物联网中的智能感知

物联网中的智能感知（通用7篇）

物联网中的智能感知 篇1

0 引言

绿色、节能和智能化是未来汽车发展的基本趋势, 电动汽车充电站是电动汽车大规模示范运行期和商业化后不可缺少的电动汽车能源服务基础设施。同时, 电动汽车充电站以及作为移动储能载体的电动汽车都属于智能电网的一个组成部分。国内很多城市的电动汽车充电站建设已经展开, 国家电网公司也正在大力推进电动汽车充电站的建设工作, 2010年国家电网已在全国27个城市建立75座充电站和6209个充电桩, 并在2012年优化电动汽车电池的充换电服务运营模式, 推进重点城市、长三角和环渤海区域的电动汽车充换电服务网络建设。目前, 电动汽车充电站正处于全面建设阶段, 需要统一的信息采集、通信手段予以支撑, 电动汽车信息采集系统、充电站运营管理和监控管理系统、充电营销信息系统等营销核心业务运行的信息网络和通信网络逐步推向实用化, 但面向用户侧的服务资源匮乏使得实现电网与用户之间的互动比较困难, 无法向电动汽车产业提供优质、高效的服务。因此, 具有高度自动化和互动化的电动汽车充电站对信息交互、通信系统提出了更高的要求。电动汽车及充电设施的智能识标系统为解决这些问题提供了支撑, 该系统主要由RFID阅读器 (Reader) 、电子标签 (TAG) 及应用软件系统三部分组成。

1 总体思路

系统设计充分考虑了系统的可伸缩性、扩展性、先进性及可靠性, 可实现不同充电模式对功能的需求, 方便对系统功能模块进行裁剪, 能满足融合各地区、各公司研制的充电站的需求。基于物联网的电动汽车辅助管理系统采用当前主流的系统平台和语言进行开发, 如图1所示。

1.1 体系架构

电动汽车辅助管理系统体系架构、功能架构分别如图2、图3所示。从管理层次看, 体系架构包含设备层 (充电设施、电动汽车及电池等) 、站内控制中心、监控中心等。电动汽车辅助管理系统整体上属于国家电网公司SG186工程中营销管理子系统。

1.2 网络架构

系统网络采用分布式部署方式, 即在充电站内建立站内控制中心, 通过电力通信网络将相关数据传递给监控中心, 由监控中心统一管理、统一发布。系统的网络架构如图4所示。

1.3 信息交互建模

根据业务管理信息互动需求, 电池、电动汽车、充电机、充电站、监控中心之间的信息交互方式及模型如图5所示。

1.4 电动汽车及电池标识编码设计

在国网公司全网范围内分别对电动汽车、电池进行统一编码, 实现对电动汽车、电池的识别。电动汽车编码包含车牌、型号、单位、生产厂家、生产日期、车主等相关信息。电池编码包含产品编号、生产厂家、出厂日期、容量、电压等相关信息。

2 主要子系统功能设计

2.1 车载智能管理系统设计及实现

系统支持电池状态信息实时采集与显示, 与监控中心之间的信息交互, 并能实现多种人性化信息查询与智能导航服务。

系统提供对电池工作状态的多种信息展示, 显示剩余电量, 预告续航里程, 提示最近的充电站或电池交换站, 还能提前预订一个充电位, 系统还提供车辆行驶路径规划导航, 而且最佳路线把剩余电量和最近的充电站/交换站考虑在内, 并提供地理信息查询等功能。系统主要功能有电池信息采集与展示、信息查询、车辆智能导航定位及充电预约服务, 如图6所示。

2.1.1 电池BMS与智能交互终端之间的数据通信方式

电动汽车内部采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各种检测装置之间的数据通信, 通过CAN总线将数据传送给智能交互终端, 并显示给用户。

2.1.2 智能交互终端与充电站之间的通信方式

在充电站内, 智能交互终端通过内嵌短距离无线通信模块 (Wi Fi、Zigbee等) 与充电站控制中心通信。在充电站外, 智能交互终端与监控中心之间属于远程通信, 可采用GPRS、3G移动通信等方式。

2.1.3 智能交互终端应用方式

针对不同需求, 智能交互终端可采用不同的方式:电动汽车上无终端设备, 这种方式在电动汽车配备智能交互终端, 智能交互终端通过转接口连接CAN总线, 经由BMS获取电池相关信息;电动汽车有车载终端设备, 即在车载终端上选择安装车载智能管理系统中的功能模块, 并改造硬件设备及其接口。智能交互终端工作原理如图7所示。

2.2 充电站智能管理系统设计及实现

系统支持电力光纤到户技术, 将RFID射频识别技术应用于充电过程, 同时将无线传感网络应用于站内安防监控中。

2.2.1 系统组成

系统分为车辆出入管理、充电站安防监控及维护管理。智能车辆出入管理采用RFID、PFTTH、信息技术, 实现车辆身份有效识别、自动预约导引等功能, 包括进、出站管理;充电站安防监控管理分为站内环境监测和安防监控管理, 站内环境监测包括温湿度、电流电压及视频监测;充电站维护实现在充电站内对电动汽车、电池、充放电装置等进行检测维护, 并将维护记录信息发给监控中心, 由监控中心统一安排管理, 并可与95598进行联动, 实施紧急救援调派。

2.2.2 电池、电动汽车与充电站之间的信息感知实现

基于RFID的信息感知示意图如图8所示。基于RFID技术, 在电池和电动汽车上装置感知标签, 在充电站内安装感知标签读写器及其后台管理系统, 通过感知标签与读写器之间的射频识别, 实现对电池与电动汽车的感知识别, 通过后台管理系统, 实现电池、电动汽车与充电站之间的信息感知。

2.3 监控中心综合管理平台设计及实现

监控中心综合管理平台功能结构如图9所示。

3 系统外部接口设计及实现

3.1 接口分析及建模

基于物联网的电动汽车辅助管理系统提供与营销、调度、95598等相关系统通信的外部接口, 如图10所示, 以实现不同地区、不同部门、不同用户之间的信息交互与服务共享。

3.2 技术设计与实现

接口实现核心技术包括XML与SOAP、中间件、基于服务的组件、企业服务总线 (ESB) 及信息安全等技术。

4 结语

介绍基于物联网的电动汽车辅助管理系统的总体研究技术方案, 实现电动汽车、电池、充电站、人员及设备安全的在线监控、一体化集中管控、资源的优化配置以及设备的全寿命周期管理, 为国家能源战略发展提供辅助支撑。

参考文献

[1]杨永标, 丁孝华, 朱金大, 等.物联网应用于电动汽车充电设施的设想[J].电力系统自动化, 2010, 34 (21)

[2]隋吉生, 王圣达, 李晓东, 等.基于物联网的电动汽车辅助管理系统的研究[J].电力系统通信, 2012, (01)

[3]黄海宏, 王海欣, 庄翔, 等.电动汽车分布式电池充放电管理的研究[J].电子测量与仪器学报, 2009, 23 (6) :68-73

物联网中的智能感知 篇2

数字家庭、家庭物联网是信息时代发展的要求。当前, 家庭对信息消费需求的明显上升和不断扩大, 数字化技术、多媒体技术和网络技术的进一步发展使通信、计算机与家用电器产业出现融合的趋势, 数字化、智能化、网络化的信息家电出现并广泛进入我们的家庭。传统白电行业的理念是:家用电器操作简单、普及率高, 数字家庭网络未来是以家用电器为核心, 3C应在家用电器上进行融合, 在未来数字用户家庭中计算机不应该是一个不可或缺的核心。2005年, 惠普公司提出了“不以PC为中心的家电战略”口号, 认为“PC未必就是数字家电时代的家庭中心”, 其涵义是PC与其它家电不是“主”与“从”的关系, 而应着眼于加强PC与传统家电之间的连接性[1]。

网络冰箱在数字家庭中占有着重要的地位, 将网络冰箱作为信息家电的代表是具有可信性的, 也是各家电厂商竞相研发的目标之一。诸如, 文献[2, 3]指出智能冰箱应能够进行内容感知, 例如, 监测食品是否在保质期内, 哪些食品需要补充, 向用户提供适当的菜谱以充分利用冰箱内的资源以及为用户生成购物清单等功能。冰箱是家庭中唯一24小时带电的设备, 其体积较大, 为多种技术在其上进行融合提供了的宽广的平台。网络冰箱的研发方向除了不断改进传统的食品存储功能外, 也在逐渐丰富其他的服务应用。例如将冰箱安装显示屏, 与网络连接后可以实现电子邮件查看、下载收听音乐、记录便签和日程管理等功能, 有的厂商还能够通过网络对冰箱进行远程检查、维修和软件升级。随着技术的发展, 更多的增值服务功能将被开发出来, 网络冰箱有望成为新媒体形态[4], 甚至有可能成为数字家庭和家庭智能空间的中枢。

本文依托课题组数字家庭项目, 研究新一代智能冰箱技术, 并将其作为家庭物联网感知与服务系统的一种载体, 主要创新工作包括以下两个方面:

(1) 面向冰箱核心服务———食品存储, 设计一种新型的智能冰箱。该冰箱实现基于RFID的自动化食品管理模式和可视化食品管理模式, 并提供个性化菜谱查询和推荐功能, 同时提供消息服务、便签服务和家居监控等多项增值业务。

(2) 提出以智能冰箱为载体的家庭物联网感知与服务系统 (HISF) , 该系统采用分层架构设计, 实现了基于云端数据平台的服务聚合和终端应用服务执行架构。计算和数据密集型任务交由数据平台处理, 终端服务系统对数据平台与本地第三方应用服务系统 (如环境感知控制系统等) 均采用统一的受限资源Web服务接入方式。

本文以智能冰箱所提供的物联网服务———食品管理和个性化菜谱查询与推荐为出发点, 从系统整体架构设计、硬件设计、服务器和终端软件方面, 探讨HISF系统的原型设计与实现。

二、系统架构设计

HISF系统的架构分为三层:外部应用层、云端数据平台和家庭服务层, 如图1所示。

1. 外部应用服务层:

该层为互联网与物联网服务接入层, 基于云端数据平台提供的标准Web服务接口, 内容或服务提供者均可通过该层实现向云端数据平台的服务聚合和数据接入。该层实现了服务提供和服务支撑环境的分离, 优化了服务资源的配置模式, 同时提升了产业链各个环节的分工协作程度, 提供了利益共享和分配的机制。

2. 云端数据平台:

该层作为第三方服务与家庭物联网系统的适配与管理层, 支撑对第三方服务和家庭物联网系统的接入和管理。该层对外部应用服务层提供标准的服务业务接入接口, 并规划相应的内容管理与流程管理业务模块、其他增值业务模块, 同时面向家庭终端用户提供统一的受限资源服务接口, 规划与之对应的服务分发和协作模式。

3. 家庭服务层:

即依托所设计的智能冰箱, 实现家庭物联网感知与服务系统。在家庭中, 唯一长期不间断带电的设备只有冰箱, HISF正是凭借这一特点, 选择冰箱作为家庭物联网化的切入点。HISF系统首先从满足智能化饮食服务出发, 设计食品管理、我的菜谱等智能服务模块, 实现个性化菜谱推荐, 并能与电子商务进行协同, 提供个性化食品配送服务;借助冰箱门体上提供的高分辨率显示屏幕, 提供便签管理、消息推送等实用服务;另外, 由于本项目的智能冰箱设计能够提供丰富的计算和存储资源并运行有Android系统, 所以HISF提供应用程序管理模块, 实现各应用组件的安装和升级, 提供视频监控模块, 能够与家庭门禁系统连接, 实现门禁管理和家居监控等服务等。

三、硬件设计

根据项目对HISF系统的功能定义, 我们选择基于Haier BCD-248WBSV冰箱进行硬件改造和升级, 实现原型机并开发智能冰箱原型系统。通过与Haier集团的协商, 我们获取并保留了该冰箱的原始控制协议, 硬件改造过程中并不破坏原有的控制系统。为了实现物联网冰箱的食品感知功能, 项目设计在冰箱三个门体中部署RFID读写模块, 实际原型机硬件设计改造过程中, 为控制成本和复杂度, 暂时只考虑上开门的RFID读写器部署。

HISF客户端硬件模块连接如图2所示。由于Haier冰箱原主控板与冰箱核心控制电路之间采用私有接口和通信协议, 难以直接替换, 所用本系统设计保留了冰箱原主控板, 通过主控板上板载串口实现与冰箱原系统的数据交互。本系统设计考虑了物联网感知系统的硬件可移植性, 并赋予其可移动化特性, 例如, 物联网感知模块可以部署到门禁系统中, 或者其软件部分可以工作在便携式移动设备中;另外, 考虑到串口的独占性, 为了能够实现多硬件模块之间的协同, 本设计并没有将物联网感知系统模块硬件与冰箱原主控板之间直接基于串口进行连接, 而是将主控板扩展了蓝牙通信支持, 从而实现冰箱主控板、多个RFID读写器, 甚至多个Zig Bee网络通信模块与物联网感知系统模块的无线通信连接。

四、软件设计

4.1云端数据平台

HISF云端数据平台基于内容管理系统Drupal进行二次开发实现。Drupal是一个开源的内容管理系统 (CMS) 平台[5][33][11], 基于PHP语言开发, 具备高度模块化和定制化的优势, 主要用于构造提供多种功能和服务的动态网站, 这些功能包括用户管理 (User Administration) 、发布工作流 (Publishing Workflow) 、讨论板块、新闻聚合 (News Aggregation) 、元数据操作 (Metadata Operation) 和用于内容共享的XML发布。

HISF系统的数据平台主要负责聚合平台内外数据和服务, 并为系统内部应用提供服务支持, 主要包括数据接口和数据管理两个子功能组。本文以数据平台的个性化菜谱服务数据接口为例, 简要介绍平台软件系统的设计。

个性化菜谱服务模块为系统其它功能模块提供菜谱和冰箱食品管理数据接口服务, 以便其它模块可以安全、高效的进行相关数据通信和操作。数据接口采用轻量级Web服务的方式发布, 以JSON方式提供给客户端进程调用, 并配以API Key保证接口的安全性。

4.2客户端系统

HISF客户端基于Android系统进行开发, 客户端系统软件架构主要包括Linux内核和底层库、硬件抽象层、Android应用框架和上层应用服务, 如图3所示。

1. 客户端主界面

HISF客户端主界面是客户应用系统的入口, 主要包括应用界面、天气预报界面和数据可视化界面等, 各界面之间通过滑动触摸屏的方式进行切换。应用界面列出本系统所支持的所有功能项, 通过点击功能项, 进入相应的功能应用。通过点击“食品管理”、“我的菜谱”、“便签”和“升级管理”可进入相应的应用界面;通过点击“冷藏区”、“0度区”和“冷冻区”可进入“食品管理”应用中所对应物联网冰箱食品保存区域的食品列表界面。通过滑动操作客户端主界面, 能够切换至天气信息界面, 用于显示物联网冰箱所在地区的天气状况, 界面原型设计如图4所示。

2. 感知数据可视化和冰箱功能控制

通过滑动客户端主界面能够显示数据可视化界面。感知数据可视化界面的功能是将冰箱作为物联网数据感知中心而采集到的数据进行可视化显示, 如家庭环境内温湿度变化数据、家电设备用电数据等, 主要用于接入管理智能环境控制和能源管理服务。界面原型设计如图5所示。通过滑动客户端主界面能够显示冰箱主功能控制界面, 包括调整冰箱各区域的温度, 开启智慧模式、光波增鲜等。界面原型设计如图6所示。

3. 食品管理

食品管理是物联网冰箱的核心功能。通过相应操作手段所采集的用户的食品数据全部通过SSL加密网络上传并保存在云端数据平台, 从而为用户提供智能化消费行为分析和商品个性化推荐。例如, 如果用户冰箱中某种喜好食品需要补充则会通过消息模块通知用户, 并推荐价格最合理的购买商家信息。除下文将要介绍的RFID食品管理方式外, 客户端系统还为用户提供一种可视化食品管理的功能。可视化食品管理界面原型设计如图7所示, 例如, 我们可以拖住食品图示 (如“苹果”) 到“食品区域”外进行取出食品操作。

本系统通过在食品容器上附着RFID标签的方式, 为用户提供自动化食品管理功能。核心电路板通过蓝牙通讯的方式连接RFID数据采集器。每一个冰箱区域 (冷藏、0度和冷冻) 包括两个RFID数据采集器, 一个用于采集“取出食品”数据, 一个用于采集“放入食品”数据。为了方便用户操作, 我们设计了常用数十种常见食品类别的RFID标签, 并将标签附着到食品存储袋上。将食品放入或取出冰箱时, 将标签贴近RFID数据采集器进行数据记录操作。客户端系统接收到数据时, 显示“食品数据接收界面 (如图8所示) ”, 从而实现了对用户冰箱内食品的有效管理。

五、总结与展望

本文研究了智能冰箱技术, 设计实现了一种智能冰箱的原型系统, 并基于冰箱在家庭应用中的不间断供电特性, 研究在此基础上的家庭物联网感知与服务系统HISF的设计与部署, 探讨了HISF的分层架构模式, 为数字家庭、物联网智能家居服务模式提出了一种可借鉴的技术和业务实施方案。项目后续研究着重考虑数据平台的数据可视化分析、用户消费行为挖据, 健康饮食专家系统的开发与部署, 同时增强平台的商业服务能力, 探索与第三方在线食品电子商务协作的业务模式。

参考文献

[1]“IT逼迫传统家电变革, ”市场报, 2005

[2]M.Bucci, C.Calefato, S.C.M.Milani, and R.Montanari, "Fridge Fridge on the Wall:what Can I Cook for Us All?An HMI study for an intelligentfridge, "in Proceeding AVI'10 Proceedings of the International Conference on Advanced Visual Interfaces, New York, 2010, pp.415-415.

[3]S.H.Park, S.H.Won, J.B.Lee, and S.W.Kim, "Smart home digitally engineered domestic life, "Personal and Ubiquitous Computing, pp.189-196, February 19 2004.

[4]董吉吉.网络冰箱的传播学解读.2007

物联网中的智能感知 篇3

在“物联网与感知矿山专题讲座”之三“论感知矿山物联网的特征与关键技术”中指出,第三方应该可以方便地在感知矿山物联网应用平台上开发新的应用服务,以适应煤矿企业不断变化的需求[1]。本文仅举几个例子来说明感知矿山物联网应用的这种需求;然后给出煤矿行业物联网的四层基本架构,并简要分析各层的应用;最后说明煤矿行业物联网建设中需要注意的一些问题。

1 感知矿山物联网M2M平台

物联网的一个重要内容是其M2M应用平台[2],它主要实现各种数据信息集成,包括统一数据描述、统一数据仓库、数据中间件技术、虚拟逻辑系统构建等,并在此基础上构成服务支撑平台,为应用层各种服务提供开放的接口。M2M平台的核心在于能为服务商或第三方提供方便的接入服务,这也是感知矿山物联网区别于综合自动化的关键点之一。这种变化的应用需求随时可能产生。

1.1 完善安全避险“六大系统”的需求

国家安全生产监督管理总局明确要求煤矿在2013年6月底前完成安全避险“六大系统”(即监测监控系统、人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统)的建设[3],要求根据井下采掘系统的变化情况及时补充完善安全避险“六大系统”;加强培训,确保入井人员熟悉各种灾害情况的避灾路线,并能正确使用安全避险设施。

配备“六大系统”后,这“六大系统”是否能够正常工作,特别是在灾后能否继续可靠工作,对于指导井下人员避险是十分重要的。采用物联网技术,可实现与矿工的双向信息传输,将“六大系统”的工作状况实时反映给矿山管理部门和每个矿工。感知层网络的灾后重构问题也是需要研究的问题,研究如何在灾后监测到“六大系统”的状况,并将正确避灾路线及时通知到井下每个人,这就需要感知矿山物联网的感知层与应用平台是完全开放的,适合“六大系统”服务商将其服务提供到网络上,以供矿山使用。

1.2 领导带班下井的需求

2010年7月19日,国务院发布了《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》,其中明确规定煤矿、非煤矿山带班的主体是矿领导[4]。“矿领导带班下井”制度就是为了促使煤矿及其领导真正重视安全生产、切实落实各种安全生产措施。国家煤监局局长赵铁锤表示:只要煤矿领导坚持带班下井,相当一部分事故是完全可以避免的。特别是当煤矿发生严重险情时,带班领导在采取立即停产、排除隐患、组织撤人等紧急处置措施方面发挥着不可替代的重要作用。然而,矿领导的指挥能力在很大程度上依赖于其对情况的全面了解和快捷便利的通信指挥手段。为了使矿领导能够在井下充分发挥出指挥能力,需要为其提供与地面类似的指挥条件,如通信、监测监控、事故情况、影响范围、辅助决策手段等。

如何实现这种新的需求需要众多的科技工作者进行深入研究和开发,同时也需要感知矿山物联网能方便地为他们提供服务开发的应用平台。

1.3 煤矿灾害监测的需求

煤矿井下灾害危险源分散且随开采活动而变化,现有的声发射监测系统、冲击地压监测系统、电磁幅射监测系统等基本上采用集中式监测、有线传输的方式,功能单一。而研究表明,利用基于煤矿煤岩结构变形失稳的多参量前兆信息特征参数的相互耦合关系,建立统一的冲击地压多参量分级预测准则及技术体系,形成基于微震、电磁辐射系统的多参量前兆信息识别与预测技术是目前较好的矿山灾害监测方法。而上述监测系统分别是由不同厂商生产的,难于实现多参数的监测。利用物联网分布式感知技术,可同时实现微震监测系统、电磁辐射监测系统、声发射系统,实时感知煤岩动力灾害孕育、演化和诱发过程中的异常特征和前兆信息,并进行各种信息的融合分析,实现煤岩动力灾害危险性多特征信息的实时感知。

2 煤炭行业物联网应用

煤炭行业物联网应用分为4个层次,如图1所示,每个层次的职能和要实现的目标各不相同。对于地方煤矿,有的矿业集团级物联网层由县(市)煤炭行业物联网来承担。

显然,图1中的感知矿山物联网层是各个矿山地面和井下的物联网,是整个煤炭行业物联网建设的重点和难点,也是最能体现煤炭行业物联网特征的内容。“物联网与感知矿山专题讲座”之一、二、三中已经阐述了感知矿山物联网的架构、核心内容和特征,这里就不再赘述。

2.1 矿业集团物联网应用

2.1.1 矿业集团自有网络组网格局

矿业集团物联网应用基本以网络化监测和管理为主。兖矿集团、淮北矿业集团、神华集团、山西潞安矿业集团等均已实现将煤矿综合自动化系统的信息上传到集团公司。

集团公司总调度室通过直观、生动的组态图和表的形式查看各单位及汇总安全生产监测信息、工况信息以及告警、故障信息。系统监测信息采用Web发布,供用户通过浏览器访问,同时将实时数据存储至历史数据库中供通防数据分析系统及其它专家系统调用。

集团公司领导及专业部室可直接通过桌面计算机终端查询生产经营、环境安全监测等文本信息和图像信息,将生产现场的安全监测信息和束管监测数据进行采集处理。例如兖矿集团通过RPR监控数据网络,将煤业公司所属南屯矿、兴隆庄矿、鲍店矿、北宿矿、济二矿、东滩矿、济三矿、杨村矿等8个煤矿共3 004个测点的数据上传。

2.1.2 租用运营商网络组网格局

随着煤矿资源的重新整合,加上各集团在外地并购资源,建设新的矿井,同时也有许多矿业集团矿山分布比较分散,因此,矿业集团自己布专网的方式并不适用,宜采取从运营商租用线路或信道的方式。

淮北矿业集团、徐矿集团、肥城矿业集团、山西潞安矿业集团、神华集团等均采用租用线路的方式,而且可以预料,随着全国煤矿资源的不断整合,各矿业集团在外地开矿越来越普遍,租用线路将是必然的发展趋势。

2.1.3 需要增加矿业集团物联网应用范围

目前,矿业集团物联网主要是将各矿瓦斯监测信息和部分综合自动化系统的信息联接到集团,实现对矿井运行情况的监控。大部分集团已实现了人事、财务、医保、煤炭营销、设备租凭管理等网络化管理和办公自动化,但仍需要从集团战略发展出发,使物联网充分运行在资源整合与分配、全局科技发展及人员培训等与全局相关的层面上,同时对各个矿山的运行、安全、环保、产量等各个层面进行监督和管理。

2.2 省级煤炭行业物联网应用

目前,省级物联网主要是出于安全监管的目的而建设,其功能以瓦斯信息上传至煤矿安全监察机构为主。

2.2.1 省级物联网主要功能

2005年国家安全监督管理总局37号文、2008年安监总煤装41号文等文件均要求煤矿安全监控必须实现联网,未联网的应责令停产整顿。

这样各省已建或在建的省级煤炭信息联网,其内容几乎无一例外均是以煤矿安全管理为重点的。例如山西省2003年6月开始建设省级煤矿瓦斯监测监控网络系统,工程建设包括全省高瓦斯和按高瓦斯管理矿井的瓦斯监测监控系统,以及各级煤炭安全管理部门的网络平台建设和软件开发,建成集数据、语音、视频于一体的多功能综合信息网络,覆盖了省煤炭工业局、10大煤炭集团公司及子公司,11个市、66个县和10个煤矿安全监察分局。

2.2.2 近期可能的发展

过去省级联网基本是将各矿业集团的瓦斯监测信息上传至省里,但随着国家安全监督管理总局发布安全避险“六大系统”安装使用和监督规定,预计井下人员定位系统的信息也将很快被要求上传到省里。另外,随着2010年11月15日“煤矿领导带班下井及安全监督检查规定”的执行,领导下井排班的信息也将会被要求上传到省里。结合人员定位系统,省级安全监察机构里将可直接监督领导下井情况。

2.2.3 需要增加省级物联网的功能

目前,煤炭行业省级联网主要以实现煤矿安全监督管理为主,是按照各种文件的要求被动进行的。如何发挥省级煤炭行业物联网在省内煤矿资源的管理、安全监管和环保监管等方面的积极主动作用,真正发挥煤炭行业物联网的作用,实现绿色、安全、环保、可持续发展的目标是非常值得关注的课题。

2.3 国家级煤炭行业物联网应用

目前,除煤安管理外,基本上没有形成国家级煤炭行业物联网,需要利用物联网技术加强国家对煤炭资源进行统筹管理和战略性规划。煤炭是一次性能源,又是碳排放的主要因素,从国家层面规划低碳经济,监测和管理碳排放是非常必要的。国家级煤炭行业物联网同时也能对全国煤矿进行安全监督。

利用物联网技术实现对全国煤安产品的监督管理是一个很好的设想。目前,煤安管理部门正在酝酿利用RFID技术实现煤安设备从生产、运输、使用直至报废全过程的监控管理。应该说这是煤炭行业物联网的一个很好的典型应用。这就更需要健全图1所示的四级层次结构的煤炭行业物联网,同时将各煤安设备制造企业也纳入到网络中来。

3 煤炭行业物联网建设需注意的问题

3.1 充分认识和理解感知矿山物联网

煤炭行业应充分认识到感知矿山物联网建设目的是将煤矿生产成本控制与管理、物料控制与管理、设备监控与管理、生产调度与生产数据统计分析等技术应用于煤矿经营与生产管理过程,通过MES承上启下作用和计算机网络与数据库支撑系统将PCS、MES、ERP和企业网服务系统集成,实现企业的信息流、物流、价值流优化集成,实现煤矿的优化控制、优化运行和优化管理,提高企业的运行效率和竞争力,而不是仅仅为了实现煤矿生产设备的监测与控制。

因此,煤炭行业各级领导和各级管理部门、各级技术人员要积极参与到感知矿山物联网系统的研究与学习中来,从煤矿生产、安全、管理和运营的各个方面来理解感知矿山物联网的作用,提出本矿对物联网系统的实际要求,探讨在物联网模式下煤矿运行的具体模式,以便尽快适应物联网矿山运行的要求。

3.2 统一规划设计,逐步实施

感知矿山物联网模型最主要的特点是可以根据矿山规模、现代化水平、开采方式等进行灵活的调整,以适应各种不同类型矿山的需要。因此,它也适用于对已投产的矿井进行物联网改造,其模型适用于统一规划设计,逐步实施。要重视网络平台、数据平台和应用平台的建设,进行主要子系统建设或接入;对于系统中各子系统接入方式,采用招承包商方式,由承包商来协调各子系统厂商的接入方式问题。

3.3 运行与管理

已投产煤矿通常己经有一套固定的运行方式和管理模式,这些运行方式和管理模式中并未考虑到物联网的运作方式。而感知矿山物联网系统的实施将打破煤矿现有的运行与管理方式,从组织机构到具体操作模式均会有较大的变化。各个独立子系统的操作原来由各个区队在各个不同的地点实现,如皮带的操作由皮带队负责,水泵的运行由机电队负责等。实现感知矿山后,这些子系统基本上都集中到监控中心来操作。如何管理这些原属于各个区队的职能与工作,是成立相对独立的综合自动化科室还是简单的集中各个区队的人员,这些都需要提前做好准备,对新的运行方式进行论证和讨论。

随着感知矿山物联网系统的建立运行,各个管理部门的职能和工作也将发生相应的变化,同样需要提前做好相应的运行准备工作。

3.4 物联网人才

物联网综合利用了信息技术、网络技术、计算机技术、控制技术,又与煤矿生产过程、管理模式、运营方式等紧密结合。应该说煤矿这几年通过人才建设与积累,拥有了一些上述各方面的人才,但这些人才相对知识较为单一,综合上述几方面知识的人才还是严重不足。为避免感知矿山物联网建立后无人维护与管理,迟迟不能发挥效率,在引进人才困难的情况下,应通过学习和培训逐步积累综合性人才,以适应感知矿山物联网的要求。

3.5 技术准备

感知矿山物联网是一个系统工程,其中感知层与控制层所连接的底层子系统是关键,需要提前做好技术上的准备。为此,需要进行各种子系统的自动化集成的准备工作,如各种供电系统均应具备微机综保装置,皮带控制系统具备联网接口,其它泵房系统等也均用PLC进行控制,以有效避免系统改造的重复投资和设备浪费。

3.6 重视标准建设

感知矿山物联网应该是一个开放式应用体系,可为任意服务提供商及第三方提供标准化的应用服务供给,给用户提供方便的服务添加与服务删除,为设备供应商提供方便的接口。因此,加强矿山物联网关键技术协议与规范、统一应用平台与中间件等标准是重要的。

3.7 重建设更要重应用

物联网是典型的以应用为驱动而迅速发展的,只有应用才能体现其价值。要避免重建设,轻应用,为面子、迫于政策而建设的情况,使感知矿山物联网动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程,实现高效、安全、绿色开采的目标,保证矿山经济可持续增长。

4 结语

感知矿山物联网M2M平台应是一个开放式平台,第三方应该能方便地在该平台上开发新的应用服务,以适应煤矿企业不断变化的新需求。在煤矿行业物联网的四层结构中,感知矿山物联网建设是重点和难点。各矿业集团、省级及国家级监管机构应特别重视对感知矿山物联网的建设,以建立高效的煤矿行业物联网。

摘要：指出感知矿山物联网M2M平台应为应用层服务提供开放的接口,适应完善安全避险"六大系统"、领导带班下井、煤矿灾害监测的需求;给出了煤炭行业物联网的四层结构,指出感知矿山物联网建设是整个煤炭行业物联网建设的重点,其它层次以煤矿安全管理和资源管理为主,并分析了矿业集团级、省级、国家级煤炭行业物联网的应用方式;提出了煤炭行业物联网建设需要注意的问题。

关键词：物联网,感知矿山,M2M平台,安全避险,六大系统

参考文献

[1]中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心.感知矿山物联网总体规划方案.2010.

[2]AndréZimmermann,Inge Gronbaek.Machine-to-Machine Communication[EB/OL].[2010-12-15].http://www.eurescom.eu/Public/Projects/.

[3]国家安全监管总局国家煤矿安监局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知安监总煤装[2010]146号[EB/OL].[2010-12-16].http://wenku.baidu.com/view/13ee9fc2d5bbfd0a7956732c.html.

感知“物联网” 篇4

无锡太湖国际科技园远离市区, 方圆20多平方千米的园区还在建设中, 略显荒凉, 然而进入已落成的一期中心园区, 却好似置身于一片高科技的绿洲:中央的人工湖微波荡漾, 倒映着周围错落有致的高科技办公大楼, 成片的绿地、柳树、散布园中的亭台水榭, 让参观者心旷神怡。中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心位于人工湖前的写字楼第四层。2009年温家宝总理视察科技园, 在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话。之后, “传感网”、“物联网”一夜之间成为热词!物联网的出现, 打破了单一互联网模式的信息垄断格局。

1 物联网

“每一次大危机, 都会催生一些新技术, 而新技术也是使经济, 特别是工业走出危机的巨大推动力。”工业和信息化部总工程师朱宏任8月26日在中国工业经济运行2009年夏季报告会上如是表示。物联网正是这样一种新技术, 它掀起了继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业新浪潮, 近来受到业界的广泛关注。

工业产品要进行品种开发, 生产过程要实现自动化, 企业管理要人性化, 物流要实现智能化, 面对各行业对网络的需求, 2009年美国也提出“智慧地球”的概念, 包括智慧型基础设施“物联网”。

所谓“物联网” (Internet of Things) , 指的是将各种信息传感设备, 如射频识别 (RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。它是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一项新技术。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起, 方便识别和管理。物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的, 其中非常重要的技术是RFID电子标签技术, 它使日常生活中任何物品都可以变得“有感觉、有思想”, 是互联网从人向物的延伸。

从这个定义来说, 我们其实早就有了物联网, 比如红外防盗、GPS, 只不过这些还是初级的个体应用, 还算不上“巨大网络”。浙江移动建过一个体验馆, 里面有些新鲜玩意儿:远程开空调、远程防盗、远程电源控制、自动开窗帘、自动灯控等。现在看来, 那就是物联网的雏形。随后出现的基于号码资源的M2M, 比如电力远程抄表等, 这都是物联网的基本形状。

在通信行业内, 物联网也常被称作M2M技术, 泛指人与机器之间的所有连接。物联网已被中移动看做是其增长的“下一个蓝海”, 中移动总裁王建宙在谈到中移动的远景时明确表示:“中移动下一步将锁定‘物联网’, 这是我最感兴趣的事!”8月24日, 在访台的首场公开演讲上, 王建宙再次对物联网大加阐释, 并表示将会邀请台湾生产RFID、传感器和条形码的厂商和中移动合作。

2 互联网和“物联网”应用结合

互联网和物联网的结合, 将会带来许多意想不到的效果。其最显著的特点, 是使各种物品在生产、流通、消费的各个过程都具备智能, 直至使智能遍及整个生态系统, 这不仅可以提高管理的效率, 更提高了物品和自然资源使用的效率。

给羊群中的每一只羊都贴上一个二维码, 这个二维码会一直保持到超市出售的每一块羊肉上, 消费者可以通过手机阅读二维码, 知道羊的成长历史, 确保食品安全。这就是“动物溯源系统”。今天, 我国已经有10亿头存栏动物贴上了这种二维码。

将带有“钱包”功能的电子标签与手机的SIM卡合为一体, 手机就有钱包的功能, 消费者可将手机作为小额支付的工具, 用手机乘坐地铁和公交车, 在超市购物, 去影剧院看影剧。重庆市已有20万人刷手机乘坐城市轻轨。

在电度表上装上传感器, 供电部门随时都可知道用户的用电情况。江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器的运行状态进行实时监测, 实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理, 一年来降低电损1.2亿千瓦时。

在电梯上装上传感器, 当电梯发生故障时, 无需乘客报警, 电梯管理部门会借助网络在第一时间得到信息, 以最快的速度去现场处理故障。重庆市已有1200部电梯连接到电梯运行智能管理系统, 效果很好。

3 推进经济发展的驱动器

要真正建立一个有效的物联网, 有两个重要因素。一是规模性, 例如, 一个城市有100万辆汽车, 如果我们只在5万辆汽车上装上智能系统, 就不可能形成一个智能交通系统。二是流动性, 必须保证物品在运动状态, 甚至高速运动状态下都能随时实现对话。

今天, 我们已经具备了建立物联网的主要条件。我国无线通信网络已覆盖城乡, 安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。“云计算”技术的运用, 使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。

可以预见, 在“物联网”普及后, 用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。按照目前对物联网的需求, 在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签, 这将大大推进信息技术元件的生产, 同时增加大量的就业机会。

4 我国已初步形成传感网标准体系

经过长期艰苦努力, 我国相关机构和企业掌握了大量关键技术, 取得了国际标准制定的重要话语权, 传感网发展具备了一定的产业基础, 在电力、交通、安防等相关领域的应用也初见成效。《国家中长期科学与技术发展规划 (2006-2020年) 》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。

据悉, 目前我国传感网标准体系已形成初步框架, 向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳, 传感网标准化工作已经取得积极进展。而9月11日, 经国家标准化管理委员会批准, 全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组。标准工作组聚集了中国科学院、中国移动等国内传感网主要的技术研究和应用单位, 将积极开展传感网标准制订工作, 深度参与国际标准化活动, 旨在通过标准化为产业发展奠定坚实技术基础。

物联网在智能小区中的应用 篇5

物联网技术本身是一种信息管理技术,它是随着传统互联网技术的普及和发展而出现的新技术,目前已经在社会生活的多个领域有着一定的应用,但是普及率不够,没有真正将这种技术更多的用在普通百姓生活中,为他们提供更多高效便捷的服务。当前,智能小区已经成为房地产开发的热点,通过物联网技术使这些小区真正实现智能化,给业主的生活带来便捷,成为智能小区吸引潜在业主的法宝。物联网的高速发展以及相关技术的不断研发和成熟,将会对真正的智能小区的发展产生巨大的影响,使普通百姓能够享受到科技进步带给他们的美好生活。

2 物联网

2.1 物联网的定义

物联网的本身的名称就是“物物相连的互联网”的意思。物联网技术是在传统互联网原有的基础上进行扩展的网络,是将其客户端和服务端延伸到物与物之间进行通信及控制。物联网技术是通过射频识别(RFID)、激光扫描、全球定位系统(GPS)、红外感应、图像传感、温度传感器、湿度传感器、光照传感器等信息传感技术,按照一定的协议,把各种具体的物与互联网进行连接和通信,以实现对物品的智能化识别、跟踪、监控和管理的一种新型网络。物联网是提升物资利用率的有效途径之一,能够在一定程度上有效的解决人与自然之间的矛盾关系。

2.2 物联网的结构

物联网的系统化是通过其结构具体体现的,物联网的各结构既分工又合作,从而很好的实现了物与物之间的交互连接。物联网的基本结构一般可分为三个层次:

1)感知层

主要功能是物联网识别对象、采集信息并进行简单处理。由各种传感器构成,包括RFID标签、条形码、二维码、摄像头、GPS等。

2)网络层

其中的接入层主要完成各类设备的接入,其接入方式主要有有线局域网、Wifi、3G、卫星等;而支撑层对下需要对网络资源进行认知,进而达到自适应传输的目的,对上提供统一的接口与虚拟化支撑。

3)应用层

是物联网和用户的接口,通过制定符合需要的智能管理系统,从而完成服务发现以及服务呈现的智能应用。

2.3 物联网的应用

1)对象的智能标签

通过条形码、二维码、RFID标签等多种技术对特定对象进行标识,从而通过有效的识别和区分物品进而来管理物品。例如人们在生活中使用的各种磁卡、IC卡、超市中的条形码标签等都是为了方便对各种物品的管理。

2)对象的跟踪和环境的监控

利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络,可以实现对某个对象实时状态的获取和特定对象行为的监控,例如人们可以通过分布在城市街道的多个噪声探头监测声音污染,通过PM2.5空气传感器对城市空气中的浮尘粒子指标的远程监测,通过学校中的多个摄像头来了解校园中和教学楼内的实时情况。

3)对象的智能控制

物联网可以依据传感器网络所获取的数据进行反应和决策,例如街道上根据光线强弱来实现路灯开关及亮度调节的智能路灯系统。

3 在智能小区中物联网的应用

3.1 小区智能监控

目前的小区监控一般是通过安装足够数量的摄像头,通过人工来完成监控任务的。而当前的视频监控系统一般只是记录图像和视频,只能用作事后取证。为了使监控系统具备实时性和主动性,能够做到实时跟踪并判别对象,并在异常情况发生时及时提示、报警,就需要对现有的监控进行智能化。

小区的智能监控系统就是利用计算机视觉技术对视频图像进行处理和分析,在无人操作下,通过对视频进行自动分析,对发生的变化进行定位和跟踪,进一步分析和判断目标的具体行为,能在异常情况出现时及时进行及时提示和报警,从而协助保安人员及时处理具体情况。

目前,最新的视频监控技术已经基本上实现了无人看守监控,自动分析图像,瞬时能与110、固定电话、手机相连接,以闪光、警报、呼叫电话、发送短信等方式进行报警,同时对现场的情况进行拍照和录像,以便调看和处理,在最大的程度上保障了小区的安全。

3.2 小区业主及车辆的自动识别

目前,多数小区的业主在进入小区大门及所住楼宇时一般需要出示证件、刷卡或者按密码,有的时候会比较麻烦和浪费时间。采用了RFID身份卡后,系统会自动读取业主随身携带的身份卡上标签的信息。这种基于RFID技术的动态识别系统具有在一定范围内同时对多个具有标签的目标进行非接触、高速、准确的识别功能,因此进入小区的人员随身携带身份卡到达小区门禁时,系统的阅读器就会自动读取业主的身份卡,在确认信息后,门会自动打开,方便了业主的出入。

另外,现在小区业主购买车辆的越来越多,有的家庭可能不止一辆车,如果还是按照传统的由小区保安根据是否有车辆通行证来放行车辆的话,比较耗时和不方便,因此智能小区对业主购买的车辆也同时配发RFID标签卡,当带有标签卡的车辆到达小区门口距离门禁几米时,读卡器就可以读到相关信息,自动确认是小区登记车辆后,道闸自动抬起,就可实现车辆不必停车而快速进出小区。

3.3 小区交通智能管理

目前,随着新建小区的不断扩大,车辆的不断增多,小区内的交通存在很多的问题,例如小区道路布局不合理,规划不完善造成大部分小区道路布局存在缺少次干路、支路和应急停车区域等问题;由于上下班时间较为集中,导致小区的交通也出现早晚高峰,车流量大,运行情况复杂,事故易发;随着小区私家车数量的不断增多,导致一些小区中原有的停车位严重不足,使得停车难现象越来越严重,已经成为了很多小区交通最主要的一个问题,一些小区无序停车、占道停车等现象更加重影响小区的交通。

物联网可以有效和快捷的处理海量信息,动态获得并处理传感器所采集的信息,实现小区交通智能管理,使车辆在小区行驶更具人性化。

小区交通智能管理系统会对小区中的每条道路都指定一个详细记录了相关信息的标签,车辆在进入小区后,记录了车辆尺寸及其预停坐标等信息的车载标签即被激活,基于物联网的数据中心将结合车辆的状况、小区中道路的情况以及空余车位的情况等条件综合设计一套最优的行驶和停车方案,车主可通过物联网设备查询,快速选择最佳路线和车位,可以节省时间、优化路线、确保车主行车和停车的安全。

3.4 小区智能物业服务

智能小区物业服务系统,在常规物业服务的基础上,利用物联网的各种平台及时进行相关信息的发布,既包括国内外新闻事件、金融信息、医疗信息,更主要的是小区的相关通知和提供的服务信息。

利用智能居家健康监护终端,可以在社区医院为社区亚健康人群,特别是老年人建立健康档案和监测实时健康数据,当被监护人有异常状况时,社区医院可以第一时间发现,同时也可为医院提供相关的健康数据,从而及时制订准确的医疗方案。

目前很多小区中的电表、水表和燃气表逐渐都在使用智能表,智能表具有扣费更精准、消费自主透明、缴费更方便快捷、缴费周期更加灵活等优点。智能小区可以进一步利用集中抄表传输系统,通过在智能表内安装传感器,可以防盗、防拆,彻底解决偷电、偷水、偷气等现象,减少由此带来的经济损失。同时将每家每户的三表数据由物业中心传至各公用事业公司收费中心,即节省了人力物力,又避免了骚扰业主。进一步连入物联网后,业主可以在网上对三表的运行情况进行了解,通过网上支付,使得缴费更加透明和方便。

利用智能照明使小区内的路灯能遥测和遥控,根据信息中心的命令,反馈灯的各种状态,根据小区内是否有人员走动,根据光强度和时段进行自动调节照明亮度,从而节约用电。

基于物联网技术的智能小区的物业管理,可以向业主提供方便快捷的信息通信、安全舒适的居住环境和全面周到的服务。

3.5 小区智能家居管理

目前,越来越多的应用云计算技术的智能家电不断推向市场,例如云电视、智能开关、炒菜机、智能机器人吸尘器等等各种智能家电不但本身越来越智能化,人们还可以通过家居智能终端,实现利用手机、电脑等设备,通过网络对家庭照明、电视、冰箱、空调、微波炉、电饭锅等家电设备进行远程控制,实现了居民在工作单位、外出、旅游等远离小区后继续监控家庭器物的运行情况。

智能家居管理系统密切结合居民生活的需求,完成对家电智能控制与远程监控、多媒体信息互动等功能,能切实提高居民的生活质量。

4 结束语

智能小区是通过物联网来实现小区的智能化管理和服务的,它通过物联网实现了小区内的人、物、信息载体的互联互通,大量信息在物联网平台的聚合而产生新的信息,从而给广大小区的业主提供智能化的服务。

智能小区的出现给业主带来了极大便利,同时也面临着很多的挑战。目前智能小区的建设还只是一个初级阶段,一般的智能小区只是部分的具有了一定的智能化,还不成熟也不完善。要真正的全面实现小区的智能化还要经过一段时间的探索与发展,到那时居民生活在无比便利的智能小区中,他们的生活一定会变得更加轻松和方便。

摘要：文章简介了物联网的定义及其应用,介绍了智能小区的概念,并阐述了物联网在智能小区中的多种应用。

关键词：物联网,智能小区,自动识别技术

参考文献

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[2]王晓静,张晋.物联网研究综述[J].辽宁大学学报:自然科学版,2010,37(1):37-38.

[3]许岩,李胜琴.物联网技术研究综述[J].电脑知识与技术,2011,7(9):.2039-2040.

[4]张春.明物联网体系及相关技术研究[J].计算机时代,2011(10):13-15.

[5]崔伟峰.浅析物联网技术及其应用[J].电脑知识与技术,2011,7(28):6836.

[6]陈岩.基于物联网技术的智能小区设计方案[J].测控与通信,2010(3):16-22.

[7]石鑫,李璋.基于物联网的身份识别系统研究[J].电脑知识与技术,2010,6(33):9494-9495.

[8]杨清娜,李宥谋,葛茂.智能停车场管理系统的设计与实现[J].物联网技术,2011,1(1):72-75.

[9]张帆.基于物联网技术的社区交通智能管理系统研究[D].北京邮电大学,2012.

物联网中的智能感知 篇6

2009年8月7日,温家宝总理在无锡视察时指出,要在激烈的竞争中在无锡迅速建立中国传感信息中心,或者叫做感知中国中心。2009年11月3日,温家宝总理在《让科技引领中国可持续发展》讲话中,将物联网定位于国家战略性新兴产业之一。2010年3月5日,温家宝总理在作《政府工作报告》时指出,要“加快物联网的研发应用”,抢占经济科技制高点,这标志着物联网已正式进入我国国家战略层面。2010年6月5日,胡锦涛总书记在两院院士大会上讲话中指出,当前要“加快发展物联网技术”,争取尽快取得突破性进展。2010年6月29日在中国物联网大会上,中国物联网专家委员会主任委员邬贺铨院士表示,物联网是互联网应用拓展重点,物联网是泛在网的起点,物联网是信息化与工业化融合的切入点,物联网应用推广中突破行业进入壁垒是难点,物联网是低碳经济的支撑点,是战略性新兴产业的增长点,是民生服务的新亮点,是国际竞争的新热点[1]。

1 物联网是互联网发展的必然趋势

互联网的发展过程[2]:互联网从一个简单的联系平台演变成一个浏览平台,再演变成交互平台,进一步演变成为工作平台。在该过程中,互联网从传输普通数据发展到传输语音和视频,从有线接入发展到随处可用的无线接入,从研究性网络发展成商业性网络,从一个本质上不可靠的网络发展成可用于实时监测监控的网络,从一个单一传输功能的网络发展成具有计算功能的网络,从固定的专用计算发展成移动性的普适计算,从一个纯物理网络发展成了一个Cyber空间,从仅提供信息查询服务发展成为提供各种服务。而这种提供各种服务的网络空间正呈现出与人类的实际生活空间水乳交融的发展趋势。这种发展趋势就是物联网,就是智慧地球。

关于这一点,比尔·盖茨1995年在他撰写的新书《未来之路》中就提出了这种物联网的概念,它写道:“当袖珍个人计算机普及之后,困扰着机场终端、剧院以及其它需要排队出示身份证或票据等地方的瓶颈路段就可以被废除了。比如,当你走进机场大门时,你的袖珍个人计算机与机场的计算机相联,就会证实你已经买了机票。开门时你也无需用钥匙或磁卡,你的袖珍个人计算机会向控制锁的计算机证实你的身份。”2010年上海世博会上就实现了比尔·盖茨所说的物联网应用。因此,物联网是互联网逐步发展的必然结果,是互联网深入人类生活与生产空间的必然结果。

而著名的迈特卡夫(Metcalfe)定律也早预测了这种网络的扩张应用。迈特卡夫定律认为,网络的价值是随用户数的平方而增加的,每一个新的用户将给接入这个网络上的其他用户带来附加价值,它反映了影响市场的社会需求因素,体现为信息网络的扩张效应。互联网的发展正在往下延伸,使用更为泛在化的传感单元和网络,实现更全面的互联互通,提供普适性的数据分析与服务,更深入的服务智能化,这正是信息网络的扩张效应。

显然,物联网不是要推翻互联网另搞一套,而是互联网应用的延伸和扩张。正如邬贺铨院士所说:物联网是互联网应用拓展重点。明白这一点对于理解后面要谈到的“感知矿山物联网”与“矿山综合自动化”之间的关系是非常重要的。

2 物联网的定义及其特点

然而,到底什么是物联网,可能大多数人的理解是含糊和有偏颇的。人们经常会看到“物联网又称作传感网”、“物联网就是RFID的应用”等论断。其实这些说法都带有片面性。

1998年,MIT Auto-ID中心的ASHTON K首次提出物联网(Internet of Things)概念,他指出“将RFID或其它传感器加到日常物体上将产生物联网,为机器感知的新时代打下基础。”[2]

2004年,日本总务省提出u-Japan 构想,希望在2010年将日本建设成一个“Anytime、Anywhere、Anything、Anyone”都可以上网的环境。

2005年11月, 国际电联ITU在突尼斯举行的信息社会世界峰会上发布了物联网的一个报告。报告称:“信息技术和通信技术(ICT)的世界加入了新的维度:过去由任何人(Anyone)之间在任何时间(Anytime)任何地点(Anyplace)的信息交换,现在加入了任何物体(Anything)[3]。物联网是利用无所不在的网络技术整合起传感技术和射频技术而建立起来的物品之间的互联网,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。”

2008年11月,IBM提出“智慧的地球”概念,即“互联网+物联网=智慧地球”,以此作为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中植入“智慧”的理念,不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业,而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。

这些都是对物联网发展比较有影响的一些定义。还有一些学者从不同角度提出了他们对物联网的理解。例如李德仁院士提出,在“物联网”时代要完成从“4A”到“4R”的转变,即从“Anybody、Anytime、Anyplace、Anything”转变为“Rightbody、Righttime、Rightplace、Rightthing”。姚建铨院士认为,物联网就是“凡是有传感器和传感技术而感知物体的特性来按照固定的协议实现任何时候物与物之间、人和物之间、人与人之间互联互通,实现智能化识别定位跟踪管理的网络。”

2010年国家政府工作报告附录中对物联网的定义:物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络,它是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。

据说网络上能查到的有关物联网的概念或定义有70余种,并且还在不断增加,这在科技发展史上是前所未有的。这反映了物联网的特点,即4A:

Anybody:物联网的发展将会涉及到每个人,大家从自己的角度与专业来理解物联网,就形成了百花齐放的局面;

Anytime:在不同时刻,人们对物联网的需求与理解也是不同的,并且随着理解的逐步深入,内涵会不断得到补充和完善;

Anyplace:这实际就包含了Anyapplication, 不同的应用领域对物联网有不同的需求,感知与应用平台也会不尽相同;

Anything:对任一物体进行监测与控制,这就带来了针对不同对象实现不同传感与执行不同动作的问题。

正是由于物联网有这样泛在的应用,因此,几句话的概念或定义很难将其全部概括。根据物联网的实质及其行业应用,完全可以定义自己应用范围内的物联网。4A当然就包括了物联网在矿山的应用,称之为“感知矿山”。以后将给出“感知矿山物联网”的概念。矿山物联网有其特殊的地方,不能套用现在地面物联网的发展模式,后续文章将对“感知矿山物联网”与地面物联网应用的异同进行详细的分析。

3 物联网的体系架构

尽管物联网有许多定义,但其3层(感知层、网络层、应用层)体系架构却是公认的,如图1所示[4]。也有一些研究机构将其扩展成更多层的架构,例如IBM将其细化成了8层结构。

感知层是物联网发展和应用的基础,实现的是对真实世界中物体的感知与监控。RFID 技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术(如WSN、WiFi、蓝牙、红外)、通用分组无线业务GPRS技术等是感知层涉及的主要技术。当需要定位应用时,GPS和GIS也将成为感知层的核心技术。

网络层将建立在现有网络(互联网或/和移动通信网)的基础上。物联网通过各种接入设备与传输网相联。网络层也包括信息存储查询、网络管理等功能。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台,将是物联网网络层的重要组成部分,也是应用层众多应用的基础平台,有时也将其称作应用平台。

应用层利用经过分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的,软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多采的物联网应用。各种行业和家庭应用的开发将推动物联网的普及,也给整个物联网产业链带来利润。

在后续文章中,将根据感知矿山物联网的应用实际,将通用物联网的3层架构更改为感知矿山物联网的3层架构模型,并分析各层在感知矿山中的地位和作用,指出感知层网络建设将是感知矿山网络建设的重点。

4 物联网核心技术体系

物联网的核心技术体系框架(见图2)包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术[4]。

感知层:数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。

网络层:实现更加广泛的互联功能,能够将感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送,需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的发展,移动通信、互联网等技术已比较成熟,基本能满足物联网数据传输的需要。

应用层:应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能;应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

公共技术:公共技术不属于物联网技术的某个特定层面,而是与物联网技术架构的3层都有关系,它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量(QoS)管理。

5 物联网标准体系

根据物联网技术与应用密切相关的特点,按照技术基础标准和应用子集这两个层次,物联网标准化工作组采取引用现有标准、裁剪现有标准或制定新规范等策略,形成了包括体系架构、组网通信协议、接口、协同处理组件、网络安全、编码标识、骨干网接入与服务等技术基础规范和产品、应用子集类规范的标准体系(见图3),以求通过标准体系指导成体系、系统的物联网标准制定工作,同时为今后物联网产品研发和应用开发中对标准的采用提供重要支持[4]。

目前我国已成立了物联网标准联合工作组,其工作是紧紧围绕产业发展需求,协调一致,整合资

源,共同开展物联网技术的研究,积极推进物联网标准化工作,加快制定符合我国发展需求的物联网技术标准,并力争成为制定物联网国际标准的主导力量之一。但实际工作并不容乐观,甚至出现物联网应该是应用先行还是标准先行之争。

6 典型应用案例及存在问题

目前物联网的应用还处在早期应用阶段。早期应用的典型特征是功能单一、网络独立、数据私有、缺乏规范和标准。例如上海市推进物联网产业发展十大应用示范工程,如表1所示[5]。

续表

尽管这些系统大都以Internet或移动运营商的网络为骨干传输网络,但无线覆盖的感知层网络却是各行其是,长此以往,随着物联网应用系统越来越多,势必会出现同一地区存在多个无线感知网络但相互之间不能共用的局面。同时在这些系统中基本看不到图1所示的云计算应用平台,这样私有数据不能在系统间充分利用,造成重复投资、资源浪费,形成新的信息孤岛[6]。目前这个问题在地面物联网应用中还不突出,也未引起人们足够的重视。这一方面是由于目前尚处于物联网应用的早期阶段,处于应用试点和经验积累阶段;另一方面是由于地面单功能应用系统相对较大,如公共智能交通信息系统,覆盖几种不同的交通工具、数十条线路、数百辆车及数千个站台,系统相对独立是可以理解和接受的。但这些问题应该引起充分的警觉,提醒人们该应用模式不能复制到感知矿山物联网应用中。在后续文章中将结合感知矿山物联网的特征进行更为详细的分析。

7 结语

作为感知矿山系列文章的第一篇,主要介绍了物联网的发展、基本概念、体系架构、标准及典型应用,同时指出了目前物联网应用中存在的问题。这些问题应该引起警觉,提醒人们在感知矿山物联网建设中不能照搬地面应用的模式,否则将会面临新的信息孤岛和子系统问题孤岛。本文内容也是理解将在本刊连续发表的“物联网与感知矿山”系列文章的基础。

摘要：介绍了物联网的发展、基本概念、体系结构、标准及典型应用,同时指出了目前物联网应用中存在的问题,提出在感知矿山物联网建设中不能照搬地面应用模式,以避免出现新的信息孤岛和子系统问题孤岛。该文讨论的内容是理解将在本刊连续发表的“物联网与感知矿山”系列文章的基础。

关键词：物联网,感知矿山,体系结构,核心技术,标准体系,典型应用

参考文献

[1]2010年中国物联网大会[EB/OL].(2010-06-29)[2010-08-02].http://tech.163.com/special/00094D22/2010wulianwang.ht ml,2010.6.29.

[2]Gérald Santucci.From Internet of Data to Internet ofThings[R].The International Conference on FutureTrends of the Internet,2009,Luxembourg.

[3]ITU Internet Reports 2005:The Internet of Things[EB/OL].(2005-11-17)[2010-08-06].http://www.itu.int/internetofthings/.

[4]张晖.解析物联网技术框架与标准体系[EB/OL].(2010-03-30)[2010-08-06].http://www.xici.net/u18456841/d115113209.ht m.

[5]上海推进物联网产业发展十大应用示范工程[EB/OL].(2010-04-27)[2010-08-06].http://www.cio360.net/h/2177/348122-14699.ht ml.

智能电网环境中的物联网技术应用 篇7

一、智能电网概述

由于普通电网的安全性、稳定性无法满足当今电力系统的要求, 所以运用先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统技术使电网系统的各个环节进行智能化交流, 实现电网的可靠、安全、精确、高效的利用, 这种完全自动化、智能化的电网就被称为智能电网。

智能电网的特征主要有坚强、自愈、兼容、经济、集成以及优化。当电网发生巨大的扰动和故障时, 能够有效的抵御外界的干扰和破坏, 保持有效的供电能力;具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力, 及时发现并自动隔离故障, 进行自我快速恢复;可以兼容多种发电方式, 满足多样化的电力需求, 实现与客户的高效互动;实现资源的合理分配, 提高电力设备以及能源的利用率, 降低损耗;实现整个信息网络的高度集成, 优化资产的利用, 做到标准化、规范化、精益化的管理。

二、物联网的概述

物联网就是指通过射频识别RFID技术、无线传感器技术和定位技术获取物品以及环境的信息, 经过网络传输到达指定的信息处理中心进行智能化处理, 从而将客观存在的物品与互联网连接起来的新型网架结构。其核心以及基础依然是互联网, 并且完全依赖于对电网的各个环节运行参数的监控以及实时信息的掌控, 在整个构架中处于末梢位置, 通过分析和优化技术, 实现对结果的最优化控制[2]。

物联网这一新型构架有全面感知、可靠传递和智能化处理三个要素。全面感知是在感知层通过包括RFID、传感器、二维码和GPS等感知终端随时随地的感知物体, 收集信息。采集信息后, 物联网能够适应各种异构网络和协议, 通过各种有线和无线网络与互联网融合, 将物体的信息实时准确地传递出去。最后物联网将传感器和智能处理相结合, 利用云计算, 模式识别等各种智能计算技术, 扩充其应用领域, 对海量的数据和信息进行分析、加工和处理, 从而对物体实施智能化控制。

三、智能电网环境中的物联网技术应用

目前, 物联网在智能电网中的每个环节都有应用, 协助实现了对电网的智能控制和优化配置, 提高电力规划的管理能力。第一:发电环节。对常规能源发电的机组的运行情况、设备之间的互动以及各种参数指标实行实时监控, 对风力、太阳能发电进行电机组的稳态特性和动态特性进行稳定性分析预测, 实现发电环节的自动、稳定和高效。第二:输送环节。运用物联网在每个节点上的监控能力, 对整个输送线路上的导线温度、线路电容、绝缘子污秽以及线路风振进行全程监测, 并作出评估和诊断。由于智能电网具有自愈的特性, 对发现破坏或者不正常的情况进行自我治愈, 对用户实现连续供电。第三:变电环节。将物联网应用到智能电网后, 可以通过物联网中的传感器对重要变电设备进行检测, 并将数据传送到管理终端, 实现对整个变电站的实时检修, 对周围的安全进行防护, 更好地提高变电环节的可靠性和智能化水平[3]。第四:配电环节。由于我国国土广阔, 所以配电规模和配电设备数量都十分巨大。物联网可靠传递特性恰好可以针对这一情况实现配电网络中的配电现场作业、配电网络设备以及运行状态信息的有效传递并进行安全防护, 避免大规模人力、物力的投入。第五:用电环节。物联网技术与门禁系统、防盗防火系统以及有情境控制的结合, 实现了电网与用户的双向互动。革新电力服务的传统模式为用户提供更加优质、便捷的服务, 提高了人民生活质量[4]。

四、总结

物联网在智能电网中的应用为全世界的电力工业在安全性、高效性以及智能化上都开辟了新的发展空间, 但是物联网的安全性一直没有得到很好的解决, 这将成为其应用在智能电网中的最大障碍。

参考文献

[1]潘睿, 刘俊勇, 郭晓鸣.面向智能电网的电力系统云计算[J].四川电力技术, 2009, 32 (增) :66-10.

[2]刘玮, 王红梅, 肖青等.物联网概念解析电信技术, 2010, (01) :5-8.

[3]刘志硕, 魏凤, 柴跃廷, 沈喜生.我国物联网的体系构架研究[J].物流技术, 2010, (212) :1-3.