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物联网推动新一代智能交通系统发展

物联网推动新一代智能交通系统发展. 广州交通信息化建设投资营运有限公司 俞忠东 2013 年 11 月. 报告提纲. 智能交通的发展需求. 国内外智能交通与车联网的现状. 智能交通物联网技术基础. 城市智能交通物联网关键技术研究. 城市智能交通物联网示范工程介绍. 示范工程建设成果与运营模式. 智能交通物联网标准化. 智能交通的需求理解 —— 产生原因. 公交不畅. 拥堵严重. 环境污染. 事故频发. 路网复杂. 停车困难. 城市交通发展需要智能交通系统. 车路矛盾突出.

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物联网推动新一代智能交通系统发展

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  1. 物联网推动新一代智能交通系统发展 广州交通信息化建设投资营运有限公司 俞忠东 2013年11月

  2. 报告提纲 智能交通的发展需求 国内外智能交通与车联网的现状 智能交通物联网技术基础 城市智能交通物联网关键技术研究 城市智能交通物联网示范工程介绍 示范工程建设成果与运营模式 智能交通物联网标准化

  3. 智能交通的需求理解——产生原因 公交不畅 拥堵严重 环境污染 事故频发 路网复杂 停车困难 城市交通发展需要智能交通系统

  4. 车路矛盾突出 根据国家统计局统计数据，2012年末我国民用汽车拥有量已达到10944万辆（不含三轮汽车低速货车），同比增长16.97%，而全国公路总里程为423.75万公里，同比仅增长3.19%，每车所拥有公路里程仅为39米，由此产生交通拥堵、能源消耗、以及交通安全事故等系列问题。 我国民用汽车增长情况。数据来源：国家统计局网站和交通部《2012年公路水路交通运输行业发展统计公报》

  5. 交通拥堵问题 不同城市居民上下班拥堵时所花费时间与其忍耐极限比较 （单位：分钟）

  6. 交通排放有待控制 机动车排放已成为大城市ＰＭ2.5的主要来源之一，其中机动车排放ＰＭ2.5占比广州为38％、北京为22%、上海25%.从我国行业能源消耗统计数据来看，交通运输和物流排在第三位，占全部能源消耗的8%。 我国2011年各行业能源消耗图 数据来源：国家统计局网站

  7. 交通安全事故不容乐观 根据公安部交管局统计，2011年通过各种管理措施，交通事故有所下降，但仍然保持在每年20万宗涉及人员伤亡事故的高位。 全国近5年道路交通安全事故（涉及人员伤亡）。数据来源：公安部交通管理局网站

  8. 大城市交通情况 • 汽车保有量高，车路矛盾突出，每车拥有公路里程数小于8米 • 交通拥堵日益严重，2011年城区晚高峰道路平均车速广州为24.1公里/小时、北京为24公里/小时，深圳为27.6公里/小时。 主要城市民用汽车拥有量及车路比。数据来源：国家统计局网站及广州市统计局网站

  9. 停车难问题显著 随着私家车的不断增长，停车难问题也日益突出。上海、广州和北京机动车停车泊位与机动车保有量比例为1:2.38，1:3.13和1∶3.3，而国际上通行的是1.2∶1，即停车泊位要多于机动车保有量。 我国主要城市停车泊位和汽车保有量比例。数据来源：人民日报，2011年11月。人民网：society.people.com.cn/GB/16163934.html ）

  10. 公交优先有待改进 据统计，2011年我国公共汽电车运营数超过40万辆，客运量近700亿人次。公共汽电车成为城市最重要的交通运输方式。但是，公交运行不畅等问题也日益突出。因此，广州、深圳、北京、上海等城市都推出了快速公交或公交专用道措施。 2011年广州和北京公交运行速度对比。数据来源：广州交通白皮书（2011）和2012年北京市交通发展年度报告） 2011年北京市各种交通方式对比。数据来源：北京交通发展研究中心）

  11. 城市交通亟待解决的问题 城市交通拥堵治理 限购与车辆限行 停车位监测与差异化收费 便捷优惠的P+R服务 亟待解决的问题 进一步提升公交服务能力 解决市民出行打车难的问题 满足交通信息服务的多样化需求

  12. 智能交通的需求理解——应用主体 智能交通建设运营相关对象 关注点：交通治理、行业监管、运输服务、辅助决策。。。 关注点：车辆调度、流程优化、降低成本、车辆安全。。。 企业 政府 关注点：出行便利性、出行时间、准时性、信息服务。。。 投 资 者 关注点：政策保障、投资规模、投资回收期、利润回报。。。 市民

  13. 报告提纲 智能交通的发展需求 国内外车联网的现状 智能交通物联网技术基础 城市智能交通物联网关键技术研究 城市智能交通物联网示范工程介绍 示范工程建设成果与运营模式 智能交通物联网标准化

  14. 国外现状--美国Intellidrive研究内容 车路联网安全通信 研究目标 以先进的车-路通信技术，在车车通信基础上，再减少12%的事故 • 车车安全通信 • 系统目标 • 使用先进的车车无线通信技术，减少交通事故中82%的驾驶员损伤。 • 评价短程无线通信技术在交通安全应用的可靠性。

  15. 国外现状--欧洲CVIS研究内容 • 定位、地图匹配 • 开源应用管理框架 • 网络和通信 • 网络协同管理 • 根据车辆目的地及车辆特性，以及每辆车单独的路径引导，,区域内交叉口信号灯随路况即时优化,优化区域交通管理 • 区域协同路径引导 • 根据车辆目的地，提供跨区域实时引导

  16. The CVIS Integrated Project GPS, Galileo Terrestrial Broadcast RDS, DAB Sat-Comm GSM-GPRS WiMAX UMTS • Beacon • CALM-M5 • CEN-DSRC Hot-Spot (Wireless LAN) BroadcastTransmitter Variable Message Sign Vehicle-to-Vehicle (M5, MM) Info-Broadcaster The CVIS Integrated Project, coordinated by ERTICO, is co-funded by the European Commission Information Society and Media. OEMs involved are: CRF, BMW, Volvo, DaimlerChrysler.

  17. 国外现状--日本SMARTWAY研究内容 变道提醒 前方隧道交通状况提醒 行程时间提醒 前方拥挤信息提醒 事故信息提醒 道路沿线娱乐旅游停车信息提醒 ETC等缴费信息提醒

  18. 国外现状--日本SMARTWAY研究内容 • 功能列表

  19. 国外现状--日本SMARTWAY研究内容 • 功能列表

  20. 效益： 智能车辆引导系统：车辆平均延误时间减少10分钟 ITS后2025年交通事故将减少50% 平均车速将提高10km/h，交通堵塞现象几乎消除 在30年内将可减少燃油消耗降低25%，CO2降低15%，NO2降低30% 国外现状--日本SMARTWAY研究内容

  21. 中国Telematics的现状 美国以安全为主，欧洲以导航和跨界为主，日本以动态导航为主 中国应该集采众长，结合自己的实际情况，拓展市场，后来居上 福特车系 丰田车系 通用车系 SYNC 国产车系 ？？ Onstar G-BOOK

  22. 车联网中的智能车载终端

  23. (商务服务) （维修保养服务) Infotainment Maintenance 汽车互联网服务 (紧急救援服务) 车联网功能与价值——让人更舒畅 • 即时通信（QQ\MSN) • 视频语音通话 • 微博、SNS社区 • 商家信息 • 服务信息 • 旅游信息 • 订票预约 • …… • 保养提醒 • 保养记录 • 保养预约 • 参考报价 • …… • 网络电视 • 网络视频 • 网络音乐 • 网络游戏 • 网络收音机 • 新闻资讯 • 位置信息 • ……. 构建车载移动互联服务网络为车主提供更有价值、更实时的信息、更享受的娱乐服务、更易获得的支持服务 • 找地方 • 导航 • 路线规划 • 呼叫中心一键导航 • 紧急呼叫 • 紧急救援 • 呼叫中心 • 交通状况 • 道路信息 • 位置信息 • 车况提醒 • 辅助驾驶 资料来源：中信建投证券研究发展部

  24. 国内车联网技术现状 基于GPS/GPRS的车辆监控调度，基于浮动车、线圈和视频的车流检测，基于DSRC技术的ETC。有部分城市采用900M无源RFID，以路桥收费或者环保绿标为突破口，但是尚未能在城市智能交通整体状态获取和车路应用中体现。 对于整体交通状态呈现、动态交通组网、适于交通环境的短距射频通信、交通专用的WSN通信协议、车载与路边节点现场安全机制、交通物联网中间件等主要技术尚缺乏成果。 在WSN方面向IEEE提交了IEEE 802.15.4C ，形成了“GB/T 15629.15-2010：低速无线个域网（WPAN）媒体访问控制和物理层规范 ”，发布了样片；在RFID方面已经发布了军标、国标。

  25. 报告提纲 智能交通的发展需求 国内外智能交通与车联网的现状 智能交通物联网技术基础 城市智能交通物联网关键技术研究 城市智能交通物联网示范工程介绍 示范工程建设成果与运营模式 智能交通物联网标准化

  26. 什么是物联网？

  27. 物联网概念的提出 联合国国际电信联盟（ITU）2005年在有关互联网的报告中指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。 用网络形式将世界上的物体都连接在一起，使世界万物都可以主动上网。它的基本方式是将射频识别设备（RFID）、传感设备、全球定位系统或其他信息获取方式等各种创新的传感科技嵌入到世界的各种物体、设施和环境中，使物体会“说话”、会“思考”、会“行动”，物品能够利用RFID/WSN等传感技术彼此进行智能“交流”，而无需人的干预。 第27页

  28. 物联网介绍 • 透彻感知 感知层是物联网开展的基础 广泛连接 • 智能处理 网络层是物联网规模化的关键 应用层是物联网推进的核心

  29. 第一大推动力：政府 美国总统奥巴马2009年1月20日就职美国第44任总统，1月28日为了摆脱经济危机阴影的笼罩，提出了两项国家新战略计划——新能源和“物联网” “互联网＋物联网＝智慧的地球” 奥巴马期望利用“智慧的地球”来刺激经济复苏，把美国经济带出低谷。

  30. 第一大推动力：政府 2009.8.7 中国国务院总理温家宝调研无锡时，对无锡传感中心高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法并指出：在传感网发展中早一点谋划未来 --- 早一点攻破核心技术。 温家宝2009年11月3日上午在人民大会堂首都科技大会上强调要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。 2011年3月5日在十一届全国人大四次会议上作政府工作报告时指出：加快发展节能环保、电子信息、物联网、新能源等战略性新兴产业，提升改造生物医药等四大高新技术优势行业，组织企业实施科技攻关

  31. 国家和地方政府支持物联网发展要点 关键技术突破 1 2 应用服务导向 • 传感器技术和部件 • 移动通信技术和芯片 • 数字信号处理技术 • 政府事务应用 • 社会公共服务应用 • 行业和企业专业应用 物联网发展 关注要点 基础设施先行 试点示范带动 3 4 • 政策法规和标准建设 • 移动和宽带网络建设 • 感知中心建设 • 公共安全、交通、环境 • 生活服务、医疗卫生 • 安全溯源、电网、物流 5 产业联盟推进 6 产业园区辐射 • 通过产业联盟的成立，推进产业快速发展 • 争取科技重大专项，支持关键技术成果产业化 • 通过产业园区建设，聚焦和强化产业力量

  32. 物联网应用领域 公共市场 环境保护 公共设施 自然灾害监测与预防 交通服务 行业市场 金融 工业制造 农业 电力能源 个人与家庭市场 智能家庭 医疗护理 生活娱乐

  33. 传感网应用是未来感知层的主要形式 传感网具有广阔应用前景，是未来泛在感知的主要形式，是当前物联网技术突破的主要方向 农业生产监控 • 易观国际预测数据 • 中国传感网市场规模将于2015年超过200亿元 • 2010年和2011年市场增长速度显著提升 城市环境监控 传感网市场开始规模启动 生产安全监控 • 传感网具有广阔的应用前景和乐观的市场空间 • 当前传感网发展还存在关键技术突破和协议统一等问题 • 建议初期项目采用合作方式，机会合适时并购相关公司

  34. 智能交通物联网是将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS、信息发布技术等综合运用于整个交通运输管理体系中，从而建立起实时、准确、高效的交通运输综合服务、管理和控制系统网络。智能交通物联网是将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS、信息发布技术等综合运用于整个交通运输管理体系中，从而建立起实时、准确、高效的交通运输综合服务、管理和控制系统网络。 智能交通物联网的定义

  35. 智能交通物联网的连接方式 第35页

  36. 交通物联网在新一代智能交通系统中的应用 感知层：RFID、红外感应器、GPS、激光扫描器、摄像机等信息传感设备 网络层：有线或无线网络，实现车与车、车与路的互联互通 中心层：通过云计算平台实现数据存储和智能计算

  37. 无线网络标准系列 WWAN 传 输 范 围 WMAN WLAN WPAN 0.01 0. 1 1 10 100 1000 数据传输率（Mbps）

  38. 交通物联网中的无线通讯技术 http://www.wisoa.net/members_logos/mobile_internet-big.jpg

  39. 3G/4G RFID 各种无线通信技术在智能交通应用中共存 广域网 城域网 局域网 个人网 UWB & Bluetooth & WPAN Wi-Fi WiMAX WAVE 结果: 最适宜的连接 *Other brands and names are the property of their respective owners.

  40. 常用无线通信技术介绍 RFID ZigBee/IEEE802.15.4/IEEE802.15.4c WiFi/IEEE802.11.x DSRC/WAVE/IEEE802.11p 40

  41. RFID RFID是应用无线电波(频率为50 kHz～5．8 GHz)来自动识别单个物体对象的技术的总称。作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术，被列为本世纪十大重要技术之一。 RFID标准： GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别 800/900MHz空中接口协议》 GB/T 28925-2012《信息技术 射频识别 2.45GHz空中接口协议》 GB/T 28926-2012《信息技术 射频识别 2.45GHz空中接口符合性测试方法》 RFID系统主要由电子标签、阅读器和介于阅读器与企业应用之间的中间件 三部分组成。中间件的主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，负责对阅读器进行管理和配置。 RFID技术具有如下特性：数据的读写功能；标签小型化和多样化；耐环境性；可重复使用；穿透性强；数据的记忆容量大。 41

  42. RFID技术标准 国际上存在三个主要RFID技术标准体系组织，即美国麻省理工学院的自动识别中心演变的全球产品电子代码中心（EPC Global）、ISO/IEC JTC1和日本的泛在ID中心（UIC）。 ISO/IEC制定的一些RFID空中接口标准，其中影响最大的主要有ISO/IEC14443、ISO/IEC15693和ISO/IEC18000三个系列标准。 EPC Global将应用领域限定在物流领域，着重于成功的大规模应用。 uID Center致力于RFID技术在人类生产和生活的各个领域中的应用，通过丰富的应用案例来推进RFID技术的普及。 日本的电子标签采用的频段为2.45GHz和13.56MHz，欧美的EPC标准采用UHF频段，从902~928MHz；日本的电子标签的信息位数为128位，EPC标准的位数为96位。 42 42

  43. RFID技术和标准

  44. ZigBee ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。 ZigBee采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格； ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。 ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

  45. ZigBee协议模型

  46. IEEE 802.15 目标：为在个人操作空间（POS）内相互连通的无线设备提供通信标准。 IEEE 802.15任务组 TG1：制定IEEE 802.15.1标准（蓝牙无线个人区域网络标准）；中等速率、近距离的WPAN网络标准。 TG2：制定IEEE 802.15.2标准，研究IEEE 802.15.1与IEEE 802.11（无线局域网标准）的共存问题 TG3：制定IEEE 802.15.3标准，研究高传输速率WPAN标准。 TG4：制定IEEE 802.15.4标准，研究低速WPAN标准。 IEEE802.15.4标准还拥有多个变种，包括了超宽带、测距与定位功能的IEEE802.15.4a及最近中国正在着力推进的IEEE 802.15.4c和IEEE802.15.4e，以及日本主要推动的IEEE802.15.4d。

  47. IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4标准的主要特征： 实现20kbps、40kbps、100kbps、250kbps四种不同的传输速率； 传输距离100米； 支持星型和点到点两种拓扑结构； 在网络中采取两种地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是有协调器分配的，64位地址是全球唯一的扩展地址； 采用可选的时槽保障（Guaranteed Time Slots，GTS）机制； 采用带冲突避免的载波侦听多路访问（Carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA）的信道访问机制； 支持ACK机制以保证可靠传输； 低功耗机制； 接收的信号强度指示 （Received Signal Strength Indicator，RSSI ）； 信道能量检测（Energy Detection，ED）； 链路质量指示（Link quality indication，LQI）； 工作在ISM频段上，在2450 MHz 波段上有16个信道，在915MHz波段上有10个信道，在868MHz上有3个信道，779波段上有4个信道； 数据安全策略。

  48. ZigBee频带和数据传输率 数据传输率 信道数 频带 使用范围 2.4GHz ISM 全世界 250KbPs 16 欧洲 20KbPs 868MHz 1 915MHz 北美 40KbPs 10 ISM 中国 250KbPs 4 780MHz

  49. 802.11.x/WiFi/WLAN 一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号 频段：2.4G、5G 速率：11M、54M、600Mbps 范围：100-300米 速率高、通信距离适中、通信设施完备 能耗高、接入时间长、缺乏最小时延保证、缺乏对高速移动节点的支持 49 49

  50. IEEE 802.11协议族成员 PHY MAC 802.11/11a/11b/11g MAC 802.11(1/2 Mbps) 802.11e — QoS 802.11b(5.5/11 Mbps) 802.11h —动态调整 802.11g(54 Mbps) 802.11i —安全增强 802.11a(54 Mbps) 802.11f — 漫游和切换 802.11n(600 Mbps) 802.11s — mesh

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