智能交通物联网实训系统

产品编号:131359-976

产品型号:智能交通

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更新时间:2014.06.03

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详细信息

1、 概述

具有交通专业背景的物联网专业方向,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卓越工程技术人才?

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?

智能交通系统简称ITS,它将先进的信息、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、高效的管理系统。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最典型代表之一。交通物联网工程技术是交通信息化的重要支撑技术,建设交通物联网支撑技术实验教学平台,培养交通领域物联网技术急需人才,是服务交通行业及其信息化发展的迫切需要。

中智讯依托深厚的物联网、机器人技术积累,以及卓越工程师教育的深刻理解,从物联网、交通专业的实验实训、项目科研和应用展示的本源需求出发,设计并提供了一套智能交通物联网实训系统。

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、具有超凡的仿真度和展示度。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仿真,系统汇聚了智能车、机器人导航及定位、RFID识别、图像识别、图像定位、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、全网车辆定位、车联网等智能交通的各种先进及典型的功能。

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。

 

2、 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,性价比最高的解决方案。

2.1、 智能公交系统

 

图 2.1 智能公交系统

公交是城市交通里面最重要的一个环节,如何保障公交系统的快捷、便利、舒适是智能交通系统的最重要命题。本系统提供两种智能公交技术的验证模型:

①   公交优先:进入本模式,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路标进行定位,然后通过无线传感网将自身位置实时传递给中央控制器,站台上的公交信息显示屏通过无线网络和中央控制器通信,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。

2.2、 ETC系统

图 2.3 ETC系统

ETC是高速公路上最重要、最先进的基础设施,是有源RFID技术的最典型应用之一。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,车牌识别系统拍照并进行车牌识别(需要选配车牌识别系统),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。

2.3、 智能停车场系统

图 2.4 智能停车场

未来的智能停车场具有两个特征:1、无人值守,通过ETC技术、车牌识别技术、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、  停车场全面支持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中央控制器实时统计并显示,也可以显示在停车场的信息屏。

2.4、 智能红绿灯管理

红绿灯是交通网上的最重要指挥管理系统,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。中央控制器通过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。

2.5、 智能路灯管理

图 2.6 智能路灯控制

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网络传输给中央控制器,中央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仿真。

②   节能控制模式:在智能交通物联网实训系统上,中央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、 系统构成

3.1、 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、控制系统配套教材构成。

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。图 3.2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。

3.2 各种智能交通物联网实训系统沙盘

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;作为中央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。

如果选配上车牌识别、图像定位等功能,实训沙盘上还会集成图像识别定位的高速工业摄像机、违章抓拍、车牌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。

3.2、 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、导航定位信息采集、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。

图 3.3 智能交通物联网实训系统的三层体系结构

4、 关键技术

本智能交通物联网实训系统是国内集成度最高、技术最为先进的智能交通实验、实训、科研平台。系统综合运用了物联网、智能控制、机器人、计算机信息等多个领域的技术,具体包括图像识别、无人车定位及导航、无线传感网、嵌入式系统、微处理器等技术。

以下对上述关键技术点进行详细说明。

4.1、 基于磁感应及RFID的导航定位技术

图像识别定位技术系统复杂、价格较为昂贵,一般的智能交通实验、实训教学不一定适合。本智能交通物联网实训系统标准配置“基于磁感应及RFID的导航定位技术”,完成车辆的导航和定位。

实训沙盘的路面PVC板下密布磁条、高频RFID标签。连续的磁条是智能车的导引线,智能车通过磁导航传感器检测磁条,根据磁条确定道路;通过智能车上的RFID读写器读取RFID标签信息,结合中央控制器上的航位推算算法,计算出车辆的实时位置和方向。

图 4.2 导航磁条及RFID标签示意图

在工业领域,基于磁感应及RFID的导航定位方式是自主移动平台如AGV、巡检机器人、无轨货架等系统最重要的一种导航方式。相比基于光电传感器和视觉传感器的色条导航方式,磁导航可靠性更高,不受环境光和地面条件的影响;中智讯的磁导航技术及产品已经广泛应用于汽车生产线、家电生产线、自动化仓储中心等各个工业自动化领域。

图 4.3 中智讯的磁导航技术及产品应用在汽车生产线上

4.2、 智能车技术

系统上的车辆都是全程无人驾驶或者遥控的,全自主运行。每台智能车都有1个STM32嵌入式处理器,运行μcos操作系统;配套1个ZigBee无线模块、1组磁导航传感器、1块RFID读写器、1组红外传感器。

智能车能够接收中央控制器控制指令,自动运行到指定地点;能够自行规划路径,自主运行;能够准确定位并将位置信息无线传输给中央控制器。

图 4.4 智能车硬件结构示意图

4.3、 Android嵌入式技术

本系统通过Android嵌入式系统作为核心中央控制器,中央控制器可以对整个实训系统上的所有车辆、交通网系统进行控制和调度,演示各种智能交通网络的功能。

图 4.5 Android中央控制器

4.4、 无线传感网技术

智能交通系统上有大量的车辆、路灯、信息屏、导引屏、RFID读写器、控制器、红绿灯等设备,这些设备通过ZigBee组成一个无线自组织网络,通过网络进行相互通信。

5、 教学实施

5.1、 硬件系统对实训教学的支撑

由“图 3.1 智能交通物联网实训系统系统构成”可以看到整套硬件系统相当的复杂,我们将硬件系统分为两大部分:功能性硬件、操作性硬件。

功能性硬件指的是固定在实训沙盘上,有具体的功能,例如沙盘PVC面板底下的RFID标签、导航磁条;公交站台的信息屏;停车场入口的UHF超高频读写器、摄像机等等。这部分硬件一般不建议学生拆卸,避免破坏实训沙盘整体外观。

5.1 实训沙盘上功能性硬件示意图

操作性硬件包括各种控制器、智能节点等核心控制设备。在沙盘的侧面有两个控制设备抽屉,如图 5.2、图 5.3。从图上可以看到山体滑坡模拟节点、车流量检测节点、ETC入口节点、ETC出口节点等等。功能性部件组装在沙盘上,通过线缆引到抽屉面板上,再通过带测试端子的线连接到控制节点上。因此,学生即使不拆卸沙盘上固定的功能性硬件,也能够完全理清整套智能交通物联网实训系统的硬件系统架构,能够动手接线从零开始重构这套系统。

所有功能性硬件通过学生可以重新连接的线路连到智能控制节点上,智能节点、网关之间通过ZigBee组网和通信。

5.2 控制抽屉

5.3 网关控制抽屉

5.2、 教学资源

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。从基础的开始,逐步深化,几十个课时的实验以完整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。

以下是配套实验的部分目录。

5.2.1、 基础实验

实验课程

课时

实验类型

实验课程

课时

实验类型

1、 系统概述

6、 智能车基于μC/OS的任务执行流程

1.1、 了解智能交通及相关基本概念

2

理论性

6.1、 Main函数及底层基础函数

2

验证性、设计性

1.2、 智能交通物联网实训系统组成

2

验证性

6.2、 Task_Beep——蜂鸣器任务

2

验证性、设计性

2、 智能车系统

6.3、 Task_CommandAnalysis——串口协议解析任务

2

验证性、设计性

2.1、 智能小车简介

1

理论性

6.4、 Task_IR——红外壁障任务

2

验证性、设计性

2.2、 Zigbee通信实验

2

验证性

6.5、 Task_AutoMobile——自主导航任务

2

验证性、设计性

2.3、 用智能小车RFID读写卡实验

2

验证性

6.6、 Task_PositionCheck——RFID标签检测任务

2

验证性、设计性

2.4、 智能小车路径设置实验

2

验证性

6.7、 Task_SpeedControl——速度控制任务

2

验证性、设计性

2.5、 智能小车自主导航

2

验证性

6.8、 Task_WriteCard——RFID标签写卡任务

2

验证性、设计性

3、 功能模块实验

……

3.1、 交通灯模块

2

验证性

7、智能节点硬件实验

3.2、 路灯模块

2

验证性

7.1、 主控单元

1

验证性

3.3、 车流量模块

2

验证性

7.2、 电源单元

1

验证性

3.4、 ETC模块

2

验证性

7.3、 Zigbee模块

1

验证性

3.5、 停车场模块

2

验证性

7.4、 接口电路

1

验证性

3.6、 公交站模块

2

验证性

……

……

8、 智能节点外设外设驱动实验

4、 智能网关ITS软件及演示操作

8.1、 舵机驱动

2

验证性、设计性

4.1、 ITS软件功能介绍及基本操作

1

理论性

8.2、 LCD驱动

2

验证性、设计性

4.2、 监控智能小车

2

验证性

8.3、 红外传感器

2

验证性、设计性

4.3、 路灯模式设置

2

验证性

8.4、 UHF读卡器驱动(900MHz超高频读卡器)

2

验证性、设计性

4.4、 红绿灯模式设置

2

验证性

9、视频识别定位实验

4.5、 停车场历史记录

2

验证性

9.1、 沙盘标定

1

验证性

4.7、 车流量信息

2

验证性

9.2、 视频定位运行

2

验证性

……

9.3、 视频定位软件开发实例

5、 智能车硬件实验

9.3.1、 新建工程

2

验证性、设计性

5.1、 主控单元

1

验证性

9.3.2、 编辑主界面

2

验证性、设计性

5.2、 电源单元

1

验证性

9.3.3、 实现相机的操作

2

验证性、设计性

5.3、 RFID单元

1

验证性

9.3.4、 添加GDI+支持

2

验证性、设计性

5.4、 磁导航单元

1

验证性

9.3.5、 沙盘标定

2

验证性、设计性

5.5、 红外传感器

1

验证性

9.3.6、 视频定位运行

2

验证性、设计性

5.6、 Zigbee模块

1

验证性

9.4、 关键接口介绍

5.7、 L289N电机驱动

1

验证性

9.4.1、 相机的操作

2

验证性、设计性

……

9.4.2、 矫正接口

2

验证性、设计性

9.4.3、 拼接接口

2

验证性、设计性

9.4.4、 定位接口

2

验证性、设计性

5.2.2、 创新性实验

实验课程

课时

实验类型

实验课程

课时

实验类型

路灯硬件连接实验

2

验证性

ETC卡数据读写实验

4

设计性、综合性

智能节点控制路灯亮灭实验

2

设计性、综合性

ETC入口综合实验

4

设计性、综合性

智能节点PC机通信

2

设计性、综合性

ETC出口综合实验

4

设计性、综合性

智能节点ZigBee组网实验

2

设计性、综合性

公交站信息屏显示实验

4

设计性、综合性

通过协调器控制智能节点实验

4

设计性、综合性

公交车优先控制实验

4

设计性、综合性

远程控制路灯亮灭实验

4

设计性、综合性

公交车信息实时显示实验

4

设计性、综合性

光照传感器数据采集实验

4

设计性、综合性

监控摄像机图像采集实验

4

设计性、综合性

依据光照值控制路灯实验

4

设计性、综合性

公交引导屏控制实验

4

设计性、综合性

红绿灯硬件系统搭建实验

2

验证性

桥梁断裂传感器采集实验

2

设计性、综合性

红绿灯控制器实验

4

设计性、综合性

火焰传感器采集实验

2

设计性、综合性

红绿灯定时控制模式实验

4

设计性、综合性

烟雾传感器采集实验

2

设计性、综合性

车流量传感器计数及车流量统计实验

4

设计性、综合性

林火综合监测实验

2

设计性、综合性

利用车流量进行红绿灯自动调整实验

4

设计性、综合性

山体滑坡监测传感器实验

2

设计性、综合性

液晶屏硬件连接实验

2

验证性

道路灾害综合判断实验

2

设计性、综合性

通过智能节点控制液晶屏实验

4

设计性、综合性

应急管理系统综合实验

2

设计性、综合性

智能车运动控制实验

2

设计性、综合性

路灯定时控制的Android软件开发实验

4

设计性、综合性

智能车无线通信实验

2

设计性、综合性

光照度控制路灯的Android软件开发实验

4

设计性、综合性

智能车自动导航实验

2

设计性、综合性

根据车辆位置控制路灯的Android软件开发实验

4

设计性、综合性

智能车RFID定位实验

2

设计性、综合性

网关控制公交信息屏实验

4

设计性、综合性

智能交通ZigBee无线通信模块组网实验

2

设计性、综合性

网关控制智能车实验

4

设计性、综合性

智能交通通用控制器实验

2

设计性、综合性

网关实现智能交通实验

4

设计性、综合性

停车场出入口RFID读写实验

4

设计性、综合性

网关实现定时红绿灯实验

4

设计性、综合性

停车场门闸控制实验

4

设计性、综合性

网关实现动态红绿灯实验

4

设计性、综合性

停车场信息发布实验

4

设计性、综合性

网关实验公交优先实验

4

设计性、综合性

停车位车辆检测实验

4

设计性、综合性

网关控制ETC闸门实验

4

设计性、综合性

车辆位置查询实验

2

设计性、综合性

网关读取ETC卡实验

4

设计性、综合性

根据车辆位置控制路灯实验

2

设计性、综合性

网关实现ETC自动收费实验

4

设计性、综合性

ETC系统介绍及功能演示实验

2

验证性

网关实验停车场收费实验

4

设计性、综合性

……

……

6、 应用案例

使用单位

功能概要

沈阳大学

实训沙盘面积1.8×3米

l  智能公交系统×3

l  车牌识别系统×1

l  ETC系统×1

l  智能停车场系统×2

l  智能路灯系统×20

l  智能红绿灯系统×1

l  违章抓拍系统×1

l  车联网系统×1

l  智能车×6

东华大学

实训沙盘面积3×5.5米

l  智能公交系统×3

l  车牌识别系统×1

l  ETC系统×2

l  智能停车场系统×2

l  智能路灯系统×20

l  智能红绿灯系统×1

l  违章抓拍系统×1

l  车联网系统×1

l  车载视频系统×7

l  全局图像定位系统×1

l  图像服务器×1

l  环境感知×3

l  可变信息情报板×2

l  智能车×7

吉林电子信息职业技术学院

实训沙盘面积2×3.8米

l  智能公交系统×3

l  ETC系统×1

l  图像监控×2

l  智能停车场系统×2

l  智能路灯系统×20

l  智能红绿灯系统×1

l  车联网系统×1

l  环境感知×1

l  智能车×7

衡水学院

实训沙盘面积3×5米

l  智能公交系统×3

l  ETC系统×1

l  智能停车场系统×2

l  智能路灯系统×20

l  智能红绿灯系统×1

l  车联网系统×1

l  环境感知×1

l  智能车×7

l  模拟学校实际场景

 

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