1、物联网示范项目优秀案例集- III -物联网示范项目优秀案例集为推动物联网新型基础设施建设，促进物联网关键技术攻关和产业融合发展，发挥工业和信息化部“物联网关键技术与平台创新类、集成创新与融合应用类”示范项目标杆和应用示范作用，工业和信息化部科技司会同中国电子技术标准化研究院编制了物联网示范项目优秀案例集。本书共收录了18个物联网在细分领域中的应用案例，从项目概况、项目方案、创新点及推广价值、实施效果等多方面进行了案例解读，全面展示了不同行业对物联网应用的探索路径与取得的成果效益。为落实物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023年）的融合应用发展行动，全书根据物联网应用领域分为三篇

2、：社会治理篇、行业应用篇、民生消费篇。内容简介- IV -物联网示范项目优秀案例集为推进上下游企业供需对接和优秀成果推广应用，深化物联网与实体经济深度融合，推动物联网产业集成创新和规模化发展。2020年，工业和信息化部科技司组织地方行业主管部门开展“2019-2020年度物联网关键技术与平台创新类、集成创新与融合应用类示范项目”跟踪评估工作，经地方推荐、综合评审，遴选出18项优秀物联网示范项目，并编制成册。本书收录了智慧城市、智慧农业、智能制造、智慧能源、智慧环保、智慧交通、智慧家居、车联网等领域物联网集成应用的在建或建成项目，也包含了物联网感知技术、通信技术、边缘计算、安全可信关键技术、及与

3、5G、大数据、人工智能等融合技术实践案例，旨在促进物联网技术创新成果的推广和应用，推动形成良好的物联网产业生态和应用发展新格局。本书的编写参考了大量公开发布的相关技术资料，吸取了许多专家和同仁的宝贵经验，在此向他们深表谢意。物联网技术与产业创新发展日新月异，收集案例仅代表项目当时水平能力，以兹行业应用发展借鉴。如有误漏之处，请广大读者批评指正。前言- V -物联网示范项目优秀案例集编委会.内 容 简 介.前 言.社会治理篇案例 基于视频分析挖掘的智慧城市管理平台.2一、项目概况.2二、项目方案.3三、创新点及推广价值.7四、实施效果.8目录- VI -案例 2 基于物联网的道路智能决策分析与指

4、挥调度系统.9一、项目概况.9二、项目方案.10三、创新点及推广价值.14四、实施效果.15案例 3 城市轨道交通工程结构监测与安全评估系统.17一、项目概况.17二、项目方案.18三、创新点及推广价值.24四、实施效果.25案例 4 基于 AIoT 的全域交通智能控制系统 .26一、项目概况.26二、项目方案.27三、创新点及推广价值.31四、实施效果.33目录- VII -案例 5 基于国密算法和 5G 的电力配网安全防护系统 .34一、项目概况.34二、项目方案.35三、创新点及推广价值.40四、实施效果.42案例 6 基于边缘智能的输变电隐患与缺陷在线监测系统.43一、项目概况.43二

5、、项目方案.44三、创新点及推广价值.48四、实施效果.49案例 7 面向供排水的智慧水务管控平台.51一、项目概况.51二、项目方案.52三、创新点及推广价值.55四、实施效果.56目录- VIII -案例 8 基于物联网的农业有害生物智能监测防控预警系统.60一、项目概况.60二、项目方案.61三、创新点及推广价值.65四、实施效果.66案例 9 先进感知体系赋能的长江（南京段）生态环境监测系统.67一、项目概况.67二、项目方案.68三、创新点及推广价值.73四、实施效果.74案例 10 基于边缘计算的智能化云业务管理系统.75一、项目概况.75二、项目方案.76三、创新点及推广价值.7

6、9四、实施效果.80目录行业应用篇- IX -案例 11 基于视觉分析的矿山智能综合管理平台 .81一、项目概况.81二、项目方案.82三、创新点及推广价值.86四、实施效果.87案例 12 面向盾构施工的在线监测管理平台.88一、项目概况.88二、项目方案.89三、创新点及推广价值.94四、实施效果.95案例 13 基于物联网技术的纸品行业云运维系统.96一、 项目概况.96二、项目方案.98三、创新点及推广价值.103四、实施效果.104目录- X -案例 14 基于 5G 技术的钢铁生产设备监测管理平台 .106一、项目概况.106二、项目方案.107三、创新点及推广价值.111四、实施

7、效果.112 民生消费篇目录目录案例 15 面向智慧生活的家庭、社区融合服务的物联平台.116一、项目概况.116二、项目方案.117三、创新点及推广价值.123四、实施效果.124- XI -目录目录案例 16 基于北斗的新能源汽车公务出行服务系统.126一、项目概况.126二、项目方案.127三、创新点及推广价值.130四、实施效果.131案例 17 基于物联网技术的智慧停车管理平台.132一、项目概况.132二、项目方案.133三、创新点及推广价值.138四、实施效果.140案例 18 车联网信息安全检测认证平台.142一、项目概况.142二、项目方案.143三、创新点及推广价值.147

8、四、实施效果.148- 1 -物联网示范项目优秀案例集社会治理篇- 2 -物联网示范项目优秀案例集案例 基于视频分析挖掘的智慧城市管理平台天地伟业技术有限公司一、项目概况（一）项目背景为保障城市安全，构建和谐社会，相关部门在全国范围大力推进智慧城市建设，作为智慧城市建设体系中的关键组成部分，视频监控系统的建设还存在着建设进度不统一、规模不一致等问题。随着公安、交通等部门对智慧城市的规划和部署方案日趋成熟和明确，视频监控系统的建设重点正在从布点数量向提升城市综合治理水平的方向转变，更加注重网络化、高清化和平台整合。天地伟业技术有限公司开发的基于视频分析挖掘的智慧城市管理平台以公安实战应用为主、兼

9、顾其他部门资源共享，解决了视频语义结构化与要素提取、视频大数据处理、云存储等关键问题，从视频监控信息共享、信息检索、立体化防控三个方面推动智慧城市建设。（二）项目目标平台旨在利用已有数据资源，构建集实景式立体化防控指挥作战系统、可视化指挥作战平台等于一体的智慧城市视频监控系统，实现城市监控合- 3 -物联网示范项目优秀案例集理布局，城市视频管理系统的互联互通和信息共享，直观便捷地通过视频实景地图进行城市治安防控、 应急指挥、 反恐维稳等信息融合和指挥协同，达到资源整合与数据共享的目的，提升驾驭社会治安局势能力水平，通过打造一个以警务信息综合应用为支撑的实战指挥平台， 建构全天候、 全方位、立体

10、化的社会治安防控体系。二、项目方案（一）总体架构基于视频分析挖掘的智慧城市管理平台采用面向服务的体系结构，将不同异构平台业务子系统中的各功能组件（称为服务）分为接入层、网络层、支撑层、管理层、应用层五层架构，完成前端视频采集、中端网络传输、后端云存储、平台信息共享、视频监控信息管理的综合应用。平台总体架构如图 1 所示：图 1. 城市管理平台架构图- 4 -物联网示范项目优秀案例集接入层：将各分局、交警、各委办局的多维视频资源统一接入到平台进行集中管理。网络层：分别通过视频专网、政务网、交警设备网、公网、VPDN 网、公安网，将接入层各个目标对象的资源进行统一接入。支撑层：通过录像存储、媒体转

11、发、数据交换、接口服务、解码上墙为管理层提供基础服务、管理策略和方法手段。管理层：平台管理包括基础管理（含设备管理、用户管理、区域管理、大数据检索、视频管理、事件检测）和权限管理（含权限分配、临时授权）。应用层：向公安、交警、各委办局提供信息共享服务。智慧城市管理平台在加设边界安全设施的基础上，实现了视频专网与公安网、政务网、交警设备网、公网及移动 VPDN 网之间的互联互通。（二）技术方案平台针对视频语义结构化与要素提取、视频数据处理、视频大数据云存储等系统核心环节展开技术创新，研发了包括前端、云储存系统、数据共享系统在内的完整技术实施方案，解决了平台开发的关键问题。前端包含治安监控系统建设

12、、微卡口系统建设、高点监控系统建设、防汛监控系统建设、景区监控系统建设、治安卡口系统建设、高清电子警察系统建设等，通过诸多系统之间的逻辑配合构成全方位的防控网络，统筹建设覆盖城市主要道路和重点部位的视频监控系统，实现广泛共享和深层次应用开发。- 5 -物联网示范项目优秀案例集云存储系统包括公安前端存储系统，在监控、微型卡口及卡口的每个监控立杆上部署嵌入式存储设备，实现实时存储；以及在公安分局部署集中存储服务器，对各分局所管辖的视频进行集中存储，前端摄像机视频流可直接进行存储，存储服务器支持硬盘级热备和服务器级热备，可有效保障数据存储的安全性。视频监控信息管理与共享平台搭建各个网之间的数据共享系

13、统，其中涉及到视频专网与公安网、政务网、交警设备网、网安专网、公网、移动VPDN 网、移动警务接入之间的视频、图片、车辆结构化信息、违法信息、移动警务信息等各类信息的共享。（三）应用场景平台针对智慧城市管理领域中公安、交警、应急办、建交局、安监局等各职能部门对视频监控的实际应用场景，建成“一网 + 三平台”（视频监控网和视频共享平台、图像分析检索平台、立体化防控平台），有效推动跨区域、跨部门、跨系统的监控信息资源共享，切实解决城市建设进程中的安全管理问题，实现视频图像数据共享、提前预判、智能应用，并针对公共场所、企事业单位、住宅小区等安装的安防监控设施，搭建安全可控的基于视频分析挖掘的城市管理

14、平台。场景一：治安管控重点场所管控：需要实时掌控重点场所的某些特定区域，在实现监控图像采集的基础上，可对重点区域视频中的人员、车辆活动目标进行实时采集并转化成结构化语义信息，一旦有案事件发生，可通过结构化语义快- 6 -物联网示范项目优秀案例集速定位关键目标。案件多发地带的管控：针对财物被盗、被抢等治安案件多发地带，对人员、车辆进行视频追踪，实现现行抓获，保障人民群众的生命财产安全。场景二：案件侦破线索证据收集：因案件侦查需要对犯罪嫌疑人员或车辆可能经过的区域的视频录像进行线索查找，当范围及数量较大时，能提供快捷方便的录像查找分析手段，使公安机关克服传统走访信息不确定性的弊端，快速锁定犯罪分子

15、，提供有效证据。行动轨迹追踪分析：当有初步线索时，可以对嫌疑人员及车辆进行追踪分析，通过图像监控系统，根据其行动的时间和方向，便捷、灵活地进行人员及车辆的行动轨迹分析追踪。场景三：交通管理交通拥堵的管理和疏导：交通高峰期及突发情况下，对道路或易堵路口路段车流量进行统计分析，帮助指挥人员便捷直观灵活地掌握交通流量情况，及时发现诱发交通堵塞的苗头隐患，堵塞路口路段等，并及时进行处置和疏导，提高交通畅通度。交通事故的处理和交通逃逸的侦破：犯罪嫌疑人为躲避侦查，往往避开主干道和使用假牌、套牌等，需要在大量的监控中的快速准确查找其行车去向和案发现场的图像资料，为交通逃逸事故侦破提供线索和证据，协助交通部

16、门破获案件。- 7 -物联网示范项目优秀案例集三、创新点及推广价值（一）创新点平台打破了传统视频监控只能在公安、司法等有限部门进行管理，各部门之间无共享、无沟通、不能统一部署的瓶颈，联通了各区域、各部门、各系统间的视频信息 “数据孤岛” ， 实现了视频图像数据共享、 智能分析管控，针对不同时期、不同产品载体、不同数据格式的社会视频资源进行整合与利用，以具有突破性的技术与管理模式，推动了城市数据价值转化的广度与深度。平台满足了不同标准的数据交叉分析、联合挖掘处理等初级融合要求，并进一步利用视频数据分布式检索技术和数据挖掘技术，解决了海量视频数据秒级检索、分析，最终实现视频大数据的深度融合处理。平

17、台可根据数据规模动态扩展存储空间，为数据处理提供存量保障。该技术基于 HBASE 实现对海量结构化信息的并行写入，可以实现各类视频提取语意化后的数据并发写入。平台建立了多部门、多区域、跨系统、跨平台的视频信息资源共享的管理模式，根据城市治理各职能部门对视频监控数据的实际应用需求提供了相应的视频监控信息服务，提升了政府打防管控能力和治理效能。（二）推广价值智慧城市管理平台于 2019 年已开发完成并不断升级优化迭代更新，至今已在全国范围内 50 余个智慧城市开展推广应用示范。基于视频分析挖- 8 -物联网示范项目优秀案例集掘的智慧城市管理平台具备数据格式规范统一，业务流程清晰独立，部署策略集约易

18、实施等信息系统优势。该模式可以应用在各种智慧城市管理的视频监控项目中，为实现网络信息服务功能提升起到积极的示范作用，对城市社会治安综合防范体系的建立具有较强的推广复制意义。四、实施效果智慧城市管理平台的推广应用，提升了城市信息服务产业整体水平，充分整合社会的数据库资源，实时掌握监控现场情况，为城市反恐、应急、处突等公共治安管理提供有力支撑，为建设以“物联化、互联化、智能化”为特征的智慧城市打下坚实的基础。平台构建的立体化社会治安防控体系，最大限度地利用监控科技手段，与公安、 交警、 数字城管、 应急指挥等业务相结合， 实现以人为本、 科技治市。同时，平台围绕视频、图片、结构化数据形成高效、安全

19、、双向共享协同的整体架构，满足当前公安与相关职能部门间开展跨部门数据共享与业务协同的需要，大大提高各部门侦查破案能力，为打击违法犯罪，提高公安机关打防管控能力，维护社会稳定提供保障。- 9 -物联网示范项目优秀案例集案例 2 基于物联网的道路智能决策分析与指挥调度系统成都九洲电子信息系统股份有限公司一、项目概况（一）项目背景目前城市交通信息化管理系统存在数据冗余、一致性差和互通共享难的问题， 交通运行状态及指数的深度分析及挖掘困难， 导致道路交通规划、交通措施的决策、交通信号配时等交通管理缺少数据支持和科学的决策模型等问题。成都九洲电子信息系统股份有限公司开发的基于物联网的道路智能决策分析与指

20、挥调度系统， 利用物联网、 人工智能等新一代信息技术， 研究 “以人为本，人、车、路、环境协同推进”的融合发展新模式，为人们提供安全、便捷、享受的交通出行体验。2. 项目目标本项目目标是建立起基于智能感知、态势推演、面向精细治理和全局服务的城市交通治理体系，开展智能交通、交通执法以及典型公交运营车辆监管行业的应用，解决城市拥堵、公交运营车辆监管等城市痛点问题。项目基于 AIoT 智能平台，通过智能交通感知与决策的人工智能算法设计- 10 -物联网示范项目优秀案例集和关键核心技术攻关，研发车内外特征、车辆行驶状态、司机状态及车内安全状况的智能感知与监测技术，多源车辆视频融合分析与车辆持续跟踪与路

21、径构建技术，交通路网状态、公共停车位信息等智能感知与智能决策技术，实现交通业务智能化、交通服务的智慧化，不断优化交通管理者、交通参与者的应用体验。二、项目方案（一）总体架构项目依托 AIoT 智能平台，以“前端感知立体化、数据存储结构化、分析处理智能化、业务应用可视化”为核心设计理念，搭建物联通信网络，以融合数据资源、智能分析处理等电子信息技术为基础，以城市道路交通管理实际业务需求为出发点，通过信息化手段打造集软件、硬件于一体的智能化综合创新应用矩阵，具体包括感知控制层、网络传输层、云数据中心层、业务应用平台、指挥调度中心以及各级应用客户端等部分，总体架构如图 1 所示。感知控制层，以各个业务

22、子系统的感知、前端应用为主，构成广泛、精细的感知基础，同时接收并执行指挥中心的指令，发布指挥调度信息。网络传输层，即构建“前端中心”的上传网络，以及中心的核心交换网络，其中上传网络一般由运营商提供，核心交换网络用户自建，采用基于 VRRP 协议的双机热备 / 负载均衡核心交换方案组网。- 11 -物联网示范项目优秀案例集公安交通集成指挥平台（核发版） 其他单位数据 / 业务平台业务应用平台云数据中心网络传输感知应用接入、调用能力图像 AI 算法、算力大数据分析计算能力分析结果图像编辑成果图像、数据指令操作指挥中心大屏系统各级单位移动客户端各级单位 PC 客户端存储资源集群有线传输网络元线传输网

23、络接入 / 汇聚交换设备 核心交换设备（双机热备 / 负载均衡）图像、数据、状态 人脸信息图像、数据优化配时方案全景图像 图像、数据比对结果黑名单信息信息发布内容网络安全设备中心基站接入基站接入基站接入基站运营商数据中心CPU 资源集群GPU 资源集群大数据资源集群公安交通集成指挥平台（专网版）闯红灯自动记录系统斑马线不礼让行人抓拍系统 道路车辆智能监测记录系统交通智慧监控系统违法停车取证系统车载式占用公交车道抓拍机动车测速系统交通事件与信息采集系统行人闯红灯自动检测系统失驾人员管控系统（前端）辅助决策指挥调度数据可视化态势分析态势分析态势分析态势分析态势分析态势分析态势分析态势分析态势分析态

24、势分析态势分析指挥调度中心各级应用客户端交通诱导系统移动缉查与机动指挥系统交通信号控制系统AR 实景指挥系统（前端）云镜车载布控球VRRP图 1. 基于物联网的道路智能决策分析与指挥调度系统总体架构图云数据中心，即通过建设统一的数据中心，实现数据资源汇聚、存储、处理以及应用， 通过CPU集群、 GPU集群、 大数据资源集群和存储资源集群，实现原始图像的存储、 结构化、 二次识别， 为丰富的应用提供计算分析服务。业务应用平台，整合了交通治理的各类业务应用，通过汇聚、调度各级软硬件资源、算法资源、计算能力资源，以公安交通集成指挥业务框架为依托，为交通管理者提供丰富的应用交互，并能够面向民众、其他业

25、务单位实现信息服务。- 12 -物联网示范项目优秀案例集指挥调度中心和各级应用客户端，是系统与用户实现应用交互的界面，指挥调度中心通过高分辨率的大屏显示控制系统，在应用平台的统一管理下，助力实现警情、勤务可视化，提供辅助决策依据，提高了分析决策和指挥调度效能。各级客户端则根据业务应用的实际需要，分配不同的应用界面，实现资源高效快捷的访问和调用。（二）技术方案基于物联网的道路智能决策分析与指挥调度系统具体包括了“1 个平台 +4 个系统”，即道路智能交通大数据应用决策服务平台、道路智能交通感知数据采集系统、道路智能交通信息发布系统、道路智能交通信号控制系统、道路交通运行指数评价系统。道路交通大数

26、据应用决策服务平台以物联感知、网络通信、数据管理等电子信息技术为基础，以城市道路交通管理实际业务需求为核心，通过信息化手段建立智能化的综合应用决策服务平台。平台采用面向服务架构设计思想，有效运用云计算、大数据等先进技术，对各类交通应用资源进行深度整合，基于警用地理信息系统搭建交通态势监测、应急指挥、信息研判、预案管理、信息服务等应用模块，能有效提高交通管理业务的工作效率和服务水平。道路智能交通感知数据采集系统综合采用视频、微波、线圈、浮动车、卡口等多种采集方式，同时结合共享北斗定位、车载设备、无人机实现道路交通大数据采集， 结合云模式下的高清视频分析技术， 能够实现对路口、路段的宏观监控，对事

27、故、道路交通信息、道路交通事件检测、道路交通违法取证、高清道路交通监控录像等道路交通信息的大数据采集和分析，- 13 -物联网示范项目优秀案例集获得对交通资源和状态信息的全面感知及指挥能力，实现数据融合、视频资源共享，辅助道路交通指挥决策的目标。道路交通信息发布系统依托移动互联网，不断拓展公众出行信息服务形式，丰富信息内容，提升对公众的服务能力。系统以更加方便、灵活、经济的方式，为社会公众提供诸如道路施工、交通事故、道路交通气象、临时断道、封路、突发事件、道路交通管制等路况动态信息的发布，以及行车诱导、车管办理、事故快处、通行证办理、驾考培训、车检预约等个性化定制服务，并为城市道路交通各综合行

28、业提供更为广泛和及时的信息资源。道路智能交通信号控制系统采取两级控制策略，一级为边缘控制，即前端所有检测检测器的数据全部输入信号机，由信号机根据实时数据自动切换预制方案或自适应调整优化方案；二级为云端控制，即所有前端的信号机、视频检测器全部通过内网网关接入后端平台，由平台根据实时采集的数据和所在时段，自动切换选择相应的配时方案和控制策略并直接下发具体方案给每一个信号控制机执行，以满足不同场景下的交通控制需求。道路交通运行指数评价系统实时发布全路网、分片区中主要道路交通拥堵指数和各主要路段拥堵程度，能够对道路交通拥堵指数、道路交通畅通指数、道路交通拥堵率、拥堵里程比例、拥堵持续时间、高峰拥堵持续

29、时间、常发拥堵路段数、道路交通运行稳定性指数、交叉口运行指数等主要拥堵指数进行监测与评价，定期生成道路交通运行综合评价与道路交通改善建议报告，为道路交通管理决策部门提供全面的道路交通监测参考依据，从而助力提升道路交通治理能力的科学化水平。- 14 -物联网示范项目优秀案例集（三）应用场景本项目建设的城市级道路智能决策分析与指挥调度系统，通过对交通状况和交通数据的感知和采集， 并将各感知终端的信息进行整合、 转换处理，针对交通信息化发展现状做出分析，形成城市级智能决策分析与道路指挥调度方案。在交通监控方面， 通过增强现实 （AR） 、 3D定位、 人工智能 （模式识别、事件检测、车辆跟踪等）等技

30、术实现交通监控等应用场景。在交通规划方面，通过增强现实高点全景摄像机获取监控点全景视频，与视场内低点摄像机联动，交通规划、智能诱导、智能停车等应用场景。三、创新点及推广价值（一）创新点物联网的道路智能决策分析与指挥调度系统，创造性地将车辆视频检测、违章判断、图片抓拍、车牌识别、数据存储、在线分析等功能集成于一体，实现对车内外特征、车辆行驶状态、司机状态及车内安全状况的智能感知与综合监测。依托车辆视频多源融合分析技术、车辆持续跟踪与路径构建技术、 交通路网状态和公共停车位信息等智能感知与智能决策技术，并结合云计算、 大数据等通用技术， 对各类交通应用资源进行了深度整合，实现了从“智能交通系统”向

31、“一体化智慧交通平台”的应用转变，有助于加强城市交通信息基础设施建设，带动交通信息资源开发、共享与社会化服务，最大限度地发挥交通基础设施的整体效益。- 15 -物联网示范项目优秀案例集（二）推广价值本项目在绵阳等地建设城市级道路智能决策分析与指挥调度系统，对交通状况和交通数据的感知和采集，并将各感知终端的信息进行整合、转换处理，通过分析预测及优化管理支撑交通规划、交通监控、智能诱导、智能停车等应用系统，进而针对交通信息化发展现状做出分析，可推广形成广域交通管理系统。此外，本项目能加快交通行业信息技术改造步伐，促进城市交通决策科学化、管理现代化、服务社会化，完善交通信息化环境建设，打造了广泛的交

32、通运输物联网，构建了新一代交通信息基础网络，推进了云计算、大数据与物联网应用场景的融合发展；保障了交通网络信息安全，健全了交通智能决策支持与监管体制可推广应用至交通网络信息安全保障体系的构建。本项目在提升中心城市交通信息集聚、辐射的能力方面，在保障城市交通高效、安全方面，以及在提升智慧交通资源利用效率方面，具备可复制性及规模性应用能力，具有较强的引领性、示范性。四、实施效果本项目具有广阔的市场前景，技术成果可以采用建设 - 租赁模式提供服务，本项目建设的前端点位及后台系统租赁给交通、公安等部门使用，在合作期内，按点位收取租金，取得了显著的经济效益。此外，本项目发挥了企业的创新主体作用， 促进了

33、企业以满足市场需求为导向的技术、 服务、- 16 -物联网示范项目优秀案例集组织和模式等各类创新，推动企业业务不断向产业链和价值链高端延伸。通过本项目的实施，借助技术上的创新可以在大数据的处理技术方面拥有自主核心技术及算法并形成知识产权；能够促进交通及城市管理机制与手段的提升，有效提高城市管理水平；有利于将交通大数据在新的应用领域拓展，创新数据价值实现的商业模式；带动智能交通行业的发展，同时有利于民众的交通出行规划，减拥排堵，利好于城市环保。此外，本项目建设基于数据资源融合、大数据分析，为交通管理者提供不同维度的交通数据可视化呈现功能和辅助决策功能，符合国家关于现代综合交通运输体系发展的规划要

34、求。- 17 -物联网示范项目优秀案例集案例 3 城市轨道交通工程结构监测与安全评估系统武汉智慧地铁科技有限公司一、项目概况（一）项目背景城市轨道交通工程作为一种重大结构工程以及城市交通的重要组成部分， 其健康服役至为关键。 为满足城市轨道交通安全高效运营的多维化需求，迫切需要提升针对城市轨道交通工程结构状态监测与安全评估的水平和能力。目前国内和国际方面采用的数字照相技术和激光扫描技术以及基于阵列传感器的陆上拖缆传感勘测法， 分别存在检测结果完整性与准确性较低、体积与重量较大、成本较高的问题，难以用于城市轨道交通工程领域。武汉智慧地铁科技有限公司建设的城市轨道交通工程结构监测与安全评估系统基于

35、阵列光纤光栅传感技术、分布式海量数据采集与传输技术、大数据和人工智能分析方法等实现了对城市轨道交通工程施工及运营阶段的实时状态监测与安全评估，在施工阶段提供实时、可视化的监测数据并对日常维护提供技术支撑；在运营阶段提供实时预警功能确保线路运行安全，同时通过一体化平台的构建有效提高了科学管理水平。- 18 -物联网示范项目优秀案例集（二）项目目标该项目目标在于重点突破并掌握针对城市轨道交通工程结构的全时全域感知、海量数据交互处理、安全标准数据库建立以及对突发性事故和累积性安全隐患（如隧道全线内外部入侵、隧道变形、隧洞周围浅层地质隐患等）的诊断、评估与预警等关键技术，并且将此系统运用和推广至武汉轨

36、道交通的线路运行维护之中。二、项目方案（一）总体架构城市轨道交通工程结构监测与安全评估系统架构由数据采集层、数据传输层、存储计算层、数据分析层、数据表现层和数据应用层构成，借助光纤光栅分布式振动检测、大数据智能分析和深度学习等技术，实现了对城市轨道交通工程结构的实时监测与安全评估，该系统总体架构如图 1 所示：- 19 -物联网示范项目优秀案例集云服务大数据可视化人工智能分析大数据处理云平台隧道结构安全动态监测轨道结构安全动态监测内、外部入侵扰动动态监测地铁隧道工程结构全时全域安全监测与评估的物联网报务平台 图表呈现 数据监控 报表推送 查询服务 接口维护大数据传输传感物联网 分类算法 聚类算

37、法 回归分析 相关性分析 深度学习 特征提取 结构挖掘 趋势挖掘 模式挖掘 . . 实时流计算 并行计算 内存数据库 海量存储分布式数据库 Spark Streaming MapReduce Redis Hbase 分布式文件系统 HDFS 分布式海量数据采集与传输系统 Flume 分布式发布订阅消息系统 Kafka 数据抽取 数据转换 数据清洗大容量光纤光栅阵列传感网络数据应用层数据表现层数据分析层存储诸层数据传输层数据采集层图 1. 城市轨道交通工程结构监测与安全评估系统结构（二）技术方案本项目建立了面向城市轨道交通工程结构的监测与安全评估系统，沿隧道洞壁及道床铺设监测光缆，借助光纤光栅分

38、布式振动检测技术，收集隧道结构及道床的振动信息，并通过大数据智能分析及深度学习技术建立- 20 -物联网示范项目优秀案例集隧道结构状态与振动信息之间的映射关系库，据此实现对城市轨道交通工程结构的监测与评估功能。（1）在数据采集层布设了大容量光纤光栅阵列传感网络构成，其单根振动传感光缆传感长度大于 20km，空间分辨率小于 5m，振动响应带宽51000Hz，火灾传感光缆最小支持对 10cm 小火源的识别功能，全面支持对系统所需数据进行精确采集；（2）数据传输层由分布式海量数据采集与传输系统（Flume）和分布式发布定于消息系统（Kaffa）构成，完成了基于 Hadoop 的云平台基础环境搭建，实

39、现了基于 Apache Flume 的光纤传感大数据高速实时采集功能，为存储计算层提供了稳定的数据传输通道；（3）存储计算层和数据分析层收集并分析车辆行驶引发的隧洞和轨道结构振动数据，构建城市轨道交通工程结构振动特征基础数据库，通过特征基础数据库中具有位置和时间属性的数据（测点）应用大数据分析方法对结构条件、外部环境和时间进程分析比对，排查奇异点；（4）数据表现层实现大数据可视化，比如图标呈现、监控数据显示、数据推送等；（5）数据应用层构建一个地铁隧道工程结构全时全域安全监测与评估的物联网服务平台，部署隧道结构安全动态监测、轨道结构安全动态监测和内、外部入侵抗扰动动态监测等功能，全面建成对城市

40、轨道交通工程结构的实时监测与安全评估功能。- 21 -物联网示范项目优秀案例集（三）应用场景本系统面向城市轨道交通工程结构监测和安全评估领域支持以下几项功能： 支持对外部（施工）扰动的精确定位和施工模式识别； 支持外部（施工）入侵事件进行判断； 支持检测并识别人员入侵事件从而及时报警； 支持对地铁车辆位置和速度信息进行实时检测； 支持对不同类别道床减震效果进行评估。外部（施工）扰动检测方面，能够检测到因外部（施工）扰动而引发的隧洞壁振动信号，同时支持对外部激励的位置进行精确定位和施工模式的变化进行区分，响应范围满足地铁 50 米红线范围的需要。外部（施工）入侵事件判断方面，能够对外部扰动引发的

41、振动信号与内部行车扰动引发的振动信号进行区分，准确无误判断外部（施工）入侵事件。以 7 月 24 日监测到的外部扰动为例，如图 2 所示，系统检测到振动信号较强，受扰动范围较大（约 140 米）。图 2. 2018 年 7 月 24 日 17：01 开始的外部扰动时程图- 22 -物联网示范项目优秀案例集人员入侵事件监测方面，能够对人员在地铁隧洞水泥地面上行走时引发的微弱振动信号进行监测。 人员入侵实验为单人正常行走， 通过时频分析，系统能够检测并识别到人员入侵事件从而及时报警。地铁车辆信息采集方面，能够对地铁车辆行驶引发的道床和洞壁振动信号进行检测，据此可以对车辆进行实时定位，并将位置信息发

42、送给综合监控系统，同时还可以计算出车辆行驶的速度，如图 3 所示。图 3. 地铁车辆行驶瀑布图道床减震效果评估方面，能够识别不同类别的道床，并对道床性能进行评估。如图 4 所示，利用本系统收集的道床振动信息和其所对应的洞壁振动信息进行差异性分析，可以有效评估减震效果。- 23 -物联网示范项目优秀案例集（a）普通道床上测点（b）普通道床对应洞壁上测点（c）减震道床上测点（d）减震道床对应洞壁上测点图 4. 不同类型道床减震效果对比- 24 -物联网示范项目优秀案例集三、创新点及推广价值（一）创新点本系统研制了低成本的分布式光纤传感监测系统，通过低成本的弱反射率阵列光纤光栅在线制备技术，实现了在

43、 1 根光纤上制备数万乃至数十万个光栅传感器，并研制了相应的大容量阵列光栅解调仪表，形成了一套长距离、大容量、高空间分辨率、高灵敏度的分布式光纤传感监测系统。本系统构建了基于特征基础数据库的大数据分析系统，以车辆行驶引发的隧洞和轨道结构振动数据为原始样本，经过一系列的时域、频域及时频域分析， 构建了地铁工程结构振动特征基础数据库， 并通过大数据分析，有效突破了轨道工程结构监测需求覆盖线路长、检测参量多、传输距离远等技术难题。2. 推广价值该系统的推广价值具体体现在以下几个方面：（1）为城市轨道交通地下结构施工提供实时、可视化的监测数据。通过建立智能化监测传感物联网，实时记录和显示地铁运营过程中

44、各个时间点的结构状态数据，为地铁施工服务并最大限度的减少地铁事故发生；（2）为城市轨道交通安全运营提供实时预警。通过对地铁隧道结构监测大数据的挖掘， 实时诊断结构的安全状况， 形成监测数据 “采集、 管理、预警”一体化的信息网络；- 25 -物联网示范项目优秀案例集（3）为城市轨道交通地下结构日常维护提供技术支撑。通过对地铁隧道结构各类监测大数据的挖掘，实现对地铁隧道整体结构健康的可知、可控和可防；（4）为城市轨道交通日常管理提供一体化平台，针对相关共性问题提供了完整的解决方案，适用于多地城市轨道交通工程建设、维护和运营的管理需要，有效提高了科学管理水平，具有较高的推广价值。四、实施效果该项目

45、已在武汉地铁 7 号线湖工站 - 板桥站 - 野芷湖站“三站两区间”进行了示范应用，完成了工程小试，取得了良好的效果：系统初步建立了地铁工程结构的振动特征基础数据库，主要针对地铁隧道结构安全动态监测和地铁轨道结构安全动态监测，能够感知地铁隧道结构周围 50m 范围的内 / 外部入侵事件；在此基础上，通过研究非正常振动奇异点的筛查技术，项目初步建立了因隧道横截面收敛变形大、 纵向不均匀沉降、 管片错台过大，以及轨道裂缝、断裂等病害所引起的非正常突变点的预警方法，项目成效获得了武汉地铁集团的充分肯定。- 26 -物联网示范项目优秀案例集一、项目概况（一）项目背景随着物联网等新一代信息技术逐渐应用到

46、交通基础设施中，城市交通逐步向集成化、智能化方向发展，在快速发展的同时，也面临着多源检测数据分散、信号控制设备及其系统平台彼此不兼容等问题。银江股份有限公司建设的基于AIoT的全域交通智能控制系统采用 “云-边 - 端”AIoT 架构，运用大数据、深度强化学习、交通控制与仿真和边缘计算等技术，创新构建了“AIoT 信号机 + 软件平台 + 运营服务”的融合应用系统，有效解决了城市交通数据统一处理困难、资源计算和优化控制困难等交通控制行业亟待突破的重大问题。（二）项目目标本项目致力于破解城市交通治理难题，研发出一套基于 AIoT 的全域交通智能控制系统，构建“AIoT 信控终端 + 软件平台 +

47、 技术服务”的一体化运营模式，以新型的服务理念和工作模式打造城市交通全流程规范化运营服务的范本，树立“物联网 + 智能交通”集成创新与行业应用典范。案例 4 基于 AIoT 的全域交通智能控制系统银江股份有限公司- 27 -物联网示范项目优秀案例集二、项目方案（一）总体架构基于AIoT的全域交通智能控制系统总体架构由数据源、 交通数据中台、城市交通超能计算平台、全域交通 AI 仿真平台和全域交通 AI 控制系统 5部分组成，系统架构图如图 1 所示。全域交通AI控制系统全域交通AI仿真平台城市交通超能计算平台交通数据中台数据源TC-HUB 信控集成道路交通控制通用优化框架基于拥堵组团感知的区域

48、控制策略推荐基于深度学习的信号控制参数优化交通流参数预测1. 交通流量短时预测2. 交通流速适时预测 设施资源统一表达1. 路段、节点2. 渠化 3. 交通控制设置 数据自动合规技术 1. 路段、节点2. 渠化 3. 交通控制设置 交通因子网络仿真扮演 1. 交通流量仿真推演2. 交通流速度仿真推演 设备资源统一表达 1. 检测器工况自动诊断2. 数据自动修复3. 流率模型自动标定高通量交通感知数据治理技术1. 交通数据清洗技术 2. 交通数据修复技术 3. 基于分箱法的数据过滤技术知识资源统一表达 1. 控制策略知识2. 控制参数知识基于多层次可扩展架构的数据仓库技术 1. 基于 OpenS

49、tack 的基础平台 2. 基于 Docker 的沙箱机制3. 分布式的调度框架随机交通事件影响评估与仿真城市大脑交通信号配时中心信控一体化专业运营服务 AIOT 地磁 微波 线圈 RFID 电警 / 卡口 GPS 警务 基础设施 智能终端图 1. 基于 AIoT 的全域交通智能控制系统架构图- 28 -物联网示范项目优秀案例集数据源：由 AIoT 智能终端和多种传感器组成，其中 AIoT 智能终端采用自主研发核心主控板和 AI 算法内置技术，集“数据聚合 +AI 仿真 + 视频分析 +信号控制”为一体，具有丰富的通讯接口，可接入地磁 / 微波 / 雷达，实现前端交通数据聚合，同时具有信号检测

50、和感知功能，能够为交通数据中台提供边缘侧数据处理能力，提高控制响应速度；交通数据中台：汇聚处理不同来源交通传感器数据以及互联网数据，并针对交通控制领域特点，构建交通数据中台，为算法和上层应用提供稳定的数据接口；城市交通超能计算平台：通过对城市道路交通领域的基础资源进行梳理，根据资源属性划分成设施资源、设备资源和知识资源三个资源维度。将这三个维度的资源进行数据化、 结构化、 模型化和规则化， 构建城市交通资源池和路口及路网模型，对城市级路网时空资源进行了统一表达和统筹计算，为上层应用提供准确的资源接口；全域交通 AI 仿真平台：采用数据驱动方式构建全域交通仿真模型，利用深度学习算法持续训练优化仿