第6章物联网应用55

武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜物联网工程技术第6章 物联网应用 武汉理工大学物联网工程系2011.8武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜第6章 物联网应用6.1 物联网应用概述6.2 物流管理与配送6.3 环境监测与保护6.4 行业检测与监控6.5 交通管理武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.1 物联网应用概述物联网是因特网的应用延伸和拓展，是信息网络上的一种增值应用。感知、传输、应用三个环节构成物联网产业的关键要素：感知（识别）是基础和前提；传输是平台和支撑；应用则是目的，是物联网的标志和体现。物联网发展不仅需要技术，更需要应用，应用是物联网发展的强大推动力。物联网的应用领域非常广阔，从日常的家庭个人应用，到工业自动化应用，以至军事反恐、城建交通。当物联网与因特网、移动通信网相连时，可随时随地全方位“感知”对象（物理世界），人们的生活方式将从“感觉”跨入“感知”，从“感知”到“控制”。目前，物联网已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域初步得到实际应用。比较典型的应用包括水电行业无线远程自动抄表系统、数字城市系统、智能交通系统、危险源和家居监控系统、产品质量监管系统等，如表6-1所示。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.1 物联网应用概述表6-1物联网主要应用类型应 用 分 类用户/行业典 型 应 用数据采集公共事业基础设施机械制造零售连锁行业质量监管行业石油化工气象预测智能农业自动水表、电表抄读智能停车场环境监控、治理电梯监控物品信息跟踪自动售货机产品质量监管等自动控制医疗机械制造智能建筑公共事业基础设施工业监控远程医疗及监控危险源集中监控路灯监控智能交通（包括导航定位）智能电网等日常生活便利性应用数字家庭个人保健金融公共安全监控交通卡新型电子支付智能家居工业和楼宇自动化等定位类应用交通运输物流管理及控制警务人员定位监控物流、车辆定位监控等武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2 物流管理与配送6.2.1 基于EPC的物流全球供应链6.2.2 物联网拓展物流信息增值服务6.2.3 基于RFID技术的物流管理信息系统6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2 物流管理与配送供应链是指由供应商、制造商、仓库、配送中心和渠道商等构成的物流网络。狭义地讲，供应链是企业从原材料采购开始，经过生产、制造，到销售至终端用户的全过程。这些过程的设计、管理、协调、调整、组合、优化是供应链的主体；通过信息和网络手段使其整体化、协调化和最优化是供应链的内涵；运用供应链管理实现生产、流通、消费的最低成本、最高效率和最大效益是供应链的目标。在供应链各成员之间流动的原材料、半成品库存和最终产品等就构成了供应链中的物流。供应链物流管理具有自身专门的应用理论和技术。从基础应用层面上讲，有互联网、地理信息系统(GIS)、GPS、条形码、RFID；环境体系层面有电子数据交换(Electronic Data Interchange，EDI)；在作业管理层面有JIT技术；在销售时点管理层面有POS系统、有效客户信息反馈(ECR)、自动连续补货技术(ACEP)、快速响应(QR)等。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.1 基于EPC的物流全球供应链 EPC在全球供应链的应用所引发的革命，使物流的各个环节的参与方大大受益。通过RFID对电子标签中电子产品编码信息进行获取、处理和发布，实现系统中各应用节点的协同工作。每一个RFID将它采集得到的物品信息通过物联网传送到任何它应该到达的地方，同时可根据物联网上得到的信息对物品上的电子标签进行信息加工，见图6-1。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.1 基于EPC的物流全球供应链图6-1 RFID物流系统通过物联网进行信息加工武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.1 基于EPC的物流全球供应链对制造商来说，实施EPC可以实现高效的生产计划，减少库存；也就是说制造商提供的产品正是它供应链下游参与方所需要的东西，同时，供应链下游参与方所需要的东西也是制造商正在积极组织生产的产品。彼此间真正做到了“心有灵犀”。同时，制造商可以对需求做出更快的响应，这样就在市场信息的捕捉方面夺得先机，可以及时满足市场需要，从而提高市场份额。此外，制造商通过EPC可以主动和及时地跟踪产品的信息。对有“瑕疵”或“缺陷”的产品进行有效招回，提高了服务水平。同时也提高了消费者的信心，EPC从而为消费者和制造商架起了一座信息交流的桥梁。不仅如此，实施EPC的制造商可以提高劳动生产效率，降低产品退货率。因为生产做到了有的放矢，通过供应链的流通，各个环节的需求实时的反馈回来，制造商可以相应地调整自己的生产，包括内部员工的调配、生产资料的采购等，使一切都发挥至最大效能。制造商还可以大大减少配送与运输成本，提高固定资产利用率（生产、配送设备），因为可以通过EPC所提供信息来合理调配相关设备，从而实现利用率的最大化。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.1 基于EPC的物流全球供应链 对于运输商，通过EPC可以进行货物真伪标识，实现自动通关，实施运输路线追踪，提高货物运输的安全性。同时，EFC的实施，提高了运输商送货可靠性和送货效率；通过EPC系统，运输商可以自动获取数据，自动分类处理，降低取货、送货成本，提高管理质量和客户服务水平。另外，使用EPC，运输商可以降低索赔费用，降低保险费用，提供新信息增值服务，从而提高收益率。当然，运输商还可以通过EPC加强资产管理、资产的追踪、资产的维护，从而提高资产的利用率。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.1 基于EPC的物流全球供应链 对零售商来说，实施EPC可以提高订单供品率，增加产品可获取性，减少脱销，从而增加收入。EPC在商场的使用，可以大大提高自动结算的速度，减少缺货，降低库存水平，减少非流通存货量，降低最小安全存货量；同时还能防盗，带给零售商前所未有的喜悦。而且，零售商还可以通过EPC进行产品追溯，提高了产品的质量保证，减少了损失。另外，EPC在零售商管理中，可以降低运转费用，提高运转效率、工作效率，减少货物损失，从而进一步降低零售商的成本。对消费者而言，EPC的应用可以实现个性化购买，减少排队等候的时间，提高了生活质量。同时，通过EPC，消费者可以了解自己所购买的产品及其厂商的有关信息，一旦产品出现问题，便于进行质量追溯，维护自己的合法权益。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.2 物联网拓展物流信息增值服务 企业级信息增值服务 行业级信息增值服务 供应链级信息增值服务 武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.3 基于RFID技术的物流管理信息系统 RFID的物流管理系统把RFID的数据采集系统与生产执行系统（MES）、仓储管理系统（WMS）相结合应用到企业物流各个环节，从而优化其物流流程。RFID在企业物流信息系统中应用的优势主要体现在两方面：首先，RFID可以在企业生产物流中发挥巨大作用，其可以自动识别生产物流各个环节中物料、半成品、产成品的位置和状态，并把这些信息迅速、准确的传送到MES。其次，提高企业物流信息系统采集信息的准确性，简化出人库的流程，及时了解库存货物状况，保证货物的盘点更加精确、迅速。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 1配送系统硬件结构设计图6-2 一般配送中心基本流程图武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 以上配送中心的各个工作区域，相应地安装RFID读写器用于数据采集并将采集到的数据传输至中心计算机系统进行分析处理，然后根据分析结果指导工作区域采取下一步动作。考虑到配送中心操作中对识别距离的要求，系统应采用超高频硬件设备。但是，由于配送中心内不同工作区域相邻较近或可能存在重叠区域，如果全部应用超高频的RFID系统，将不可避免地发生不同功能区域之间的“串读”现象。为了避免因串读而导致的射频屏蔽困难，把高频(13.56MHz)和超高频(915MHz)RFID设备统一规划于系统之中，在数据库中关联高频和超高频电子标签数据信息，并通过中间件使之协调工作。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 具体来讲，在出入库区域、库存区域以及分拣区域，系统采用超高频读写器，可以在大范围内一次读取多个电子标签，以提高配送中心出入库速度、自动化程度以及库存准确度。在补货时，读写器读取周转箱标签进行数据库信息更新，此时系统一次只需读取一个电子标签，故在补货区采用高频读写器避免串读。这些部分构成了整个RFID系统中的固定式数据采集终端，如图6-3所示。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例图6-3系统硬件结构图武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 以叉车为载体的移动式RFID数据采集终端其作用包括：在叉车终端承载货物入(出)库时，系统根据入(出)货单和实际入(出)货情况进行复核，并将复核结果反馈于叉车终端以提示其下一步动作；通过车载RFID读写器读取货架上的货位标签，以确认货物(托盘)在仓库中的具体位置，方便事后货品定位和盘点；可在地面安置一系列电子标签(地标)，通过读取地标以确定和跟踪叉车在配送中心的行驶路线和位置。该移动数据采集系统由RFID读写器和显示终端组成，并通过无线局域网和中心计算机实现数据交换。由于移动终端在执行业务操作时只需读取一个货位标签，故移动终端也采用高频RFID系统，同时可避免串读。系统根据不同读写器所提供的通信接口的不同，设计集成多种通信方式，通过集线器和多串口卡和主机通信。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例2配送系统软件结构设计图6-4 系统软件结构示意图武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例3系统数据获取方法研究要实现配送中心高效、自动地正常运转，需要在配送中心的各个工作环节获取指定数据信息，需要采集的详细信息见表6-2。表6-2 数据采集信息列表位置入库库存补货分拣出库移动终端需获取的数据信息入库单ID、周转箱ID、货物ID、以及货品详细信息货物ID周转箱ID货物ID、订单ID、分拣目的地信息货物ID、订单ID贷位ID武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 采用同种频率标签，在标签的数据块中设置标志符来加以区分，这种方法硬件投入成本低，操作方便，同时，此方法不受标签协议标准的限制，既可用于ISO类型标签也可用于EPC类型标签。但由于需读取标签数据块信息，所以标签读取速度稍低。综合考虑各种因素，第三种方法最为恰当，虽然标签读取速度稍有牺牲，但对于配送中心的物流速度而言不会构成负面影响。通常ISO电子标签内部的存储容量为2048bit，被分成256B，每个字节有一个对应地址0255。设置标签的数据格式见图6-5。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例图 6-5 标签数据格式表武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例 以一套小型配送中心为例。其基本物流设备包括横梁式货架、流利式货架、可变速传输线以及叉车等，并依据配送中心的典型布局设置了出入口、分拣区、补货区、仓储区等不同的功能区域。按照系统设计思想，在各个RFID通道配置了相应的RFID设备并分别与中心计算机相连进行数据通信。RFID设备基本信息见表6-3。其中为节省设备资源，出入库区域用同一设备的不同天线分别用作入库和出库操作。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例表6-3 RFID设备信息表安装位置出/入库库存补货分拣叉车终端读写器型号FTRD 2022M400PRR 8152 BST 9201PRR 8310读写器频率MHz91591513.5691513.56支持协议ISO/IEC 18000-6BISO/EPCISO/IEC-15693IS0/IEC 18000-6BISO/IEC-15693通信接口RS232以太网RJ45以太网RJ45RS232RS232/IEEE 802.11b/g武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.3 环境监测与保护6.3.1数字环保的基本概念6.3.2我国的环境监测物联网6.3.3环境监测应用案例武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.3.1数字环保的基本概念 数字环保是数字地球在环境信息化与环境管理决策中的具体应用。数字环保是利用计算机技术、互联网技术、3S技术、虚拟现实技术、数据仓库与数据挖掘技术、智能技术、环境可视化技术，根据环境保护的要求，对环境保护业务实现规范和整合，对环境数据进行深入的分析和挖掘。从而最大限度地提高环境保护信息化水平、监督执法水平、工作协调水平。数字环保包括环境测控跟踪系统、环境预测预报系统、污染源显示系统、污染源异动跟踪报警系统、环境状态领导速查系统、环保增值业务岽统、排污收费系统、环境GIS系统、污染事故预警系统、环保业务工作流管理系统、环保动态仿真系统、环保决策支持系统等。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.3.3环境监测应用案例 1无锡用物联网技术监控太湖 2.GDI 系统武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4行业检测与监控 6.4.1 行业检测与监控概述 6.4.2 矿井安全应用案例武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.1 行业检测与监控概述 工业是物联网应用的重要领域。物联网将具有环境感知能力的各类终端、泛在计算、移动通信等不断融入到工业生产的各个流程，可大幅提高生产效率和产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。我国工业行业众多，推进物联网应用必将催生和推进中国智能工业的发展。物联网在各个行业上的检测与监控应用都需要基于特定行业终端，以通信网络为传输载体，提供设备到设备、设备到人、人到设备的信息传递，从而实现生产过程监控、指挥调度、远程数据采集、远程诊断等行业应用。各应用本身都具有明显的行业特征，不同行业的在功能上存在较大差异。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例 矿井安全管理系统是集自动控制技术、射频识别技术、网络通信技术等多学科综合应用为一体的自动识别控制定位系统。在矿井管理中引进射频识别技术，通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人车物在不同状态移动、静止下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。可应用于矿上生产调度管理(侧重于车辆识别和调度)和矿下安全管理(侧重于人员安全管理)两个方面。其中，矿上部分采用基于RFID的矿场跟踪管理系统，通过应用射频标签、现场跟踪识读器以及TCPIP网络可以实现对进出矿场的车辆信息的自动识别与跟踪，从而提高矿场生产率。本节主要侧重介绍矿井管理中的矿下部分，提供矿井人员安全管理功能。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例1.矿下管理系统功能RFID矿井管理以井下安全管理为依据，按照人员安全管理、巷道安全管理和安全物资管理等方面分类：1)人员安全管理强调井下作业过程中人员的安全，可通过计算机查询等功能，了解人员的具体位置分布，并通过图形突出显示。当事故发生时，可有效进行抢险救灾工作，最大限度保障人员的安全。2)巷道安全管理针对有特殊要求的巷道进行管理，通过设置巷道权限，限制特定人员的进出，例如按矿含量分级，满足权限要求的人员才能进入富矿区域开采。在系统使用时，持卡者持合法卡信号通过控制器处理后，就可合法进入巷道，而非法卡就无法进入，并在后台计算机留档。出门时再次将卡片通过阅读器，通过信号处置完成对巷道人员进出的管理。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例 3)安全物资管理将射频标签安装到需要跟踪的物资上，可以通过RFID技术及时跟踪安全物资流动。安全物资管理子系统用于管理煤矿中的危险物资，如炸药、甘油脂等。该子系统主要有库存管理和物料跟踪管理两个功能模块。库存管理主要管理煤矿中的危险物资的出入库情况；物料跟踪管理模块用于详细记录井下危险物资的使用情况。整个系统通过对这些危险物资的使用情况详细记录进行完善跟踪，及时了解物资的流动情况，保证了合理、安全地使用井下安全物资。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例2.矿下管理系统的关键技术1)频率的选择频率的选择矿山巷道无线信道是无线电波传播的一个特殊环境，矿山巷道无线信道是无线电波传播的一个特殊环境，通过矿山无线射频信号传输试验，研究了通过矿山无线射频信号传输试验，研究了UHF波段无线波段无线信号在矿山的截止频率特性、电波传播衰减特性、弯曲信号在矿山的截止频率特性、电波传播衰减特性、弯曲巷道传播特性和煤掩穿透特性，得到了巷道传播特性和煤掩穿透特性，得到了433MHz、915MHz和和2.4GHz无线射频信号矿山传输特性和煤掩穿无线射频信号矿山传输特性和煤掩穿透特性的定量数据。根据试验研究得到如下结论：无线透特性的定量数据。根据试验研究得到如下结论：无线电波在矿山传播必须大于矿山截止频率，截止频率在超电波在矿山传播必须大于矿山截止频率，截止频率在超高频（高频（UHF）频带为）频带为50MHz左右；在平直巷道中，频率左右；在平直巷道中，频率越高越有利于电磁波的传播；在弯曲巷道中，频率越高越高越有利于电磁波的传播；在弯曲巷道中，频率越高越不利于电磁波的传播；频率升高，射频信号的绕射性越不利于电磁波的传播；频率升高，射频信号的绕射性能、穿透性能降低。能、穿透性能降低。2.4GHz的人员定位系统信号覆盖性的人员定位系统信号覆盖性能要优于能要优于433MHz；而用于搜救系统的无线射频卡（；而用于搜救系统的无线射频卡（RFID），采用），采用433MHz更能发挥作用。更能发挥作用。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例2）井下人员定位跟踪管理系统原理）井下人员定位跟踪管理系统原理在井下坑道、作业面的交叉道口等重要位置安在井下坑道、作业面的交叉道口等重要位置安装人员定位分站。矿井工作人员随身携带人员装人员定位分站。矿井工作人员随身携带人员识别标签，人员识别标签不断地发射加密的载识别标签，人员识别标签不断地发射加密的载有目标识别码的有目标识别码的433MHz无线电射频信号；当工无线电射频信号；当工作人员进入到人员定位分站读取范围内时，接作人员进入到人员定位分站读取范围内时，接收天线接收到人员识别标签发来的载波信号，收天线接收到人员识别标签发来的载波信号，经过阅读器接收处理后，转换板将信号进行分经过阅读器接收处理后，转换板将信号进行分析、处理，并通过析、处理，并通过FSK方式将信号发送到地面通方式将信号发送到地面通信接口装置，再转换成信接口装置，再转换成RS232信号送给地面计算信号送给地面计算机，从而实现目标的自动化管理。如图机，从而实现目标的自动化管理。如图6-6所示所示。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜图6-6 井下人员检测示意图武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例3）出入坑管理）出入坑管理 出入坑的判别是出入坑管理的核心内容。监控域双阅读器出入坑的判别是出入坑管理的核心内容。监控域双阅读器，即将最靠近井口的两个阅读器作为特殊标识用于识别员，即将最靠近井口的两个阅读器作为特殊标识用于识别员工出入井的状态，其基本思想是：工出入井的状态，其基本思想是：设设time1、time2分别为最靠近井口的两个阅读器读取同一分别为最靠近井口的两个阅读器读取同一标签的时间。那么标签的时间。那么1、如果、如果time2 time1某一值，则状态为已出井；某一值，则状态为已出井；2、如果、如果time2 time1某一值，则状态为已下井。某一值，则状态为已下井。该算法称为节点时间差法，它要求监控域双阅读器能够该算法称为节点时间差法，它要求监控域双阅读器能够以毫秒为单位读取信号数据并传输至上位机。以毫秒为单位读取信号数据并传输至上位机。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例3.矿下管理系统的特点矿下管理系统的特点1)高度自动化。系统能自动检测井下坑道人员经过监测点的时间、地点信息，并自动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。2)先进的通信系统。安装在煤矿井下各通道的无线信息采集设备，实时将采集到的信息传送到井下人员定位分站，并通过移频键控方式将数据发送到地面，整个过程无需人为干预。3)完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。4)系统的安全、稳定、可靠性。人员定位分站自身含有时钟和UPS备用电源，天线无方向性；本安标签微型化，佩戴在腰带上，电池充电可用时间大于1个月。5)完善的异常情况(包括限制区报警、超时报警等)报警呼叫系统配置。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例4 系统实现方案系统实现方案矿下管理系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制，其本安标签可视为“上岗证”或“坑道准入证”。具体方案如下：1)煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装人员定位分站。2)煤矿生产单位向下井工作人员颁发并装备人员识别标签(标签要求随身携带在腰带上或贴在矿灯帽内)。3)系统数据库记录该标签所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、部门、所属工种、职务、本人照片等基本信息。4)生产单位对该本安标签进行授权后即生效。授权范围包括该员工可以准入的坑道或作业面，以防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例5)进入坑道的工作人员必须随身携带本安标签，当持标签人员经过布置有阅读器的地点被系统识别时，系统将读取该标签信息，通过系统传输网络，将持标签人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的标签号无效或进入限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。6)坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。7)系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.4.2 矿井安全应用案例5.系统的基本构成及组件的功能系统的基本构成及组件的功能该系统主要由人员定位分站、人员识别标签、数据通信接口装置、人员定位管理软件组成。1)人员定位分站由阅读器、数据转换装置、电源、天线组成，其主要功能是完成对人员识别编码输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通信等。分站不断产生射频编码电磁波信号经天线发射出去，同时接收本安标签发来的高频载波信号，经软件解码后提取有效的数字信号通过FSK方式将信号传输到地面中心站。2)人员识别标签全双工通信，每个标签具有惟一的电子编码，工作人员可随身携带，定时发射携带有十六位二进制数编码信息的无线电射频信号，供分站处理识别。3)数据通信接口装置完成通信信号的转换和本安与非本安运行环境的隔离。4)人员定位管理软件用以实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5 交通管理 6.5.1 交通管理技术简介 6.5.2 RFID交通监管技术 6.5.3 应用案例ETC武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.1 交通管理技术简介交通监管方面采用的技术主要有：摄像监测技术、线圈地下埋置技术、雷达定位系统技术、微波交通检测(Microwave Traffic Detector，MTD)技术和RFID技术等，各有特点，下面分别加以介绍。1)摄像监测技术包括可见光和红外线两种视频监测方式。可为事故管理提供可视图像；可提供大量交通管理实时信息；单台摄像机和处理器可监测多个车道。缺点是大型车辆可能遮挡随行的小型车辆，可靠度相对较低；如果存在阴影、积水反射或昼夜转换可造成监测最差等。2)线圈地下埋置技术的优点是该项技术已经成熟、易于掌握，计数非常精确。缺点是安装过程对可靠性和寿命影响较大，修理或安装时会中断交通并且会影响路面寿命，易被重型车辆、路面修理等损坏。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.1 交通管理技术简介3)雷达定位系统技术的特点是数据采集非常方便而且能够提供准确的交通及车辆相关完整数据信息，可全天候工作。缺点是成本比较高，而且受功率的影响，可能会产生信息。4)MTD技术可以提供公路实时信息，还有多车道的车流量、道路使用率和车型等信息，这些信息可以通过无线传输或利用通用串行通信线路连接到其他系统。MTD具有技术先进、成本低和可靠性高等特点。MTD利用雷达线性调频技术，对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时地数字化处理分析，检测车流量、占有率、速度和车型等交通流基本信息。MTD主要应用于高速公路、桥梁、城市快速路和普通公路交通流量调查站的技术交通参数采集，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息 武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.1 交通管理技术简介 5)RFID交通监管技术。RFID智能交通监管具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、可以远距离识别、读取速度快、信息采集量与存储量大、数据准确以及可根据环境变化相应调整和成本较低等优点。缺点就是，需要将电子标签永久固定在车身、船身的适当位置(如汽车的挡风玻璃上)，前期贴标工作需要投入大量的时间和精力。由于RFID技术本身的特点，其精准度在一定程度上会受到环境的影响(温度、湿度和金属附着物等)。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.2 RFID交通监管技术1 技术现状技术现状 采用RFID技术管理交通状况在国内外已早有应用，包括公交卡、停车场管理，不停车收费，公交车辆场站管理和车辆年检与特殊通道管理等，还应用于数量统计、速度计算、进出控制等方面。可记录车辆相关详细信息和行驶路线以及是否超出营运范围，还可以采用RFID技术统计交通流量，提供车辆、船只进出口站(港口)的精确交通流数据，为交通规划提供准确依据，从而保障公路、水道的通畅有序。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.2 RFID交通监管技术2技术特征技术特征1)RFID技术应用的目的是标识对应的贴标车辆。通过对车辆的进出、经过时间等信息的获取来实现精细化交通监管。2)系统对电子标签的性能要求高。为了体现RFID系统的优势，一般需要系统在车辆较高的速度下可以正确识别电子标签，如不停车收费系统一般是要求在60km/h速度下可以正确识别，像铁路车号识别系统的设计性能最高识别速度可以达到120km/h。3)系统包含多种频段的RFID技术。如不停车收费中集成了有源2.45GHz RFID技术与13.56MHz的RFID安全消费技术，快速公交系统也是用2.45GHz RFID技术，但是工厂车辆自动称重系统一般使用915MHz的RFID技术就可以实现。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.2 RFID交通监管技术4)电子标签一般要求防拆。为了实现一车一卡(电子标签)，电子标签一般贴到车辆的玻璃上后不可以拆除，一旦拆除就不能再使用了。5)电子标签的成本比较高，但是在交通系统中应用却能被容易接受。因为车辆的价值高(几万或几十万元)，即使一个电子标签上百块钱成本，相比一下还是很小比例，所以车主与管理部门为了通行便利和精细管理都可以接受这个价格。6)系统一般不需要防碰撞识别功能。RFID技术可以采用防碰撞技术来实现同时读取几十张甚至上百张电子标签，但是读出来的结果不一定能达到100。而在交通应用中，一般一次只需要读取一辆车，没有防碰撞的要求，可以轻松实现100识读率，这就在降低了系统设计难度的同时也保证了系统识别的稳定性和准确性。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.2 RFID交通监管技术3RFID交通监管技术实现的功能交通监管技术实现的功能1)相对位置的定位。2)路线导航。3)智能信号灯控制。4)城市中心区域交通流量控制。5)不停车收费。该功能已经在很多高速公路上实现。6)进出控制。7)实时速度指标8)超速警告。9)自动违章记录与惩罚。10)实时流量统计。11)逆行警告。12)故障通告。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.2 RFID交通监管技术以上是针对交通工具通过RFID技术可以实现的智能服务，针对公共交通工具的乘客可以实现的功能包括：1)车辆位置分布。2)下一班次到达时间通告。3)拥挤程度通告。4)公交一卡通。5)下一站到达地点通告。6)交通状况信息转告。7)动态时间估算。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC 电子收费系统(Electronic Toll collection，ETC)是一种用于公路、大桥和隧道的不停车收费系统。它采用RFID技术术，通过路侧天线与车载射频标签之间的专用短程通信(DSRC)，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费过程。电子收费系统主要利用自动车辆识别技术，通过收费站的发射、接收装置读取和识别车辆上的射频标签或车辆牌照的信息，在不需要司机或其他收费人员采取任何操作的情况下，完成收费处理过程，所以又称为不停车收费系统。据统计，在不增加收费车道和扩建收费站的情况下，电子收费系统使收费站车道通行能力比半自动收费系统提高46倍。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC1收费车道子系统 收费车道子系统包含的主要设备有：车道计算机、专用键盘、显示器、车道控制器、收费员操作台、票据打印机、智能道闸、车道摄像机、费额显示器、字符叠加器、闪光报警器、雾灯、车道红绿信号灯、天棚灯、红绿交通灯、射频卡读写器、入口发卡机和出口收卡机。收费车道子系统是一个独立完成收费作业处理、控制收费作业流程的系统。每个子系统相对独立，当系统网络发生故障和进行故障处理时，不影响各个车道计算机系统的正常收费作业；当系统中某个车道计算机系统发生故障和进行故障处理时，不影响其他车道计算机系统的正常收费作业，保障收费系统正常的收费作业。收费车道子系统各设备的连接如图6-7 所示。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC图 6-7 收费车道子系统各设备的连接武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC2收费站管理系统 收费站管理系统主要由两部分组成：一部分是收费站控计算机，包括服务器及功能各异的工作站，如监视计算机、数据处理计算机、图形计算机等；局域网采用星形以太网100-BASE-T，传输线缆为UTP-5。由于收费车道和收费控制室计算机距离较远，为保证传输质量，这两部分之间采用以太网交换机通过多模光纤连接，采用多模光纤主要是考虑到距离一般在3km以内，防止信号过强引起反射，同时也可以降低成本。收费站管理系统的网络结构如图6-8 所示。武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC图6-9 收费站管理系统武汉理工大学物联网工程系物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜6.5.3 应用案例ETC3收费结算中心收费结算中心一般设在各市局监控大楼内，组成与收费站管理系统机构相似，而网络结构形式和传输媒体则完全相同。两级计算机系统之间的远程数据传输是通过高速路由器接入通信系统ONU(Optical Network Unit，光网络单元)上的2Mbit/s接口来实现的，收费数据流向主要为由低到高。