《物聯(lián)網(wǎng)概論》第十八章 物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)概論第十八章物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

目錄

18.1智能交通概述

18.2智能交通系統(tǒng)總體架構(gòu)

18.3車載信息服務(wù)系統(tǒng)

18.4車輛信息化新技術(shù)

18.5物聯(lián)網(wǎng)智能交通案例

18.1智能交通概述智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportationSystem，簡稱ITS）是將信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)及微處理技術(shù)等有效集成運用于交通運輸領(lǐng)域的綜合管理系統(tǒng)，目標是將道路、駕乘人員和交通工具等有機結(jié)合在一起，建立三者間的動態(tài)聯(lián)系，使駕駛員能實時了解道路交通以及車輛狀況，減少交通事故、降低環(huán)境污染，優(yōu)化行車路線，以安全和經(jīng)濟的方式到達目的地。18.1智能交通概述以車聯(lián)網(wǎng)為中心的智能交通系統(tǒng)示意18.2智能交通系統(tǒng)總體架構(gòu)先進車輛信息系統(tǒng)（AdvancedMobileInformationSystem，AMIS）公交優(yōu)先系統(tǒng)（PublicTransportationPrioritySystem，PTPS）車輛運行管理系統(tǒng)（MobileOperationControlSystem，MOCS）動態(tài)路線引導(dǎo)系統(tǒng)（DynamicRouteGuidanceSystem，DRGS）緊急救援與公眾安全系統(tǒng)（HelpsystemforEmergencyLifesavingandPublicsafety，HELP）環(huán)境保護管理系統(tǒng)（EnvironmentProtectionManagementSystem，EPMS）安全駕駛支持系統(tǒng)（DrivingSafetySupportSystem，DSSS）智能圖像處理系統(tǒng)（IntelligentIntegratedITVSystem，IIIS）18.3車載信息服務(wù)系統(tǒng)

Telematics一詞由遠程通信（Telecommunications）與信息科學(xué)（Informatics）合成，是指車載信息服務(wù)系統(tǒng)，由無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和車載電腦等綜合一體。傳統(tǒng)的車輛間通信是按喇叭，閃車燈等簡單方式進行的，且須通過駕駛員，而車載信息服務(wù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，將實現(xiàn)車與車之間（V2V）、車與路側(cè)單元（VehicletoRoadside；V2R）、車與公共基礎(chǔ)設(shè)施（VehicletoInfrastructure；V2I）之間的直接通信，以強化行車安全保障、動態(tài)實時輔助駕駛、節(jié)能減排等綜合服務(wù)。Telematics可內(nèi)置于汽車、飛機、船舶、火車上，為交通工具內(nèi)的靈敏感知、精確反應(yīng)以及駕乘、使用和維修者提供一系列的全新服務(wù)。因此，Telematics被廣泛認為是“4C”（通信、計算機、信息內(nèi)容與汽車）的深度融合，成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前沿領(lǐng)域之一。18.3車載信息服務(wù)系統(tǒng)Telematics的功能前座系統(tǒng)后座系統(tǒng)車況診斷系統(tǒng)18.4車輛信息化新技術(shù)

實現(xiàn)車輛之間、車輛與道路設(shè)施之間的通信只是Telematics的基礎(chǔ)功能，其更深入的發(fā)展則需要車輛內(nèi)部信息化的支持，車體的各種機械與電氣性能、結(jié)構(gòu)與材料等都要進行革新，實現(xiàn)節(jié)能減排、智能防盜、健康舒適等領(lǐng)域。目前，車輛內(nèi)部信息化主要集中在發(fā)動機節(jié)能、行人安防、輔助駕駛、車用影像系統(tǒng)、智能防盜、底盤電子化等領(lǐng)域，大量應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。18.4車輛信息化新技術(shù)發(fā)動機節(jié)能系統(tǒng)——實現(xiàn)車輛之間、車輛與道路設(shè)施之間的通信只是Telematics的基礎(chǔ)功能，其更深入的發(fā)展則需要車輛內(nèi)部信息化的支持，車體的各種機械與電氣性能、結(jié)構(gòu)與材料等都要進行革新，實現(xiàn)節(jié)能減排、智能防盜、健康舒適等領(lǐng)域。目前，車輛內(nèi)部信息化主要集中在發(fā)動機節(jié)能、行人安防、輔助駕駛、車用影像系統(tǒng)、智能防盜、底盤電子化等領(lǐng)域，大量應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。18.4車輛信息化新技術(shù)智能輪胎——智能輪胎（SmartTire）的核心是自動胎壓監(jiān)測，通過鑲嵌在4個輪胎內(nèi)的無線壓力與溫度傳感器來紀錄輪胎在行駛中的狀態(tài)，通過偵測胎壓的變化來提醒駕駛?cè)溯喬タ赡艹霈F(xiàn)破裂的情形，或根據(jù)路況來自動調(diào)整胎型，并在可能發(fā)生意外時對駕駛?cè)藞缶?8.4車輛信息化新技術(shù)人員安全防護系統(tǒng)人員安全防護系統(tǒng)系統(tǒng)需求eCall系統(tǒng)提高被動防護水平主動防護水平提升方案自從車內(nèi)座椅安全帶、正側(cè)方安全氣囊、GPS自動超速語音提示等普及，車內(nèi)駕乘人員的安全性得以提高，死亡率降低綜合采用壓力傳感器、2.5G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)，使Telematics系統(tǒng)能降低傷后不治的情況主動防護是針對提高行人安全而在汽車上引進的一系列技術(shù)18.4車輛信息化新技術(shù)車用影像系統(tǒng)

交通故事頻發(fā)地段往往存在道路環(huán)境復(fù)雜、行人隨意穿越道路、駕駛者任意變道等因素。采用車用影像系統(tǒng)有助于識別各種外部物體，及時發(fā)出警告，提醒駕駛員等。車用影像系統(tǒng)有多種類型與功能，主要有影像辨識、警示技術(shù)和夜視與影像顯示技術(shù)等。18.4車輛信息化新技術(shù)智能車輛防盜與車財產(chǎn)保全系統(tǒng)保全系統(tǒng)智能車輛防盜系統(tǒng)車輛財產(chǎn)保全指紋識別與芯片鎖技術(shù)結(jié)合、個人專用系統(tǒng)設(shè)計、權(quán)限控制與鑰匙發(fā)行管理等V2V（車輛間通信）或V2I（汽車與道路設(shè)施間通信）還包括了車輛與車主或干系人與機構(gòu)之間的通信與現(xiàn)場記錄等，這類功能對于車輛財產(chǎn)與人身安全保護具有特殊的重要性18.5智能交通案例

汽車間的碰擦、追尾、相撞事故多與駕駛員對速度與車距的觀察判斷不當有關(guān)。對此，美國通用汽車研發(fā)出“V2V”（VehicletoVehicle）防追尾與防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，在兩車距離處于危險范圍時發(fā)出警報，提醒雙方駕駛者注意并立即采取相應(yīng)措施，避免追尾或碰撞事故發(fā)生。智能車輛防盜與車財產(chǎn)保全系統(tǒng)18.5智能交通案例技術(shù)原理——“V2V”預(yù)警是利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位車輛的位置與行駛方向，通過無線網(wǎng)將信息傳送到距離300~400m以內(nèi)的其他車輛上，雙方動態(tài)測距，當V2V計算發(fā)現(xiàn)兩車相會時各自的前行速度與方向?qū)⒂谐霭踩秶内厔輹r就立即警示雙方司機智能車輛防盜與車財產(chǎn)保全系統(tǒng)18.5智能交通案例V2V專用短程信道與通信方式——“V2V亦稱“車聯(lián)網(wǎng)”是物聯(lián)網(wǎng)中技術(shù)難度較高的領(lǐng)域，特點是物體間的識別、感測、處理與反應(yīng)均須在高速間進行并實時響應(yīng)。關(guān)鍵之一是必須確保網(wǎng)絡(luò)安全，預(yù)警系統(tǒng)必須能夠有效防止黑客入侵，以免發(fā)生混亂引發(fā)事故；關(guān)鍵之二是采用專用通訊信道供近域無線通信使用。如美國聯(lián)邦通信委員會清理了5.9kGHz波段以專用于V2V、V2I間無線短程通信（DedicatedShortRangeCommunication,DSRC），這是一種長距離RFID高效無線通信技術(shù)，可實現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像、語音和數(shù)據(jù)實時、準確和可靠地雙向傳輸，將車輛和道路有機連接。智能車輛防盜與車財產(chǎn)保全系統(tǒng)18.5智能交通案例

歐洲執(zhí)行委員會的研究計劃推出“TalkingCars”，可讓V2V與V2I通過Telematics對話，交換信息，讓駕駛者了解超越其視線及聽力范圍外的潛在危險信息，構(gòu)成協(xié)同移動網(wǎng)（CooperativeMobilityNetwork）以提高行車安全與能效。歐洲“TalkingCars”提高行車安全并增加能效18.5智能交通案例輔助駕駛安全系統(tǒng)輔助駕駛系統(tǒng)行車防碰撞輔助泊車道路自動駕駛它能在事故發(fā)生前及時提醒駕駛員，增加其反應(yīng)時間，并在緊急時自動剎車或轉(zhuǎn)向避讓以確保安全啟動輔助泊車系統(tǒng)，系統(tǒng)就能根據(jù)泊位、本車位置及周邊車離等，自動、精確、流暢地將車停泊到位適應(yīng)性巡航控制（AdaptiveCruiseControl,ACC）系統(tǒng)18.5智能交通案例輔助駕駛安全系統(tǒng)SARTRE（SafeRoadTrainsfortheEnvironment）是歐洲開展的一項改進高速公路交通的計劃。含義是通過V2V將高速公路上的車輛組成車隊，由前導(dǎo)車自動控制跟隨車的行車速度、方向與途徑，不但跟隨車的駕駛者可休息、娛樂或從事其他活動以減少長途駕駛的疲勞，還可達到節(jié)省燃料，縮短交通時間，減少車道堵塞，增進環(huán)境友好等一舉多得之目標。18.5智能交通案例輔助駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)培養(yǎng)車主良好駕駛習(xí)慣以減少油耗——新西蘭PLXDEVICES公司開發(fā)出一套駕駛輔助節(jié)能裝置，會顯示車輛每加侖汽油行駛多長路程以及發(fā)動機的相關(guān)信息，用于輔助節(jié)能。設(shè)備1分鐘就能感測信息，獲得如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載、含氧量，并分析車輛的最佳駕駛效益。據(jù)統(tǒng)計，該裝置的節(jié)能效益若以MPG（每加侖/英里數(shù)）計算，針對不同車種與車況條件，節(jié)能效益為0～33%不等。18.5智能交通案例輔助駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)精確預(yù)測導(dǎo)航服務(wù)——運用交通預(yù)測模型，可將行經(jīng)途中可能的各種交通狀況考慮進去，提供相關(guān)的路徑分析；也可依據(jù)實際位置提供正確性高且可信賴的行程規(guī)劃。而預(yù)測的交通警告信息可幫助客戶調(diào)整出行計劃，通過即時路徑增減，增加行程規(guī)劃、資源運用的效率，減少支出并改善客戶服務(wù)。系統(tǒng)同樣可將駕駛員行為、習(xí)慣等資料上傳將紀錄的即時信息與雙向?qū)Ш皆O(shè)備連接，獲得更加個性化的信息服務(wù)。18.5智能交通案例汽車與交通標志的對話精確預(yù)測導(dǎo)航服務(wù)——Travolution系統(tǒng)會將從出租車與汽車協(xié)會收集到的實時路況反饋給駕駛員，讓車輛能自動調(diào)整行車速度、使其能在接近下一個路口時信號標志恰好轉(zhuǎn)為綠燈。若接近的交通標志即將變?yōu)辄S燈或紅燈，系統(tǒng)也就降低引擎動力、或提供視覺或聽覺警示。加上紅燈等待時間、區(qū)域性交通壅塞等訊息，提供最優(yōu)異的駕駛環(huán)境、最完整的交通路況報告等18.5智能交通案例汽車與交通標志的對話18.5智能交通案例停車位搜尋APPSmartGrains推出一種名為ParkSense的車位搜索APP，借助裝在車庫地面上的傳感器來監(jiān)測車輛進出數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸網(wǎng)將數(shù)據(jù)連接到應(yīng)用程序上，用戶就可通過手機查詢所在地附件的停車位信息。18.5智能交通案例停車位搜尋APP

ParkSense系統(tǒng)運行流程18.5智能交通案例都市智能停車管理系統(tǒng)洛杉磯的街道旁有許多停車場，每個停車位都嵌入了Streetline公司安裝的圓盤地磁傳感器。每年有將近15萬車次因違停被處理，為了解決停車難和大量違停的問題，這種傳感器的作用就在于檢測車輛是否進入泊位，將信息傳遞給市政府。這些傳感器沒有電纜，是用電池驅(qū)動、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鳎鼈兠繒r每刻都在“說話”。18.5智能交通案例都市智能停車管理系統(tǒng)傳感器功能避免違法停車支持其他計劃收費系統(tǒng)系統(tǒng)價值可監(jiān)測與處理停車違法行為，監(jiān)測停車時間、車輛位置、停車區(qū)域等。社區(qū)援助停車計劃、COVID-19停車計劃等將信用卡/借記卡插入卡槽，根據(jù)提示進行付款節(jié)約時間、提高工作效率、增加收益18.5智能交通案例地磁傳感器都市智能停車管理系統(tǒng)智能停車系統(tǒng)18.5智能交通案例安吉星的Telematics服務(wù)系統(tǒng)Telematics是一套具有強大計算與通信功能車輛管理系統(tǒng)備，服務(wù)必須有專業(yè)公司提供。美國通用汽車和安吉星（OnStar）是最早合作在全球推廣Telematics服務(wù)的。18.5智能交通案例行車事故自動記錄系統(tǒng)行車記錄設(shè)備——iDrive是專業(yè)事件數(shù)據(jù)記錄儀，可拍攝高清晰度視頻，系統(tǒng)用雙攝像頭記錄車前和車后事件的發(fā)生過程，包括事故、攻擊性駕駛行為、碰撞、強行開門、報警或緊急事件等。視頻存儲在SD卡中，與其他感測信息，如沖擊力值、GPS坐標、日期、時間等存貯在一起。存儲器在車載信息系統(tǒng)中，能通過無線網(wǎng)或USB發(fā)送到交通網(wǎng)絡(luò)中心。18.5智能交通案例行車事故自動記錄系統(tǒng)記錄內(nèi)容——iDrive記錄在車輛緊急剎車、突然歪斜、碰撞時自行啟動，自動記錄數(shù)十秒的影像，自動下載到車載信息系統(tǒng)或上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，內(nèi)部Wi-Fi，支持任何兼容IEEE802.11b/g的網(wǎng)絡(luò)。夜晚，系統(tǒng)自動切換到紅外夜視記錄模式。內(nèi)容均可用于分析本車及相關(guān)車輛的駕駛行為，如發(fā)生事故，則作為警方研判、責(zé)任界定的依據(jù)。18.5智能交通案例韓國mRFID的u-Station服務(wù)

智能交通系統(tǒng)將采用各種新技術(shù)為出行者提供方便與安全。MobileRFID（mRFID）是一種手持式讀取器（如手機、PDA等），可識讀RFID標簽，并通過無線網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，由此可創(chuàng)造出許多種新型服務(wù)。韓國SKT就提出了一種利用移動電話來安全搭乘出租車的服務(wù)。由于韓國將泛在計算定為信息化發(fā)展的國策（即u-Korea），故安全出租車就稱“u-Station”服務(wù)。叫車者通過內(nèi)嵌在手機中的RFID識讀器，可訪問出租車中心，獲得出租車信息，如駕駛員數(shù)據(jù)、車輛號碼、車型等，并將獲取的數(shù)據(jù)傳到家人或朋友手機中，以保搭乘者安全。18.5