物联网与交通科技.ppt

1、物联网与交通科技东南大学多媒体技术研究所 所长江苏省数码技术工程研究中心 主任 东南大学信息科学与工程学院 教授/博导吴乐南 ,2010.5.22，南京,1. 什么是物联网？ 2. 从多媒体通信业务看物联网 3. 针对感知媒体的传感类采集型业务 4. 针对存储媒体的标签类采集型业务 5. 物联网与交通基础设施监测 6. 物联网与交通管理 7. 结束语,主 要 内 容,物联网（Internet of Things）究竟是什么？见仁见智 温家宝：物联网能做到“全面感知、可靠传送、智能处理” 百度和讯财经网：所谓物联网也称为传感网，指的是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络 邬贺铨

2、：物联网是互联网的应用拓展，因此物联网是智慧城市的重要标志。要把这些新能源接到互联网，就必须用智能电网。这里就利用了很多物联网的技术和通信技术。物联网中的一项主要技术就是RFID 杨震：世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，把它变得智能化，这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，这就是物联网。“物联网加上互联网等于智慧地球”,1 什么是物联网？,柳传志：简单来说，物联网就是前端有个数据采集系统，比如说传感器、射频发生接收器，把数据接收回来，再通过互联网把采集器的数据传到云计算的中心进行计算，

3、然后再对下面的情况进行控制。这是个大方向，但什么时候能到应用临界点，现在还不好说 张亚勤：物联网是互联网新的应用，或者说互联网新的阶段，看到互联网的发展从早期的1.0、2.0，现在进入3.0，没有一个清晰的定义，我个人定义3.0有3个方面，3个新特征 虚拟和真实世界的融合。过去主要是虚拟的，现在要把物理的世界融合进来，其实就是物联网 越来越移动化，移动互联 需要一个引擎，中枢神经，就是云计算作为一个平台。这都是很自然的发展阶段。特别是物联网发展需要很多的时间,1 什么是物联网？,中国移动王建宙：通过装置在各类物体上的电子标签(RFID)，传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予

4、智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。这种将物体联接起来的网络被称为“物联网” CBSi中国ZOL 2010年05月07日 评论：物联网的概念早在1999年就已经提出，物联网表面上看是物理事物的通信连接，但其核心是信息的互联和融合，物联网本身的技术从研究的角度有三层说法，叫DCM D是设备，首先要有电子标签芯片，其次要有接受的终端设备，包括有手机、电话、电视、移动设备等 C是连接，即数据传输通道，现在有无线、有线的连接，主要通过互联网实现 M是管理，物体互联之后需要有管理，即对物联网应用的管理,1 什么是物联网？,2005年ITU-T白皮书即物联网的报告：

5、 希望能够利用无线和现有的Internet，能够为传感器和其他相关的纳米技术和新技术提供一些把物体相关联的智能性，具有通信能力，最后连接在一起 ITU既没有说是网络，也没有说是应用，只给出一个概念 中关村在线： 物联网范围很广，涉及到方方面面，可是到目前为止，还没有一个非常准确的概念和定义，不同的人群从不同的出发点，以不同的角度来诠释物联网 不能“盲人摸象”似地定义物联网，从某个角度、某个应用去描述物联网都不是全面和准确的 全国很多城市都已在进行物联网的项目论证或建设，但是，物联网并不仅仅是在城市名前面加个“感知”或“物联”这么简单，各地有不同的特色，应该有个性地发展物联网，而且规划还要着眼于

6、长远，不宜急,1 什么是物联网？,刘多（工信部电信研究院通信标准研究所所长）： 物联网相关的名词术语相当之多，急需标准化，大家都在探讨，好象大家说的是一个概念，一个名词，但内容都不一样，现在大家说的都不是一个名词，里边具体的含义更加不一样了 我们CCSA标准化协会泛在网已经开了一个会议对物联网有了初步的共识，通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备，获得物理世界的信息，通过网络实现信息的传输、协同和处理，从而实现广域的人与物，物与物之间信息交换的互联的网络 我们将来还会不断的进行更新 物联网包括互联网，而互联网包括传感器网络,1 什么是物联网？,2 从多媒体通信业务看物联网,IT

7、U-T F.700将多媒体通信业务划分为6类（1996） 会话型：人际“点对点”通信 会议型：人际“多点之间”通信 消息型：人际可通过机器存储转发的“点对点” 检索型：“人机交互”的“点对点”通信 分配型：“机器对人”的“点对多点”通信 采集型：“机器对人”或“机器对机器”的“多点对一点”通信。 “机器对机器”正是现在的“物对物”，可见物联网的业务模式正是典型的采集型通信业务,2 从多媒体通信业务看物联网,2 从多媒体通信业务看物联网,采集型多媒体通信的业务特点 多用于监控或监测 传输带宽不对称：上行宽，下行窄 涉及的信号类型更多：人类获取外界信息的途径就是感觉，其中83%来自视觉，11%来自

8、听觉，3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉。人类仍然希望不断延伸自己的感觉系统。因此，采集型业务可能包括各种传感信息 数据量差别更大：温度、湿度等物理量通常变化缓慢，近似直流；音频则最高可达20kHz；而高清晰度视频更可高达数十MHz,2 从多媒体通信业务看物联网,融合的学科门类更宽：除了通信和计算机外，还涉及遥测遥控、电视监控、传感器和信号采集与处理等 可能的应用范围更广：小到自己的家门，大到一座城市、一片流域甚至外层空间或其它星球，采集型多媒体业务无处不在 用户的要求更杂：这不仅取决于其愿望和观念，更受限于其财力与投资。虽然“百闻不如一见”，但毕竟远程采集高清晰全动态画面与远程

9、采集声音的代价大不相同 尚未形成统一的国际标准：无论是银行所用的安防监控产品，还是楼宇中的建筑智能化系统，不同厂家的产品和系统能够真正互联互通者，微乎其微,2 从多媒体通信业务看物联网,采集型多媒体通信的发展 ITU-T F.700定义的采集型业务并不一定非要多媒体，单媒体也可以 采集型通信业务主要向两大类型发展 针对感知媒体的传感类应用 针对存储媒体的标签类应用 现在人们所描绘的物联网应用，实为互联网与其中至少一类采集型业务的结合,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,感知媒体主要体现人类的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、力觉等感觉 安防领域的“需求牵引”根源于我国社会转型期不安定因素的增长（平

10、安城市），而“技术驱动”则爆发于多媒体信源特别是电视信号的数字化 实用中多媒体化的需求牵引来自于 好奇是人类的天性。人类总是希望能跨越时空和自己感官的限制，去更多地感知和获取来自不同地理位置和“渠道”的信息 传统对于温度、湿度、压力、流量、振动等物理量的遥测系统，虽在触觉和力觉上延伸了人类感管，但人们仍然渴望拥有“千里眼”（延伸视觉感官）和“顺风耳”（延伸听觉感管），以便一目了然和亲耳聆听,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,即便电视监控已经“有声有色”，人们还希望能将其与其它传感信息相复合或融合，为的是延伸自己的触觉、嗅觉、味觉及其它感觉系统 “尺有所短，寸有所长”，任何一种物理量和相应的传

11、感器均有其适用面，亦少不了局限性。将其恰当组合、综合布防，即可通过数据融合，提高监控系统报警的正确概率，减少误报，实现优势互补 多媒体化的技术驱动则归功于数据压缩标准、传感器工艺、多媒体计算机硬件、海量存储器介质、总线和终端吞吐速率以及网络传输带宽等方面的综合技术进步,以电视监控为代表的采集型多媒体系统从早期的CATV一直发展到PSTN传输、LAN传输和基于Internet的流媒体传输 无线则从模拟电视VHF传输一直到数字微波、WLAN和现在的3G移动通信信道 过去认为，通信的最高境界是追求能够在任何时间、任何地点、以任何方式和任何人实现通信，这实际上是对会话型多媒体通信业务的要求 而对于采集

12、型多媒体通信业务，则要追求能够在任何时间、任何地点、以任何方式和任何对象（人或物）传递任何类型的信息（物联网的要求了）,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,类似于视频监控那样的固定的采集型系统，无论是有线传输还是无线传输，即使不传输数据量最大的音视频信息，都无法满足这样的要求 例如越战时期美军对于“胡志明小道”的监控就需要一种布撒方便而廉价的无线采集型系统 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由任意散落在被监测区域内的大量廉价的无线传感器节点以自组织形式构成的网络，并通过网络将监测数据传送到接收站进行处理 这种网络并没有一定的体系结构，也不需要基站或交换机

13、作为中转，因此称为ad hoc网络，即一种特殊的多跳移动无线网络,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,传感器网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（通常为电池） 单个传感器节点的尺寸大到一个饭盒，小到一粒沙子。成本也不定，从几百美元到几美分，这取决于传感器网络的规模以及单个传感器节点的复杂度 传感器节点尺寸与复杂度的限制决定了能量、存储、计算速度与带宽的受限,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,传感器节点间有良好的协作能力，通过局部的数据交换来完成全局任务。通过网关、传感器网络还可以连接到现有的网络设施(如Internet、移动通信网

14、络等)或正在发展的泛在网络上，从而将采集到的信息传回给远程的终端用户使用 WSN在军事和民用各个领域应用潜力巨大，已成为目前通信领域的研究热点 空间的卫星遥感、空中的航拍测绘，星载/机载的采集型多媒体（视觉媒体为主）系统描绘了“数字地球”，而大量的WSN将成就我们“感知中国”,3 针对感知媒体的传感类采集型业务,ITU-T将媒体定义为以下5种 感知媒体：指能够直接作用于人的感官，使人产生感觉的一类媒体，可以帮助人类来感知环境，例如引起听觉反应的声音，引起视觉反应的图文等 表示媒体：是对感知媒体的信息编码，作用是加工、处理和传输感知媒体，如文字编码、语音编码、图像编码等。形态上有与时间无关的离散

15、媒体和与时间有关的连续媒体两大类 展现媒体：用来展示和呈现媒体信息的内容 存储媒体：用来保存表示媒体的物理实体 传输媒体：用来传送表示媒体的物理媒介,4 针对存储媒体的标签类采集型业务,4 针对存储媒体的标签类采集型业务,仅仅针对感知媒体而进行的传感类信息采集，还不足以（或不能最廉价地）解决同类物品特别是商品的惟一性问题。此时，针对存储媒体而进行的标签类信息采集，将更加经济而有效 于是出现了以条形码为代表的标签类信息采集业务，它是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则（一维或二维）排列，用以表达一组信息的图形标识符 条形码实际上是通过编码保存了与时间无关的离散媒体文本，可以标出物品的生

16、产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛应用,4 针对存储媒体的标签类采集型业务,条形码不仅实现了对于物品的标识和联网，甚至在一定场合还可以实现对人的标识（例如乘客手持登机牌登机，“人联网”） 但是，条形码使用的是可见光扫描，由于波长短，因而波束尖锐，只能局限在视野之内，难以脱离人工，更没有写入信息或更新内存的能力 RFID电子标签（或射频标签）由标签天线及标签芯片组成，芯片是具有无线收发和存储功能的单片系统，存有一定格式的电子数据，可根据需要标识信息 RFID分为无源和有源两种。无源

17、标签（如公交卡、二代居民身份证）接收到阅读器发出的信号后，凭借感应电流所获得的能量，发送存储于芯片中的信息，故也叫被动标签,4 针对存储媒体的标签类采集型业务,标签可制成各种形状和大小，极薄，具有弯曲性，可黏贴于各种信息载体上（金属需特殊考虑），安全性高 无源电子标签上不带电池，其工作所需要的全部电源都依靠转换接收到的阅读器发送的电磁波而获得，所以其阅读器的发射功率一般较大 有源电子标签自身具备电池，可提供全部器件工作的电源，因而相应阅读器的发射功率要求不高，而且有效阅读距离也较无源电子标签有所增加 只要电子标签的阅读器联网，则在其有效作用范围内的贴有电子标签的物品也就通过阅读器而联网了。如果

18、是联入互联网，就成了“物联网”,4 针对存储媒体的标签类采集型业务,以上分别从基于感知媒体和基于存储媒体两大类采集型多媒体通信业务，引申到了物联网，在此基础上加以抽象和概括，不难理解物联网实际就是 可支撑采集型通信的互联网络 以上偏重于定义网络。如果合并网络与应用，得到 支撑采集型通信的互联网络和业务 该定义虽然简洁，但通过上述介绍，不仅其内涵自明，而且可见物联网在技术和应用上并非新概念，只是随着应用规模的扩大，将从量变引起质变！,5 物联网与交通基础设施监测,大型桥梁健康监测系统 涉及的传感器种类多，布置分散。传统上数据采集采用大量电类传感器，并根据采集控制器的特点，在大桥箱梁内配置多个采集

19、分站，实现数据的总线式传输。此方式测量误差大，数据实时性差，维护成本高 基于光纤光栅传感技术，对监测信号进行光调制和解调，利用光纤光栅传感器组成传感矩阵，为大型桥梁长期健康监测系统实现分布式光纤传感网络数据采集系统，可长期在线和精确地获取所采集的数据，克服传统采集系统的弊端，代表了桥梁长期健康监测的一个重要发展方向,5 物联网与交通基础设施监测,5 物联网与交通基础设施监测,阿深线黄河特大桥工程采用的七塔部分斜拉桥与传统的斜拉桥不同，既有多跨连续梁桥结构的力学特性，又有斜拉桥的性质 由于是多跨结构，桥梁的最终形成需要进行多次体系转换，而且主塔又是矮塔结构，桥面较宽，空间效应明显，这使得施工控制

20、难度有所加大，因此对施工控制提出更高的要求 施工监测包括：斜拉索索力测试，主梁线形、高程、轴线偏差测试，主塔顶偏位测量，主梁及主塔应力测试，结构及环境温度场测试、塔侧临时支撑钢管反力测试 如果这些监测传感器按物联网方式接入互联网，将更加方便,5 物联网与交通基础设施监测,利用GPS技术的形变监测 黄河小浪底水利枢纽工程最大坝高154m，正常蓄水位275m，总库容126.5亿立米，属典型的高坝水库。库坝区地震地质条件复杂，地质构造发育。水库筑坝蓄水后，具备了水库诱发地震的地质条件。为了获取断层活动及库岸变形信息，综合评价水库诱发地震规律及其对工程的影响，对库坝区主要断层活动性及库岸形变进行了监测

21、。基准网采用4台GPS仪器设于4个基准点上进行同步观测, 白天和夜间各同步静态观测3个时段, 时段长度为120min，没有利用物联网的概念 苏通大桥预埋了数百个位移传感器，可得到更丰富的在线监测信息,5 物联网与交通基础设施监测,港口机械在线监测 武汉理工大学物流工程学院利用现有的GPRS网络资源, 发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势, 为数据采集提供一种便捷的无线数据传输方式，通过对港口机械金属结构的受力分析，确定易发生应力畸变的故障部位, 并在这些部位上布置电阻应变片, 实时监测动态应力。考虑到港口的恶劣环境, 为了实现长期的监测, 采用可焊接式电阻应变传感器，将起重机的应力应变数据远程采

22、集到维护维修的管理中心, 以供相关人员对起重机的健康状况做出评估, 对起重机的维修和维护进行决策。已在连云港码头初步试运行,作为物联网在ITS领域的应用，大用软件已经并将陆续推出“信天翁”车载信息智能系列终端及解决方案。该终端集成GPS模块、无线通讯模块、交通信息处理模块、汽车传感器接口等感知单元，是今后物联网在交通信息采集、车辆环境监控、汽车驾驶、导航、安全等方面应用的主要载体 用户可以通过车载信息智能终端享受全方位的综合服务，如：动态导航服务、位置服务、车辆保障服务、安全驾驶服务、娱乐服务、资讯服务等,6 物联网与交通管理,6 物联网与交通管理,所谓云连接（Cloud Connection

23、）是指将网络以最安全、最快速的方式实现互联，以按需、易扩展的方式将应用安全、可靠、快速地交付给所需者 实现云连接后，提升连接速度不再仅仅依靠本地带宽资源，而是依靠庞大的网络服务，用户越多，应用的稳定性和速度就更有保障。整个互联网就是一个巨大的“数据中转站”，参与者越多，每个参与者的连接性能就越好。其特征主要有两点： 随时随地获取所需资源：只要建立连接通道，用户就可以通过一个唯一的通行证在任何设备、在任何网络环境下按需获取资源 连接性能：采用超级节点技术，用户获取所需应用的安全性及速度更有保障,6 物联网与交通管理,6 物联网与交通管理,云连接原理图,如图所示，公交车内设施、交通指挥系统、天气预报系统、路况监控设备、手机终端都是云节点 小王今天有一个非常重要的面试，只剩下15分钟了，公交车怎么也等不来，焦急万分中拿出手机，输入信息：2路，出发点：太平门，抵达点：鸡鸣寺；返回信息：公交车到达太平门还需5分钟，车上有12个空座位，根据路况，到达鸡鸣寺需8分钟，可以按时到达面试地点了！ 避免醉酒驾车：一开车门，传感器就会感受到车主身上的酒精度，通过安装在车上的芯片传递到公路管理设施，公路管理设施传递到交警部门，交警部门马上就会给车主的手机发短信，提醒车主不应该再开车了，如果车主置之不理，交警可以判断出该车的行驶速度是否为零，马上就追上来了,6 物联网与交通管理,普通模