學(xué)校名稱

長沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

劉應(yīng)豐

201550080319

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

男

2015.9

張鑫

201558080210

網(wǎng)絡(luò)工程

男

2015.9

周全

201458080230

網(wǎng)絡(luò)工程

男

2014.9

馬國正

201550080213

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

男

2015.9

李亞鑫

201458080231

網(wǎng)絡(luò)工程

男

2014.9

指導(dǎo)教師

劉青,王靜

職稱

講師,講師

項(xiàng)目所屬

一級學(xué)科

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

項(xiàng)目科類(理科/文科)

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

劉應(yīng)豐 是計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院計(jì)算計(jì)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2015級學(xué)生，作為本項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，主要負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)的組織協(xié)調(diào)工作。現(xiàn)擔(dān)任物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干，熟練掌握C/C++語言，自學(xué)了51單片機(jī)、CC2530，對Linux系統(tǒng)編程有一定的積累；對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID相關(guān)知識有一定的了解，并能夠加以應(yīng)用。在項(xiàng)目前期研究過程中，他能組織好團(tuán)隊(duì)成員有計(jì)劃有步驟地開展研究工作，遇到問題時帶動大家一起分析、解決問題，具備帶領(lǐng)大家高質(zhì)量地完成項(xiàng)目的能力。

張鑫 是計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2015級學(xué)生，學(xué)習(xí)掌握C、C++語言基礎(chǔ)與一般應(yīng)用，自學(xué)了Java和Web前端開發(fā)，參加過兩次大學(xué)生科技立項(xiàng)并獲獎，有著豐富的編程經(jīng)驗(yàn)，善于團(tuán)結(jié)同學(xué)，能充分調(diào)動各個同學(xué)的積極性，使同學(xué)們最大程度地施展自己的才能，實(shí)現(xiàn)自己的價值。

周全 是計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2014級學(xué)生，熟練掌握C、Java語言，熟悉Windows平臺上的Android應(yīng)用層編程，獨(dú)立完成個人項(xiàng)目《7DAY》的開發(fā)，并開源在github開源網(wǎng)站上，熟悉Java語言的網(wǎng)絡(luò)編程，多線程操作，熟悉HTML、CSS、JS等前端語言，對網(wǎng)頁開發(fā)有一定的了解。對python有一定的了解，有過網(wǎng)絡(luò)爬蟲開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。 

馬國正 是計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)1502班學(xué)生。熟練掌握C、C++語言，自學(xué)了51單片機(jī)和Linux。參加了2016微軟創(chuàng)新杯大賽，并且通過了初賽。擔(dān)任班級班長，有著較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和組織協(xié)調(diào)能力，善于團(tuán)結(jié)同學(xué)，在團(tuán)隊(duì)中可以協(xié)調(diào)配合完成任務(wù)。獲得過優(yōu)秀學(xué)生干部，管理人才獎等。

    李亞鑫 是計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2014級學(xué)生，有較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和學(xué)習(xí)能力，熟悉C語言、C++等多門編程語言，對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有較多的積累。熟悉linux操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)原理等，自學(xué)過51和ARM架構(gòu)，RFID技術(shù)，對傳感器有一定的了解。獲2015年科技立項(xiàng)校級獎，2016互聯(lián)網(wǎng)+校賽三等獎，作為《樓宇聯(lián)防衛(wèi)士》項(xiàng)目主要成員，曾獲得2016創(chuàng)青春創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽省賽金獎。現(xiàn)擔(dān)任物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)嵌入式開發(fā)方向負(fù)責(zé)人及技術(shù)指導(dǎo)。

項(xiàng)目組成員自學(xué)能力強(qiáng)，能迅速上手新的設(shè)備，有利于項(xiàng)目進(jìn)度的開展。項(xiàng)目組成員有良好的編程能力，能夠有效合作完成項(xiàng)目。項(xiàng)目組成員有良好的項(xiàng)目合作經(jīng)驗(yàn)，在項(xiàng)目合作過程中能夠快速融合，有利于項(xiàng)目進(jìn)展。

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

王靜老師是長沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院專任教師，有豐富的項(xiàng)目開發(fā)和學(xué)生指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。先后主講了《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與技術(shù)》、《傳感器網(wǎng)絡(luò)》《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)》等10多門本科專業(yè)課程，教學(xué)、指導(dǎo)效果優(yōu)良。先后獲得省級教學(xué)成果獎1次、校級教學(xué)成果獎2次、優(yōu)秀本科生畢業(yè)論文指導(dǎo)獎3次，指導(dǎo)學(xué)生的科技作品獲省部級金獎1次、二等獎2次、三等獎1次。2016年湖南省“創(chuàng)青春”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)秀指導(dǎo)老師。作為骨干成員參與國家、省部級項(xiàng)目4項(xiàng)，在研省行業(yè)協(xié)會項(xiàng)目1項(xiàng)，主持、參與校級項(xiàng)目多項(xiàng)。

劉青老師是長沙理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程系專任教師，有豐富的實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)和市場開發(fā)經(jīng)歷。教書育人、指導(dǎo)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)豐富，先后主講了《網(wǎng)絡(luò)管理》、《海量信息存儲技術(shù)》、《云計(jì)算》等專業(yè)課程以及每年指導(dǎo)多名本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，效果良好。作為主要成員曾參與軍隊(duì)、省部級項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與校級項(xiàng)目多項(xiàng)。

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

1. 研究目標(biāo)

至2015年末，我國高速公路里程已達(dá)到12萬公里，超越美國位居世界第一。在為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時，高速公路交通事故總量也不斷上升、事故嚴(yán)重程度不斷增加。特別是高速公路隧道口附近，由于內(nèi)外環(huán)境的差異，容易誘發(fā)追尾事故，又由于隧道相對封閉的環(huán)境，救援不便，導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大化。

本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)一個融合無線傳感網(wǎng)和ZigBee、WIFI、GPRS等多種無線通信技術(shù)的隧道口環(huán)境感知與預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動采集隧道口附近的車流量、車速、光照強(qiáng)度等影響行車安全的環(huán)境信息，并根據(jù)環(huán)境信息對出入隧道口的車輛提供預(yù)警，動態(tài)調(diào)整隧道限速，以期減少交通安全事故，為駕駛員提供一種額外的主動安全防護(hù)措施。

同時，期望通過本項(xiàng)目的研究，在提高學(xué)生實(shí)踐動手能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力，加深學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)過程的理解以及鍛煉學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力方面取得較好團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，為計(jì)通學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系“物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”建設(shè)提供支持。

2. 研究內(nèi)容

本項(xiàng)目擬開發(fā)的系統(tǒng)基本功能是：通過部署在隧道口附近的多種傳感器采集影響隧道口行車安全的環(huán)境數(shù)據(jù)，采集的環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)匯聚至本地的管理上位機(jī)（控制網(wǎng)關(guān)），上位機(jī)對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和處理后，上傳環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)判斷動態(tài)調(diào)整限速值、發(fā)布預(yù)警信息。

圖1是系統(tǒng)的工作原理圖，涉及環(huán)境數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與控制及預(yù)警信息的發(fā)布。這也是本項(xiàng)目著重研究的三大模塊。

圖1：系統(tǒng)工作原理圖

（1）環(huán)境數(shù)據(jù)采集

隧道口影響行車安全的因素有：車流量及車速、路面結(jié)冰及積水、光照強(qiáng)度、能見度等，根據(jù)需要采集的數(shù)據(jù)選取成本、精度、響應(yīng)時間合適的傳感器，包括磁阻傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器等，并編寫傳感器的驅(qū)動程序。

各傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集數(shù)據(jù)，通過無線傳感網(wǎng)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過串口直接連接至本地管理上位機(jī)（控制網(wǎng)關(guān)）。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行解析和處理。

（2）數(shù)據(jù)處理與控制

環(huán)境數(shù)據(jù)采集回來后，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)和內(nèi)置算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括：由磁阻傳感器數(shù)據(jù)分析路口車流量和車速情況；由光照度傳感器數(shù)據(jù)分析隧道口兩側(cè)光照強(qiáng)度差；由溫濕度傳感器數(shù)據(jù)分析路面結(jié)冰情況，等等。

數(shù)據(jù)處理后，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時環(huán)境狀態(tài)，必要時生成預(yù)警信息，在隧道口通過廣播、電子顯示屏多種形式發(fā)布。同時處理后的數(shù)據(jù)通過覆蓋隧道的公安專用網(wǎng)接口傳送到交通指揮中心的網(wǎng)絡(luò)，供指揮中心決策。

（3）預(yù)警信息發(fā)布

系統(tǒng)預(yù)警信息來源于兩個渠道：其一，來自系統(tǒng)外部的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過公安專用網(wǎng)接口傳送至本系統(tǒng)控制網(wǎng)關(guān)，經(jīng)處理后發(fā)布至電子顯示屏，用于向駕駛員發(fā)布路況信息；其二，系統(tǒng)內(nèi)部生成的預(yù)警信息。隧道口車流量大、擁堵，出/入隧道的后車有追尾風(fēng)險；隧道口兩側(cè)光照強(qiáng)度差異大，則有出/入隧道的“白洞”/“黑洞”效應(yīng)，駕駛員觀察能力下降；路面濕滑、結(jié)冰，隧道內(nèi)外路面條件差異容易導(dǎo)致車輛失控。為減少以上行車安全風(fēng)險，相關(guān)預(yù)警信息應(yīng)及時通過廣播、電子顯示屏向上游車輛駕駛員發(fā)布。駕駛員獲取預(yù)警信息后提前采取減速、規(guī)避行為，從而減少交通事故的發(fā)生。

（4）用戶接口

本系統(tǒng)除通過公安專用網(wǎng)接口接入交通指揮中心外，還應(yīng)通過互聯(lián)網(wǎng)提供系統(tǒng)用戶接口。該部分可由管理服務(wù)端、Web網(wǎng)頁組成；

匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器實(shí)時采集到的數(shù)據(jù)解析后通過串口發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)將過濾后的數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)管理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫，用戶可以通過Web網(wǎng)頁訪問數(shù)據(jù)庫以獲得最新信息，并可以在管理服務(wù)端進(jìn)行調(diào)控設(shè)置。

3. 擬解決的關(guān)鍵問題

（1）環(huán)境感知的種類和實(shí)現(xiàn)技術(shù)

隧道口附近影響行車安全的環(huán)境信息有多種，車流量及車速、光照度、路面條件、能見度、橫風(fēng)等等，分析、提煉出其中主要因素，并采用合理的技術(shù)采集到環(huán)境數(shù)據(jù)，將是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本并體現(xiàn)其現(xiàn)實(shí)價值的關(guān)鍵。

本系統(tǒng)擬采集的主要環(huán)境數(shù)據(jù)限定為車流量及車速、光照度、路面溫濕度?，F(xiàn)場需要對多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性將直接影響到上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析、處理和判斷。因此，如何選擇合適的傳感器元器件，編寫底層驅(qū)動程序，將電信號轉(zhuǎn)換為用戶能理解的信息，這是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

（2）傳感節(jié)點(diǎn)的部署和封裝

本系統(tǒng)的環(huán)境感知層采用基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)構(gòu)成末梢網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)自主成網(wǎng)，各節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)以無線、多跳的方式匯聚到上位機(jī)。由于系統(tǒng)應(yīng)用于野外的隧道口，其中存在氣候條件惡劣、障礙物多、干擾源多的不利情形。為保證數(shù)據(jù)采集的真實(shí)、可靠，對同一檢測目標(biāo)可部署多于一個的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，并在節(jié)點(diǎn)的封裝上考慮防水、抗碾壓特性；為克服無線通信鏈路不可靠、單跳傳輸距離短的缺點(diǎn)，增加冗余的中繼路由節(jié)點(diǎn)。如何根據(jù)需求合理封裝并部署終端數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)數(shù)量和成本、可靠性上達(dá)到，這是系統(tǒng)需要解決的重要問題。

（3）智能預(yù)警功能

無線傳感網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)匯聚到上位機(jī)，上位機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選、融合，計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)限速值，生成預(yù)警信息并及時發(fā)布，這是降低隧道出入口附近追尾事故發(fā)生率的關(guān)鍵。如何計(jì)算出當(dāng)前各條車道的車流量及車速？隧道口內(nèi)外光照強(qiáng)度差、路面結(jié)冰與限速值的關(guān)聯(lián)情況怎樣？綜上，融合車、光、路幾方面的條件計(jì)算出最優(yōu)限速值并動態(tài)調(diào)整，及時警示后車駕駛員，這是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)問題。

（4）上位機(jī)管理端大量節(jié)點(diǎn)的動態(tài)管理

由于隧道口環(huán)境的監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)用戶需求規(guī)模可能達(dá)到一個可觀的規(guī)模，同一個監(jiān)測目標(biāo)可能部署不止一個數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，同類型監(jiān)測目標(biāo)在不同地點(diǎn)也會有多個，因此，上位機(jī)管理的節(jié)點(diǎn)數(shù)將是一個很大的數(shù)量。同時，終端節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡、戶外環(huán)境惡劣、無線通信鏈路質(zhì)量不佳導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫莿討B(tài)變化的，節(jié)點(diǎn)會不時地加入或離開網(wǎng)絡(luò)。如何對大量的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)分類管理，如何直觀地顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化及數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化，這是本系統(tǒng)增強(qiáng)實(shí)用性和可維護(hù)性的關(guān)鍵。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

1. 研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things, IoT），是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。我國在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中圈定了智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療和智能家居等9大領(lǐng)域，智能交通作為重點(diǎn)扶持和示范領(lǐng)域之一。

交通是支持一個國家與地區(qū)、社會發(fā)展的命脈，也是涉及每個人日常生活的重要問題，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，四通八達(dá)的公路網(wǎng)、立交橋四處可見，但是交通擁堵、交通事故頻發(fā)，已經(jīng)成為順利出行的障礙。因此，人們提出了智能交通（Intelligent Transportation System, ITS）的概念。智能交通研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“公路交通智能化”，即通過在交通基礎(chǔ)設(shè)施、交通工具中廣泛應(yīng)用信息與通信技術(shù)，從而提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運(yùn)輸效能，同時降低能源消耗和對環(huán)境的負(fù)面影響。IBM公司在對智慧地球概念的描述中，總結(jié)了智能交通的幾個重要特點(diǎn)：環(huán)保的交通、便捷的交通、安全的交通、高效的交通、可視的交通、可預(yù)測的交通。

美、歐、日是世界上智能交通系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的最好國家，從它們發(fā)展情況看，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，已不限于解決交通擁堵、交通事故、交通污染等問題。 　　

早在1986年，美國加利福尼亞州交通運(yùn)輸局、加州大學(xué)伯克利分校與其他研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)聯(lián)合啟動了“加州先進(jìn)交通和高速公路伙伴計(jì)劃”（PATH)。該計(jì)劃目標(biāo)在于應(yīng)用先進(jìn)科技增加高速公路的容量和安全性，消減交通擁堵、空氣污染和能源消耗。2011年啟動的新的PATH計(jì)劃是所有智能交通系統(tǒng)中唯一一個在自動化公路上進(jìn)行全面和長期投入的研究計(jì)劃。日本先后制定了智能道路計(jì)劃和智能汽車計(jì)劃，計(jì)劃的目的是創(chuàng)造綜合自動化公路系統(tǒng)技術(shù)的高效、安全的通行環(huán)境。在設(shè)想中，這條道路將會：有先進(jìn)的通信設(shè)施不斷向車輛發(fā)送各種交通信息，所有的收費(fèi)站都不需停車交費(fèi)，能以較快的速度通行，道路與車輛可高度協(xié)調(diào)，道路提供必要信息以便車輛進(jìn)行自動駕駛。

我國的智能交通行業(yè)從上世紀(jì)90年代開始起步，受益于國家近幾年對公路基礎(chǔ)設(shè)施的大力投資、城市道路擁堵和交通問題對智能交通形成的有效需求、信息技術(shù)迅速發(fā)展的帶動以及市民對出行效率改善的市道要求等因素的積極影響，城路智能交通系統(tǒng)、城市軌道智能交通系統(tǒng)及高速公路智能交通系統(tǒng)在近幾年均有較快發(fā)展。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國智能交通系統(tǒng)的發(fā)展水平仍處于初級階段，以我國高速公路的智能交通系統(tǒng)投資為例，智能交通建設(shè)占高速公路總投資比例只有2%，與國外發(fā)達(dá)國家7%至10%相比仍有很大差距。

至2015年末，我國高速公路里程已達(dá)到12萬公里，超越美國位居世界第一。在為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時，高速公路交通事故總量也不斷上升、事故嚴(yán)重程度不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速公路的百公里事故發(fā)生率、死亡率等是其他公路的2倍以上，高速公路實(shí)為危險之路。在高速公路事故中，又以路口、道口最為危險，70%的事故發(fā)生在出/入口±500米的區(qū)域。

高速公路隧道出入口作為運(yùn)行環(huán)境的過渡區(qū)段，由于運(yùn)行環(huán)境的特殊性，出入口線形連續(xù)性、路面抗滑行和照明過渡性較差，往往成為事故的高發(fā)點(diǎn)。

目前，高清卡扣已廣泛應(yīng)用于高速公路車輛信息識別。在高速公路隧道出入口布設(shè)高清卡扣，實(shí)時監(jiān)控進(jìn)入、駛出隧道車輛情況，實(shí)時掌握隧道內(nèi)車流車速，能提早發(fā)現(xiàn)擁堵狀況、交通事故、車輛滯留等情況，為交通事故應(yīng)急處理提供車輛信息依據(jù)。

針對高速公路隧道事故多發(fā)現(xiàn)狀，在隧道設(shè)計(jì)之初，調(diào)研隧道路段運(yùn)行速度，分析隧道出入口車速變化規(guī)律，分析線形、抗滑、照明等技術(shù)指標(biāo)，對出入口進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，從而降低隧道出入口交通事故率，提高高速公路隧道路段的行車安全性。

2. 發(fā)展動態(tài)

至2015年，中國物聯(lián)網(wǎng)整體市場規(guī)模將達(dá)到7500億元，年復(fù)合增長率超過30.0%。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的高度，必將有大大小小的科技企業(yè)受益于國家政策扶持，進(jìn)入科技產(chǎn)業(yè)化的過程中。據(jù)思科最新報(bào)告稱，未來10年，物聯(lián)網(wǎng)將帶來一個價值14.4萬億美元的巨大市場。

智能交通作為物聯(lián)網(wǎng)重要組成部分在物聯(lián)網(wǎng)的推廣、應(yīng)用中將扮演舉足輕重的角色。2015-2020年間，我國智能交通將在公路電子收費(fèi)、交通信息服務(wù)、交通運(yùn)行監(jiān)管、集裝箱運(yùn)輸、公交車輛、營運(yùn)車輛及船舶動態(tài)監(jiān)管等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，到2020年總產(chǎn)值規(guī)模將超過1000億元。

智能交通未來發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）綜合交通智能化協(xié)同與服務(wù)。從基礎(chǔ)設(shè)施與裝備一體化、多種運(yùn)輸裝備繼承設(shè)計(jì)、運(yùn)營調(diào)度與服務(wù)一體化等多個方面，充分實(shí)現(xiàn)綜合貨物運(yùn)輸方式間的信息共享，不斷提高智能化信息服務(wù)水平。

（2）合作式智能交通和自動駕駛。將無線通信、傳感器和智能計(jì)算等技術(shù)綜合應(yīng)用于車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施，通過車與車、車與路信息交互和共享。車輛在無人干預(yù)的條件下自動駕駛，開創(chuàng)人們新的出行模式。

（3）智能交通產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈的跨界融合。今后，為出行者提供更精細(xì)、準(zhǔn)確、完善和智能的服務(wù)，加速汽車制造業(yè)、汽車服務(wù)業(yè)、交通運(yùn)營服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、信息服務(wù)、智能交通等行業(yè)的融合發(fā)展將是大趨勢。

目前，我國智能交通在智慧城市中的建設(shè)正逐步推進(jìn)，出現(xiàn)了若干應(yīng)用，如城市智能交通綜合管理指揮系統(tǒng)、城市智能交通誘導(dǎo)信息服務(wù)平臺、不停車收費(fèi)系統(tǒng)、停車誘導(dǎo)系統(tǒng)等等。但在高速公路隧道建設(shè)中，智能化應(yīng)用水平還較低。在安全隱患地段，大多僅僅是根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，給出固定不變的限速值以及靜態(tài)的提示信息，不能反映行車條件的變化。近年來，人們逐步注意到這種情況，開始分析隧道口安全事故的致因，試圖通過監(jiān)控行車環(huán)境，動態(tài)調(diào)整限速，為后車駕駛員提供預(yù)警。這是有效減少隧道口事故的措施。可以預(yù)見的將來，隨著車輛的智能化，車輛將可通過自身的安全雷達(dá)跟蹤前車，檢測光線、路面等行車環(huán)境，自主采取安全措施。

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本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

1. 研究積累

本項(xiàng)目學(xué)生在嵌入式開發(fā)、短距離無線通信、硬件接口編程方面都有一定積累。

（1）項(xiàng)目組成員有良好的C語言和Linux系統(tǒng)編程能力，具備完成項(xiàng)目的能力；

    （2）項(xiàng)目組成員系統(tǒng)學(xué)過CC2530及ZigBee協(xié)議，對傳感器網(wǎng)絡(luò)有一定的了解，部分成員編寫過硬件接口程序及無線通信程序，清楚該項(xiàng)目各模塊的實(shí)現(xiàn)；

    （3）項(xiàng)目組成員自學(xué)能力強(qiáng)，能迅速上手新的外設(shè)，有利于項(xiàng)目進(jìn)度的開展；

    （4）項(xiàng)目組成員有良好的項(xiàng)目合作經(jīng)驗(yàn)，在項(xiàng)目合作過程中能夠快速融合，有利于項(xiàng)目開展。

2. 取得的成績

本項(xiàng)目學(xué)生作為物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成員，部分參與了其它已完成項(xiàng)目子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及研究下一步的改進(jìn)工作。作為學(xué)生團(tuán)隊(duì)整體，近3年學(xué)生在作品開發(fā)和學(xué)科競賽取得了較好的成績。

（1）2014年，湖南省第十屆大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽，手機(jī)遙控智能小車，應(yīng)用開發(fā)類二等獎；

（2）2015年，華為杯湖南省大學(xué)生計(jì)算機(jī)作品賽，智能避障車，三等獎；

（3）2015年，湖南省第十一屆大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽，社區(qū)倉儲聯(lián)防衛(wèi)士，應(yīng)用開發(fā)類二等獎；

（4）2016年，“創(chuàng)青春”湖南省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽，樓宇聯(lián)防衛(wèi)士，金獎。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在以下五個方面：

（1） 環(huán)境信息的全面感知

影響隧道口行車安全的因素多樣，主要有車流量及車速、路面結(jié)冰及積水、光照強(qiáng)度、能見度等。本系統(tǒng)采用無線傳感網(wǎng)作為末梢網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用磁阻傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器等多種傳感器，采集各類型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了隧道口環(huán)境信息的全面感知，而不是單一信息。根據(jù)全面的環(huán)境信息計(jì)算出的限速值及預(yù)警信息對駕駛員的駕駛行為更有指導(dǎo)意義。

（2）有效的車流量及車速檢測方法

在公路系統(tǒng)中，車流量檢測方法中主要有：超聲波檢測、紅外檢測、微波檢測、視頻圖像處理等，車速檢測方法主要有：雷達(dá)探頭、預(yù)埋感應(yīng)線圈、視頻圖像處理等。這些方法有些不適合野外公路環(huán)境，有些對數(shù)據(jù)傳輸和處理能力有很高的要求。本系統(tǒng)采用磁阻傳感器實(shí)現(xiàn)車流量及車速的檢測。探測車輛經(jīng)過磁阻傳感器附近時產(chǎn)生的畸變磁場，從而監(jiān)測車輛的存在，通過50米范圍內(nèi)部署的多個傳感器采集的信息，可以推導(dǎo)出車輛的測速以及一段時間內(nèi)的流量。這種方法實(shí)施簡單，成本低，重點(diǎn)在于對磁信號的模式識別算法。

    （3）系統(tǒng)應(yīng)用與拓展的創(chuàng)新     

本系統(tǒng)相對獨(dú)立于已建成的隧道信息系統(tǒng)，對原有系統(tǒng)無須作大的改動。系統(tǒng)的信息采集點(diǎn)基于ZigBee無線通信協(xié)議與上位機(jī)通信，無須布線。預(yù)警信息通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到電子顯示屏。上位機(jī)通過有線網(wǎng)絡(luò)或GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)與管理服務(wù)端連接，用戶可實(shí)時監(jiān)測傳感器節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)的部署靈活，可按需要移動、增加和拆除。

（3）應(yīng)用接口的創(chuàng)新，操作使用的創(chuàng)新

本系統(tǒng)為用戶提供豐富的系統(tǒng)操作接口，包括管理PC的Web頁面、手機(jī)端APP和短信。系統(tǒng)用戶可以在本地通過管理PC對系統(tǒng)進(jìn)行部署、配置參數(shù)、設(shè)置普通用戶權(quán)限；普通用戶可以遠(yuǎn)程通過手機(jī)端APP察看權(quán)限范圍內(nèi)的信息、配置節(jié)點(diǎn)參數(shù)、接收預(yù)警短信，從而實(shí)現(xiàn)任何時間、任何地點(diǎn)保持用戶與系統(tǒng)的信息溝通。

（5）上位機(jī)管理端數(shù)據(jù)透明化

    本系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)與匯聚采用ZigBee協(xié)議，匯聚節(jié)電與上位機(jī)之間在初步方案中采用串口通信。此種方案簡單可行，但是增加上位機(jī)程序編寫的難度。后續(xù)方案中可增加一個網(wǎng)關(guān)程序，網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)的通信采用TCP/IP協(xié)議，編寫網(wǎng)關(guān)API，實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與協(xié)調(diào)器之間數(shù)據(jù)的透明傳輸。其優(yōu)點(diǎn)在于，上位機(jī)控制端程序及用戶管理服務(wù)端程序的編寫無須了解底層的ZigBee協(xié)議，調(diào)用少數(shù)網(wǎng)關(guān)API即可，這樣便于用戶新增功能的快速開發(fā)。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

1.項(xiàng)目的技術(shù)路線

本項(xiàng)目的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2：項(xiàng)目技術(shù)路線圖

2.預(yù)期成果

   （1）研發(fā)出一個具有實(shí)用價值的高速公路隧道口預(yù)警系統(tǒng)；

   （2）參加各級大學(xué)生電子/計(jì)算機(jī)作品比賽，力爭獲獎1~2項(xiàng)；

   （3）申報(bào)成功軟件著作權(quán)1~2項(xiàng)；

   （4）培養(yǎng)4-5名物聯(lián)網(wǎng)方向高級應(yīng)用型人才；

   （5）提交項(xiàng)目研究總結(jié)報(bào)告。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

2017年1月到2017年3月，搜集并學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)，調(diào)研，完成項(xiàng)目申報(bào)書；

2017年4月到2017年7月，購買實(shí)驗(yàn)所需元器件；建立預(yù)警理論模型；

2017年8月到2017年10月，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各功能模塊調(diào)試；傳感器采集數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)各模塊調(diào)試，環(huán)境數(shù)據(jù)采集與預(yù)警理論模型驗(yàn)證，系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)；

2017年11月到2017年12月，綜合各模塊進(jìn)行算法優(yōu)化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；制作Web網(wǎng)頁，構(gòu)建后臺管理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)管理功能；

2018年1月到2018年6月，測試系統(tǒng)各模塊是否能很好的正常工作以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；申報(bào)軟件著作權(quán)，作品積極參與省、國家級別學(xué)科競賽；最后撰寫論文并提交項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告。

指導(dǎo)教師意見

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，其中應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，而智能交通是我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。高速公路隧道由于其運(yùn)行環(huán)境的特殊性，對行車安全有重大影響，其中隧道口則是事故的集中點(diǎn)。該項(xiàng)目針對隧道口事故多發(fā)、現(xiàn)有固定限速不能反映實(shí)時路口行車環(huán)境的狀況，   基于傳感器網(wǎng)絡(luò)全面感知隧道口車流、光照度、路面等因素，設(shè)計(jì)了一個智能化、部署靈活的，可動態(tài)調(diào)整限速及發(fā)布預(yù)警信息的智能交通應(yīng)用系統(tǒng)。

    該系統(tǒng)融合了ZigbBee、GPRS、TCP/IP、HTTP等多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，涉及傳感器節(jié)點(diǎn)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、PC客戶端等多處編程開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)自動采集、限速動態(tài)調(diào)整、預(yù)警信息發(fā)布、遠(yuǎn)程訪問等功能。作品涉及的技術(shù)面廣、工作量大，有很強(qiáng)的應(yīng)用針對性，具有良好的創(chuàng)新性。

項(xiàng)目組所做的技術(shù)方案合理，對實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題把握準(zhǔn)確，前期準(zhǔn)備工作充分，項(xiàng)目組學(xué)生具備較強(qiáng)的理論和實(shí)踐能力，有著較強(qiáng)的創(chuàng)新精神，能夠完成該項(xiàng)目的研發(fā)。

    同意該組學(xué)生申報(bào)湖南省“大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目。

簽字：                   日期：