AIOT智慧城市场景应用教学系统

智慧城市是使用各种先进的技术手段尤其是信息技术手段改善城市状况，使城市生活便捷；广义上理解应是尽可能优化整合各种资源，城市规划、建筑让人赏心悦目，让生活在其中的市民可以陶冶性情心情愉快而不是压力，总之是适合人的全面发展的城市。智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会下一代创新环境下的城市形态。它基于全面透彻的感知、宽带泛在的互联以及智能融合的应用，构建有利于创新涌现的制度环境与生态，实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的以人为本可持续创新，塑造城市公共价值并为生活其间的每一位市民创造独特价值，实现城市与区域可持续发展。可以说，智慧城市就是以智慧的理念规划城市，以智慧的方式建设城市，以智慧的手段管理城市，用智慧的方式发展城市，从而提高城市空间的可达性，使城市更加具有活力和长足的发展。

智慧城市应用系统将真实工业软硬件集成，并实地部署到实验室中，整个系统运用嵌入式、传感与智能控制、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等多技术综合融合，满足综合教学创新实践实训、科研需求等，也为智慧产业人才培养、新工科专业建设起着至关重要的作用。

系统主要包括智慧环境（智慧气象、智慧农林）、智慧管网（智慧水务、智慧电网、智慧燃气）、智慧城管（智慧路灯、智慧井盖、垃圾分类、平安城市）、智慧交通（智慧交管、智慧停车、智慧分拣）等软硬件系统，结合智慧中台大数据处理系统，通过高清电子大屏对智慧城市的所有信息数据进行监控、信息展示、数据报表、报警监控。

系统根据实验室场地及内容要求，硬件弹性伸缩实地部署、软件开源开放，配合完善的教学课程，解决嵌入式、传感与智能控制、机器视觉、自然语言处理、工程规划与设计、应用设计与开发、服务器部署与实施等多种课程学习。让学生在真实场景中学、在真实硬件中做、在真实行业应用中研。满足优质工科人才的输出和高水平实践性师资能力的培养。

4.7.2、产品框架

智慧城市系统功能框架如下图所示。

智慧城市系统功能架构主要由基础设施层、基础平台支撑层、应用层和展示层四部分构成。

1）基础设施层

基础设施层包括感知层与网络层两个部分。

感知层由建设智慧城市必须的硬件与软件构成。包括气象站、农业大棚、水灌溉控制、排风控制、水表、电表、燃气表、路灯、广告屏、井盖、垃圾桶、交通沙盘、红绿灯、交通标识、智能车、车牌、机械臂等各系统所需的传感器与控制器。

网络层为感知层提供数据通讯链路，方式包括无线传感网络（Zigbee、WiFi、LoRa、NB-IOT）异构汇聚数据，以及使用互联网、有线/无线网、4G/5G接入IoT云平台及云数据中心。

2）基础平台支撑层

基础平台支撑层也可称为平台层。包含建设智慧城市必须的ICT软硬件设施。其中服务器、网络、GPU服务器、数据大屏、IoT异构网关，AI边缘计算网关等硬件配合IoT云平台、云数据中心、AI算力平台、智慧数据中台等软件完成平台层功能支撑。

3）应用层

应用层结合嵌入式、传感与智能控制、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等技术融合，以智慧环境（智慧气象系统、智慧农林系统）、智慧管网（智慧水务系统、智慧电网系统、智慧燃气系统）、智慧城管（智慧路灯系统、智慧井盖系统、垃圾分类系统、平安城市系统）、智慧交通（智慧交管系统、智慧停车系统、智慧分拣系统）、智慧中台（系统用户总览、用户数据总览、数据可视化）等系统场景为重要入口和节点，全面展示智慧城市的技术应用及技术趋势。

智慧管网以数字化水电气数据的基础上，以数据全面统一、感知交互可视、系统融合互联，预测预警为特征，通过端+云+大数据体系架构实现感知、预判、管控的能力。

智慧城管以智慧路灯、垃圾分类为核心，结合人工智能与IOT技术，为城市管理、民生服务提供支撑，包括照明、充电、广告、安防监控，垃圾自动分类提醒等。

智慧交通以智能车、摄像头、ROS机械臂为硬件载体，运用人工智能、机器视觉、ROS系统、IOT技术，配合交通场景、停车场景、货物分拣场景，实现无人驾驶、红绿灯识别、交通标识识别、车牌识别等系统功能，构建未来智慧交通无人驾驶、智慧道路、智慧停车等研创场景。

4）展示层

展示层基于移动终端、PC电脑、数据大屏等前端展示界面，以各系统应用展示及使用为目标，可视化显示智慧城市所有的设备状态信息、传感数据、报警数据、控制执行、数据趋势及预测等。

4.7.3、产品特色

1）工业级产业应用场景

智慧城市系统将真实工业软硬件集成，并实地部署到实验室中，整个系统运用嵌入式、传感与智能控制、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等多技术综合融合，提供了包括智慧环境（智慧气象、智慧农林）、智慧管网（智慧水务、智慧电网、智慧燃气）、智慧城管（智慧路灯、智慧井盖、垃圾分类、平安城市）、智慧交通（智慧交管、智慧停车、智慧分拣）等软硬件系统，结合智慧中台大数据处理系统，满足综合教学创新实践实训、科研需求等，也为智慧产业人才培养、新工科专业建设起着至关重要的作用。

2）多场景、多应用，数据可视化

智慧城市系统提供大数据处理的基础能力技术，如集数据采集、数据存储、数据计算、数据安全等等基础功能。还包含建设数据中台的一系列工具（离线或实时数据研发工具、数据联通工具等）。通过高清电子大屏对智慧城市的所有信息数据进行监控和信息展示，通过大数据可视化系统进行实时的数据报表和报警监控。

系统获取整套成智慧城市设备数据及状态，结合数据分析，采用数据可视化技术，通过图表、图形、地图等视觉元素，将设备状态展现出来，从而通过图形去表达数据和信息。通过数据可视化大屏系统，可直观查询查看智慧城市相关设备设施运行状态，可对设备设施告警事件进行直观定位。

3）课程配套、循序渐进，多方向教学

整个系统运用嵌入式、传感与智能控制、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等多技术综合融合，硬件弹性伸缩实地部署、软件开源开放，配合完善的教学课程，满足综合教学创新实践实训、科研需求等，解决嵌入式、传感与智能控制、机器视觉、自然语言处理、工程规划与设计、应用设计与开发、服务器部署与实施等多种课程学习。让学生在真实场景中学、在真实硬件中做、在真实行业应用中研。

配套基础课程《传感与控制器原理与应用》、《无线传感网络》、《Android应用开发》、《Python基础》、《机器视觉OpenCV》、《深度学习与Tensorlow》、《PyQt5 GUI应用开发》、《自然语言处理》、《Ros机械臂控制与应用》等。

配套项目型实践课程《智慧城市系统工程概要设计》、《智慧城市系统工程规划设计》、《智慧城市系统工程应用设计》、《智慧城市人工智能技术应用》。

4）虚拟仿真配套教学，虚实结合

智慧城市系统中采用的智能节点、异构网关、传感与控制器等硬件与配套虚拟仿真软件一致。

仿真系统采用三维动画仿真技术，可仿真原理演示、实验电路搭建调试、实验操作运行演示等功能，清晰易于理解掌握。通过更好的沉浸式体验，避免用户操作真实性的问题。使用户在实验、物联网工程布线、开发应用等真实场景中，得心应手。

虚拟仿真系统中里每个器材（网关，无线网关、节点，传感器，控制器，调试线、仿真器等）均按照真实的硬件设备1:1进行缩放，建立3D模型。

综合例程实操过程中，均采用3D模型及3D场景中拖拽控件，同时支持线路（电源、仿真器、传感器接线等）动态验证，轻松掌握工业级传感器接线、配置、组网技术。

结合以上技术特点，充分满足线上课程、实操、考核、比赛等要求。从而解决了因为疫情等原因，无法线下开课、考核、比赛等重要问题。