事频发地段往往是道路环境复杂 行人随意穿越道路 驾驶者任意变道等因素造成的 而采用车用影像系统则有助于识别各种外部物体 及时发出警告 提醒驾得采取应对措施以提高行车安全 一旦发生事故后 车载事故影像记录系统就能记录下车内车外的过程影像与声音 为减少后续的人身与车辆伤害 查证负责 保险理赔等留下依据 9 4车辆信息化与新技术的融合 智能车辆防盗 近年来 生物辨识技术 芯片锁与物联网融合是最佳的车辆盗窃防范措施 其特点是高科技 智能化与主动化 通过车辆与车主的实时通信 还能及时制止盗窃的发生并能在一旦发生时立刻通知公安机构等 9 4车辆信息化与新技术的融合 车辆财产保全 由于车辆属重要财产 特别是各款高档汽车 而人生安全更为重要 因此 在感受威胁的第一时间内报警 或将交通事故 案件过程完整地记录并保存下来 对于获取援助 分清事故各方责任 警方侦破车辆盗抢案件 保险理赔等都具有重要意义 9 4车辆信息化与新技术的融合 底盘电子化 通过大量采用传感器与汽车微电脑优化技术等 将刹车 悬架 转向等系统整合成一个完整的电子底盘系统 以综合控制全车的稳定性 舒适性 操控性和安全性等 9 5智能交通应用案例 案例一V2V汽车防碰撞预警系统 汽车间的碰擦 追尾 相撞事故多与驾驶员对速度与车距的观察判断不当相关 同时 相当数量的交通事故与人身伤亡都由车辆间碰撞所致 故减少汽车间的碰撞就能大大减少交通事故 降低道路拥堵 提高驾乘人员及行人的安全 应用需求 9 5智能交通应用案例 V2V汽车防碰撞预警系统 车联网 美国通用汽车近期研发出 V2V 即vehicletovehicle 车辆间通信 防追尾与防碰撞预警系统 其原理是汪在两车距离处于危险范围时发出警报 提醒双方驾驶者注意并立即采取相应措施 避免追尾或碰撞事故发生 9 5智能交通应用案例 V2V技术原理 V2V技术通过配备简单的天线 计算机芯片和全球定位系统技术等车载通讯设备 就可感知方圆400米内的其它车辆位置 同时也通知对方车辆自己的位移方向 通过功能强大计算机的行车途径模型计算分析 动态预测接下来可能出现的情况并且实时反应 预警形式可为铃声 警示图和座位震动等方式 如果驾驶者仍未对提醒做出反应 计算机还可控制车辆自动刹车 以确保驾驶者与车辆安全 9 5智能交通应用案例 V2V系统也同时有防止后方追尾的警告系统 除了加强尾灯的警示功能之外 也同样通过警铃或是座椅震动方式 在第一时间提醒双方驾驶人注意 V2V技术原理 9 5智能交通应用案例 V2V专用短程通讯信道 V2V的特点是 物体间的识别 感测 处理与反应均须在高速间进行并实时响应 关键之一是必须确保网络安全 预警系统必须能够有效防止黑客入侵 以免发生混乱引发事故 关键之二采用专用通讯信道供近域无线通信使用 9 5智能交通应用案例 美国联邦通信委员会清理了5 9千兆赫波段以专用于V2V V2I 汽车与道路基础设施 间无线短程通信 DSRC DedicatedShortRangeCommunication的简称 V2V专用短程通讯信道 9 5智能交通应用案例 V2V的实验与发展 德国政府已出资在法兰克福为50万辆汽车安装V2V预警系统进行试用 德国大众汽车的电子研究实验室也将两辆速腾车和两辆奥迪A3车安装了 专门短程通信 装置 并利用V2V控制这几辆车在繁华城市中行驶并获成功 9 5智能交通应用案例 美国通用汽车公司在这一领域则较领先 他们在一些车型上安装上短程通信装置 实现自动停车以避免事故发生 改进的稳定控制系统可预测前面停在路中的另一辆安装短程通信装置的车 能在司机不需要自己进行刹车的情况下车上的电脑系统会自动刹车 V2V的实验与发展 9 5智能交通应用案例 2010年上海世博会上 上汽集团和通用汽车联合推出全球首发的城市概念车EN V 这款车通过V2V即 车联网 Internetofcars 技术进入了零排放 零交通事故 零交通堵塞的未来时代 展示了作为物联网在智能交通领域的应用的美好前景 V2V的实验与发展 9 5智能交通应用案例 Talkingcars可让车辆间沟通 或车辆与道路设施 如交通标志 交管中心等通过Telematics进行对话 交换信息 让驾驶者了解超越其视线及听力范围外的潜在危险信息 这项技术主要寻求实现车辆间信息 V2V 车辆与基础设计间通信 Vehicle to Infrastructure V2I 从而构成协同移动网 cooperativemobilitynetwork 以提高行车安全与能源效率的可能性 案例二 欧洲 Talkingcars 9 5智能交通应用案例 日立公司利用遍布大街小巷的出租车的车载信息系统来收集各条街道的行车信息 如行车时间 行车速度等 将资料集中到控制中心处理分析后 再通过无线网络方式将各路段上的行车信息传送给车载信息服务系统 向其提供最佳的行车路线规划 案例三 智能交通改善道路堵塞 9 5智能交通应用案例 如多辆出租车在同一路段上同时出现相似的行车迟滞或停止现象 甚至影响到周边路段的车辆速度时 就很容易判断出该路段发生了堵塞 系统可根据被堵塞的车辆数 波及周边的车辆数等研判出堵塞范围 街道数等 就能在将此信息快速发送到各车辆的同时 动态规划出其它车辆绕行的最佳路线 同时 这一信息还可发送给交通主管机构 促其尽快采取疏导措施 9 5智能交通应用案例 第一是行车防碰撞第二是辅助泊车第三是道路自动驾驶 案例四 辅助驾驶安全系统 9 5智能交通应用案例 SARTRE计划 SARTRE SafeRoadTrainsfortheEnvironment 是欧洲近期开展的一项改进高速公路交通的新计划 其含义是通过V2V将高速公路上的车辆组成车队 由前导车控制跟随车的行车速度 方向与途径 不但跟随车的驾驶者可休息 娱乐或从事其他活动以减少长途驾驶的疲劳 还可达到节省燃料 缩短交通时间 减少车道堵塞 增进环境友好等一举多得之目标 9 5智能交通应用案例 案例五 辅助驾驶培训系统 1 培育车主良好驾驶习惯以减少油耗2 精确预测导航服务 9 5智能交通应用案例 新西兰PLXDEVICES公司开发出一套驾驶辅助节能装置 该设备安装在方向盘附近 一分钟就能取得感测信息 如车速 发动机转速 发动机负载 含氧量 并进一步分析车辆的最佳驾驶效益 9 5智能交通应用案例 精确预测导航服务 行车导航目前已是普及型服务 其进一步的发展是交通预测 让众多驾驶者积累的历史性资料发挥服务作用 利用如法定节假日 天气预测 汽车款式和驾驶员行为等资料来建立交通预测模型 提升预测结果的可信度 9 5智能交通应用案例 案例六 Telematics服务系统 从实体上看 Telematics只是一套具有强大计算与通信控制功能设备 要开展相关服务必须有专业公司逐项提供 最早开展这项服务的 是美国通用汽车和安吉星 OnStar 公司合作在全球推广 安吉星主要通过网络与车主及与车辆传感系统随时建立联系 9 5智能交通应用案例 提供服务 9 5智能交通应用案例 案例七 Telematics通信环境 以Telematics为车载通信单元的车联网系统将在近年内迅速发展 必将引导汽车对各类对象 Car to X 的通信急速增长 欧盟将5 9GHz频段规划30MHz的带宽给各国家交通主管部门作为Telematics应用 该决议的通过将使欧洲在标准制定进程上能赶上美国 日本 9 5智能交通应用案例 案例八 韩国u Station服务 由于韩国近年将 无所不在的计算 即泛在计算定为信息化发展的国策 即u Korea 故安全出租车就沿袭这一理念 称为 u Station 服务 9 5智能交通应用案例 叫车者通过内嵌在手机中的RFID识读器 可访问出租车数据中心 获得出租车的基本信息如驾驶员基本数据 车辆号码 车型等 并将获取的数据传送到家人或朋友手机中 以保障搭乘者的安全 u Station服务 9 5智能交通应用案例 案例九 互动式公交车站 eyeShop系统 美国麻省理工学院 感知城市试验室 与某公共交通系统营运商正在合作研究新型的公交站 计划将现有的公车站改选成人与物可互动的公车站 提供如互动式地图 路线规划 个性分类广告 公告栏 电子涂鸦等服务 让候车亭成为市民休闲娱乐的空间 9 5智能交通应用案例 案例十 移动预约车位服务 爱沙尼亚的公司就此开发出一套移动预约车位系统 使用者只需用手机输入欲停车的地区与车号 发给停车场系统 就能自动依据当地停车空位情况预约车位 使用者可用手机扫描RFID门禁方式开启与闭合闸门 系统就会动计算停车费用明细并附加于电信账单中 进一步还将纳入安全监控技术 以强化无人停车场的安全管理 9 5智能交通应用案例 案例十一 行车事故自动记录系统 发生交通事 尤其是较严重事故导致相关车辆损坏时 往往在认定责任 回顾过程 保险理赔等时都会产生一定的困难 于是 人们就想到在车中安装如飞机黑匣子一类装置以记录事件过程 事故场景记录需求 9 5智能交通应用案例 记录设备 iDrive系统是一种专业事件数据记录仪 它可拍摄高清晰度视频 系统用双摄像头对车前和车后事件发生的过程 包括 事故 攻击性驾驶行为 碰撞 强行开门 报警或紧急事件等进行记录 9 5智能交通应用案例 记录内容 该影像事件记录设备在车辆紧急刹车 车身突然歪斜 车体碰撞时自行启动 并记录数十秒的前后影像 数据与其它传感器和GPS定位模块等的数据一同保存下来 信息自动下载到车载信息系统或上传到网络服务器 9 5智能交通应用案例 其他功能 该系统还有7个无线报警按钮 分别安装在仪表板 座位下 钥匙圈 车窗与车门以及使用者口袋里保存 供车主处于受威胁的环境下 可以最不易被察觉的方式报警 或当发生事故 车主被卡 行动受限时 可用最近的按钮一键式报警 9 5智能交通应用案例 案例十二 斯德哥尔摩的道路收费系统 瑞典斯德哥尔摩是由岛屿组成的城市 14个大小的岛屿由各式桥梁相连 多年来 交通堵塞问题不断加剧 每天都有超过50万辆汽车涌入城市 斯德哥尔摩地区人口正以每年2万人的速度增长 使得车流量不断增加 城市道路承受的负荷越来越大 交通管理需求 9 5智能交通应用案例 交通收费系统 在IBM的协助下 斯德哥尔摩市采用了高科技交通收费系统 它直接向高峰时间在市中心道路行驶的车辆驾驶者收费 希望以此来鼓励更多的人放弃开车 转而乘坐公共交通工具 同时改善斯德哥尔摩城区的环境 尤其是空气质量 9 5智能交通应用案例 驾驶者在车上安装简单的应答器标签 标签将与控制站的收发器进行通信 同时自动征收道路使用费 一旦车辆在指定的拥堵时段通过路边控制站 收发器就会通过传感器识别该车辆 凡经过控制站的车辆会被摄像 车牌号码将用于识别未安装标签的车辆 并作为强制执行收费的证据 车辆信息将输入计算机系统 以便与车辆登记数据进行匹配 直接向车主收费 驾驶者可以通过当地的银行 互联网或社区便利店支付账单 工作原理 9 5智能交通应用案例 可自动识别的RFID标签 探测物理标签信息并可将其转换成计算机可接收信号的小型传感器 可视字符识别系统 可从任意角度辨别车辆牌照 由于光线强度的不同 天气恶劣或者拍摄视角欠佳 标准系统可能无法识别道路控制站的照相机拍摄的部分汽车牌照 而本系统可以利用各种算法对不清晰的车牌图像进行二次识别 系统运用的技术 9 5智能交通应用案例 道路收费系统对缓解斯德哥尔摩的交通堵塞起到了立竿见影的作用 到试运行期结束时 城区的车流量降低了近25 每天乘坐轨道交通工具或公共汽车的人数增加了4万人 因车流量减少而降低的废气排放量达