1、基于物联网的智能交通系统毕业论文 基于物联网的智能交通系统解决方案目 录1 物联网基本知识5 1.1概述5 1.1.1 定义5 1.1.2 用途6 1.1.3 应用6 1.2背景7 1.3国内外现状 9 1.3.1 国外现状9 1.3.2 国内现状11 1.3.3 现状分析13 1.4发展阶段14 2 基于物联网的智能交通系统的必要性15 2.1 提高交通智能化管理的需要 15 2.2 提高交通指挥调度水平的需要16 2.3 提高行车安全和舒适度的需要16 2.4 拓展智能交通信息服务的需要17 3 基于物联网的智能交通系统架构18 3.1 层次架构18 3.2 关键技术19 3.3 发展趋势
2、19 4 基于物联网的智能交通系统应用21 4.1 应用模式21 4.2 应用流程21 4.3 应用领域22 5 基于物联网的智能交通系统运行环境24 5.1 运营平台24 5.2 网络环境24 5.3 软件环境25 5.4 硬件环境25 6 基于物联网的智能交通系统解决方案29 6.1 快速公交信号优先系统29 6.1.1 系统构成29 6.1.2 系统功能30 6.2 交通拥堵收费系统 30 6.2.1 系统构成30 6.2.2 系统功能31 6.3 实时动态交通信息服务32 6.3.1 系统构成33 6.3.2 系统功能33 6.4 交通智能引导系统 34 6.4.1 系统构成35 6.
3、4.2 系统功能35 6.5 车辆统一监管和服务平台37 6.5.1 系统构成38 6.5.2 系统功能38 6.6 车辆及驾驶员 IC 卡电子证件43 6.6.1 系统构成43 6.6.2 系统功能44 7 安全系统47 物联网基本知识 概述定义 物联网(The Internet of things)的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球卫星导航系统(GNSS)、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议, 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。 物联网的概念是在 1999 年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。这有
4、两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。 RFID是射频识别(Radio Frequency Identification)技术英文缩写,是1990 年代开始兴起的一种自动识别技术 ,是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单 RFID 系统为基础,结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等, 构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的,比 Internet 更为庞大的物联网成为 RFID 技术发展的趋势。物联网中,RFID 标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通
5、信网络把它们自动采集到中央信息系统 ,实现物品商品的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享 ,实现对物品的“透明”管理。 GNSS 是全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)的英文缩写,包括美国的全球定位系统 GPS、俄罗斯的格洛纳斯系统 GLONASS、中国的北斗卫星定位系统 Compass、欧盟的伽利略系统 Galileo 等。GPS 系统是最早的GNSS 系统,1970 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统,提供实时、全天候和全球性的导航服务。物联网中,车辆、人员或设施都能装上用于定位和导航的 GNSS 终端
6、,并利用移动通信网络实现信息快速及时传输,提交给信息中心,实现车辆、人员或设施的识别,信息中心则根据确定的算法对车辆、人员或设施进行监控、调度等“透明”管理。用途 物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网把新一代 IT 技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强
7、大的中心计算机群, 能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态, 提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。应用 物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等等特征,一般来讲,物联网的开展步骤主要如下: 对物体属性进行标识,属性包括静态和动态的属性,静态属性可以直接存储在 RFID 电子标签或 GNSS 终端中,动态属性需要先由 RFID 传感器或 GNSS 终端实时探测; 需要识别设备完成对物体属性的读取,并将信息转换为适合网络传输的数据格式; 将物体的信息通过网络传输
8、到信息处理中心(处理中心可以是分布式或集中式),由处理中心完成物体通信的相关计算。背景 1999 年,在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了,“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。同年,中国科学院启动传感网的研究,并取得一些科研成果,建立一些适用的传感网。2003 年,美国技术评论提出传感网将是未来改变人们生活的十大技术之首。 2005 年11 月 17 日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布ITU 互联网报告 2005:物联网,正式提出了“物联网”的概念,报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体都可通过互联网主动进行交
9、换,射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将广泛应用。根据 ITU 的描述,物联网时代,通过在物品上嵌入短距离移动收发器,人类在信息与通信世界里将获得新的沟通维度 ,从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。 2008年 11 月,在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新 2.0”上,专家们提出移动技术、物联网技术的发展带动了经济社会形态、创新形态的变革,推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新 (创新2.0) 形态的形成,创新与发展更加关注用户、注重以人为本。 2009年 1 月 28 日,美国总统奥巴马与美国工
10、商业领袖举行“圆桌会议”,IBM 首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”概念,建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。2009 年 2 月 24 日在 2009 年 IBM 论坛上,IBM 大中华区首席执行官钱大群公布“智慧的地球”的最新策略。IBM 认为,IT 产业下一阶段的任务是把新一代 IT 技术充分运用在各行各业之中,即将感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且普遍连接,形成物联网。IBM 的“智慧地球”策略掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。 2009年 8 月 7 日,温家宝总理在无锡提出“感知中国”的理念,国务院将物联网列入
11、战略性新兴产业之一。11 月,温总理在科技持续发展的重要讲话中, 提出要着力传感网、物联网关键技术,及早部署后 IT 时代的关键技术研发,使信皂.网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。2009 年 11 月 12 日, 中国移动与无锡市人民政府就共同推进 TD-SCDMA 与物联网融合签署战略合作协议,中国移动将在无锡成立中国移动物联网研究院,重点开展 TD-SCDMA 与物联网融合的技术研究与应用开发;2009 年 11 月 23 日,中国电信物联网技术重点实验室、中国电信物联网应用和推广中心在江苏无锡成立;2009 年 l1 月 24 日,中国联通集团和无锡市政府签署物联网合作协
12、议 ,双方共同加强基础网络设施建设、传感网络技术标准研究、传感器技术研究与产业化推动;加强传感网络与现有公众运营网络结合的标准及应用研究与开发。2009 年 l1 月 12 日,江苏省政府、中科院与无锡市政府签署协议,共建中国物联网研究发展中心;2009 年 l1 月 23 日,北京邮电大学和无锡市政府签署协议 ,在无锡市组建北邮感知技术与产业研究院;随后,东南大学传感器网络技术研究中心、南理工无锡传感网应用开发中心、清华无锡智能传感网研究中心陆续在无锡成立。 2010年3 月 2 日,上海物联网中心在上海嘉定揭牌,上海市政府希望以此打造国内最具竞争力、具有国际影响的物联网技术研发基地,形成规
13、模,应用示范, 推动物联网及其相关产品和服务的产业化。 北京市政府在 2009 年底和 2010 年初多次召集在京的科技界和企业代表共谋物联网的产业发展大计,初步确定了政府积极引导,在 2010-2012 年每年实施一批示范项目,用三到五年的时间,使北京市物联网产业规划基本成型,产业链和产业群初步形成。第一批试点示范项目已经启动,目前正在征集 1 批的示范试点工作。 研究机构预计 10 年内物联网可大规模普及,发展为上万亿元规模的高科技市场。物联网产业链分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节关键技术分别为 RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。未来物联网发展将经历四个
14、阶段,2010 年之前 RFID 被广泛应用于物流、零售和制药领域,20102015 年物体互联,20152020 年物体进入半智能化,2020 年之后物体进入全智能化。国内外现状国外现状 物联网在国外被视为“危机时代的救世主”,在当前的经济危机尚未完全消退的时期,许多发达国家将发展物联网视为新的经济增长点。物联网的概念虽然仅是最近几年才趋向成熟,但物联网相关产业在当前的技术、经济环境的助推下,在短短的几年内已成星火燎原之势。美国 美国很多大学在物联网方面已开展大量工作 ,如加州大学洛杉矶分校的嵌入式网络感知中心实验室、无线集成网络传感器实验室、网络嵌入系统实验室等。另外,麻省理工学院从事着极
15、低功耗的物联网方面的研究;奥本大学也从事了大量关于自组织物联网方面的研究 ,并完成了一些实验系统的研制;宾汉顿大学计算机系统研究实验室在移动自组织网络协议、物联网的应用层设计等方面做了很多研究工作;俄亥俄州立克利夫兰大学的移动计算实验室在基于 IP 的移动网络和自组织网络方面结合物联网技术进行了研究。 除了高校和科研院所之外,各大知名企业先后参与开展物联网的研究。克尔斯博公司是国际上率先进行物联网研究的先驱之一,为全球超过 2000 所高校以及上千家大型公司提供无线传感器解决方案;Crossbow 公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备制造商英特尔、网络设备制造巨头、著名高校加州
16、大学伯克利分校等都建立了合作关系。 2009年,IBM 与美国智库机构向奥巴马政府提出通过信息通信技术(ICT)投资可在短期内创造就业机会,美国政府只要新增300 亿美元的ICT 投资(包括智能电网、智能医疗、宽带网络三个领域),鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术应用。2009 年,美国振兴经济法案就包括 ICT 相关内容。欧盟 2009年,欧盟制定欧盟物联网行动计划,以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用,计划包括 14 项内容:管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、
17、统计数据和进展监督等。该行动方案,描绘了物联网技术应用的前景,并提出要加强欧盟政府对物联网的管理 ,其行动方案提出的政策建议主要包括: 加强物联网管理; 完善隐私和个人数据保护; 提高物联网的可信度、接受度、安全性。 2009 年 10 月,欧盟发布物联网战略,提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球,除了通过 ICT 研发计划投资 4 亿欧元,启动 90 多个研发项目提高网络智能化水平外,欧盟还将于 2011 年2013 年间每年新增 2 亿欧元进一步加强研发力度,同时拿出 3 亿欧元专款,支持物联网相关公私合作短期项目建设。日本 自 20 世纪 90 年代中期以来,日本政府相继
18、制定了 e-Japan、u-Japan、i-Japan 等多项国家信息技术发展战略,其中 u-Japan、i-Japan 战略与物联网概念有许多共同之处。 2004年,日本提出 2006 至 2010 年间IT 发展任务?u-Japan 战略,计划实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接 (即 4U,Ubiquitous、Universal、User-oriented、Unique),希望在 2010 年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会”。 2008 年,日本提出 u-Japan 政策的重心,通过 ICT 的有效应用,实现产业变革,推动新应用的发展;通过
19、 ICT 以电子方式联系人与地区社会,促进地方经济发展;有效应用 ICT 达到生活方式变革,实现无所不在的网络社会环境。 2009 年 7 月,日本颁布“i-Japan”战略,为了让数字信息技术融入每一个角落,聚焦在三大公共事业:电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育。提出到 2015 年,透过数位技术达到“新的行政改革”,使行政流程简化、效率化、标准化、透明化,同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。韩国 2006 年,韩国确立了 u-Korea 战略,旨在建立无所不在的社会,在民众的生活环境里,布建智能型网络、最新的技术应用等先进的信息基础建设,让民众可以随时随地享有科
20、技智慧服务。希望运用 IT 科技为民众创造衣食住行育乐各方面无所不在的便利生活服务,扶植 IT 产业发展新兴应用技术,强化产业优势与国家竞争力。 u-Korea 包括四项关键基础环境建设以及五大应用领域的研究开发。四项关键基础环境建设是平衡全球领导地位、生态工业建设、现代化社会建设、透明化技术建设,五大应用领域是亲民政府、智慧科技园区、再生经济、安全社会环境、u 生活定制化服务。u-Korea 主要分为发展期与成熟期两个执行阶段。发展期(2006 至 2010 年)的重点任务是基础环境的建设、技术的应用以及 u 社会制度的建立;成熟期(2011 至 2015 年)的重点任务为推广 u 化服务。
21、 目前,韩国的RFID 发展已经从先期应用开始全面推广;而USN 也进入实验性应用阶段。2009 年,韩通信委员会通过了物联网基础设施构建基本规划, 计划到 2012 年“通过构建世界最先进的物联网基础实施,打造未来广播通信融合领域超一流 ICT 强国”的目标,为实现这一目标,确定构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等 4 大领域、12 项详细课题。国内现状 总体而言,在物联网这个全新产业中,我国的技术研发和产业化水平已经处于世界前列,掌握物联网世界话语权。政府主导、产学研相结合共同推动发展的良好态势正在形成。 1999年,中国科学院启动传感网研究,目前已拥有
22、从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。2009 年 8 月,温家宝总理在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出,“在传感网发展中,要早一点谋划未来 ,早一点攻破核心技术”。2009 年 8 月,中国移动总裁王建宙访台期间解释了物联网概念。同年,工业和信息化部长李毅中在科技日报上发表我国工业和信息化发展的现状与展望的文章,首次公开提及传感网络,将其上升到战略性新兴产业高度。 2009 年 11 月,国务院总理向北京科技界发表让科技引领可持续发展的讲话,指出将物联网并入信息网络发展的重要内容。在国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020 年)和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项均将传
23、感网列入重点研究领域,列入国家高技术研究发展计划(863 计划)。 2009年 11 月,无锡市国家传感网创新示范区(传感信息中心)正式获得国家批准。计划 2012 年完成传感网示范基地建设,产业规模达到 1000 亿元,较大规模各类传感网企业 500 家以上,2015 年产业规模达 2500 亿。 物联网在高校的研究,当前的聚焦点在北京邮电大学和南京邮电大学。2009 年 9 月北京邮电大学与无锡市合作建设研究院,围绕传感网进行研究,涉及光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域。2009 年 9 月 10 日,南京邮电大学正式成立全国高校首家物联网研究院,设立
24、物联网专项科研项目,并在校园内建设物联网示范区。 2009年 10 月,西安优势微电子公司宣布:中国第一颗物联网芯片?“唐芯一号”研制成功,攻克物联网核心技术。“唐芯一号”是超低功耗射频可编程片上系统 PSOC,可满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源 RFID 等物联网应用的特殊需要,为物联网产业发展奠定基础。 2009年 9 月,经国家标准化管理委员会批准,全国信息技术标准化技术委员会组建传感器网络标准工作组。目前 ,传感网标准体系已形成初步框架,将在2011 年正式向国标委提交传感网络标准制定方案。 目前我国物联网产业、技术还处于概念和科研阶段,物联网整个产业模式还没有彻底形成,处于
25、起步阶段,但物联网的发展趋势是令人振奋的,未来的产业空间是巨大的。现状分析 作为一个新兴产业,物联网的发展受到很多因素的制约,有观念、体制、机制、技术、安全等等方面的因素。目前制约物联网亟待解决的主要问题包括以下八个方面: 技术障碍有待突破 纵观全球产业,我国已在 RFID 高频应用领域占据世界第一的位置,形成从芯片设计、制造、封装和读写机具设计、制造到应用的成熟的产业链。但在超高频领域与国际先进水平相比,还存在着以下瓶颈: 投入物联网研究多为中小型企业,研发水平薄弱; RFID 标签成本过高,限制物联网应用范围的扩大和推广; 一些关键领域缺乏国家标准,沿用国际标准需支付大量专利费用; 物联网
26、发展时间较短,技术创新人才相当匮乏; 隐私保护有待解决 在物联网中,射频识别系统标签预先被嵌入物品中,物品拥有者不一定能觉察该物品可能不受控制地被扫描、定位和追踪,势必会使个人隐私受到侵犯。而且,这不仅是技术问题,还涉及政治和法律问题,须引起高度重视并从技术上和法律上予以解决。商用模式有待完善 要发展成熟的物联网商业模式,必须打破行业壁垒、充分完善政策环境, 并进行共赢模式的探索。应用物联网技术让企业面临改造成本问题,需完善新的商业模式,以改变成本高的现状。政策法规有待先行 物联网的普及不仅需要相关技术的提高,更牵涉各行业、各产业,需多种力量整合。因此需产业政策和立法上先行 ,制定出适合行业发
27、展的政策和法规 , 保证行业正常发展。技术标准有待统一 物联网发展历程中,传感、传输、应用各层面会有大量技术出现,急需尽快统一技术标准,形成一个管理机制。目前 ,IP4 协议已不能满足发展需求 ,IP6 的开发已成为发展必然,此外,大量无线设备的使用,势必带来频谱拥挤问题,需尽快出台频谱管理办法。管理平台有待开发 物联网时代大量信息需传输和处理。如无与之匹配的网络体系,就不能进行管理与整合,物联网将是空中楼阁。因此,建立全国性的、庞大的、综合的业务管理平台,把各种传感信息进行收集,进行分门别类的管理,进行指向性传输,是物联网能否推广的关键问题。安全体系有待形成 物联网传感技术主要是 RFID,
28、但存在着安全问题,即除所有者外其他人也能感知,如产品竞争对手,如何实现感知、传输、应用过程中,有价值的信息的安全,需形成强大的安全体系。应用开发有待加强 物联网应用普及各行各业,必须根据行业特点,进行深入的研究和有价值的开发。需要一些应用形成示范,让更多的传统行业感受到物联网的价值,了解物联网可能带来经济和社会效益,推动物联网的发展。发展阶段 根据 2008 年 3 月欧洲智能系统集成技术平台(EPOSS)在Internet of Things in 2020报告中分析预测,未来物联网的发展将经历四个阶段,2010 年之前 RFID 被广泛应用于物流、零售和制药领域 ,2010-2015 年物
29、体互联,2015-2020 年物体进入半智能化,2020 年之后物体进入全智能化。就目前而言, 许多物联网相关技术仍在开发测试阶段,离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。EPOSS 提出的各阶段物联网技术研发、产业化、标准化等工作的重点见下表。基于物联网的智能交通系统的必要性提高交通智能化管理的需要 物联网作为融合无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统的新技术 , 逐渐被用于智能交通系统等需要数据采集与检测的相关领域,从而给城市智能交通带来一次全新的升级。 现有城市交通管理基本是自发进行的,交通信号、标志仅仅起到静态、有限的指导作用,导致道路资源未能得到最高效率运用
30、 ,而基于物联网的智能交通系统可将整个城市内的车辆和道路信息实时收集起来,通过智能化动态地计算出最优指挥调度方案和车行路线。据专家研究,采用智能交通技术提高道路管理水平后,每年仅交通事故死亡人数就可减少 30%以上,并能提高交通工具的使用效率 50%以上。 近年随着智能交通系统的升级以及道路规划的日益完善 ,许多大中城市交通已经得到了很大的改观。随着经济的发展、人民生活水平的提高,机动车保有量不断攀升,而道路不可能无限拓宽,智能交通称为改善交通的不二选择,物联网及 RFID 技术、非接触式IC 卡、GNSS 终端等成为智能交通的发展趋势。例如, 北京许多街道均埋设有感应线圈,只要有车辆轧过,线圈就有电磁感应,并向计算机系统传达这一信息,计算机根据两个方向的车流量对红绿灯进行实时配时。 在行驶车辆信息采集方面,智能交通可使用非接触式地磁传感器来定时收集和感知区域内车辆的速度、车距等信息,为车流的监控、分流提供智能化管理。当车辆进入传感器的监控范围后,终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息,并将信息传送给下一个定时醒来的节点
