沙盤上以沙盤模式呈現(xiàn)，由沙盤模型、智能車輛管理系統(tǒng)、車輛追蹤系統(tǒng)、AI智能停車場(chǎng)系統(tǒng)、ETC控制系統(tǒng)、智慧社區(qū)系統(tǒng)、城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、城市燈光控制系統(tǒng)、危險(xiǎn)路段預(yù)警系統(tǒng)、交通燈指示系統(tǒng)、車流量檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)系統(tǒng)、移動(dòng)終端控制系統(tǒng)、智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器組成。場(chǎng)景主要包含智能公交控制、交通指示燈、ETC控制系統(tǒng)、智能停車場(chǎng)、危險(xiǎn)路段監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能路燈、車流量監(jiān)測(cè)、車牌識(shí)別、車輛定位等，場(chǎng)景中布置對(duì)應(yīng)功能的傳感器與執(zhí)行器。沙盤綜合體現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)以下功能：智慧社區(qū)、智能交通、智能停車場(chǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、物理網(wǎng)應(yīng)用、路徑規(guī)劃以及VR虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等。其中智能交通主要以沙盤上的公路網(wǎng)、公交車和停車場(chǎng)來(lái)體現(xiàn)，其他功能分別對(duì)應(yīng)到沙盤上具體的區(qū)域。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的全面學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生從零開始，逐步了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)，同時(shí)也為解決現(xiàn)代城市交通擁堵、道路事故、停車難、城市消防、公眾交通工具管理、社區(qū)安防、城市燈光管理、交通肇事逃逸、ETC收費(fèi)等提供了技術(shù)解決方案。

圖1 產(chǎn)品實(shí)物圖

沙盤上的智能小車采用AGV磁導(dǎo)航方式運(yùn)行，其中沙盤中提供給小車磁導(dǎo)航的磁條埋設(shè)在沙盤路面以下，從沙盤上看不到磁條，不破壞沙盤整體美觀。

組網(wǎng)采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，其中ZigBee部分采用CC2530處理器，且提供獨(dú)立的CC2530模塊節(jié)點(diǎn)， CC2530節(jié)點(diǎn)安裝采用卡子接插件方式，可以在不用任何工具的情況下對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆卸，不需要使用膠水或螺絲固定，方便學(xué)生進(jìn)行拆卸和二次重構(gòu)。

VR虛擬現(xiàn)實(shí)增加了沙盤的體驗(yàn)度，通過(guò)智能車的視角，體驗(yàn)智能車在沙盤模型上的運(yùn)動(dòng)路線，使得該沙盤更加的貼近實(shí)際。

圖2 VR智慧城市系統(tǒng)界面

1.智能車輛管理系統(tǒng)

系統(tǒng)標(biāo)備一條完整的公交路線，并配置一組智能站牌，智能站牌實(shí)時(shí)顯示公交位置與公交路線，給用戶的公交位置，便于用戶選擇合適的公交；同時(shí)顯示來(lái)自于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)環(huán)境信息，為用戶提供的天氣信息。

涉及設(shè)備：智能車、串口顯示屏、M3節(jié)點(diǎn)控制板和ZigBee通訊核心板等組件。

2.車輛追蹤系統(tǒng)

本系統(tǒng)以結(jié)合圖像處理的技術(shù)來(lái)讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)地識(shí)別、追蹤沙盤中的車輛，并將位置信息發(fā)送到控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要功能包括特定的標(biāo)記定位功能、運(yùn)動(dòng)物體的追蹤等功能。

涉及設(shè)備：USB信號(hào)放大延長(zhǎng)線、圖像定位攝像頭等組件。

3.ETC控制系統(tǒng)

沙盤配有ETC出入站口，對(duì)過(guò)往的車輛進(jìn)行智能收費(fèi)，不需要人工干預(yù)。按照車輛的型號(hào)、需求的服務(wù)進(jìn)行收費(fèi)。車輛行駛進(jìn)UHF（模擬實(shí)際ETC讀寫器）讀卡器范圍內(nèi)后，UHF讀卡器自動(dòng)讀取車輛信息，并實(shí)時(shí)反饋至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，并由應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，ETC系統(tǒng)自動(dòng)控制電子道閘，車輛通過(guò)時(shí)，道閘欄桿自動(dòng)抬起，模擬自動(dòng)收費(fèi)，車輛通過(guò)后，欄桿自動(dòng)落下，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。

涉及設(shè)備：915M超高頻讀寫模塊、ZigBee通訊核心板、道閘控制模塊、紅外漫反射傳感器等組件

4.智慧社區(qū)系統(tǒng)

沙盤配有智慧社區(qū)系統(tǒng)，通過(guò)家庭消防傳感點(diǎn)的互聯(lián)，家庭預(yù)警、小區(qū)排查、消防自動(dòng)調(diào)度、路線調(diào)度以及消防優(yōu)先通行等，實(shí)現(xiàn)消防隱患的時(shí)間預(yù)警，未來(lái)的消防是建立在物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)上的智能消防。系統(tǒng)在合適的位置上布置物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用檢測(cè)的相關(guān)傳感器，主要有煙霧、可燃?xì)?、火焰、人體紅外等傳感器，傳感器數(shù)據(jù)采集后通過(guò)ZigBee無(wú)線實(shí)時(shí)上傳到智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)系統(tǒng)將相應(yīng)數(shù)據(jù)匯總并上傳至服務(wù)器，以供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)等進(jìn)行信息獲取以及調(diào)度。

涉及設(shè)備：煙霧傳感器、燃?xì)鈧鞲衅?、火焰?bào)警器、人體紅外傳感器等組件。

5.城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，在遇到特殊的環(huán)境狀況時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。傳感器通過(guò)485與節(jié)點(diǎn)控制板通訊，采用Modbus總線協(xié)議。通過(guò)ZigBee上傳到智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)匯總并發(fā)送至服務(wù)器。

涉及設(shè)備：光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、PM2.5傳感器、風(fēng)速傳感器等組件。

6.城市燈光控制系統(tǒng)

沙盤在路段兩側(cè)配備路燈，模擬真實(shí)的路燈控制，智能路燈控制系統(tǒng)提供智能控制模式與時(shí)段控制模式兩種。

智能控制模式：系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)光照數(shù)據(jù)進(jìn)行路燈的整體控制。

時(shí)段控制模式：通過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行路燈的整體控制。

涉及設(shè)備：M3節(jié)點(diǎn)控制板、ZigBee通訊核心板、路燈模組等組件。

7.危險(xiǎn)路段預(yù)警系統(tǒng)

在高速路段設(shè)置有危險(xiǎn)路段監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)會(huì)觸發(fā)局部聲光報(bào)警，同時(shí)將該路段的報(bào)警信息上傳至智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)對(duì)該路段實(shí)施緊急關(guān)閉處理。

涉及設(shè)備：聲光報(bào)警器、單光束紅外對(duì)射探測(cè)器、雨雪傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像頭等組件。

8.交通燈指揮系統(tǒng)

提供固定時(shí)長(zhǎng)和動(dòng)態(tài)調(diào)整兩種模式。在動(dòng)態(tài)調(diào)整模式下，系統(tǒng)可根據(jù)車流量大小來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈的時(shí)間間隔。系統(tǒng)還可以配合控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定車輛優(yōu)先通過(guò)等功能。

涉及設(shè)備：M3節(jié)點(diǎn)控制板、ZigBee通訊核心板、交通指示燈等組件。

9.車流量檢測(cè)系統(tǒng)

在十字路口埋設(shè)紅外漫反射傳感器對(duì)過(guò)往車輛計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主干道路車流量，及時(shí)通過(guò)交通情報(bào)板進(jìn)行交通信息通報(bào)和預(yù)警。

涉及設(shè)備：M3節(jié)點(diǎn)控制板、ZigBee通訊核心板、紅外漫反射傳感器等組件。

10.控制系統(tǒng)

提供圖形化界面方便操作人員直觀的對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理。實(shí)現(xiàn)智能停車場(chǎng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與實(shí)時(shí)監(jiān)控、交通指示燈系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與實(shí)時(shí)監(jiān)控、ETC子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與實(shí)時(shí)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、危險(xiǎn)路段系統(tǒng)監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)視以及各系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度等功能。

涉及設(shè)備：立式觸摸一體機(jī)等組件。

11.移動(dòng)終端控制系統(tǒng)

用戶可通過(guò)手機(jī)終端、PAD或其它Android設(shè)備訪問(wèn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)環(huán)境信息、公交信息、高速路段信息等的實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢。

涉及設(shè)備：開源移動(dòng)終端等組件。

12.智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)上傳與交互功能。網(wǎng)關(guān)將智能公交、交通指示燈、ETC控制、智能停車場(chǎng)、危險(xiǎn)路段監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能路燈、車流量監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總并上傳服務(wù)器，同時(shí)將控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，下發(fā)至各個(gè)系統(tǒng)。

涉及設(shè)備：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、無(wú)線協(xié)調(diào)器、無(wú)線路由器等組件。

項(xiàng)目背景：

在現(xiàn)代社會(huì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化應(yīng)用水平不斷提升，傳統(tǒng)城市模式受到了較大的沖擊。在民生、環(huán)保、公共安全、交通、城市服務(wù)等方面的智能化需求日益增長(zhǎng)，如何能利用*的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)成長(zhǎng)，成為了各個(gè)國(guó)家、各大*企業(yè)的新思考方向。在此背景之下，智慧城市建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生。這不僅推動(dòng)了傳統(tǒng)意義上的城市向新型智慧城市演進(jìn)，更對(duì)智慧城市建設(shè)和發(fā)展相對(duì)應(yīng)高素質(zhì)技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，構(gòu)建以能力為核心的課程體系，加強(qiáng)理論課程和實(shí)際應(yīng)用間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，建立完善的實(shí)訓(xùn)基地等需求，也已經(jīng)迫在眉睫了。

項(xiàng)目一：ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)場(chǎng)景

場(chǎng)景簡(jiǎn)介：模擬車輛使用ETC通過(guò)高速收費(fèi)站場(chǎng)景。沙盤配有ETC出入站口，對(duì)過(guò)往的車輛進(jìn)行智能收費(fèi)，不需要人工干預(yù)。按照車輛的型號(hào)、需求的服務(wù)進(jìn)行收費(fèi)。車輛行駛進(jìn)UHF（模擬實(shí)際ETC讀寫器）讀卡器范圍內(nèi)后，UHF讀卡器自動(dòng)讀取車輛信息，并實(shí)時(shí)反饋至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，并由應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，ETC系統(tǒng)自動(dòng)控制電子道閘，車輛通過(guò)時(shí)，道閘欄桿自動(dòng)抬起，模擬自動(dòng)收費(fèi)，車輛通過(guò)后，欄桿自動(dòng)落下，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。

涉及設(shè)備：串口顯示屏、915M超高頻讀寫模塊、M3節(jié)點(diǎn)控制板、ZigBee通訊核心板、道閘控制模塊、紅外漫反射傳感器等組件。

項(xiàng)目二：急救車?yán)г谲嚵髦械膱?chǎng)景

場(chǎng)景簡(jiǎn)介：模擬一輛載人的救護(hù)車因路口堵車停滯不前，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)使其順利通過(guò)并到達(dá)醫(yī)院的場(chǎng)景。首先控制系統(tǒng)結(jié)合圖像處理的技術(shù)讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)地識(shí)別、追蹤沙盤中的車輛，并將位置信息發(fā)送到控制系統(tǒng)。然后控制系統(tǒng)再根據(jù)在十字路口埋設(shè)紅外漫反射傳感器實(shí)時(shí)反饋的路口車況為救護(hù)車安排可到達(dá)醫(yī)院的路線。最后控制系統(tǒng)可根據(jù)車流量大小來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈的時(shí)間間隔，讓救護(hù)車優(yōu)先通過(guò)。

涉及系統(tǒng)：車輛追蹤系統(tǒng)、交通燈指示系統(tǒng)、車流量檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)

涉及設(shè)備：USB信號(hào)放大延長(zhǎng)線、免驅(qū)攝像頭、M3節(jié)點(diǎn)控制板、ZigBee通訊核心板、交通指示燈、紅外漫反射傳感器等組件。