第11章物联网应用案例30

物联网导论薛燕红编著[e-mail]21世纪高等学校规划教材机械工业出版社目录全球定位与地理信息系统物联网导论共十一章第6章第8章第9章第11章第10章第1章第2章第3章第4章第5章物联网概述射频识别与产品电子编码无线传感网络传感器与微机电系统信息自动识别技术目录物联网应用案例物联网导论共十一章第8章第9章第11章第10章第7章第8章第9章第10章第11章互联网与移动互联网物联网应用接口技术物联网安全物联网支撑技术第11章物联网应用案例11.1智能环保：基于3G的无线可视化环保监测系统11.1.1方案概述11.1.2系统方案设计11.1.3系统功能及其关键技术11.1.4监控服务器软件11.1.5显示部分11.2智能农业：基于物联网的智能大棚11.2.1系统总体设计11.2.2监控软件功能11.2.3智能大棚系统的关键技术11.2.4系统功能11.2.5技术方案11.2.6系统集成方案第11章物联网应用案例11.3智能交通：基于3G的客运车辆视频监控定位系统11.3.1系统组成11.3.2总体设计11.3.3指挥中心远程监控客户端和服务器设计11.1基于3G的无线可视化环保监测系统11.1.1方案概述1.需求分析基于3G无线视频监控系统包括固定排污点监控、环保车(船)内监控以及环保单兵执法监控等三个部分。（1）固定排污点监控（2）环境监测车(船)监控（3）单兵环保执法取证监控2.设计目标1）实现远程实时监控功能。2）全方位的存储功能。3）支持多链路冗余备份，支持多制式联网要求。4）支持视音频同步，支持3G信号与2G信息自适应切换，支持低码流下传输D1格式图片。11.1基于3G的无线可视化环保监测系统3.设计原则根据实际应用的具体情况，在设计中应遵循下列原则：1）先进性原则。2）开放性原则。3）可伸展性原则。4）安全性原则。系统的设计必须贯彻安全性原则，以防止来自系统内部和外部的各种破坏。用户可以通过软件设置实现更高的安全性，对网络内部资源的访问采取授权、认证、控制以及审计等安全措施。5）可靠性原则。11.1.2系统方案设计11.1基于3G的无线可视化环保监测系统11.1基于3G的无线可视化环保监测系统11.1基于3G的无线可视化环保监测系统1.前端设备2.传输网络3.监控中心4.监控终端11.1.3系统功能及其关键技术1.终端设备（1）终端设计原则（2）终端集成化设计（3）终端无线传输模块（4）终端的休眠（5）可靠的热设计（6）不同等级数据的分类处理机制11.1基于3G的无线可视化环保监测系统2.无线传输（1）面向不同无线传输模式的多模联合算法（2）具有无线信道自适应性能的传输控制算法（3）前馈控制机制3.无线视音频传输的流畅性和实时性4.数据传输的安全性5.视音频的同步6.管理软件特点11.1.4监控服务器软件1.转发服务器2.客户端11.1基于3G的无线可视化环保监测系统信息采集控制模块数据接口视频接口音频输入音频输出控制输出回放输出信息采集控制模块视音频信息预处理视音频数据压缩数据合并数据中转多模无线通信模块CDMA2000WCDMATD-SCDMAWiFi反馈反馈11.1基于3G的无线可视化环保监测系统3.监控画面4.管理与控制终端5.OSD6.远程回放7.抓图回放8.参数设置（1）用户管理、权限设置（2）设备管理（3）编码参数设置（4）定时录像设置（5）报警联动设置(6）报警定时设置(7）网络连接11.1基于3G的无线可视化环保监测系统11.1.5显示部分综合显示系统一般包括大屏、PC桌面、移动笔记本和智能手机等。1）数字大屏采用投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术等，具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进等优点。大屏的接口一般采用VGA或RGB，控制计算机可通过控制接口调试大屏的显示模式，如多画面显示、画面漫游、画中画等功能。2）PC桌面显示是我们平时最常用的一种方式，只需要有固网宽带网络能连接整个系统平台，用户就可以通过客户端软件来查看现场情况。3）移动笔记本显示是指在移动并且无固网宽带的环境下，客户可以通过笔记本移动公网无线上网卡进入网络，登录系统平台。调取前端设备所采集的图像信息。它的优点在于不受空间和电力的限制，只要有移动公网信号覆盖的地方，就可以完成操作。4）智能手机显示是所有显示方式中最轻松和便捷的方式，用户只要配备智能手机，登录到系统平台，即可调用图像。手机是最普及的移动终端，它具备轻巧，操作简单等优点。11.2基于物联网的智能大棚系统设计11.2.1系统总体设计1.智能大棚系统架构智能大棚系统主要分为大棚现场、采集传输、业务平台和终端展现四层架构，如图11.4所示。大棚现场主要负责大棚内部环境参数的采集和控制设备的执行，采集的数据主要包括农业生产所需的光照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分等数值。2.智能大棚系统网络拓扑结构11.2.2监控软件功能1.用户操作子系统2.用户管理子系统3.系统管理子系统11.2基于物联网的智能大棚系统设计用户终端空间数据场边缘网关喷淋自动喷水光照、空温、空湿、土温、土水传感器集成前置机大棚现场大棚现场采集传输采集传输业务平台业务平台终端展现终端展现一体化控制器中心节点喷淋自动喷水历史数据超阈值告警远程控制11.2基于物联网的智能大棚系统设计RJ45边缘网关Internet中心节点ZigBee中心节点ZigBee温湿度土壤水分土壤温度卷帘控制喷淋控制一体化控制器ZigBee3G11.2基于物联网的智能大棚系统设计11.2.3智能大棚系统的关键技术1）在恶劣环境下，用于采集各种信息的传感器的安全问题。2）基于Zigbee和3G网络的连接问题。3）基于Zigbee和3G网络的数据融合问题。4）手机客户端访问的速度、可靠性、界面友好性等问题。5）智能大棚专家系统的构建问题。11.2.4系统功能1）手机客户端访问功能。通过3G网络利用手机访问监控系统，实时、高效、方便。2）实时监测和报警。使用无线传感器可以实时采集大棚内的环境因子，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过3G网络传输到智能大棚监控专家系统，为数据统计、分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动报警。3）远程设施控制系统。通过网站，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备远程控制，实现农业设施的远程手动/自动控制。4）远程生产指导系统。根据农作物生长模型库，对大棚实时环境监测数据对比分析，当环境数据高于作物生长的上限或低于作物生长下限时，系统自动报警。11.2基于物联网的智能大棚系统设计5）远程生产活动跟踪。系统根据现场活动监测终端的报告，跟踪特定生产活动完成的情况。6）远程生产指导系统。根据农作物生长模型库，对大棚实时环境监测数据对比分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限系统自动报警。7）产品跟踪服务系统。智能大棚专家系统可以支持对温室生产的农业产品进行跟踪，提供产品溯源服务。8）客户关系管理。通过本系统，农业生产企业可以对客户进行管理，从而提高了企业的销售能力。11.2.5技术方案1.设备部署方案11.2基于物联网的智能大棚系统设计2.功能解决方案（1）PC机访问功能（2）手机客户端访问功能11.2.6系统集成方案11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统11.3.1系统组成1.车载视音频监控子系统2.信息交互子系统3.GPS卫星定位子系统4.中心管理平台5.车载终端主机11.3.2总体设计1.前端设计（1）前端摄像机（2）前端拾音器（3）GPS定位模块（4）数字视音频编码（5）视音频数据存储设计11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统EVDO基站车载终端主机监控中心IP网络监控中心内网管理主机流媒体服务器注册服务器网关摄像机卫星定位信息WWW远程管理终端公网网关GIS服务器负载均衡服务器GPS模块网传模块11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统无线局域网专线指挥中心内网运营商基站运营商网关车载终端GPS定位信息11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统2.无线网络数据传输设计（1）车载终端主机（2）转发服务器（3）监控中心管理平台11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统车载终端指挥中心上行数据：注册信息、报警信息、视频信号、照片数据、设备运行状况、心跳包、GPS信息等。下行数据：设备巡检、远程控制信息、心跳包等。11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统车载终端注册管理心跳保持监控调度平台GPS信息告警服务流媒体转发媒体转发服务器视频存储存储服务器管理终端11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统11.3.3指挥中心远程监控客户端和服务器设计1.客户端软件主要功能（1）视频实时浏览实时浏览车辆上传的视频图像，视频图像分辨率、码流、帧率、图像质量等参数实时可调，视频上传延迟小于5秒，支持网络带宽自适应功能。（2）远程抓图功能支持前端抓图按钮，抓取高清晰照片，可实时调整图片分辨率、图像质量。（3）车辆定位管理功能支持GPS定位信息转发，并在地图上显示车辆位置（时间，地点，经度，纬度，速度）。（4）远程报警功能支持三种报警功能、并在平台上实时显示报警信息。1）手动按钮报警，支持报警按钮报警。2）越界报警、超速报警、阻塞报警。通过GPS信息可对车辆行驶状态进行判断，车辆是否超速、是否越界、是否在一地点长时间停留。3）设备出错报警。支持设备自检报警上传，如视频信号被非法切断。（5）车辆管理功能用户通过相关车辆类型、车队、车牌、联系人等信息进行管理。比如车辆名称、车队名称、驾驶员姓名、驾驶员电话等，并可将每辆车按需求进行分组。（6）日志记录功能各种操作日志记录，并可通过时间段进行查询。（7）本地录像回放功能前端网传的录像可通过播放软件进行本地播放，支持多路回放功能。2.监控中心服务器设计指挥中心布置注册服务器、负载均衡服务器、流媒体转发服务器。1）注册服务器。注册服务器提供终端上线注册功能，并与终端实时保持心跳连接。2）流媒体转发服务器。转发服务器提供视音频数据、信令和GPS定位信息的转发和负载均衡工作。3）负载均衡服务器用于系统资源合理分配，适用于大规模的车载监控应用。11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统11.3基于3G的客运车辆视频监控及定位系统