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(共18张PPT)
第十六课 智慧交通
物联网技术驱动的未来出行
教学目标
信息意识
识别物联网在共享单车、ETC等场景中的技术逻辑。
计算思维
分析智慧交通系统的三层架构，设计技术方案。
数字化学习与创新
调研案例并设计智慧交通子系统架构图。
信息社会责任
讨论无人驾驶的责任归属与数据隐私风险。
导入：
观看视频，思考这些未来交通背后有那些核心技术支撑？
聚焦：未来交通的挑战与机遇
城市交通痛点
拥堵严重
停车困难
资源浪费
物联网解决方案
实时监控优化
智能调度系统
资源高效利用
物联网如何协同互联网、大数据、人工智能解决交通问题？
探索：物联网+交通
1
实时监控
能够实时监控交通状况。
2
交通预测
预测交通流量以优化路线。
3
个性化出行建议
为乘客提供个性化出行建议。
那么，究竟什么是智慧交通
物联网在智慧交通中具体有哪些应用
接下来，让我们深入探讨，共同揭开智慧交通的神秘面纱，并完成智慧生活物联系统设计方案的智慧交通子方案。
讨论：什么是智慧交通？
1
信息收集与处理
多样性的服务，包括车流量信息的收集和处理。
2
交通控制
通过交通信号灯等控制车流量，减轻堵车压力。
3
远程监控
交警清晰掌握道路和车辆情况，处理交通事故。
4
物联网技术应用
连接交通运输设施，感知交通情况，提高资源利用率。
原来这就是智慧交通，那它与物联网技术有什么关系呢？
讨论：
智慧交通的实现离不开物联网技术，传感器在智慧交通系统中扮演 着至关重要的角色，它们像是一双双眼睛和耳朵，时刻关注着道路的动态，为智慧交通的发展提供了坚实的基础。（将思考的结果填写在教材P95页）
这些传感器具体有哪些？
它们是如何被部署在交通系统中的？
又能够收集哪些关键信息？
应用场景——共享单车
应用层
扫码解锁、支付结算
传输层
4G/5G网络
感知层
GPS定位、窄带物联网模块或蓝牙模块的电子锁传感器
共享单车系统通过应用程序、二维码、电子锁三者构成一个简单的三层架构物联网实现智能管理，用户可随时定位、解锁和使用单车。
窄带物联网
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)是万物互联网络的一个重要分支，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN),是5G时代的基础互联技术之一。
应用场景——ETC系统
电子不停车收费系统(ElectronicTollCollection,ETC)是一个巨大的传感器网络，主要用于高速公路收费场景中，能让车辆途经收费站时自动根据路径信息扣费。
车载RFID标签
存储车辆信息
车道天线通信
与车载电子标签之间的专用短程通信、短程无线识别
自动扣费
实现自动识别车辆和交换收费数据、无需停车
提高效率
减少拥堵
ETC系统通过RFID技术实现车辆自动识别和收费，大幅提高通行效率。
应用场景——智慧公交
公交车的车载刷卡机内置了物联网卡模块，可以将设备连人物联网专网，这样人们就不用换零钱支付车费，而是直接使用非接触式公交卡、具备近距离无线通信功能的手机、二维码或可穿戴设备等进行数字支付
物联网卡支付
使用其自身传感器功能将实物和互联网连接起来，从而实现信息交换和通信，非接触式便捷支付，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
数据采集
GPS定位与摄像头监控获取数据
数据传输
移动物联网连接调度中心
智能调度
自动规划与调度线路、车辆以及生成实时公交信息等
应用场景——无人驾驶
我国的无人驾驶技术在1992年正式起步，发展至今已应用于各种生产生活领域，如物流行业的无人配送、封闭和危险环境的无人运输、无人环卫车等。无人驾驶汽车核心技术体系分为感知、决策和执行三个层面。
感知系统
感知系统相当于人的眼睛、耳朵，负责感知周围环境，并采集与处理环境信息与车内信息
雷达探测
摄像头识别
传感器网络
决策系统
决策系统相当于人的大脑，负责数据整合、路径规划、导航和判断决策
AI算法
路径规划
障碍识别
执行系统
执行系统相当于人的小脑和四肢，负责汽车的加速、刹车和转向等驾驶动作
加速控制
刹车系统
转向调整
无人驾驶技术广泛应用于物流配送和危险环境运输领域。
做一做：
我们可以先以共享单车为例，分析共享单车工作的过程中，感知层、传输层和应用层的具体功能或技术。可以参考下表分析其他智慧交通物联系统不同体系结构层次的具体功能。
这些应用如何依靠物联网技术实现具体功能呢？
层次 具体的功能或技术
感知层 主要利用传感器技术，例如温度和湿度传感器、压力传感器、光电传感器等，以及智能传感器，如GPS定位设备，来感知和收集各种信息，如车辆位置、使用状态等。这些传感器通过无线网络将收集到的信息发送到服务器，使用户与运营商能够实时了解车辆的状态和位置
传输层 传输层主要利用的是无线网络技术，如Wi-Fi或移动网络技术
（如4G/5G）,以及数据传输协议（如TCP/IP）来实现单车与服务器之间的数据连接和传输。这些技术确保了数据的实时性、可靠性和安全性，使用户与运营商能够实时获取和更新单车的位置、状态等信息
应用层 通过集成应用，将云端的共享单车应用系统集成外部的互联网
功能（例如支付、二维码应用、电子地图等），将单车和用户连接起来，完成一套完整的租赁服务流程，包括地图寻车、二维扫码、用户解锁、骑行使用、合锁还车、支付结算等。
智慧交通子方案设计
1
第一步
根据本课的学习优化之前关于智慧交通部分的构思。
2
第二步
根据构思展开分析联网技术应用于智慧交通场景时存在的问题、智慧交通应具备的功能。
3
第三步
根据问题与需求，确定智慧交通物联系统的基本构成。
智慧交通系统设计需从问题出发，明确需求，构建完整的三层架构。
三、智慧交通
（一）交通场景应用现状与问题分析
正文
（二）智慧交通的功能分析
正文
（三）智慧交通的基本构成
构成智慧交通的各种子系统，如共享单车、电子不停车收费系统、智慧公交、无人驾驶等。从物联网感知层、传输层和应用层三层体系结构的 角度来描述搭建这些子系统所需的软硬件或传输技术等。
实践
1
调研与概念构思
调研国内外智慧交通现状与趋势，梳理城市交通系统问题，提出构思。
2
设计智慧交通子方案
确定核心目标，分析系统组成，选择物联网技术，设计系统架构。
3
展示系统框架
清晰展示系统各部分及关系，包括感知层、传输层和应用层。
拓展：物联网的其他交通应用
物联网在智慧交通领域还有哪些应用呢？
目前，物联网在智慧交通领域应用较多的场景，除了本课提到的共享单车、电子不停车收费系统等，还有智慧停车、智能红绿灯、汽车电子标识、充电桩等，请查阅资料参考第一条范例补全下表。
应用场景
物联网技术的作用
智慧停车
地磁感应检测空位，App导航
智能红绿灯
实时车流量监测，动态调整信号灯
汽车电子标识
RFID标识车辆信息，实现电子管理
充电桩
联网监控充电状态，远程预约支付
车联网的起源
1
移动通信运营商开始提供LBS服务
从2001年开始，我国的移动通信运营商先后开始了基于位置的服务，如“亲子通”、“定位之星”和“汽车GPS导航服务”。
2
车联网的起源
车联网最早起源于基于位置的服务在交通领域的应用，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。
3
智能交通系统
交通系统通过GPS、射频识别、传感器等设备采集信息，利用互联网技术和计算机技术分析数据，提供最佳路线和实时路况。
4
地图软件的车辆服务
许多地图软件都提供车辆信息服务，包括最佳路线规划和实时路况汇报。
智慧交通核心内容总结
智慧交通的定义与目标
定义：以信息收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性服务（如实时监控、动态调度、安全保障）。
目标：
缓解拥堵、减少事故
提升出行效率与资源利用率
典型应用场景与技术实现
共享单车：GPS定位 + 电子锁传感器 → 扫码解锁、实时归还
ETC系统：RFID短程通信 → 自动识别车辆、无停留扣费
智慧公交：物联网卡支持非接触支付；GPS + 摄像头采集数据 → 云端动态调度
无人驾驶：感知系统（雷达、摄像头）→ 决策系统（AI算法）→ 执行系统（控制车辆）
物联网三层架构在交通中的实现
架构层次
功能与技术
实例
感知层
传感器（GPS、RFID、摄像头）采集数据
共享单车GPS定位、ETC射频识别
传输层
4G/5G、NB-IoT传输数据至云端
智慧公交实时数据传输
应用层
用户端App、调度平台实现服务功能
扫码支付、动态路线规划第十六课：智慧交通
选择题（8道）
难度分级：
容易 ×5 | 中等 ×2 | 较难 ×1
容易题
智慧交通的核心技术支撑是？
A. 区块链
B. 物联网
C. 虚拟现实
D. 3D打印
答案：B
解析：教材明确提到物联网为智慧交通提供技术支撑。
共享单车的电子锁主要依赖哪种技术实现定位？
A. 蓝牙
B. GPS
C. RFID
D. NFC
答案：B
解析：教材指出共享单车使用GPS定位设备。
ETC系统使用的主要技术是？
A. 二维码
B. RFID
C. 蓝牙
D. Wi-Fi
答案：B
解析：教材说明ETC通过射频识别（RFID）实现自动扣费。
物联网的三层架构不包括以下哪一层？
A. 感知层
B. 传输层
C. 应用层
D. 物理层
答案：D
解析：教材定义三层架构为感知层、传输层、应用层。
无人驾驶汽车的核心系统中，负责车辆加速和刹车的是？
A. 感知系统
B. 决策系统
C. 执行系统
D. 娱乐系统
答案：C
解析：教材明确执行系统负责驾驶动作。
中等题
ETC系统选择RFID而非二维码的主要原因是？
A. 成本更低
B. 通信速度更快
C. 安全性更高
D. 无需网络支持
答案：B
解析：RFID支持短程高速通信，适合车辆快速通过场景（教材“ETC”部分）。
智慧公交系统的数据传输主要依赖哪种网络技术？
A. 蓝牙
B. 4G/5G
C. Wi-Fi
D. ZigBee
答案：B
解析：教材提到智慧公交使用物联网卡模块（4G/5G）传输数据。
较难题
无人驾驶汽车发生事故时，责任归属的主要争议点是？
A. 车主未及时维护
B. 传感器受天气影响
C. 开发者算法缺陷
D. 道路标识不清晰
答案：C
解析：教材讨论无人驾驶伦理时提到技术缺陷与责任界定问题。
判断题（8道）
物联网的三层架构包括感知层、传输层和应用层。
答案：
解析：教材明确分层结构为感知、传输、应用层。
共享单车的电子锁通过蓝牙实现远程控制。
答案：
解析：教材指出共享单车使用GPS和窄带物联网模块。
ETC系统使用二维码技术进行车辆识别。
答案：
解析：ETC依赖RFID技术，非二维码（教材“ETC”部分）。
无人驾驶汽车的决策系统负责车辆的加速和刹车。
答案：
解析：决策系统负责路径规划，执行系统控制驾驶动作（教材“无人驾驶”部分）。
智慧公交系统的数据传输不依赖物联网技术。
答案：
解析：教材提到智慧公交使用物联网卡模块传输数据。
物联网技术在智慧交通中仅用于数据采集。
答案：
解析：物联网还用于数据传输和应用服务（如导航、支付）。
智能红绿灯的配时策略可以基于实时车流量动态调整。
答案：
解析：教材提到利用传感器和云端算法优化配时（“拓展”部分）。
无人驾驶汽车在暴雨天气下完全不受影响。
答案：
解析：恶劣天气可能影响传感器性能（教材未明确支持此说法）。教学教案设计
总第 16 课时
课 题 名 称 智慧交通
学习目标 （包含学科核心素养） 理解物联网技术在智慧交通中的核心作用（如传感器、GPS、数据传输） 分析智慧交通系统的三层架构（感知层、传输层、应用层），并能设计对应技术方案。 调研国内外智慧交通案例，结合物联网技术优化本地交通系统设计方案。 讨论智慧交通对隐私保护、数据安全的潜在挑战。
问 题 类 型 学生问题 共享单车的电子锁如何通过物联网实现精准定位和远程控制？ 无人驾驶汽车的感知系统如何避免恶劣天气（如暴雨）对传感器的影响？ 智慧公交的车载摄像头数据如何确保不侵犯乘客隐私？
学科问题 1. 物联网的感知层、传输层、应用层在智慧交通中的具体分工是什么？ 2. 为什么ETC系统需要射频识别（RFID）技术而非二维码？ 3. 如何通过物联网技术优化智能红绿灯的配时策略？
教师问题 1. 若某城市计划推广无人驾驶公交，需优先解决哪些技术和社会问题？ 2. 智慧交通系统收集的海量数据可能被滥用，如何设计机制保障数据安全？
问题系统 （星号标出核心问题） 1. 物联网的感知层、传输层、应用层在智慧交通中的具体分工是什么？ 2. 为什么ETC系统需要射频识别（RFID）技术而非二维码？ 3. 如何通过物联网技术优化智能红绿灯的配时策略？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 教学情境： 播放视频“未来城市的一天”：展示无人驾驶公交、智能红绿灯动态调整、共享单车自动调度等场景。 核心问题： “这些‘未来交通’场景背后有哪些核心技术支撑？物联网如何让交通更‘智慧’？” 互动活动： “交通黑科技竞猜”：展示ETC、共享单车电子锁等实物图片，学生分组猜测其工作原理。 埋下悬念：提问：“如果所有红绿灯突然失灵，智慧交通系统如何应急？” 知识点： 智慧交通的定义与目标（教材“探索”部分）； 物联网在交通中的基础作用（传感器、通信、数据处理）。 学（自主探究）： 自主探究任务： 任务1：物联网技术解剖 知识点：感知层（传感器）、传输层（4G/5G）、应用层（用户服务）。 活动：根据教材“做一做”表格，分析共享单车系统的三层架构： 答案示例： 感知层：GPS定位、电子锁传感器； 传输层：4G网络传输数据至服务器； 应用层：用户扫码解锁、支付结算。 任务2：技术选型挑战 知识点：ETC使用RFID而非二维码的原因（高速通信需求）。 活动：对比RFID与二维码的优缺点，填写决策矩阵： 答案：RFID支持短程高速通信，适合车辆快速通过场景 三、探（合作探究）： 合作探究任务： 任务：未来交通设计工坊 分组角色：感知工程师（传感器选型）、通信专家（网络设计）、产品经理（用户体验）。 环节1：智能红绿灯优化 问题：如何利用物联网技术解决路口拥堵？ 答案：路面压力传感器监测车流量 → 云端算法动态调整红绿灯时长（教材“拓展”部分）。 环节2：无人驾驶伦理辩论 辩题： “无人驾驶汽车发生事故时，责任应归咎于开发者、车主还是系统？” 论据支持（教材“无人驾驶”部分）： 正方：开发者需确保算法安全；反方：车主应监督系统运行。 四（课堂检测）： 课堂检测题目设计: 形式：实时竞答 选择题： 智慧公交的传输层技术是？（答案：B） A. 蓝牙 B. 4G/5G C. RFID 排序题： 共享单车使用流程（答案：扫码→开锁→骑行→关锁→支付）。 判断题： ETC系统依赖二维码技术。（答案： 使用RFID） 五、拓（知识拓展）： 任务1：智慧停车设计 场景：设计基于地磁感应的停车场导航系统，补全教材“拓展”表格： 答案：地磁感应→检测车位状态 → App实时显示空位 → 导航至车位。 任务2：数据安全沙盘推演 问题： “智慧公交的车载摄像头数据若被黑客窃取，可能引发哪些风险？如何防御？” 解决方案：数据加密、匿名化处理、权限分级（呼应教材“信息社会责任”）。
板 书 设 计 智慧交通
一、物联网技术体系 感知层：传感器（GPS、摄像头、RFID） → 数据采集 传输层：4G/5G、Wi-Fi → 数据传输 应用层：导航、支付、调度 → 用户服务 二、典型应用 1. 共享单车：GPS定位 + 电子锁 → 扫码解锁 2. ETC：RFID短程通信 → 自动扣费 3. 无人驾驶：感知（雷达）→ 决策（AI）→ 执行（控制模块） 三、伦理挑战 - 数据隐私：摄像头监控与匿名化 - 责任归属：无人驾驶事故权责划分
教 学 反 思 智慧交通
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