沙盤上以沙盤模式呈現，由沙盤模型、智能車輛管理系統、車輛追蹤系統、AI智能停車場系統、ETC控制系統、智慧社區系統、城市環境監測系統、城市燈光控制系統、危險路段預警系統、交通燈指示系統、車流量檢測系統、中央控制系統、VR虛擬現實體驗系統、移動終端控制系統、智能網關系統、物聯網云服務器組成。場景主要包含智能公交控制、交通指示燈、ETC控制系統、智能停車場、危險路段監視、環境監測、物聯網應用、智能路燈、車流量監測、車牌識別、車輛定位等，場景中布置對應功能的傳感器與執行器。沙盤綜合體現并實現以下功能：智慧社區、智能交通、智能停車場、環境監測、物理網應用、路徑規劃以及VR虛擬現實應用等。其中智能交通主要以沙盤上的公路網、公交車和停車場來體現，其他功能分別對應到沙盤上具體的區域。通過對該系統的全面學習，指導學生從零開始，逐步了解物聯網技術在智慧城市領域的應用和開發，同時也為解決現代城市交通擁堵、道路事故、停車難、城市消防、公眾交通工具管理、社區安防、城市燈光管理、交通肇事逃逸、ETC收費等提供了技術解決方案。

圖1 產品實物圖

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

組網采用ZigBee技術實現互聯，其中ZigBee部分采用CC2530處理器，且提供獨立的CC2530模塊節點， CC2530節點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節點進行拆卸，不需要使用膠水或螺絲固定，方便學生進行拆卸和二次重構。

VR虛擬現實增加了沙盤的體驗度，通過智能車的第一視角，體驗智能車在沙盤模型上的運動路線，使得該沙盤更加的貼近實際。

圖2 VR智慧城市系統界面

1.智能車輛管理系統

系統標備一條完整的公交路線，并配置一組智能站牌，智能站牌實時顯示公交位置與公交路線，給用戶最新的公交位置，便于用戶選擇合適的公交；同時顯示來自于物聯網應用系統的實時環境信息，為用戶提供最新的天氣信息。

涉及設備：智能車、串口顯示屏、M3節點控制板和ZigBee通訊核心板等組件。

2.車輛追蹤系統

本系統以結合圖像處理的技術來讓計算機自動地識別、追蹤沙盤中的車輛，并將位置信息發送到中央控制系統。本系統的主要功能包括特定的標記定位功能、運動物體的追蹤等功能。

涉及設備：USB信號放大延長線、圖像定位攝像頭等組件。

3.ETC控制系統

沙盤配有ETC出入站口，對過往的車輛進行智能收費，不需要人工干預。按照車輛的型號、需求的服務進行收費。車輛行駛進UHF（模擬實際ETC讀寫器）讀卡器范圍內后，UHF讀卡器自動讀取車輛信息，并實時反饋至物聯網應用系統，并由應用系統進行調度，ETC系統自動控制電子道閘，車輛通過時，道閘欄桿自動抬起，模擬自動收費，車輛通過后，欄桿自動落下，實現不停車收費。

涉及設備：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.智慧社區系統

沙盤配有智慧社區系統，通過家庭消防傳感點的互聯，家庭預警、小區排查、消防自動調度、最優路線調度以及消防優先通行等，實現消防隱患的第一時間預警，未來的消防是建立在物聯網互聯上的智能消防。系統在合適的位置上布置物聯網應用檢測的相關傳感器，主要有煙霧、可燃氣、火焰、人體紅外等傳感器，傳感器數據采集后通過ZigBee無線實時上傳到智能網關系統，智能網關系統系統將相應數據匯總并上傳至服務器，以供物聯網應用系統等進行信息獲取以及調度。

涉及設備：煙霧傳感器、燃氣傳感器、火焰報警器、人體紅外傳感器等組件。

5.城市環境監測系統

本系統通過傳感器實時采集環境數據，在遇到特殊的環境狀況時，能及時報警。傳感器通過485與節點控制板通訊，采用Modbus總線協議。通過ZigBee上傳到智能網關，智能網關將數據匯總并發送至服務器。

涉及設備：光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、PM2.5傳感器、風速傳感器等組件。

6.城市燈光控制系統

沙盤在路段兩側配備路燈，模擬真實的路燈控制，智能路燈控制系統提供智能控制模式與時段控制模式兩種。

智能控制模式：系統根據實時光照數據進行路燈的整體控制。

時段控制模式：通過預設時間參數進行路燈的整體控制。

涉及設備：M3節點控制板、ZigBee通訊核心板、路燈模組等組件。

7.危險路段預警系統

在高速路段設置有危險路段監控，當發生異常時會觸發局部聲光報警，同時將該路段的報警信息上傳至智能網關，智能網關對該路段實施緊急關閉處理。

涉及設備：聲光報警器、單光束紅外對射探測器、雨雪傳感器、無線網絡攝像頭等組件。

8.交通燈指揮系統

提供固定時長和動態調整兩種模式。在動態調整模式下，系統可根據車流量大小來動態調整紅綠燈的時間間隔。系統還可以配合中央控制系統實現特定車輛優先通過等功能。

涉及設備：M3節點控制板、ZigBee通訊核心板、交通指示燈等組件。

9.車流量檢測系統

在十字路口埋設紅外漫反射傳感器對過往車輛計數，實現實時監測主干道路車流量，及時通過交通情報板進行交通信息通報和預警。

涉及設備：M3節點控制板、ZigBee通訊核心板、紅外漫反射傳感器等組件。

10.中央控制系統

提供圖形化界面方便操作人員直觀的對設備進行管理。實現智能停車場系統參數設置與實時監控、交通指示燈系統的參數設置與實時監控、ETC子系統的參數設置與實時監控、環境監測站系統的實時監控、危險路段系統監控、物聯網應用系統監視以及各系統的聯合調度等功能。

涉及設備：立式觸摸一體機等組件。

11.移動終端控制系統

用戶可通過手機終端、PAD或其它Android設備訪問系統，實現實訓系統環境信息、公交信息、高速路段信息等的實時狀態查詢。

涉及設備：開源移動終端等組件。

12.智能網關系統

基于物聯網云服務系統，實現數據匯總、數據分析、數據上傳與交互功能。網關將智能公交、交通指示燈、ETC控制、智能停車場、危險路段監視、環境監測、物聯網應用、智能路燈、車流量監測等系統的數據實時匯總并上傳服務器，同時將中央控制系統的指令進行轉發，下發至各個系統。

涉及設備：物聯網網關、無線協調器、無線路由器等組件。

項目背景：

在現代社會，隨著計算機技術的不斷發展，信息化應用水平不斷提升，傳統城市模式受到了較大的沖擊。在民生、環保、公共安全、交通、城市服務等方面的智能化需求日益增長，如何能利用先進的信息技術，實現城市智慧式管理和運行，進而為城市中的人創造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續成長，成為了各個國家、各大巨頭企業的新思考方向。在此背景之下，智慧城市建設應運而生。這不僅推動了傳統意義上的城市向新型智慧城市演進，更對智慧城市建設和發展相對應高素質技術人才的培養提出了更高的要求，構建以能力為核心的課程體系，加強理論課程和實際應用間的聯系，培養學生的實際動手能力，建立完善的實訓基地等需求，也已經迫在眉睫了。

項目一：ETC不停車收費系統場景

場景簡介：模擬車輛使用ETC通過高速收費站場景。沙盤配有ETC出入站口，對過往的車輛進行智能收費，不需要人工干預。按照車輛的型號、需求的服務進行收費。車輛行駛進UHF（模擬實際ETC讀寫器）讀卡器范圍內后，UHF讀卡器自動讀取車輛信息，并實時反饋至物聯網應用系統，并由應用系統進行調度，ETC系統自動控制電子道閘，車輛通過時，道閘欄桿自動抬起，模擬自動收費，車輛通過后，欄桿自動落下，實現不停車收費。

涉及設備：串口顯示屏、915M超高頻讀寫模塊、M3節點控制板、ZigBee通訊核心板、道閘控制模塊、紅外漫反射傳感器等組件。

項目二：急救車困在車流中的場景

場景簡介：模擬一輛載有病人的救護車因路口堵車停滯不前，系統自動調節使其順利通過并到達醫院的場景。首先中央控制系統結合圖像處理的技術讓計算機自動地識別、追蹤沙盤中的車輛，并將位置信息發送到中央控制系統。然后中央控制系統再根據在十字路口埋設紅外漫反射傳感器實時反饋的路口車況為救護車安排可最快到達醫院的路線。最后中央控制系統可根據車流量大小來動態調整紅綠燈的時間間隔，讓救護車優先通過。

涉及系統：車輛追蹤系統、交通燈指示系統、車流量檢測系統、中央控制系統

涉及設備：USB信號放大延長線、免驅攝像頭、M3節點控制板、ZigBee通訊核心板、交通指示燈、紅外漫反射傳感器等組件。