第八章智能交通与智慧城市

第八章智能交通与智慧城市1.1面向物联网的城市智能交通1.2车联网1.3智慧城市1、城市交通系统的概念1.1面向物联网的城市智能交通一、城市交通的发展背景城市交通系统是城市大系统中的一个重要的子系统，是由人和物在城市空间内采用一定方式、在一定设施条件下的流动所构成，其功能是为城市居民的各种出行活动提供必要的条件。城市交通系统是一个动态而复杂的大系统，是城市社会活动、经济活动的纽带和动脉。城市交通系统不仅是为城市提供服务，也是城市社会、经济、物质结构的基本组成部分。城市的形成和演变取决于交通，城市的布局结构、规模大小、生活方式都需要城市交通系统的支撑，城市的发展反过来又促进了交通的发展。城市交通与铁路、航空、水运等交通方式不同，城市交通是面的交通，后者则是点、线的交通。面的交通有更大的机动灵活性，能够深入到城市的各个地区、角落，直至门到门，这是其他交通方式所不具备的。1）城市交通的特点①城市交通的交通流集散点分布众多；②交通流的流动路线和流量经常变化，不稳定；③交通运输工具类型多，速度差异大；④客流和车流以及车流和车流之间交叉多，相互干扰大；⑤城市交通需要大量附属设施和交通管理设施；⑥城市交通的管理涉及交通运输、公安、城建等多个部门。管理困难、矛盾突出2）城市交通发展的难点城镇化进程加快，城市交通压力巨大土地资源紧缺，制约交通可持续发展汽车化进程加快，交通能耗加剧公共交通发展滞后，交通供需矛盾突出3）我国城市交通发展现状汽车尾气排放已经成为非重工业城市最主要空气污染源交通噪声污染已经成为非重工业城市最主要噪声污染源每年全国因交通拥堵造成经济损失高达2500亿元。城市光化学污染进一步加剧城市交通事故频发4）城市交通发展面临的挑战如何来解决这些问题？？？通过基础设施建设来提高通行能力；通过现代的管理手段（包括智能交通系统）来提高现有基础设施的服务能力。5）城市交通发展历史阶段基于高度的知识文明，依靠智能技术的支持基于工业文明，依靠机械、动力技术的支持基于信息文明，依靠信息技术的支持基于人力、畜力的道路交通物联网是破解城市交通难题的关键未来的城市交通系统（智能交通系统）组成的要素将变为六个：人、车、路、环境、信息、智能。物联网作为新一代信息技术的代表，兼具“信息、和智能”两大特征，其在城市智能交通领域的应用，必将引领城市交通的管理和服务发生革命性的变革。将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术及计算机软件处理技术等有效的集成运用整个陆路、海上、航空、管道交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的高效、便捷、安全、环保、舒适、实时、准确的综合交通运输管理系统，是一个系统工程二、智能交通建立一个人、车、路的优化实体1、智能交通的概念2、美国智能交通的研究内容①先进交通管理系统ATMSAdvancedTrafficManagementSystems包括城市交通控制系统、高速公路管理系统、应急管理系统、公交优先系统、不停车自动收费系统、需求管理系统等。②先进出行者信息系统ATISAdvancedTravelerInformationSystems向出行者提供当前的交通和道路状况等，以帮助出行者选择出行方式、出行时间和出行路线；还可为出行者提供准确实时的地铁、轻轨和公共汽车等公共交通的服务信息。③先进的车辆控制系统AVCSAdvancedVehicleControlSystems帮助驾驶员驾车的系统，防止碰撞系统是它的核心，也包括自动驾驶④商用车辆运营运系统CVOCommercialVehicleOperations主要针对货运和远程客运企业，目的是提高运营效率和安全性；它利用卫星、路边信号标杆、电子地图、车辆自动定位与识别、自动分类与称重等设备与技术，对运营车辆进行调度管理，掌握车辆的位置、货物负荷、移动路径等信息。⑤先进的公共交通系统APTSAdvancedPublicTransportationSystems包括车辆定位、客运量自动检测、行驶信息服务、自动调度、电子车票、需求响应等系统；如利用GPS和移动通信网对公共车辆进行定位监控和调度、采用IC卡进行客运量检测和公交出行收费等。⑥先进的郊区交通系统ARTSAdvancedRuralTransportationSystems它具有都市外的突发事件检测、肇事车辆位置检测、SOS系统等功能3、智能交通中应用的技术计算机网络：将地域上分散且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路按不同的拓扑结构连接起来，能以功能完善的网络软件，实现网络资源共享的系统称为计算机网络系统。1）计算机技术固定通讯：微波、光纤、卫星移动通讯：公用移动电话、寻呼、集群、无线电话、卫星移动通信系统等。公用数据通讯：DDN、PAC、FRN、ISDN公共移动通信网：数字无线系统（蜂窝拓扑GSM、CDMA）2）通讯技术感知某一物理量的信息，并将它转化为有用信息的装置（非电量→电信号）传感元件被测非电量敏感元件辅助电路转换电路电量用于：车辆检测：磁频、波频、视频车辆识别和分类车辆控制：运行控制、驾驶控制、车辆运动控制、异常状态检测等环境信息检测危险驾驶警告3）传感技术车辆闯红灯检测非法变道检测AUTOSCOPE检测系统路口埋设2个地感线圈，线圈通过电磁感应原理检测含有大量金属的物体，当车辆离开某个线圈时并且信号灯是红灯时启动抓拍并录像。视频交通检测器RTMS——远程交通微波传感器•工作原理：RTMS（remotetrafficmicrowaresensor）工作在微波波段，在扇形区域内发射连续的低半功率调制微波，并在路面上留下一条长长的投影。•以2米为“一层”，将投影分隔成32层。用户可将检测区域定义为一层或多层。•根据被检测目标返回的回波，测算出目标的交通信息，每隔10至600秒，通过网络向控制中心发送。4）显示技术和人工智能大屏幕显示：LED—发光二极管、点阵模块；LCD—液晶显示器件人工智能：用计算机模拟，延伸和扩展的智能。其中：智能控制—模式控制、知识控制、专家控制、神经网络控制。5）车辆识别和自动定位•识别：长、宽、高、重的车辆属性；车载标志及身份属性。IC卡：一卡多用，安全性、机读性、存储量大（静态数据、动态数据）•定位：全球定位系统（GPS）6）地理信息系统（GIS）由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。在ITS上应用—采集、显示、查询、分析地理位置信息。ITS往往是综合应用以上这些技术！三、智能交通物联网1、人自身获取、处理信息的局限性2、物联网通信技术突破局限性互联网3G云计算WIFIGSMWSN……服务对象人员车船货物服务运维管理建设运营维护抢险运行监管监测调控执法应急参与对象人货交通要素人货人货人货目标实现环保高效畅通安全3、智能交通物联网系统组成4、车\地\设备之间的“物联”DSRC技术应用DSRC：DedicatedShortRangeCommunications（专用短程通信技术）RSU:RoadSideUnit的，安装在路侧的单元。OBU:OnboardUnit，即车载单元。四、面向物联网的城市智能交通基本要素1）实体身份：汽车牌照、道路运输证2）电子身份：汽车数字化标准信源、IC卡道路运输证等类似于互联网的IP地址1、要素一，两大身份标识2、要素二，三大感知体系1)感知车辆自身状态：胎压、温度、车速等传感器尾气监测、油耗监测传感器2、感知交通环境：毫米波雷达、视频、GPS/导航3、感知驾驶员状态：视频（疲劳检测、注意力预警）、酒精检测3、要素三，两大通信网络1)车内通信网络：CAN网络、LIN网络2）车外通信网络：车-路通信：DSRC人-车通信：3G网络、GPRS、卫星通信网络车-车通信：WLAN网络、DSRC-WLAN网络车辆资质认证车辆年检、二维管理车辆监控及调度车辆违法行为的追溯查证涉车消费服务……4、要素四，一套服务平台五、面向物联网的城市智能交通关键技术汽车身份标识关键技术汽车身份标识（汽车的电子身份证）是一种工作于UHF频段（840MHz～845MHz或920MHz～925MHz）且具有多项应用特性的无源陶基型汽车专用RFID电子标签。重点：自主知识产权、高安全性的UHFRFID标签芯片以及内存规划、编码管理、多编码体系映射、编码解析技术等1、感知层关键技术感知层——汽车智能平台技术重点：车辆主动安全技术、智能化车载传感技术、多传感器异构数据的融合技术等感知层——车辆主动安全技术重点：未来网络技术、异构网络融合技术、多网协同技术、环境自适应切换技术、智能网络管理技术等面向特定车联网应用的专网建设车路通信车车通信人车通信2、传输层关键技术车联网信息预测及最优化运行决策技术（1）涉车信息在线估计（2）涉车信息动态多步预测（3）涉车事件影响估计（4）车联网系统最优化控制技术（5）车辆集群智能控制技术（6）物流组织优化技术（7）交通应急组织与决策技术重点：异构数据海量存储和管理、分布式高性能计算平台、智能信息处理、数据挖掘以及智能决策3、应用层关键技术信息－物理融合系统（CPS）关键技术（1）面向车联网应用场景的大型异构CPS系统建模、分析与仿真（2）面向车联网应用的CPS系统体系结构与开发方法（3）大型异构CPS系统的信息基础架构及安全（4）车联网CPS系统对个人、社群行为感知与交互（5）复杂场景下大型CPS应用示范系统的开发与验证重点：亿万节点的标识与发现、个人与社群行为的感知、资源管理与服务发现等4、其他关键技术1.2车联网一、什么是车联网1、对车联网的认识在物联网理念的指导下的具体应用是对现有大量与车辆管理与服务有关的技术的高度集成；需要满足与车辆有关的各方利益群体的应用需求；是政府主导的一项应用；物联网的基本理念是将“万物”(Things)联网，其InternetofThings和MachinetoMachine(M2M)与车联网的InternetofVehicles和VehicletoAny(V2X)应当说是“同出于一炉”。不仅如此，它的技术架构、标准等也应与“物联网”保持一致而不是“另立门户”恰当的定义是：“车辆网”是“物联网”的一个应用2、广义车联网互联网能让人们实现“点对点”的信息交流，“车联网”也能让车与车、车与人、车与环境进行“对话”。所有车辆都是具有独立身份和独立思考能力的智能体——就像一个智能机器人，能自动判断路况，不需人驾驶所有车辆都可以实时感知自身、以及与其相关的物体的身份和状态——借助无线通讯，城市内车与车之间，车与建筑物之间，以及车与城市基础设施之间实现互联互通所有车辆所在的系统呈现出物体协同运作、系统状态最优的自组织运行模式——车辆如深海中的鱼群快速地游动却彼此永不相撞3、车联网的几大特征市场巨大：2012年，我国汽车保有量已经超过1.2亿辆。2013年1-9月，我国汽车产销1593.84万辆和1588.31万辆，同比增长12.78%和12.70%。与上年同期相比，增幅分别提升7.80个百分点和9.33个百分点。需求旺盛：车联网将实现涉车管理的智能化和精准化，将实现物流管理的一体化和透明化，将实现道路交通事故应急救援的快速化和协同化……效益可观：车联网将带动汽车制造业的进步，推动RFID、传感器等制造产业的发展，引导信息资源开发和信息服务业向规模化、产业化转变。4、应用前景5、车联网面临的四大挑战1)规模与汽车保有量的迅猛增长相对应的是，汽车相关的信息采集的种类也从单一的车辆身份信息逐步拓展至汽车的身份信息、运行信息、状态信息和事件信息等，数据规模将突破几十甚至几百PB级，迫切需要海量信息的传输、存储和处理技术。车联网将依托汽车智能平台实现节点级的海计算分层自组织形成局部智能，解决90%的感知数据处理。车联网先导试验阶段将支持百万级车辆的联网应用。2)性能汽车具有数量众多、个体分散、机动性强、牵涉面广等特点，需要支持复杂应用场景、高速移动状态下的信息感知技术。3)安全从互联网的虚拟空间拓展到车联网的物理空间，通过网络