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面向物联网的城市智能交通发展思考交通运输部科学研究院曹剑东博士2011年5月2011智慧百城规划建设专家论坛汇报内容•城市交通的发展背景•对物联网的理解•面向物联网的城市智能交通发展思路•发展建议城市交通的发展背景城市交通系统的概念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。城市交通的发展背景城市交通的特点城市交通与铁路、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。城市交通的发展背景城市交通发展的难点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、矛盾突出城市交通的发展背景城镇化进程加快，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，交通供需矛盾突出我国城市交通发展现状城市交通的发展背景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2003年，全国因交通拥堵造成经济损失高达2500亿元,当年GDP的2％。城市光化学污染进一步加剧城市交通事故频发城市交通发展面临的挑战城市交通的发展背景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。向科技要通行能力！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、畜力的道路交通城市交通发展历史阶段城市交通的发展背景•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。物联网是破解城市交通难题的关键汇报内容•城市交通的发展背景•对物联网的理解•面向物联网的城市智能交通发展思路•发展建议对物联网的理解2010年中国政府工作报告物联网：是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。对物联网的理解第一次浪潮计算机技术极大地拓展了人类计算能力第二次浪潮互联网技术极大地拓展了人类交互能力第三次浪潮物联网技术将会极大地拓展人类智慧能力对物联网的理解智能交通系统（ITS）智能交通交通物联网交通信息化城市交通领域智能化发展的两种思路对物联网的理解•产生的背景不同；•对信息资源的开发利用强度不同；•对信息的采集精度、覆盖度不同；•产生的社会效益不同；•对社会的影响程度不同；•所基于的技术不同；•对商业模式的重视程度不同；物联网与ITS的区别对物联网的理解物联网与ITS的区别对物联网的理解物联网与ITS的区别对物联网的理解•对城市交通参与要素更透彻的感知；•城市交通相关信息更全面的互连互通；•对城市交通系统更深入的智能化协同控制。面向物联网的城市智能交通发展需求：对物联网的理解面向物联网的城市智能交通的优势1、为解决城市交通领域的问题探索一条创新之路2、是进一步整合城市交通信息资源，打破行业、部门信息壁垒的重要机遇3、推进城市交通领域的信息化、智能化水平4、推进物联网核心技术的发展及产业化5、推进物联网技术标准的制定，促进互联互通6、为物联网在其它领域的应用发展积累经验7、是中国在智能交通推进过程中的一次伟大创新汇报内容•城市交通的发展背景•对物联网的理解•面向物联网的城市智能交通发展思路•发展建议面向物联网的城市智能交通发展思路•汽车具有数量大、机动性强等特点，一直是城市交通管理的重点和难点。•车与车、车与人、车与道路的协调一致是智慧城市的重要体现。城市智能交通的关键在哪里？“车联网”是面向物联网的城市智能交通发展的一条创新之路。面向物联网的城市智能交通发展思路车联网VS物联网车联网作为物联网最具有发展前景的典型应用，是物联网以及智能汽车两大领域的重要交集，是战略性新兴产业之一，也是未来智能交通拓展的方向。“车联网”更具体、更容易落地实施；车联网的构成不仅仅是汽车，还包括道路、行人等，涉及整个城市交通系统。比尔•盖茨在其著作《未来之路》（1995）“我能想象出这样的建议：每辆汽车，包括你我的在内，都不仅要装上一个录音机而且要装上一个能表明车的主人是谁和车的位置在哪的无线电发射机---一个未来的汽车牌照。如果有人报告汽车被盗，车的位置将可以立刻被查到。在发生了有人肇事后逃跑，或驾车枪杀行人的事件之后，法官将被授权进行一次查询‘在这30分钟以内，下面两个街区的范围内都有些什么车辆？’黑匣子将记录下你的速度和位置，由此将保证限制超速行驶的法规得到最完美的执行”。车联网不是空穴来风面向物联网的城市智能交通发展思路•通过射频识别（RFID）、环境感应器、全球定位系统、毫米波雷达等信息传感设备，按约定的协议，把任何车辆与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。车联网(InternetofVehicles)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”。面向物联网的城市智能交通发展思路车联网将给城市交通领域的管理和服务带来革命性的变革。车联网将从信息维度感知道路交通状况，利用涉车相关的属性信息和动、静态信息形成的涉车信息资源，提供丰富的智能化涉车管理和商业服务。车联网是缓解和解决困扰城市发展的道路交通问题，提升道路交通信息化水平，实现“人-车-路-环境”和谐统一的核心。车联网将引领城市交通涉车管理变革车联网将前所未有的改变人们的出行方式面向物联网的城市智能交通发展思路•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车联网的几大特性面向物联网的城市智能交通发展思路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卡道路运输证等要素：（一）两大身份标识类似于互联网的IP地址面向物联网的城市智能交通发展思路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）、酒精检测要素：（二）三大感知体系面向物联网的城市智能交通发展思路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网络要素：（三）两大通信网络面向物联网的城市智能交通发展思路要素：（四）一套服务平台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……面向物联网的城市智能交通发展思路车联网基本架构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。面向物联网的城市智能交通发展思路车联网面临的四大挑战3、安全从互联网的虚拟空间拓展到车联网的物理空间，通过网络就可能实现对现实世界车辆的攻击，信息安全和危机处置将面临的更大的挑战。涉车信息资源是国家的战略信息资源，对于数据安全具有极高的要求，需要在在公共网络的基础上建立数据信息安全传输网络，通过密码学技术保证数据信息在传输中的保密性和完整性。注重研究防范“攻击、干扰和窃取”涉车数据安全技术的同时，也需要研究在遭攻击后的数据“恢复”技术，特别是空中远距离快速恢复技术。4、隐私车联网可使每辆车成为一个节点。海量的涉车信息自动进入网络，一切都将越来越“透明”，信息管理的权限设定将涉及基本的法律问题，甚至道德伦理问题，需要信息分级权限技术、隐私保护技术。面向物联网的城市智能交通发展思路车联网技术趋势现阶段的信息技术在3－5年内尚可以支持车联网的集成和试点应用，随着所有车辆不断连接入网以及应用服务的细化，未来10－20年的发展将给各种信息技术带来“质”的改变，催生新的技术解决方案。面向物联网的城市智能交通发展思路•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。感知层关键技术重点：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、编码解析技术等面向物联网的城市智能交通发展思路感知层关键技术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面向物联网的城市智能交通发展思路•车辆主动安全技术感知层关键技术面向物联网的城市智能交通发展思路•车辆主动安全技术感知层关键技术面向物联网的城市智能交通发展思路传输层关键技术趋势重点：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面向物联网的城市智能交通发展思路•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应用层关键技术重点：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-〉通过感知中国信息网络，实现人车路的融合和优化调度面向物联网的城市智能交通发展思路•车联网要素虚拟再现技术应用层关键技术虚拟再现模型技术、仿真技术等面向物联网的城市智能交通发展思路•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其他关键技术重点：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面向物联网的城市智能交通发展思路汇报内容•城市交通的发展背景•对物联网的理解•面向物联网的城市智能交通发展思路•发展建议发展建议•城市交通的发展涉及多个部门，需要建立统一高效的协调机制。•物联网目前处于概念设计期，希望政府、研究机构、高校、企业里能够重视对这项技术的研究，这是一次