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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ITS9.1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智能交通系统架构先进车辆信息系统公交优先系统车辆运行管理系统动态路线引导系统紧急救援与公众安全系统环境保护管理系统安全驾驶支持系统智能图像处理系统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（一）先进导航系统（二）ETC系统（三）安全驾驶支援系统（四）交通管理最优化（五）道路高效管理系统（六）公交支援系统（七）车辆运营管理系统（八）行人引导系统（九）紧急车辆支援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VICS9.2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