物联网智能交通方案设计说明.docx

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物联网智能交通方案设计说明

物联网智能交通系统

建设方案

一、物联网信息平台

1.1物联网信息平台简介

物联网信息平台以光载无线交换机和上层应用程序为核心，构建WiFi无线局域网，覆盖物联网实验室及其周边区域，配合实验室现有的有线网络交换机、网络路由器，建立融合有线网络、无线局域网络的物联网关键部分——网络层。

物联网信息平台是物联网综合应用实训室整体解决方案的核心和基础，在此基础上配合解决方案中的其他物联网接入设备和控制设备可以实现物联网基础教学、物联网基础实验、无线传感器网络教学、RFID技术的应用、传感器的学习及应用、智慧教室、物联网创新应用等功能，学生可亲身真实体验和感受到物联网技术给未来生产和生活带来的改变。

图（4）物联网信息平台组网图

1.2物联网信息平台创新点

以物联网信息平台为核心构建的物联网综合应用实训室在实验教学、学生学习、教学管理、科学研究等方面都有创新：

◆实验室建设的创新

以工程实践为背景，将物联网感知层、网络层、应用层等3层架构清晰、完整地体现出来，构建整体化的物联网综合应用实训室，实现系统内的物与物、物与人的泛在链接，使各个实验区和实验设备不再是信息孤岛；

同时，系统是一个开放的平台，具有高拓展性，方便实验设备接入和实验室扩展，充分体现统一规划、分布实施的思路；

◆实验教学的创新

以物联网信息平台为核心构建的物联网综合应用实训室系统为教师、学生提供了一个开放的环境平台，可承载各种物联网基础实验、综合性实验、创新应用实验以及跨课程、跨专业的实验；

◆学习的创新

物联网信息平台的接入采用标准计算机网络协议（TCP/IP），方便智能设备（笔记本电脑、平板电脑、智能手机等）的移动接入，同时系统预留外网接口，提供学生本地、远程网络访问实验室系统，开展本地/远程网络实验；

物联网信息平台配置数据服务器，提供远程网络授权访问，支持资料下载、远程实验和远程授课、学习；

◆提供教师物联网科研平台

物联网信息平台提供一个开放的专业平台，包括硬件资源、网络资源、软件资源，是教师和学生开展物联网相关科研的极好平台，可以开展感知层基础研究、分布式天线系统研究、无线网络分布研究、室内定位研究、分布式数据库和云计算研究、以及应用系统研究。

1.3产品优势及特点

物联网信息平台的优势与特点：

●以物联网信息平台为核心构建的物联网综合应用实训室系统涵盖物联网三层结构，系统中的每一个实验箱或物联网接入设备都可以转化成智能教学终端，实现彼此间的信息交换和联合教学；

●以物联网信息平台为核心采用整体构建方式建设物联网综合应用实训室，充分体现统一规划、分布实施的思路，同时系统具有高拓展性，任一时间增加的物联网接入设备都可以自动连入整个系统，可为用户创造最优的投入增值；

●以物联网信息平台为核心构建的物联网综合应用实训室系统以工程实例为建设基础，不仅可完成基础实验教学，还可以完成教学教研、竞赛训练和创新实验，真正实现了一室多用的效果；

●智能手机、笔记本电脑以其它智能终端都可随时接入系统中，参与教学和学习过程，拓展了教学方式和教学内容；

●系统拥有统一的物联网信息中心，集中处理物联网接入设备的数据，提供本地/远程网络接入访问，方便教学及分析；

●通过物联网信息中心，系统可以模拟生产、生活中的场景和应用，使得教学更加灵活丰富，拓宽了学习者的视野，提高了学习者的兴趣；

●整个系统可无缝联接到校园网或者互联网中，学习者可随时随地开展物联网学习和实验，打破了时间和空间的限制，开创了一种全新的学习模式；

●构建稳定的WiFi覆盖环境，将区域内的传感器、控制设备、智能手机、手持终端、教学电脑等物联网接入设备联接起来，共同完成教学和管理功能；

●构建统一的物联网数据中心，实验室管理、设备管理、人员考勤、环境监测、教学管理等系统能在同一数据中心之下运行；

●提供本地/远程网络访问，提供本地/远程网络实验学习、资料下载、网络教学；

●根据用户需求，开放部分程序源码以及API接口，提供二次开发支持；

●采用国内首创、国际领先的光载无线技术，构建全新的物联网信息平台，提供教师、学生科学研究和创新实验研究平台。

实验内容

物联网信息平台可以完成以下实验：

实验1、有线局域网组网实验

实验2、无线局域网组网实验

实验3、有线和无线局域网混合组网实验

实验4、物联网信息平台组装实验

实验5、物联网信息平台测试实验

实验6、无线信号分布实验

实验7、物联网信息平台的管理与配置实验

实验8、WiFi设备服务器的管理与配置实验

实验9、网络层传输实验

实验10、网络层应用层接口实验

1.4物联网信息平台设备清单

序号

设备名称

数量

单位

1

光载无线交换机4U6AP

1

台

2

远端射频单元

6

台

3

机架式以太网交换机

1

台

4

物联网信息平台服务器

1

台

5

网络机柜

1

台

6

机架式显示器键盘鼠标

1

台

7

物联网信息平台管理软件V1.0

1

台

二、智能交通系统

2.1系统概述

智能交通实训系统接入统一的物联网信息平台，信息汇聚于统一的数据服务器，真正体现信息化的智能交通实训系统。

利用智能交通实训系统沙盘，配置智能小车、道路交通控制与管理设备、物联网信息平台（包括网络设备、数据库与应用系统服务器），实现基于物联网技术的智能交通实训系统，主要功能模块包括：

智能小车、智能交通系统（交通路口控制、车辆速度测量）、路灯自动控制系统、ETC系统、智能停车系统、智能交通显示系统、城市照明系统等，其系统拓扑图如下图所示：

智能交通实训系统拓扑图

系统能够完整体现物联网三层结构（感知层、网络层、应用层），以及智能交通实训系统的主要功能单元，能够开展从底层的感知与控制、设备联网与数据传输，到上层的应用与管理等不同层次和领域的课程实验和综合实训，要求支持以下课程的实验和实训教学：

1）专业技术课程：

机器人技术与应用、智能交通系统工程应用、城市照明系统工程应用、物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、嵌入式编程、无线网络技术、综合布线工程设计与施工；

2）综合实训课程：

城市停车管理系统集成、城市交通调度与导航系统集成、城市交通监控与诱导设备操作实务、城市交通监控与诱导系统集成、交通调度与导航项目规划实施实训、城市智能交通系统项目综合实训、城市照明系统项目综合实训、机器人项目实训、智能交通实训系统沙盘需设置高速公路测速点、高速公路ETC系统、城市道路路口交通控制点、城市道路路灯控制系统、智能停车场、城市道路照明监控系统、城市景观照明监控系统等。

智能交通沙盘及设备分布图如下图所示：

2.2系统技术方案

物联网智能交通实训系统应用系统主要包括：

物联网信息平台（包括网络设备、及数据库与应用系统服务器）、智能小车、智能交通系统（交通路口控制、车辆速度测量、违章记录）、路灯自动控制系统、ETC系统、智能停车系统、智能交通显示系统、城市道路照明系统、景观照明控制系统及实训台等。

物联网智能交通实训系统设置实训台，利用智能交通与城市照明沙盘的道路监控装置、车辆监控装置、智能小车、道路照明等，开设智能停车系统实训、ETC实训、智能公交系统实训、道路监控实训、城市照明控制等。

物联网智能交通实训系统可支持的专业课程：

计算机网络、无线局域网技术、物联网技术导论、物联网概论、网络系统工程、智能交通工程应用、城市照明系统工程应用等。

2.3智能小车系统

智能小车是整个智能交通系统中非常重要的部分，只有小车移动才能完成各种智能交通的应用和功能。

智能小车采用模块化设计，便于装配、设备扩展和功能扩展。

主要功能：

1）自动车

具有根据预先规划的路径、寻线运行的能力，即能够在智能交通沙盘上，按照道路规划线，自动运行。

2）遥控车

现场遥控：

通过遥控器，现场遥控小车运行。

网络遥控：

通过网络设备（笔记本电脑、智能手机）本地/远程网络遥控小车在智能交通沙盘上运行。

其控制方式可以采用直接控制智能小车，也可以采用通过实验室的服务器控制小车。

不同的控制方式，覆盖不同的技术，可以展开多种技术的教学与实践。

主要设备

四驱电动车模型、减速电机及驱动模块、控制主板、传感器扩展板、云台、舵机、超声波传感器、寻线模块、红外接收传感器、红外遥控器、无线微型摄像头、WiFi设备服务器模块、车载RFID卡等。

支持的课程实验

智能小车系统可支持的实验：

LED灯控制实验；数码管显示实验；按键控制实验；自动车组装实验；步进电机驱动实验；步进电机控制实验；自动车舵机控制实验；自动车寻线自动行驶实验；自动车自动避障实验；自动车遥控实验；超声波测距实验；无线通信与控制实验；传感器与接口实验；远程网络无线遥控实验

2.4道路交通管理系统

功能介绍

智能交通系统包括交通路口控制、车辆速度测量等单元，实现十字路口红绿灯控制、道路的监控、车速测量等功能；并通过LCD显示屏，显示交通系统电子地图（GIS）、道路交通状况、环境参数、车辆跟踪、交通规划等，提供远程网络访问、及交通指引。

系统图

系统功能如下：

◆交通路口控制：

十字路口双向交通控制，其控制器接入物联网信息平台，实现交通灯的自动运行、本地/远程网络控制以及参数的网络配置等。

◆车辆速度测量：

通过雷达测速模块和光电模块，测量指定位置的车辆速度，及指定路段的区间车速。

◆违章记录：

通过地感线圈、地磁模块以及测速装置，感知车辆经过道路路口、测速点、测速区间的违章情况，自动记录违章车辆的违章信息。

◆智能交通系统：

LCD显示屏显示模拟系统电子地图，并将道路交通信息、环境感知数据、车辆位置信息实施显示在LCD显示屏上。

实现道路交通状况的显示与网络发布、特定车辆的位置跟踪和交通引导，并支持智能终端的本地/远程网络访问和信息发布。

◆站台公交线路到站播报、电子站牌提示：

沙盘至少具备两个公交站台，供小车停靠，电子站台语音播报公交线路到站信息，实时显示各线路即将到站车辆及距离信息，方便市民及时了解乘车情况。

主要设备

道路交通管理系统保护的设备有：

红、黄、绿灯及控制器；车辆检测装置（地感线圈及车辆检测器、光电装置、地磁传感器）；无线摄像头；雷达测速模块（测量即时速度）；光电测速装置（区间测速）等。

支持的课程实验

道路交通管理系统支持的课程实验：

智能交通系统概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、无线网络技术、综合布线工程设计与施工；城市交通调度与导航系统集成、城市交通监控与诱导设备操作实务、城市交通监控与诱导系统集成、交通调度与导航项目规划实施实训、城市智能交通系统项目综合实训。

2.5路灯自动控制系统

功能介绍

路灯自动控制系统完成对城市路灯的自动管控。

实现的方式可以采用直流低电压（如9V）小灯泡模型模拟，控制器接入物联网信息平台，通过本地/远程网络控制路灯；配合光照传感器，实现智能控制。

路灯位置和状态显示在智能交通系统显示屏上，并能通过智能终端控制路灯亮/灭。

主要设备

直流低电压小灯泡、控制器、光照传感器。

支持的课程实验

网络与通信技术、传感器应用与检测技术、无线网络技术、综合布线工程设计与施工

2.6ETC系统

功能介绍

ETC系统模拟高速公路不停车收费系统。

系统包括：

RFID装置、车辆检测装置、自动道闸控制装置、车道拍摄装置、信息显示装置等。

RFID装置：

包括RFID读卡器、车载RFID卡。

由于实验室空间有限，RFID卡识读距离控制在80厘米以内；RFID卡可以选择超高频无源RFID卡。

RFID读卡器接入物联网信息平台。

车辆检测装置：

检测车辆是否进出道闸，包括前车辆检测和后车辆检测。

车辆检测传感器采用地感线圈或光电传感器。

自动道闸控制装置：

包括自动栏杆和控制器，控制道闸的通/关。

控制器接入物联网信息平台，可以实现自动控制或远程网络控制。

信息显示装置：

显示车型、车牌、入口地点、里程、费用等信息。

主要设备

RFID读卡器、电动道闸及控制器、数据显示器、车辆感知传感器。

支持的课程实验

智能交通系统概论、物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、无线网络技术、综合布线工程设计与施工

2.7智能停车系统

功能介绍

智能停车系统模拟区域停车信息系统及停车场管理系统。

区域停车信息系统包括区域停车场信息实时发布、停车场位置导航等。

停车场管理系统包括停车场车位信息显示、停车导引、取车导引、RFID读卡器、电动道闸及控制器、视频监控、车辆感知传感器、车位传感器、停车场收费系统等。

◆区域停车信息系统

通过电子地图实时显示区域停车场信息，包括位置、车位信息、收费标准等，并提供位置导航指引，引导车辆到达指定停车场。

◆停车场管理系统

功能包括：

停车场车位信息显示、停车指引、车辆进出管理、停车收费系统等。

RFID读卡器：

读取车载停车卡，并与数据库比对，自动控制电动道闸动作。

RFID读卡器接入物联网信息平台。

电动道闸及控制器：

控制道闸的开启/关闭，控制器接入物联网信息平台。

车辆感知传感器：

包括车辆进/出道闸的感知传感器，采用地感线圈或光电传感器。

车位传感器：

通过地感线圈或地磁传感器及信号变送器，感知车位状态，并将状态信息上传数据服务器。

停车场收费信息显示：

显示车牌、进场时间、停车时间、停车费等信息。

主要设备

LCD显示屏（与智能交通共用、显示区域停车场位置及车位信息）、停车场信息显示器、RFID读卡器、电动道闸及控制器、车辆感知传感器（道闸前、后）、车位传感器、停车场收费信息显示器等。

支持的课程实验

物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、嵌入式编程、无线网络技术、综合布线工程设计与施工、城市停车管理系统集成

2.8城市照明系统

功能介绍

城市道路照明、各种照明终端及城市综合照明管理已成为城市建设的重要组成部分。

先进、有效、安全、可靠的城市灯光自动监控系统可以增强城市的服务功能，同时也使城市照明管理部门达到了节约能耗、降低成本、提高社会效益和经济效益等显著作用。

城市照明监控管理系统，与相应的硬件系统相配合，实现了城市灯光照明系统的实时监测、实时控制。

是以中央控制室为核心，以分站控制箱为基础，以通讯设备和网络为纽带，以先进的计算机技术为保障的程序化、模块化、网络化、智能化的整体控制系统。

系统可以对灯光系统的开关状态、报警状态、亮灯率、电参数等数据进行采集和监视及对灯光系统进行远程的实时远程控制，实时掌握照明系统运行状况，快速发现照明终端故障、盗窃等并能主动报警，确保照明系统的可靠运行，提高照明终端运行质量。

主要设备

城市照明管理工具：

基于网络架构，支持远程访问，建立照明终端控制数据库，自动记录各段路灯的启/闭时间、各种电参数等数据，方便查询。

提供任意组合、任意时间段的查询界面。

照度传感器：

对日光及照明终端亮度进行采集

照明终端远程终端:

对照明终端进行电参数监测及控制管理。

线缆防盗装置：

实时监测的照明终端线路破坏及盗窃。

支持的课程实验

物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、嵌入式编程、无线网络技术、综合布线工程设计与施工、城市照明管理系统集成

2.9支持的实验

实验1、智能车组装实验

实验2、智能车驱动实验

实验3、智能车寻迹自动运行实验

实验4、智能车无线遥控实验

实验5、智能车无线联网实验

实验6、智能车远程网络遥控实验

实验7、智能车自动壁障实验

实验8、智能车车速测量实验

实验9、智能车区间测速实验

实验10、智能车车辆感知实验

实验11、智能停车场车辆感知实验

实验12、智能停车场车位状态感知实验

实验13、智能停车场停车收费系统实验

实验14、智能停车场门闸自动控制实验

实验15、ETC系统车辆远距离感知实验

实验16、ETC系统收费系统实验

实验17、ETC系统道闸控制系统实验

实验18、ETC系统综合实验

实验19、路灯自动控制实验实验

实验20、道路综合控制系统实验

实验21、智能公交系统实验

实验22、城市照明系统实验

2.10智能交通实训系统设备清单

序号

设备名称

数量

单位

1

自动小车控制系统

1

套

2

道路交通管理系统

1

套

3

路灯自动控制系统

1

套

4

ETC系统

1

套

5

智能停车系统

1

套

6

城市照明系统

1

套

三、配置清单及规格参数

设备清单及技术参数

序号

系统名称

设备名称

数量

单位

主要技术参数及备注

1

物联网信息平台

光载无线交换机4U6AP

1

台

1、包含WiFi信号的产生和管理、射频管理等

2、信号源数量：

内置6个WiFi信号源；

3、工作频率：

2.4GHz—2.5GHz；

4、收/发光波长：

1550nm/1550nm；

5、光输出功率：

4dbm+-2dbm；

6、光输入功率：

-4dbm（Minimum）；

7、吞吐量：

≥5Mbps@802.11b，≥18Mbps@802.11g；

8、WiFi协议：

IEEE802.11b/g；

9、工作电压：

AC220VAC；

10、射频交换：

支持；

11、远距离传输：

支持，模拟光纤传输最远可达5000米；

12、支持光电/电光转换无线信号，WiFi信号本地产生和处理，本地可对所有WiFi信号集中和统一管理，实现可管、可控、可测；

远端射频单元

6

台

1、尺寸规格：

W230*D140*H44（mm）；

2、工作频率：

2.4GHz—2.5GHz；

3、射频输出功率：

20dbm（Max）；

4、接收灵敏度：

-85dbm@802.11b，-65dbm@802.11g；

5、带宽：

11Mbps@802.11b，54Mbps@802.11g;

6、覆盖范围：

室内覆盖半径50米，室外覆盖半径100米；

7、信号分路：

支持信号分路，即可将射频信号分为多路；

8、电/光转换：

支持；

9、接口类型：

FC/APC光纤接口，SMA射频接口；

10、功能：

远端信号发射与接收；

以太网交换机

1

台

1、背板带宽：

1.6Gbps；

2、端口数量：

24个10/100M自适应RJ45端口；

3、包转发率：

100Mbps:

148800pps；

4、传输模式：

全双工/半双工自适应；

5、网络标准：

IEEE802.3,IEEE802.3u,IEEE802.3x；

6、工作电压：

DC9V；

信息平台服务器

1

台

1、处理器：

XeonE3-1220V3

2、内存：

4GDDR3；

3、硬盘：

512GB；

4、功能描述：

智慧教育及物联网信息平台服务器承载系统数据和应用系统，提供本地/远程访问服务

网络机柜

1

个

1、机柜规格：

28U机柜；

2、防护等级：

IP20；

3、挡板数量：

4pcs；

4、结构描述上部、下部多处走线通道，底部大走线孔尺寸可按需调整；可方便拆卸的左右侧门和前后门

机架式显示器键盘鼠标

1

套

1、显示器尺寸：

17英寸；

2、整体规格：

1U；

3、键盘类型：

105键键盘；

4、鼠标类型：

触控板式鼠标；

物联网信息平台管理软件V1.0

1

套

基于光载无线传输与交换技术的物联网信息平台管理软件包括：

控制管理软件和物联网应用软件。

控制管理软件：

采集光载无线电信号分布系统的各模块的状态信息以及接入设备的信息，并根据系统策略，控制管理系统设备，实现射频交换与重构、远端功率调控、移动设备无缝漫游等；

物联网应用软件：

结合其他相关设备，通过智能人机界面实现物联网环境监测、仓储物流、工业控制、人员管理、视频监控、智能家居、智能农业、物质管理等应用。

2

智能交通实训系统

4驱电动车模型（含RFID卡）

1

套

23mm*12mm,可接入7-12V电压

减速电机

4

台

1、额定电压：

1.5-6VDC

2、额定电流：

50mA

3、齿轮箱长度：

9mm

4、空载转速：

12-120rpm

电机驱动模块

1

套

电机驱动电压：

外部输入3－35V内部输入：

6－12V

逻辑端电流：

<30MA

驱动电流：

2A

驱动峰值电流：

4A

最大功率：

25W

工作温度：

－25℃－130℃

控制主板

1

套

STM32F103RBT6，ARMCortex-M3内核；存储器：

SRAM:

128K*16bit；仿真器：

内置M-link仿真器；接口及资源：

1个MiniUSB接口，外接空闲IO以作扩展。

传感器扩展板

1

套

1、板载复位电路、电源及复位指示灯

2、可堆叠其他功能扩展板

云台、舵机

1

套

产品尺寸40.8*20.1*38mm

工作扭矩2.5-3KG/cm

超声波传感器模块

1

套

1、使用电压：

DC5V

2、静态电流：

小于2mA

3、电平输出：

高5V

4、电平输出：

低0V

5、感应角度：

不大于15度

6、探测距离：

2cm-450cm

7、高精度：

3mm

寻线模块

1

套

三组寻线模块，检测黑白线

红外接收传感器

1

套

一体化接收头的红外接收模块

供电电压可为3.3V~5.5V

输出匹配TTL、CMOS电平，低电平有效

红外遥控器（红外发射模块）

1

套

控制接口电平、供电电源：

5V或3.3V

高电平驱动

WiFi设备服务器

1

台

1、串口接口:

RS232（DB9公头）

2、无线通信协议：

IEEE802.11B/G

3、无线标准支持频率范围：

2.412~2.484GHz

4、组网模式：

基础网（Infra）,自组网（Ad-hoc）

5、支持多种安全认证机制：

WEP64/WEP128/TKIP/CCMP（AES）WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK

自动小车控制系统软件

1

套

电机控制程序、速度测量程序、遥控程序、自动行驶程序、自动壁障程序、网络控制程序等

红、黄、绿灯及控制器

2

套

1、工作电压3~12VDC

2、PLC控制器

3、4组红、黄、绿灯

线圈车辆检测器

4

套

线圈感应范围：

40uH～2000uH

脉冲输出时间：

200ms

响应时间：

50ms

车辆行驶速度：

≤200km/h

检测输出：

继电器无源输出和RS485通讯

红外对射传感器

2

套

输出信号:

开关量

雷达测速模块

1

套

1、工作电压：

DC12V

2、测速范围：

0.4m／s~27m／s

3、测试距离：

＞100m

4、数据接口设置：

9600

5、数据传送格式：

ASCII码

WiFi设备服务器

2

台

1、串口接口:

RS232（DB9公头）

2、无线通信协议：

IEEE802.11B/G

3、无线标准支持频率范围：

2.412~2.484GHz

4、组网模式：

基础网（Infra）,自组网（Ad-hoc）

5、支持多种安全认证机制：

WEP64/WEP128/TKIP/CCMP（AES）WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK

显示屏

1

台

19寸LCD电脑一体机

道路交通管理系统控制软件

1

套

道路电子地图、十字路口红绿灯控制、道路车辆监控等

直流低电压小灯泡

4

个

LED直流12V7w

控制