智能交通物联网实训系统

一、需求

    具有交通****背景的物联网****方向，如何紧贴交通特色开展物联网应用教学？

    交通信息化与智能化是行业的必然发展趋势，院校采用什么样的教学模式去培养****工程技术人才？

    除智能家居、智能温室大棚这类常用的物联网实训设备之外，有没有紧贴物联网行业应用、具有突出教学价值的实验实训教学设备？

二、系统概述

       智能交通系统简称ITS，它将****的信息、数据、感知、控制和计算技术有效集成并运用于整个地面交通管理，实时、准确、****的管理系统。智能交通系统是物联网技术与传统交通管理技术的深度融合，是物联网技术在行业应用的****典型代表之一。
       智能交通物联网实训系统根据城市交通网，或者以校园交通网为原型设计沙盘场景模型，体现真实场景、具有超凡的****度和展示度。智能交通物联网实训系统以智能车为主体，代替真实的车辆进行智能交通各种功能特征的模拟****，系统汇聚了智能车、机器人导航及*、RFID识别、图像识别、图像*、智能控制、无线传感网等技术。综合实现了智能公交、ETC、智能停车场、智能红绿灯、智能路灯、公路灾害预警及应急联动、全网车辆*、车联网等智能交通的各种****及典型的功能。
       智能交通物联网实训系统采用项目式教学，例如让学生从基础的路灯亮灭控制开始学习，加入光照传感器进行简单智能控制，再根据车辆位置进行复杂智能控制等等。从基础开始，逐步深化，几十个课时的实验以完整的智能交通的系统功能为主线贯穿在一起，让学生在课程完成时已经不知不觉的学会了整套智能交通的关键技术点、系统架构，自己有能力去构建一套智能交通系统原型出来。
       您可以通过下面的视频，概要了解本系统的功能、关键技术等。
 

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三、系统功能

       智能交通物联网实训系统提供12种功能，用户可以根据需求进行功能组合搭配，以构成一个适合教学需求*的解决方案。

3.1、 智能公交系统

       公交是城市交通里面****重要的一个环节，如何保障公交系统的快捷、便利、*是智能交通系统的****重要命题。本系统提供两种智能公交技术的验证模型：
       ① 公交优****入本模式，智能交通系统将优先保障公交车的顺畅运行。当公交车即将到达路口时，系统会控制红绿灯会提前变绿，让公交车优先通过。
       ② 公交运行信息实时显示：系统中的公交车通过RFID路标进行*，然后通过无线传感网将自身位置实时传递给*控制器，站台上的公交信息显示屏通过无线网络和*控制器通信，获取并显示每路公交车的实时运行状态、与本站台之间的距离等信息。

3.2、 *识别系统

       *识别利用图像识别技术，当车辆运行状态触发*识别动作时，控制系统会触发图像服务器上的*识别软件，软件系统通过监控摄像机拍照，对照片进行图像处理和识别，获得*信息。图像服务器再通过无线传感网将*信息传送给智能交通物联网实训系统的*控制器。
       在ETC系统、智能停车场系统等都可以选配*识别功能。

3.3、 ETC系统

      ETC是高速公路上****重要、********的基础设施，是有源RFID技术的****典型应用之一。智能交通物联网实训系统提供1-2组ETC系统，对现实交通的ETC系统进行原理模拟和实验教学。
      在智能交通物联网实训系统上，车辆进入ETC收费站入口的读卡器感应范围，读卡器会读出车辆信息，*识别系统拍照并进行*识别（需要选配*识别系统），所有信息存入数据库，然后闸机打开车辆放行。车辆再次进入收费站时，ETC卡信息被读取，系统从数据库调出车辆进入高速公路的位置，自动计费扣费，扣费成功后自动放行。

3.4、 智能停车场系统

       未来的智能停车场具有两个特征：1、无人值守，通过ETC技术、*识别技术、智能管控技术实现停车场的自动计时扣费、无人化管理。2、信息联网，停车场的运行信息将实时发布到网络上，通过APP即可查看全市停车场的车位信息及公告。
       智能交通物联网实训系统提供了一套完整的智能停车场系统，包含以下功能：
       1、 停车场每个车位底下都有传感器，系统通过传感器可判断车位上是否有车辆停靠。
       2、 停车场*支持ETC系统，可自动进行停车计时、费用统计、自动扣费，实现无人值守。
       3、 车位空余信息可通过*控制器实时统计并显示，也可以显示在停车场的信息屏。

3.5、 违章抓拍
 

       在十字路口有红外探测传感器，其功能与真实交通网上的车辆磁传感器一致，可以探测车辆经过关键位置的情况。当红灯亮起时，车辆越线或者闯红灯就会触发传感器，系统即会调用摄像机进行违章抓拍。
       车辆能够将自身的实时位置传送给*控制器，*控制器可监测到每个红绿灯状态、车辆的运行路线，当车辆出现违章（例如逆行）即会调动摄像头进行抓拍。
       *控制系统内具有数据库能够存储每台车辆的违章记录，并提供查询。

3.6、 智能红绿灯管理

       红绿灯是交通网上的****重要指挥管理系统，本系统除了固定时间模式之外，还提供动态调整模式。
       在动态调整模式下，路口的车辆检测传感器可进行车流量统计。*控制器通过ZigBee无线通信调节红绿灯控制器的控制参数，实现根据车流量大小来动态调整红绿灯变化时间的目的，例如将车流量大的方向的绿灯时间适当延长。

3.7、 智能路灯管理

       智能交通网络除了智能之外还需要节能，交通网络上主要的能耗源是路灯。本系统提供两种路灯控制模式。
       ① 整体控制模式：智能交通物联网实训系统有一组光照传感器，采集环境光照度，光照值通过ZigBee网络传输给*控制器，*控制器根据光照值进行整个实训系统所有路灯的整体控制，例如光照度低于某一个值时，路灯整体打开。整体控制模式是对现实交通网上的路灯的模拟****。
       ② 节能控制模式：在智能交通物联网实训系统上，*控制系统知道每台车辆的实时位置，因此就能够对路灯进行更加智能化的控制。系统可以根据车辆的运行方向和所在位置进行智能灯光控制，车辆运行前方的路灯自动打开，车辆过后，路灯自动熄灭。这种模式适合在深夜到凌晨，路上没有多少车辆的情况下使用。这种智能化的节能控制模式也是未来交通网的必然趋势。

3.8、 公路灾害预警及应急系统

       山体滑坡、桥梁断裂、路边林火等公路灾害严重威胁着道路安全，本系统提供山体滑坡、桥梁险情及路边林火监测，以及灾害应急预案。当灾害出现时，无线传感网会将数据发送到*控制器，控制器通过无线通信对行驶在相关路段上的车辆播报险情，并启动应急预案，沿路可变信息情报板上显示应急指挥信息。车辆收到险情和应急指挥之后，响应应急方案停车或者原路返回。

3.9、 车辆全局*系统

       在现实的智能交通网络里，车辆可以通过GPS接收机接受*信号，解算出自己的实时位置信息，车辆导航系统、GIS系统等基于GPS*数据，实现车辆的*、路径规划。
       室内的智能交通物联网实训系统由于无法接收到GPS信号，同时民用级GPS误差接近10米，远大于沙盘上的*精度要求，因此无法使用GPS进行*。
       基于联创中控深厚的机器人技术积累，本系统开发并应用了一套图像识别*技术，实现车辆*的全局*。沙盘上方部署多个（根据沙盘大小确定数量）高速工业摄像机，摄像机拍摄到的图像传回图像服务器，图像识别软件首先对多个摄像机的图像畸变校正、颜色调整、拼合，还原出一个完整的沙盘大图，通过图像识别算法将沙盘上的道路识别出来，并和内置地图模板进行匹配，标定出路线和各个关键位置。之后，图像识别软件将车辆从地图中区分出来，并完成每台车辆的识别，通过与地图模板的匹配计算出每台车辆的实时经纬度。
       需要注意的是该功能属于选配功能，由于工业相机需要架设在沙盘上方，对房屋层高有要求，不是每个实验室都可以部署的。因此选择该功能时需要和技术人员进行沟通。

3.10、 车联网系统

车辆、*控制器、ETC系统、停车场系统通过ZigBee构成一个无线自*网络，从而实现车与车、车与交通网、车与人、人与交通网之间的广泛通信。

3.11、 车载视频监控

      每个智能车上面可以携带一个车载无线摄像机，无线摄像机可以模拟行车记录仪的功能，将车辆行驶过程中的影像通过无线传回图像服务器。整车队的行驶影像都可以在图像服务器上进行显示，实现车队的远程监控管理。

3.12、 可变信息情报板

       可见信息情报板在高速公路、市内交通网里随处可见，情报板起到实时路况通报、警示标语宣传、临时调度信息发布等等作用，是交通网中****重要的环节之一。智能交通物联网实训系统具有可变信息情报板，网关通过无线传感网可以随时修改情报板的显示内容，在公路灾害预警及应急系统里利用可变信息情报板发布临时调度指令。

四、系统构成

4.1硬件系统构成

       智能交通物联网实训系统由实训沙盘、智能车、控制系统、图像及视频识别系统、配套教材五部分构成，如下图所示。

       实训沙盘可以选择标准版本，也可根据学校的需求进行定制，例如以学校校区为原型设计智能交通沙盘场景。分别为沈阳大学、吉林电子信息职业技术学院、上海东华大学的实训沙盘。

       根据功能定制需求，沙盘上集成自动停车场和ETC收费站的电动闸门、ETC读写设备、信息屏及相应的控制节点；智能公交的公交站信息屏及控制节点；红绿灯及智能控制节点；灯光及智能控制节点；车流量检测的红外传感器及传感器采集节点；用于环境监测的光照、烟雾、红外传感器及对应的智能节点；可变信息情报板及控制节点；作为*控制器的嵌入式网关等等。上述节点通过ZigBee技术组合成一个无线传感器网络。
       如果选配上*识别、图像*等功能，实训沙盘上还会集成图像识别*的高速工业摄像机、违章抓拍、*识别所用的监控摄像机等等。摄像机通过USB或者1394数据线连入图像服务器。

4.2 三层体系结构

          智能交通物联网实训系统是一种非常典型、完整的物联网应用案例，具有感知层、网络层、应用层的三层体系结构。
       感知层由信息感知终端和控制处理终端两部分。实训系统上面通过光照传感器、红外传感器、位移传感器、烟雾传感器、火焰传感器、RFID读写器、磁导航传感器等各种传感器进行交通环境信息采集、导航*信息采集、交通设施状况监测等；控制处理终端包括：闸门控制器、路灯控制器、红绿灯控制器、液晶屏及其控制器、导引屏及其控制器、智能车等，这些控制器执行一定的控制指令要求，实现交通网络的自动化控制。