1、任务一 城市交通卡口监控系统的技术选型单元二 认识物联网典型行业应用-智能交通管理系统引导案例智能交通引导案例 从出行的角度分析发展智能交通的必要性，需利用物联网技术改造交通行业中的哪些方面。讨讨 论论智能交通1目标与任务目标与任务任务评价任务评价知识准备知识准备任务实施任务实施234目录目录PART.1目标与任务任务目标 知识目标知识目标l 熟悉物联网在智能交通的应用方式l 掌握智能交通中的物联网技术l 掌握典型的自动识别技术的特点及其应用场合l 认识物联网工程需求分析的要点 能力目标能力目标l 能分析物联网典型应用系统城市交通卡口监控系统的结构l 能对智能交通中具体应用场景分析所涉及到的物
2、联网技术l 能分析典型的自动识别技术的特点与各自应用场合l 能通过多种渠道收集信息并组织文档的能力 素质目标素质目标l 培养良好的主动表达习惯l 培养积极沟通的习惯l 培养团队合作的习惯l 培养解决问题的习惯任务描述 在某高新区，随着入住率的提高，园区内车流量急剧增加。尤其是在园区的A入口处，每天早、晚高峰都会出现较为严重的车辆拥堵，而且各种交通事故频发。同时，随着人口流动性的增加，园区内近半年发生了多起机动车盗抢案件。因此，在园区A入口处设置交通卡口监控系统迫在眉睫。我设计院受建设单位委托，将根据相关要求完成该路口交通卡口监控系统工程的设计工作。经过前期的现场勘测，在该路口建设交通卡口监控系
3、统是必要的、可行的。另外，建设单位要求：该卡口监控系统必须按照全市智能交通建设规划，支持对电子车牌的应用。作为设计单位，请对该交通卡口监控系统进行需求分析、功能设计，并为该系统的功能实现选择合适的技术。PART.2知识准备2.1 认识智能交通2.1.1 2.1.1 智能交通的概念智能交通的概念 智能交通系统（Intelligent Traffic Systems，ITS），是基于电子信息技术面向交通运输的服务系统。它是将先进的信息技术、通信技术、传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理体系，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种保障安全、提高效率、改善环境、
4、节约能源的综合交通运输管理系统。2.1 认识智能交通2.1.2 2.1.2 智能交通的智能交通的发展现状发展现状 在国际上，美、欧、日是世界上智能交通开发应用的最好国家，已从对该系统的研究与测试转入全面部署阶段。其他一些国家和地区的智能交通研究也初具规模，如韩国、马来西亚、新加坡和澳大利亚等。欧洲韩国马来西亚新加坡澳大利亚日本美国国外2.1 认识智能交通2.1.2 2.1.2 智能交通的智能交通的发展现状发展现状 智能交通的研究和推进在我国还处于起步阶段，但ITS作为跨世纪的经济增长点和交通系统建设已得到国家相关部门的高度重视。国内在规划和政策层面，多年来，国家高度重视交通行业的发展。在技术层
5、面，“十三五”期间，物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术将为智能交通提供了强大的技术支撑。国家的近期的智能交通总体框架将以“一基础、三系统、两支撑”来完成。试验研究城市交通信号控制大城市引进消化城市信号控制系统逐渐建设交通监控系统、电子收费系统实现重点路段的交通状况的感知和全过程监控2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（1）智能交通系统结构 智能交通系统具有典型的物联网三层结构，即由感知互动层、网络传输层和应用服务层三个层次组成。2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键
6、技术（2）智能交通关键技术1）智能交通信息感知技术）智能交通信息感知技术 磁频感知技术磁频感知技术在智能交通中，磁频感知技术的主要设备有环形线圈传感器和磁力传感器等。地感线圈区域图地感线圈 智能交通感知层主要通过多种传感器（网络）、射频识别、定位以及视频采集等技术，实现人、车、路等多方面的交通信息的感知和采集。2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术1）智能交通信息感知技术）智能交通信息感知技术 波频感知技术波频感知技术波频感知技术，是利用电磁波的发射和接收来获取交通相关参数。它在智能交通中的常用技术有雷达和射频识别
7、。固定式雷达测速移动式雷达测速电子车牌2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术1）智能交通信息感知技术）智能交通信息感知技术 视频采集视频采集技术技术 视频采集技术，主要利用高速摄像机对交通状况进行视频图像采集，并将采集数据经软件分析处理可得到交通流量、车速、占有率等交通信息，以及车牌号码、车型等。交通视频监控设备2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术1）智能交通信息感知技术）智能交通信息感知技术 定位技术定位技术 智能交通中的定位技术目
8、前主要分为两种，一种是基于卫星通信定位，另一种是基于蜂窝网基站的位置感知技术。卫星定位示意图车载GPS导航仪 2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术2）智能交通信息）智能交通信息传输传输技术技术 当前，车辆通信主要说的就是车载自组网（Vehicle Ad-hoc Networks，VANET）技术。目前，全球内尚未形成统一的车载自组网无线通信标准，主要有两大流派：专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技术和以LTE蜂窝网络为基础的LTE-V技术。DSRC技术
9、 DSRC技术是一种高效、专用的车辆无线通信技术，提供高速的数据传输，并保证通信链路的低延时和低干扰。DSRC示意图2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术2）智能交通信息）智能交通信息传输传输技术技术LTE-V技术LTE-V是基于LTE蜂窝网络为车车通信、车路通信、车辆与城市基础设施通信专门开发的通信技术，是用于汽车通信的专用LTE技术。LTE-V示意图2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术2）智能交通信息）智能交通信息传输传输技术技术
10、LTE-V和DSRC技术对比业务类别业务类别DSRCLTE-V定义定义DedicatedShortRangeCommunication（专用短程通信技术）LTE-Vehicle,包括集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）支持厂商支持厂商主机厂商、汽车电子零部件厂电信运营商、通信设备商、芯片商代表企业代表企业NXP（并购飞思卡尔）华为、高通频段频段5G频段，美国、欧盟及日本使用5.8-5.9GHz频段，中国存在潜在干扰。采用运营商现有的LTE频谱标准进程标准进程2014年2月，DSRC被美国交通部确认为V2V标准，欧洲（CEN/TC278）、美国（ASTME2213-
11、2003）、中国（GB/T20851-2007）均有自己的DSRC标准体系。LTE-V目前还在标准制定阶段，预计Q3会确定标准。二是部分人片面的认为LTE-V技术仅仅采用了蜂窝式技术，即需要借由基站作为通信控制中心，忽视了LTE-D2D的发展潜力和替代作用，所以对其延迟、可靠性传输方面提出质疑。关键指标关键指标支持车速200km/h,反应时间100ms左右，数据传输速率平均标准速度大概3Mbps（最大可以到27Mbps），室内传输环境通信覆盖距离300米，室外环境下传输范围1km，低时延可达到0.02秒以下。LTE-V-Cell传输带宽最高可扩展至100MHz，峰值速率上行500Mbps，下行
12、1Gbps，用户面时延10ms，控制面时延50ms，支持车速500km/h,覆盖范围与LTE范围类似。应用应用1.车载影音娱乐、车辆网络、商家广告资讯等非安全功能类应用；2.非IP网络的WAVE短信息交互协议，主动式安全传输以及重要交通信息传播，用于主动安全类交互。车联网、远程医疗、互动视频、智能交通、大数据2.1 认识智能交通2.1.3 2.1.3 智能交通智能交通系统结构和关键技术系统结构和关键技术（2）智能交通关键技术3）智能交通信息）智能交通信息处理处理技术技术 从采集的原始数据提取有效的交通信息，进而为交管部门、大众和其他用户提供决策依据，还需要经过进一步的处理。模式识别和统计技术是
13、交通信息处理的两大关键技术。模式识别能够实现从原始的采集数据（可能是图像、图形、文字和语音等）中提取交通相关参数，例如车牌号码、交通状态、交通流量等。车牌识别技术就是典型智能交通模式识别技术。模式识别 统计分析方法 由于交通信息的采集源多种多样，所以数据采集的方式也多样化。统计分析方法是道路交通流状态的多参数融合预测经典方法。2.2 认识自动识别技术2.2.1 2.2.1 自动识别技术的概念自动识别技术的概念 自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来进行后续相关处理的一种技术。XX 商品2.2 认识
14、自动识别技术2.2.2 2.2.2 自动识别系统构成自动识别系统构成自动识别系统基本组成(二)自动识别系统基本组成(一)自动识别系统可以分为两类：1）需要在被识别物体上绑定相应的设备后才能对物体进行自动识别，即用某种设备来标识物理对象，我们称之为标签标签。2）直接识别物体某一特征。自动识别系统还都包括读写器读写器和后台计算机信息系统后台计算机信息系统。2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（1）磁卡识别技术磁卡识别技术是指利用磁卡记录信息，通过各种磁卡读写器读取磁卡
15、信息，并提供给后台计算机处理的自动识别技术。卡号XX2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（2）IC卡识别技术 IC卡识别技术是指利用IC卡记录信息，在使用时通过读写器读取信息，并提供给后台计算机处理的自动识别技术。卡号XX2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（2）IC卡识别技术IC卡卡磁卡磁卡存储容量存储容量根据型号不同，小到几百个字符，大到上百万个字符。大约在200个数字字符。安全保密性安全保密性IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码。磁卡仅仅使用了“卡的号码”。卡内除了卡号外，无任
16、何保密功能，其“卡号”是公开、裸露的，比较容易被复制。数据处理能力数据处理能力CPU卡具有数据处理能力。在与读卡器进行数据交换时，可对数据进行加密、解密，以确保交换数据的准确可靠。无此功能使用寿命使用寿命较长较短，容易磨损和被其他磁场干扰而失效。制造成本制造成本较高较低IC卡和磁卡对比2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（3）条码识别技术条形码就是由一组按一定编码规则排列的条、空和数字符号组成的，用以表示一定信息的图形符号。而条形码识别技术是一种利用光识别技术对条形码所表示的信息进行自动识别的技术。按照条形码构图的维数，可以分为一维条形码和二维条
17、形码。2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（3）条码识别技术一维条形码一维条形码二维条形码二维条形码存储容量只能容纳30个字符左右可容纳多达1850个大写字母或500多个汉字，比一维条形码信息容量约高几十倍。编码范围英文、数字、简单符号可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息都进行编码。容错能力遭到损坏后便不能阅读因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。保密性不高高，可加密译码错误率百万分之二左右不超过千万分之一识别速度快较慢识别设备成本低较高2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自
18、动识别技术的分类自动识别技术的分类（4）射频识别技术 射频识别技术是利用电子标签来标识某个物体，并通过射频无线电波进行数据传递的自动识别技术。射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术。2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（4）射频识别技术系统参数系统参数条形码条形码磁卡磁卡ICIC卡卡生物识别生物识别RFIDRFID信息载体纸或物质表面磁条芯片芯片信息量小较小大大大读写性能RR/WR/WR/WR/W读写距离近接触接触直接接触远识别速度低低低很低很快使用寿命一次性短长很长保密性无一般好好环境适应性不好一般一般很好成本最低低较高较高较高多标签同时识别
19、不能不能不能不能能2.2 认识自动识别技术2.2.3 2.2.3 自动识别技术的分类自动识别技术的分类（5）生物识别技术 生物识别技术是利用人的生理特征（如指纹、人脸、虹膜等）或行为特征（如笔迹、声音、步态等），来进行个人身份识别的自动识别技术。2.2 认识自动识别技术8几种自动识别技术的比较几种自动识别技术的比较系统参数条形码识别光学字符生物识别语音识别图像识别磁卡识别IC卡识别射频识别信息载体纸或物质表面物质表面-磁条EEPROMEEPROM信息量小小大大大较小大大读写性能RRRRRR/WR/WR/W读取方式CCD或激光束扫描光电转换机器识读机器识读机器识读电磁转换电擦写无线通信读取距离近
20、很近直接接触很近很近接触接触远识别速度低低很低很低很低低低很快通信速度低低较低低低快快很快方向位置影响很小很小-单向单向没有影响使用寿命一次性较短-短长很长人工识读性受约束简单不可不可不可不可不可不可保密性无无无好好一般好好智能化无无-无有有环境适应性不好不好-不好一般一般很好光遮盖全部失败全部失败可能-全部失败-没有影响国际标准有无无无无有有有成本最低一般较高较高较高低较高较高多标签同时识别不能不能不能不能不能不能不能能2.3 物联网工程需求分析2.3.1 2.3.1 需求分析概述需求分析概述 需求分析，是指理解用户需求，就系统功能与用户达成一致，估计系统风险、评估项目代价，最终形成系统建设
21、计划的一个复杂过程。用户主导，需求分析者负责整理用户需求，并形成相应的需求分析文档，为之后的系统设计、实施、运行等环节提供依据。简言之，需求分析的任务就是解决“必须做什么”的问题。2.3 物联网工程需求分析2.3.2 2.3.2 需求分析的过程需求分析的过程需求分析阶段的工作，可以分为四个方面：问题识别、分析与综合、编制需求分析文档和评审。（1）问题识别就是从系统角度来理解工程，确定对所建设工程的综合要求，并提出这些需求的实现条件，以及实现的效果。（2）分析与综合逐步细化所有的工程功能，找出系统各元素间的联系，接口特性和设计上的限制，分析他们是否满足需求，剔除不合理部分，增加需要部分。最后，综
22、合成系统的解决方案。（3）编制需求分析文档需求分析文档应当详细说明物联网工程项目为用户解决的问题，同时为解决方案提供设计依据。（4）评审 对功能的正确性、完整性和清晰性，以及其它需求给予评价。评审通过才可进行下一阶段的工作，否则重新进行需求分析。2.3 物联网工程需求分析2.3.3 2.3.3 需求分析的内容需求分析的内容物联网工程需求分析主要包括市场需求、技术需求和安全需求三方面的内容：（1）市场需求分析（2）技术需求分析（3）安全需求分析）安全需求分析对客户的物联网工程项目实施需求的可行性、可用性、数据安全性等做出相应的描述或者说明。此外，还需要客观的分析和评价客户的项目价值体系以及可以预
23、期的投资价值体系，尽可能地给出定量的分析表格。1)业务流程需求2)产品特性与环境适应性需求3)系统集成需求4)业务系统对接的需求5)系统升级的需求6)测试评估需求分析7)系统维护需求8)环境和行业条件及标准需求物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的新型系统，其无处不在的数据感知、以无线为主的信息传输、智能化的信息处理等特点，一方面有利于提供社会效率，另一方面也会给我们带来诸多信息安全和隐私保护问题。设计和实施好物联网工程项目，一定要充分考虑网络安全、系统稳定和信息保护等方面存在的问题，做好备选方案，把握好发展需求与技术管理体系之间的平衡。2.3 物联网工程需求分析2.3.4 2.3.4 需求
24、分析的方法需求分析的方法需求分析的方法有很多，本书介绍原型化方法，其它的方法有结构化方法、动态分析法等。原型化方法：就是尽可能快地建造一个粗糙的系统，该系统实现了目标系统的某些或全部功能。然后听取用户的意见，改进这个原型。以后的目标系统就在原型系统的基础上开发。PART.3任务实施任务实施技术选型：城市交通卡口监控系统的关键技术 作为智能交通管理系统的重要组成部分，城市交通卡口监控系统，是一个集信息采集、通信、指挥、管理于一体的综合系统。城市交通卡口监控系统可分为前端采集、网络传输、综合管理指挥中心三部分。前端采集部分能准 确检测到过往车辆，并采集车辆信息和车辆运行状态图像等；网络传输部分将采
25、集到的信息传输到管理中心；管理中心对获取的信息进行实时保存，同时根据获取信息，对道路交通信息的进行分析处理，对车辆及其车牌信息进行自动识别与处理，从而实现对交通违法、肇事逃逸和嫌疑车辆等的查控与处置。臂式卡口臂式卡口门门式卡口式卡口任务实施（1 1）任务内容要求任务内容要求查阅卡口监控系统相关资料，包含系统应用场景、主要功能；根据卡口监控系统要求，列出其关键技术选型的技术要求；结合技术要求，对比查阅卡口监控系统可以选用的关键技术的特点；依据相关标准，从中选出最适合卡口监控系统的关键技术。（2 2）任务提交资料任务提交资料城市交通卡扣监控系统的关键技术选型报告，报告应包含以下关键点：该卡口监控系统需求分析、功能设计；针对要实现的功能，选择了哪些关键技术，并说明理由。（3 3）任务任务实施方式实施方式小组成员依照行动方案，分工合作完成任务。分组展示成果。技术选型：城市交通卡口监控系统的关键技术PART.4任务评价任务评价课后作业小组成员制定行动方案，分工合作完成“城市卡口监控系统需求分析报告”。重庆电子工程职业学院 物联网学院
