物联网数字风机系统

物联网数字风机系统（通用8篇）

物联网数字风机系统 篇1

摘要：为提高实验员工作效率,加强高校实验室资源的信息化管理,笔者以数字传媒类专业实验室为例,设计了基于物联网的高校实验室资源信息管理系统。该系统包含预约管理、设备管理、实验室管理和互动交流等四个模块,其采用身份验证技术和配置网络端口的方式来保证数据库的安全。本文从需求分析、功能模块设计、数据库设计、系统安全性分析四个方面对系统设计进行了详细阐述。

关键词：物联网,实验室资源,信息管理系统

● 引言

近年来,随着社会对技能型人才需求量的不断提升,各高校投入大笔资金建设专业实验室,并加大实验教学的课时量,因而实验室及设备的使用频率不断提高,设备的借出和归还手续繁杂,加大了实验室管理人员的工作量。 因此,如何运用信息技术对高校实验室资源进行信息化管理成为高校实验室管理人员所面临的重要课题之一。

目前,物联网技术为高校实验室资源进行信息化管理提供了契机。它是以互联网为基础,把物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。基于物联网技术的特点,高校实验室资源可在设备管理、实验室管理、 预约管理等方面开展信息化管理,并运用实验室管理的理念及物联网技术, 构建信息管理系统。

● 需求分析

本研究以数字传媒类专业为例,设计该专业的实验室资源信息管理系统。该系统包括预约管理功能、设备管理功能和实验室管理功能等,它的设计主要基于以下四方面的需求。

第一,顺应信息时代的发展趋势, 实现实验室资源的数字化管理。目前,高校对实验设备借还及实验室借用,基本都依靠纸质表格或实验室使用日志进行管理,这种传统的管理方式既加大了实验室管理人员的工作量,又容易导致工作失误。而利用信息管理系统则能明显提高实验室管理人员的工作效率。

第二,合理安排专业实验教学设备和场所。在广东技术师范学院,数字传媒类专业重在培养学生的实践操作能力,实验教学是培养该能力的最佳途径。因而,学校为这一类专业的实验教学配备了若干实验室,并采购了摄像机、 苹果一体机等设备。而利用信息管理系统则可使这些实验场所和设备更好地为师生的实验教学和课外创作服务。

第三,使实验室资源管理走向科学化与规范化。数字传媒类专业实验室造价高,各种设备价格昂贵,因此,我们应该进行信息化管理,发挥实验室资源的实际价值。

第四,为师生、管理员提供一个互动交流空间。教师可利用互动交流空间指导学生开展实验教学,为学生解答实验教学中的问题。同时,教师和学生可向管理员提出有关实验室建设和应用的建议,共同把实验室建设成开展实验教学的平台。

● 功能模块设计

基于物联网的高校实验室资源信息管理系统包含预约管理模块、设备管理模块、实验室管理模块和互动交流模块。物联网为该系统提供了多方面的技术支持,使信息管理系统更加智能化和便捷。

1.预约管理模块

预约管理模块针对学生/教师、管理员两种身份设计了不同的子模块。针对学生/教师身份,设计了预约设备、预约实验室两个子模块。针对管理员身份,设计了审核预约信息、分配借用权限两个子模块。在分配借用权限这一子模块中包含了生成二维码的功能, 该功能是运用物联网RFID标签技术, 所生成的二维码与设备上的RFID标签相关联,且能用于标记设备或实验室的借用状态(如图1)。

2.设备管理模块

设备管理模块主要完成对单反相机、摄像机、三脚架、摄影灯具等实验器材的借还手续办理及设备位置跟踪。拿到设备借用权限的学生/教师登录信息管理系统,并下载由系统自动生成的借用申请表。管理员通过扫描申请表上的二维码便可了解学生/教师需要借用的设备名称、序列号,并在信息管理系统中标记借出的状态。该模块针对学生/教师、管理员两种身份设计了不同的子模块。利用学生/教师身份登录该模块,可点击下载由系统自动生成带二维码的借用申请表。利用管理员身份登录该模块,可进行设备基本信息录入、设备库存查看、设备位置跟踪等操作。

在进行设备基本信息录入时,管理员可采用扫描器技术,通过扫描贴在设备上的RFID标签,将设备的名称、序列号、价格、购置日期、性能参数等信息扫入系统中进行存储。在设备库存查看模块中,管理员可实时了解设备借出的数量、现有的数量等情况,方便设备的调度、保管等工作。在设备位置跟踪模块中,管理员还可应用系统定位技术,判断贴有RFID标签的设备当前所处的位置,并利用该模块了解设备使用的场所,扩展管理范围,有利于保证设备安全(如图2)。

3.实验室管理模块

实验室管理模块主要是对专业实验室的课程安排及借用进行管理。该模块针对学生/教师和管理员两种身份分别设置了子模块(如图3)。针对学生/ 教师身份的子模块具有生成带二维码的借用申请表的功能,通过扫描该二维码,系统可以显示学生/教师所借用的实验室名称和编号,还能够记录实验室的借用状态。针对管理员身份的子模块设置了实验室基本信息录入、实验课程安排、当前使用状态三个子模块。其中,实验室基本信息录入子模块利用了扫描器技术,可以将实验室的RFID标签扫描后, 把实验室的名称、编号、室内设备、容纳人数、主要用途、造价、建成日期等信息自动录入计算机,从而方便管理人员了解每间实验室的大致情况。实验课程安排子模块则显示了所有实验室在不同时间段的使用状态,当前使用状态子模块则显示了所有实验室在当前的时间段内是否被使用,这两个子模块对管理员具有重要参考价值,如果遇到没有课程安排且无人使用的实验室则优先予以安排。

4.互动交流模块

互动交流模块用于学生和教师之间交流实验教学的心得和体会,帮助学生更好地掌握实验技能,是一个学生与教师开展实验教学的在线互动平台。同时,该模块还可为管理员提供一个收集实验室建设与应用建议的平台。该模块针对学生/教师、管理员两种身份分别设置了子模块(如下页图4)。利用学生/教师身份登录平台,可以针对实验教学中遇到的问题或实验教学中的心得和体会,以帖子形式进行互动交流。 利用管理员身份登录平台,可通过扫描学生证和教师工作证上的二维码获取相关个人信息,并录入信息管理系统, 实现用户注册。随后,学生/教师便可利用个人编号登录到各个模块中。管理员可对帖子进行发布、查看、删除等操作。

● 数据库设计

数据库是信息管理系统的核心和基础。它把信息管理系统中大量的数据按一定的模型组织起来,提供存储、维护、检索数据的功能,使信息管理系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。[1]基于物联网的高校实验室资源信息管理系统中的数据库包含设备、实验室的静态数据以及其状态的动态数据。通过需求分析和系统功能模块分析,笔者得出的各模块所包含的数据项和数据结构如下。

1预约管理模块:因该模块对学生/教师而言,需要查看设备库存数量和实验室借用状态,对管理员而言,需要根据设备库存数量和借用状态以及实验室的借用状态和课程安排,分配借用权限,所以它应包含三张数据表, 即用户(姓名、学号、工号、密码),设备(设备名称、序列号、库存数量、借用状态),实验室(实验室名称、编号、室内设备、借用状态、课程安排)。

2设备管理模块:该模块主要针对管理员而开发的,它不仅能帮助管理员了解设备的一些基本静态信息、库存数量、借出的数量,而且还能让管理员实时了解设备的位置,加强管理强度。因此, 它对应的数据表为设备管理(名称、序列号、价格、购置日期、 性能参数、库存数量、 借出数量、借用状态、 设备位置跟踪)。

3实验室管理模块:该模块也是针对管理员而开发的,它可以让管理员全面了解实验室的一些基本情况和目前的借用情况以及课程安排情况,方便管理员分配实验室给学生使用。其对应的数据表为实验室管理(实验室名称、编号、室内设备、 容纳人数、主要用途、造价、建成日期、 借用状态、课程安排)。

4互动交流模块:该模块可让学生/教师、管理员以帖子形式开展讨论与交流,对学生/教师而言可进行发布、查看帖子,对管理员而言可对学生/ 教师用户进行管理,以及对帖子进行管理。该模块包含两张数据表,即用户管理(姓名、性别、年级、学号、工号),帖子管理(标题、内容、发表日期、姓名、性别、 年级、学号、工号)。

为充分反映用户要求,笔者还构造了一个数据库E-R模型图,其特点: 第一,能真实、充分地反映现实世界及其事物与事物之间的联系;第二,易于被用户理解;第三,易于修改和扩充;第四,易于向关系、网状、层次等其他数据模型转换。[2]

为减少数据的冗余性,笔者将上述所列举的各功能模块对应的数据表进行简化和综合,得出4张数据表:一是用户(姓名、性别、年级、学号、工号、 密码),二是设备(设备名称、序列号、价格、购置日期、性能参数、库存数量、 借出数量、借用状态、设备位置跟踪), 三是实验室(实验室名称、编号、室内设备、容纳人数、主要用途、造价、建成日期、借用状态、课程安排),四是帖子(标题、内容、发表日期)。

笔者采用E-R图进行数据库的概念结构设计,明确表达了用户与设备、 实验室、帖子之间的关系,如图5所示。

● 系统安全性分析

数据库安全就是保证数据库信息的保密性、完整性、一致性和可用性。当数据库被使用时,应确保合法用户得到数据的正确性,同时要保护数据免受威胁。[3]该信息管理系统采用了身份验证技术和配置网络端口的方式来保障数据库的安全。

第一,身份验证技术。基于物联网的高校实验室资源信息管理系统不允许未经身份验证的用户登录并对数据库进行操作。该系统使用Session对象记录用户的用户名和密码,当用户将浏览器关闭后,所建立的会话链接自动断开,从而保证用户信息的安全。

第二,配置网络端口。基于物联网的高校实验室资源信息管理系统的数据库属于端口型数据库,因此非常有必要进行网络端口的安全配置,以防止黑客攻击。该系统安装后将在TCP/IP筛选的选项卡里设置只允许在TCP端口80和443上分别进行HTTP和HTTPS连接。

● 总结

笔者所设计的基于物联网的高校实验室资源信息管理系统具有预约管理、设备管理、实验室管理和互动交流管理四个功能模块,能减轻高校实验员的工作负担,提高工作效率,在二维码技术、RFID标签技术等物联网技术的支持下,还能让相关实验设备的信息录入、信息查询和位置跟踪等工作进一步智能化、人性化和规范化,使实验室资源能公平地分配给学生和教师使用, 同时也保证了设备的安全。在后续研究中,该系统的开发将应用环境配置方便、开发周期短的ASP技术,通过合理地编写代码,使代码的执行效率和系统数据库的安全性提高。

借助云计算和物联网搭建数字武钢 篇2

武钢是新中国成立后兴建的第一个特大型钢铁联合企业，1958年建成投产，是中央直管的重要骨干企业。武钢从成立至今，三次创业的发展历程印证了我国经济社会改革发展历程，是中国钢铁工业发展的一个缩影，展示了在国家政策支持下，大型国有钢铁企业钢铁主业和相关产业发展的历史轨迹。

发展相关产业是武钢转变发展方式的重要战略举措，是武钢集团发展的重要战略组成部分。武钢正着力改造提升传统优势产业、培育壮大高新技术产业，加快发展战略性新兴产业，形成具有强大盈利能力的相关产业集群。

为迈向云计算和物联网打基础

早在2001年，武钢就自主开发了特大型钢铁企业整体信息系统，包括15大专业系统、91个子系统，解决了企业销、生、研。供运储的协同等关键问题，形成了丰富的企业遗产软件资源。同时还构建了ATM万兆主干网，集成了等多平台的计算机系统，其中包括万余台终端，近1300台交换机、440余台PC服务器，敷设光纤达725千米、覆盖面积21平方千米，连接各年代20余种自动化控制设备，建立了与178条生产线过程机的实时数据交换体系。

从2011年开始，武钢提出大力发展钢铁相关产业，建立“数字武钢”，利用云计算、物联网等新兴技术，支撑企业发展。利用信息化基础，建立企业云服务和物联网服务平台；信息化技术支撑企业可持续发展模式，“两化”深度融合推进了钢铁企业发展转型。

武钢围绕企业软件平台，对原有信息化基础设施和应用进行升级和改造，向云计算平台演进：依托新的软件和信息技术，满足企业向物流产业发展需要，推动企业物流规划建设。

一是发挥工程技术集团整体优势，研究新一代IT服务平台。

武钢工程技术集团建成了包括基于IP网络技术缸业通信系统、钢铁信息化产业、LED照明产业。物联网应用产业、工业炉轧制处理线、物流信息化、软件交付中心、冶金特殊智能仪表产业、激光装备制造产业、水再生环保处理工程及技术产业，智能交通服务，燃料电池及组件产业等新一代IT服务平台。

二是利用工程技术集团创新平台，开展物联网和云计算研究。

在上述工作的基础上，武钢工程技术集团积极参与冶金网联网平台标准规范与编码的研究，其高新产业模式是，将漫长产业链进行整合，以自身的市场容量进行验证中试，再通过较强的市场影响力将成熟应用的新技术迅速推广应用。

武钢物联网研究的目标是，探讨金属环境高可靠RFID应用于武钢物流业务领域、应用于企业智慧物流信息化、应用于城市智慧停车管理以及企业无线物联网应用。

武钢云计算的目标是面向服务的多视角需求建模、软件云服务化与快速交付，构建支持软件迁移、服务柔性重组的信息化系统云服务平台，支撑相关产业发展。同时，以钢铁相关产业信息化建设为契机，建立面向特定主题的示范，树立技术优势明显、行业特色鲜明的典型示范。

目前武钢工程技术集团的物联网和云计算的主要研究课题包括智慧物流的整体业务架构设计、城市智慧停车管理系统解决方案以及对企业已有核心软件的云服务化研究。

云服务初探

借助于“钢铁相关产业信息化系统云服务平台”，“物联网智慧园区服务平台”及辅助软件，武钢工技集团先后与CISCO、IBM、ORACLE、烽火科技等企业，香港科技大学、武汉大学、武汉理工大学等着名高校以及中国物流技术研究所等机构合作成立产业联盟，将武钢系统化的企业核心遗产软件自动迁移到相关产业云环境中，并形成变粒度云服务的技术方法，与中国移动公司合作共建武钢高新产业园智慧园区桌面云，2013年将扩至1000个，预计2014年达3000个。

武钢先后研究出新产品10项、获得专利和软件著作权若干项。这些产品包括云计算环境中按需服务选择系统、基于本体的语义互操作性管理工具、云服务资源搜索和挖掘工具、云服务超市管理工具、服务质量敏感的自适应服务组合支撑系统与多租户模式数据隔离和数据迁移工具、云服务运行时监测与动态配系统以及钢铁相关产业信息化系统云服务平台。

正在开发中的武钢的企业遗产软件云服务化平台，将构建武钢相关产业统一软件平台，以“PaaS＋SaaS”方式提供变粒度的云服务来满足变化频繁、形式多样的企业应用需求。该平台依照需求牵引、服务推动为方向，采用多租户--架构，以面向多租户模式的服务需求分析与建模方法，采用多租户模式的架构设计与配置技术，支持多租户模式的数据隔离和数据迁移技术，服务质量敏感的自动服务组合与柔性重组技术。

推进云服务化进程

武钢相关产业“十二五”信息化规划已批复，将借助云计算，按10大产业板块、14大类业务信息系统，做好顶层设计与项目开发，推进钢铁相关产业软件云服务化进程。

下一步，武钢将推进物流业务管理（SaaS）功能开发。端到端的供应链可视化应用系统开发工作。后者分为三个部分：一是集中需求管控（包括需求驱动的补给、需求预测、库存优化、时间管理、S&OP支持模块），二是供应能力集中管控（包括库存优化、供应商协同、KPI可视性、动态供需平衡模块），三是运筹集中管控（包括追踪与监控、路径优化、KPI可视性、RFID应用模块）。

与此同时，武钢还将推进新一代钢铁信息化——基础设施规划设计工作，完善管控中心（整个业务及信息系统的管控中心）、智能化工厂（现代钢铁企业将信息化能力融入工作环境管理的具体表现）、云计算环境（最先进的对IT计算资源的使用及管理进行有效及自动化管理的方法）、虚拟化动态计算资源池（最大限度利用计算资源，以控制总体成本的服务器及存储建设方法）、园区及数据中心网络（所有信息传递及业务单位交互的重要基础）以及园区及数据中心基础设施（提供整个园区及数据中心的信息系统运行环境，也是绿色环保的保证）、IT运维管理体系（确保IT交付可靠服务的关键体系）、信息安全管理（确保信息完整性、可用性、保密性的重要手段）、灾难备份体系（确保业务连续的重要措施）等的建设。

物联网数字风机系统 篇3

失去数字时代的恶果

进入20世纪90年代之后, 日本步入长期的经济衰退, 1997年秋季, 大型金融机构破产、股价暴跌和日元汇率狂泄引起了日本的金融动荡和经济衰退, 整个日本经济一蹶不振。

丰田汽车公司是代表日本制造业最高水平的“优等生”, 是日本最富竞争力、最国际化的跨国公司之一。丰田的“召回门”事件, 在今天的日本并非个案。如果我们深入研究一下其中的深层原因, 就会发现这是由于产业构造带来的必然问题, 丰田的“召回门”事件是日本制造业在成本的重压之下不堪重负的必然结果。

代表当今世界科技前沿的是数字技术, 在这个以数字技术为代表的新经济时代, 日本未能保持第一梯队的位置, 显得落伍了。以电视制造业为例, 随着数字时代的到来, 从1990年起, 日本、欧洲和美国各自沿着完全不同的方向发展新一代电视。当时, 日本已投入了18年的时间和大量的金钱发展高清晰度电视。而美国在之后不久的1991年, 几乎一夜之间, 都开始追随通用仪器公司, 成为数字电视的拥护者。在不到6个月的时间里, 美国几乎所有关于高清晰度电视的提议都改弦易辙, 从使用模拟技术转向使用数字技术。有充分的证据显示, 数字信号的处理更合乎成本效益。而欧洲则直到1993年2月才承认这一点。

其实, 在日本也不乏有精英人士认识到数字电视才代表着未来。1994年2月, 日本邮政省放送行政局局长江山晃正提出让“日本跨入数字世界”的建议。出乎意料的是, 日本的产业界领袖们第二天便群起而攻之, 因为日本在高清晰度电视上已经投入了大量的资金, 他们绝不能容忍另起炉灶, 否则, 之前大量投入的资金将如泥牛入海。

数字电视与高清电视之争, 并不只是简单的电视信号编码方式之争, 而是数字技术与模拟技术之争。产业领袖们为了能向资本有个交待, 使日本失去了在数字电视技术领域获得领先地位的先机。当日本在沉睡中醒来, 突然发现在数字领域这个世界制高点上, 原来雄居世界第二的日本, 一个曾经自信地要向美国说“不”的国家, 已经痛失先机, 而这期间, 落后日本多年的中国, 也开始迎头赶上。

日本的蛙跳战略和泛在网战略

面对落后局面, 如何在数字领域实现赶超成为摆在日本面前的一个问题。日本民族是一个善于学习与改良的民族, 从明治维新以及其后日本的经济发展史中, 我们可以看到太多的例子。由于日本人特有的超人的模仿天赋, 以至被西方戏称为“猴子民族”。

痛失先机的日本在经过衡量之后, 决定从信息化入手, 打开一个通往数字领域的缺口, 从而带领整个日本杀出重围, 追赶美欧等数字化的先进国家。信息化的概念本是由日本人首先提出来的, 在这方面, 日本具有一定的优势, 而物理世界的信息化, 则是目前信息化发展最为薄弱的一个环节, 也是极具前景的环节, 信息化向物理世界进军, 只是早晚的事。日本终于找到了通向数字世界的突破口。

从2003年开始, 日本开始了真正的泛在网试验。2004年, 日本推出了下一步国家信息化战略——泛在网战略, 尽管当时还没有现代意义上的物联网概念, 但泛在网战略, 在方向上无疑是与物联网不谋而合的。

但是在经历了8年的重点实施之后, 到目前为止, 整个日本的泛在网及其应用却未能形成产业化的发展, 根本原因在于日本的泛在网在概念上仍然停留在传感本身, 与物联网理论相比, 显得相对简陋。泛在网仍停留在一种封闭性理念之上, 为物联而联物, 为应用而应用, 泛在网由一个个互相孤立, 互不相关的个案组成, 缺乏全局意识。例如, “智能家居”只能实现智能家居这个单一的功能, 并不具备开放性与衍生性。

反观美国的电网计划, 其核心是打造一个人人都能够参与的开放式平台, 而调节电价和用电的调度只是这个平台的基础功能之一。如此一来, 美国电网平台在开放性的作用下, 就具备了衍生性, 通过这个平台可以衍生出许多其他的应用, 如根据计划, 美国电网将会由第三方开发一些应用帮助消费者进行在线用电管理等, Google Power Meter就是一个很好的例子, 它建立起了GPS数据发布和电表之间的联系, 这样, 房主就可以在回家前20分钟发送指令, 打开空调等家用电器。但是, 尽管泛在网存在着很多局限性, 但至少可以说明日本在数字传感技术方面已经开始行动起来了。而在实际的应用上, 日本也取得了一定的进展。

比如, 日本基于物联网的地震感知预警系统可说是这方面成就的代表。多年来, 地震预警一直是一项难以攻克的世界性科学难题, 为了与地震作斗争, 2007年10月, 日本的传感形地震预警系统正式投入使用, 日本各相关机构可无偿使用这项服务。日本现阶段有数十家企业和团体签署协议加入预警系统, 预警系统向参加的企业等单位承诺, 它们将在地震波到达前10秒~30秒, 收到地震警报。2008年6月14日, 日本东北部的岩手、宫城等地发生里氏7.2级地震。日本气象厅在主震到达宫城石卷市前12秒, 发布了地震预报, 在地震来临前10秒左右发出预警, 给人们在避灾方面提供了宝贵的反应时间。地震发生时, 一般是破坏力较小但速度较快的地震波 (简称P波) 先活动, 接着就是破坏力大但速度慢的地震波 (简称S波) 。两种震波之间存在几秒到几十秒的时间差。

日本研究人员正是利用这个时间差, 通过传感器探测出P波后, 迅速发出预警, 当传感形地震预警系统探测到地震中最初的微震时, 会同时向铁路、建筑、电力、医疗等部门即时发出警报。这样一来, 在灾难的S波来临之前, 可以抢得数秒到数十秒的宝贵时间, 对地震采取相应的避难措施。比如, 各系统在接收到预警信号后, 就会自动关闭煤气、电、水、核电站、化工厂等高危设施的运行, 以避免衍生灾害的发生。

日本的物联网规划

为了突破持续低迷的经济环境, 重整旗鼓, 抢占数字领域制高点, 日本于2009年3月提出“数字日本创新计划” (ICT Hatoyama Plan, 亦称ICT鸠山计划) , 同年7年, 日本更进一步提出“i-Japan战略2015”。其中, 交通、医疗、智能家居、环境监测、物联网是建设重点。

数字日本创新计划包括“无所不在的城镇”理念 (ubiquitoustown, 也称“泛在城镇”) , 将在全国范围内实施, 其目的是鼓励人们进行新的开发和测试, 以推进无所不在的计算技术, 通过支持商业特殊领域的无所不在的计算, 同时, 充分而又有重点地从不同的角度投资那些从测试转向应用的无所不在的计算技术, 创造安全有保障的社区。

数字日本创新计划的具体措施包括加快发展基础设施, 以帮助地方公共机构实施区域自治理念, 也包括在大学、医院、图书馆和公共机构等场所使用宽带网络。这类基础设施将被用于一系列重点工程的基础, 包括儿童和老人跟踪系统、旅游和道路信息监测系统、气象装置和使用传感器的救灾系统等。通过各种媒体整合当地信息, 发展为当地居民提供的公共安全领域, 振兴地方社区使用区域交际网络的服务, 鼓励专为农村地区提供的移动服务的发展以及发展空间代码基础设施。这将促进通信环境的发展, 使居民能直接体验ICT的真正价值。

物联网技术构建数字化油田 篇4

关键词：互联网技术,数字化油田,原理

随着科技的发展, 物联网技术以其信息的集成化优势, 可以通过信息网进行快捷的管理, 它的优势不仅体现在管理方面, 还有对于信息的统筹和信息资源的优化, 建立可靠的数据结构, 通过对数据变量的分析达到管理的效果。数字化油田是物联网技术从理论走向实践的过程, 是对油田管理和油田行业的可持续发展打下基础, 实现资源的优化管理, 为油田企业的发展提供了依据。

一、物联网技术

1. 定义。

物联网技术是通过感应技术或者定位系统把事物与物联网相连, 通过信息的交换和通信实现全部智能化的一种网络概念。它是将物理基础设施和IT基础设施相结合, 以数据的形式全新的展现出来, 实现了信息和资源的交换和共享, 是对物品的透明管理。从本质上讲, 物联网是互联网在形式上的一种延伸, 构建了人与社会万物之间的交流, 把每个物品都作为一个信息终端来看, 很多的信息终端又构成了一个信息网络系统。

2. 现状。

物联网只是一个设想, 如果要真正的投入运行还存在很大的问题, 需要我们更多的努力。物联网的三大部分:感知层、网络层和应用层。这三个方面感知层是最难实现的, 因为要让物体自身发射感应通过网络传达到应用层, 这是科学技术的全新挑战和尝试, 只有实现这三个层面的共存才能实现真正的物联网技术的应用。

二、数字化油田

1. 数字化油田的建立

2. 数字化管理

1) 管理优势。油田的数字化是将油田的勘探进行数字化管理, 包括对开采的数据、管道及压强的变化、钻采数据的记录等来实现油田的数字化管理。油田的数字化管理不仅可以提高企业的工作效率, 还能够将现有的资源进行及时的记录和管理, 从而实现资源的优化管理, 这样建立起了可靠的数据结构就可以实现油田的可持续发展, 为油田资源的最大化利用提供相应的数据。

2) 管理模式。 (1) 安全施工管理:油田钻采过程中还存在很多安全隐患, 实现油田的数字化管理不仅可以预防这些安全隐患, 还可以通过对油田数据的全方位记录保证安全施工, 提高工作效率。油田的数字化管理主要包括对输油管道的管理和监督, 对钻井设备的管理, 对钻采数据的动态管理, 这种实时的管理措施可以保证对施工的监督和及时的补救, 为施工人员的安全提供了很大的保障, 通过对油田数据的数字化管理保证了施工管理的全面化和技术化。 (2) 科学发展管理:对于油田的数字化信息的管理, 可以对钻采现场的工况进行及时的诊断和处理, 对设备进行及时的维修, 通过数据的分析就可以实现数字化管理, 可以对现有的石油进行规划应用, 大幅度地提高了管理效率, 实现可持续发展管理。管理路线由传统的粗放化走向集中精确管理, 提高管理的效率和执行力。

三、物联网技术所面临的挑战

1. 标准。

目前物联网仍然缺乏一个统一的标准, 难以将事物完整统一的呈现在信息库内, 有些企业因为自身利益的原因不能提供出相对精确可靠的信息, 会造成物联网技术的不可靠, 难以为以后的发展打下基础。物联网的健康建立和发展仍然需要社会人士一个进行认知的过程, 只有让他们建立起正确的认知观才能实现网络的无偏差, 建立和完善相关的标准才能让物联网良好的发站内下去。 (下转21页)

2. 安全问题。

物联网作为一种公开的物质关系网, 当然会做到信息的公开化和透明化, 但这种信息的公开化和透明化会造成一些企业的内部消息走漏, 甚至会遭到黑客的攻击, 不利于企业的正常发展。而要避免这些问题的发生就要有专门的科技人员来监管物联网, 建立起稳固可靠的保护系统, 保护企业的无线通信功能和企业机密。

3. 缺乏政策的支持。

物联网技术作为一项新兴的科技技术, 需要的是国家的大力保护和支持, 以免在建立发展的过程中造成很多信息的遗失和疏漏, 没有强有力的资金支持就很难让物联网建立和发展起来, 只有政策的强有力支持才能让物联网技术得到真正的实现。

四、结语

我国信息产业科技发展还需要经过一段时间的探索, 才能逐渐形成完整的信息科技体系, 企业内部信息的数字化会便于企业的管理, 提高企业的高效运作, 为企业实现信息化管理提供帮助。石油行业的信息化将是一项新的尝试, 它在实际的运行过程中起着重要的作用, 对于油田数据的采集和远程监测都提供了平台, 利用物联网技术实现数字化油田的管理, 是一项有效的途径。通过对每个油井和电网开关的监督实现现场作业与指挥部的信息交流, 可以对油田采集的正常记录和及时指挥, 方便快捷。

参考文献

[1]宁焕生, 张瑜, 刘芳丽, 等.中国物联网信息服务系统研究[J].电子学报, 2006, 34 (1) .

[2]沈苏彬, 范曲立, 宗平, 等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报 (自然科学版) , 2009, 29 (6) .

基于物联网技术的数字化油田 篇5

物联网可定义为利用射频识别、GIS技术、感应装置、扫描仪等传感器设备, 遵循统一的通讯协议, 将任意的物品通过互联网连接起来, 信息可在物联网中实现传递和交换等操作, 通过处理中心的统一管理实现智能化数据采集、传输、存储、处理、识别、定位、分析的网络系统。物联网的概念是在1999年提出的, 物联网就是“物物相连的互联网”。

物联网可分为三个层次, 即:感知层、网络层、应用层。第一层感知层由各种传感器和传感器网管构成, 负责数据的采集和感知, 主要用于物理世界中发生的事件和数据;第二层是网络层, 负责传递和处理感知层获取到的信息, 用来数据的传送和运算。网络层用于实现连接功能, 能把从感知层获得的信息无障碍、高效率的进行传输。第三层是应用层, 在两层数据采集和传输的基础上, 对数据进行处理分析, 从而为各种终端提供相应的应用服务。是物联网和用户的接口, 与行业需求结合, 实现物联网的智能应用。

在物联网体系架构中, 三层的关系可以这样表示:感知层可表示为人眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢。网络层相当于人体的中央处理器—大脑;应用层相当于人的具体行动。物联网技术框架图见图1。

二、数字化油田

所谓的数字化油田指的是通过一定的模型和方法将实体的油田进行抽象化, 得到的存在于计算机中的模拟油田。数字化油田实现了对实体油田的综合管理, 它包含了油田的各种人文以及自然的数据信息, 管理员可对数字化油田进行查询、浏览和交互等操作。油田中的各种生产信息与其所处的地理位置具有较强的联系性, 通过对油田相关信息的快速获取和分析, 油田可实现快速应答和反映机制, 提高企业的管理能力。通过数字化油田的管理, 可提高企业内部各部门之间的油田信息通讯、管理和整合能力。数字化油田的目标在于建立一个完整的油田信息采集、处理、应用体系, 同时在实现数据信息共享后, 应当面向石油探测、开发、采油设备建立、石油运输等企业综合管理的各个环节, 建立一个综合的油田数据管理系统。数字化油田管理系统应当与其它专业的系统进行一定和借鉴和融合, 利用虚拟现实的技术实现对油田信息的可视化显示, 使油田的管理更加直观和便利, 通过优化的智能分析方法, 数字化油田管理系统可为油田企业的综合管理提供强大的信息支撑。

数字化油田的建立是基于信息通信技术的。数字化油田体系中, 数据信息的传递通信是相当重要的一个环节。数字化油田融合了计算机技术、数据库技术、通信技术等多个领域的专业技术, 实现了油田企业管理的网络化、数字化、可视化以及智能化。数字化油田涉及到许多学科和领域的知识, 它由许多的具有不同作用的油田管理系统构成。

三、基于物联网技术的数字化油田生产管理平台

3.1 系统构建思想。

基于物联网技术的数字化油田生产管理平台是为了对油田勘探、生产管理进行信息化管理。以物联网技术为框架支撑的管理体系, 可满足油田的常规生产和经营、设备监控、成果可视化, 具有油田生产数据信息自动采集、通信、储存以及分析处理等功能。该体系可实现油田的跨地区管理, 可将油田勘探、开发、生产以及销售中的各个环节有机结合起来, 还可实现油田生产数据的综合智能化、可视化管理, 对生产过程进行动态实时监控。

数字化油田生产管理平台建立时, 在框架上遵照物联网的三层技术结构。在数字化油田管理平台的感知层中, 通过安置在油田阀组间、联合站、油井、输送管线等地方的传感器和监控器, 实时动态采集生产信息数据, 并将数据统一管理起来;在数字化油田管理平台的网络层中, 生产数据信息通过有线 (电缆、光纤等) 或无线 (GPRS/CDMA) 的方式发送至综合管理服务器中, 然后进行数据的分析处理等操作;在数字化油田管理平台的应用层中, 需要使用数据库技术, 计算机智能计算技术对自动采集到的油田生产数据信息进行加工、处理, 必要时可以表格、图片等信息输出监测成果, 从而实现对油田生产设备的动态远程监控, 为油田生产决策提供数据支撑。

系统主要包含三个子系统, 分别为:油田信息自动采集子系统、数据传输通信子系统、油田生产管理子系统。其模型框架见图2。

3.2 油田信息数据自动采集子系统。

该子系统主要负责油田生产信息数据的自动化采集, 对应于物联网的感知层, 该模块中的监测仪、传感器等数据采集装备安装在油田的各个地方, 主要包括:油田注配间、中转站、油井、站库等主要的生产站点。数据采集设备实时动态采集油田的生产信息数据, 然后将数据汇集到DTU、RTU等控制器中, 进行数据的统一解析、上传、处理、为平台的应用系统提供可靠、稳定的数据来源。

注水井数据自动采集:在油田的水井中应当安装流量和压力传感器, 从而实现对水井中的汽油压力、注入流量等数据的自动采集。除此之外, 还应当在水井中安置远程控制的自动注入装置, 对注水井中水量进行远程调节和控制。配注间数据自动采集:配注间内的管线上应当安装流量传感器和水压传感器, 采集总的水压以及流量数据。

3.3 数据传输通信子系统。

数据传输主要分为有线传输和无线传输两种方式。有线传输指的是利用电缆、光纤实现数据的通信, 其特点是传输稳定可靠, 但是投入成本较高;无线通信指的是利用GPRS/CDMA或专用网络等方式进行数据传输, 其特点是传输方式灵活, 但传输信号易受到外界干扰。在数字化油田系统中, 应当结合两种通信方式的特点, 在不同的位置选择合适的数据传输方式。在电缆、光纤容易铺设的作业区域, 则采用有线通讯方式, 以保证数据信息的稳定可靠传输;在单井位置, 则可以采用McWill无线宽带或GPRS/CDMA网络完成数据传输。

3.4 油田生产管理子系统。

该子系统中我们采用B/S的构架体系, B/S体系安全性能较高。而油田数据的综合管理是采用的Oracle数据库。生产信息管理系统应当实现模块化, 需要建立的主要模块包括:站库运行管理模块、油水井运行管理模块、设备维修模块、管线运营管理模块、GIS自动监控模块等。通过软件平台的开发, 实现油田生产信息自动计算、分析处理, 作业区域实时监控, 油田生产设备远程控制, 错误预警机制, 报表自动生成等功能。

四、结束语

将物联网技术应用数字化油田中, 可实现自动数据采集功能, 智能化数据处理分析功能, 监测设备远程无线控制能, 远程监控功能以及智能化决策功能等, 适应了油田现代化、信息化管理的要求。基于物联网技术的数字化油田生产管理平台是一个集成系统。该系统包含:油田信息数据自动采集子系统、数据传输通信子系统、油田生产管理子系统, 实现了油田信息数据的自动采集、传输、处理、储存、输出以及可视化。

摘要：本文对物联网技术及其框架结构做了简要介绍, 并对构建基于物联网技术的数字化油田管理平台进行了研究, 介绍了该系统的原理及框架体系。

关键词：物联网,数字化油田,框架结构,信息化管理

参考文献

[1]韩卫国.物联网背景下的数字化油田站控系统[J].工厂自动化, 2012.

物联网数字风机系统 篇6

1.1 目前青海油田“数字化”油田的主体结构

目前青海油田数字化油田建设主要是通过四层架构:物理层、控制层、网络层、应用层。物理层是使用一些常规仪表, 通过电缆以及数据线来对这些仪表进行数据采集;控制层是由各级控制站, 利用DCS、PLC、RTU等控制系统, 通过电蜘蛛、组态王、力控等组态软件来实现实时的监控;网络层主要是通过光纤、双绞线、路由器、交换机等设备来实现网络传输;应用层是将采集回来的数据利用软件通过WEB发布的形式来实现的。

1.2 青海油田“数字化油田”现状的优、缺点

优点:

(1) 采用各站区分布式管理, 每个操作站负责各自的生产运行操作功能, 相互独立、互不影响。

(2) 数据传输稳定, 不易受外界干扰。

缺点:

(1) 不利于集中管理, 各自为站, 无法做到数据的有效整合。

(2) 电缆线路多, 不易做到站区规范整洁。

(3) 信息化, 自动化程度较低, 不便于统筹管理。

2 物联网技术在青海油田“数字化油田”建设中的应用

物联网需要对物体可感知、可识别、可控制。根据这一目标设计出的油田物联网必须具备以下三个层次, 第一层即感知层, 引入智能仪表, 全面感知, 利用FRID、二维码等技术随时随地获取和监控物体的信息;第二层即网络层, 要实现远端识别, 必须进行可靠传输, 需要通过各种网络和互联网的融合, 将物体的信心实时准确的发送出去;第三层即应用层, 可控制必须能对物体进行分析和处理等能力, 这就需要智能识别、计算机对数据和信息的实时分析和处理等技术。这与传统的油田自动化有本质的区别, 精简了控制层 (即小型自动化控制站) , 以以太网为枢纽, 服务器和管理软件为核心, 所有的接口都是统一的以太网口。

如图2所示, 生产现场仪表连接至无线网桥, 通过感应节点进行仪表识别与数据分离, 初步处理后的数据直接上传至前线中控室主服务器进行运算处理, 再经过二级路由, 传至基地中控室。此种网络模式省去了各级控制站, 做到仪表与服务器直连模式。

2.1 感知层

2.1.1 感知层的定义

感知层是物联网的基础, 通俗的讲就是智能仪表层, 利用传感器采集设备信息, 利用射频识别技术在一定距离内实现发射和识别, 感知层应有感应节点和接入网关组成。

智能仪表的定义:

(1) 无线网卡, 支持TCP/IP通信协议。

(2) CPU, 简单的独立运算能力。

(3) RAM, 具备一定的存储转发能力。

(4) 操作系统和专门的应用程序。

(5) RIRD, 射频识别模块。

(6) IP地址, IPV6, 提供海量IP地址。

与传统仪表的比较:智能仪表具有独立的运算和数据的存储转发能力, 能够通过远端控制, 接受命令, 做出相应的响应。仪表与仪表之间能够实现相互智能对话, 通过自身所带的操作系统和程序实现自动控制, 而不需要复杂的人为控制, 自动化程度高。

2.1.2 感知层的工作方式

感知层是由智能仪表、FRID应答器 (射频卡或标签) 、阅读器 (读写器或基站) 组成。

感知层有感应节点和接入网关组成。智能仪表通过无线的方式接入网关, 利用射频识别技术在一定距离内实现发射和识别, 在感应节点处有识别器对仪表进行检索识别, 网关把收集到的信息通过网络层进行进一步处理。

2.1.3 感知层面临的问题

由于青海油田目前所用仪表多为非智能型仪表, 存在品牌混杂, 电缆多, 功耗大等问题, 与搭建物联网平台的核心意义相悖, 为搭建物联网平台, 必须从根本上解决这些问题:

(1) 采用智能仪表, 取消底层控制站。

(2) 仪表采用统一接口, 减少仪表品牌。

(3) 采用电池供电, 实施全区无线通讯。

随着智能仪表的启用, 将给自动化建设赋予一种全新的模式, 做到仪表品牌统一、接口统一、这将大大减少日常维护, 但要达到上述要求还存在经费和技术上的难度, 我们的核心思想是:以物联网为模式逐步配套建设, 减少常规仪表的采购, 加大智能仪表的投入和建设, 做到各仪表间干净整洁、规范。

2.2 网络层

2.2.1 网络层的定义

网络层是对传感器采集的信息进行安全无误的传输。把物联网比作一个人的话, 网络层可以说是整个物联网的“腰”。网络层是物联网中物物相连的重要组成部分, 不仅需要识别数据信息, 更能智能化的分析处理多功能平台。

2.2.2 网络层的接入模式

网络层的接入模式分为五种。其中光缆带宽最高, 信号最稳定, 寿命最长, 应在采油区统一规划光缆网络。光缆最怕机械破坏, 最好的建设方法是与输配电线路同杆铺设, 几乎免维护, 同时与无线网桥配合使用, 可以覆盖整个油区, 是最理想的数字化油田网络层模式。目前青海油田主干网络皆采用光缆作为通信介质, 现有设备满足以后物联网的应用需求, 只需发展周边网桥建设, 实现以光缆为骨干, 无线网桥辅助周边的建设思想。

2.3 应用层

2.3.1 应用层的定义

应用层是为操作者和管理者提供丰富的服务功能。决策者可在应用层上得到自己需要的各种信息, 如查询信息, 监控信息、控制信息等。这就要求强大的计算机群, “云计算机的支持”通过“云”处理平台, 有着强大运算、存储功能, 是传统的DCS、PLC、RTU控制系统所无法匹及的。随着物联网技术的逐渐深入, 相应的物联网设备即将问世, 将给油田自动化建设注入强大动力。

2.3.2 目前青海油田应用层的突出矛盾和解决办法

青海油田多年来为油田自动化建设投入很大精力, 无纸化办公, 施工图求产等已初见成效, 但总体来说, 没有一个完善的应用系统。各大软件供应商为了自己利益, 各自为战, 互不兼容, 技术保密, 采用不同的接口软件, 不利于平台整合, 制约了系统地分析处理问题。对于决策层也没有一套系统能够将油田的复杂性整体直观地展示给管理者, 不能让管理者及时掌握情况, 客观分析问题和正确决策, 这些都是制约油田发展的重要因素。

解决办法:

(1) 物联网应用逐步覆盖, 保留现有部分自动化办公软件。

(2) 改变从操作工-EXCEL-资料员-系统的传统模式, 利用物联网互动平台, 实现全程数据自动录入。

(3) 使用规范软件, 统一平台, 各大软件开发公司为物联网统一接口, 公开代码, 做到软件与软件之间的互联, 做到信息有效整合。如图3所示:

(4) 大力开发系统办公软件、数据库系统、应用平台, 以WEB发布的形式有效地进行监控, 充分发挥物联网优势, 对于决策层, 只需要访问特定的网页就能纵览油田全局信息。

3 结论

基于物联网的“数字”油田核心思想是打破传统的四级架构模式, 取消底层控制层, 做到感知层通过网络层直接与应用层互联的三级架构, 缩减中间环节, 减少人力与物力资源的浪费, 便于统一协调管理。

本论文引入物联网, 结合青海油田现状, 对未来油田物联网的建设提出新的构想, 与以往传统的油田自动化形成对比, 为将来青海油田的自动化建设提供一个更好的工作思路, 利用物联网技术, 简化井上生产结构, 让计量站、配水间和传统的三级布站模式退出历史的舞台, 摆脱“地面工艺调整围着已建场站转”的思想束缚, 全面实现信息化, 网络化的标准结构, 使油田建设真正跨入全数字化油田开发新时代成为可能。

参考文献

[1]王全治.基于物联网技术的PES系统在青海油田的应用[J].中国石油和化工, 2011 (4)

[2]任桂山.赵智.方睿.李明.陈津刚.物联网技术在大港油田的研究和应用, 2011

[3]许代红.蓝永乾.运用物联网技术构建数字化油田生产运行综合管理平台[J].通信管理与技术, 2011

基于物联网技术的数字化油田建设 篇7

数字化油田系统是近几年来随着信息技术的飞速发展, 石油需求的急剧增加和经济信息全球化的逐步加深而出现的一项新技术。它在油田的信息交流和管理决策中发挥着越来越重要的作用, 然而数字化油田系统的发展还并不十分完善, 尤其在中国起步比较晚, 油田数字化进程比较缓慢, 与国外同期水平相比还具有很大的差距, 而且数字化油田系统的实现需要大量的人力、物力和财力来支撑, 所以寻求一种经济、高效、可行的数字化油田系统解决方案是十分必要的。

2 油田物联网项目目的

油田的物联网项目建设目标是利用物联网技术, 实现油气田井区、计量间、集输站、联合站、处理厂生产数据、设备状态信息在作业区生产指挥中心及生产控制中心的集中管理和控制, 提高生产操作过程数字化和生产运行自动化管理水平, 通过搭建的统一管理平台, 对油田重点生产设施、站库、以及重点油气井的施工和运行实时监控, 保障矿区安全生产和治安防范, 为油气生产决策服务。项目建设, 进一步优化生产工艺流程, 提高油田开发生产监控的范围和深度, 降低员工劳动强度, 为实施精细化管理创造条件, 以达到降低生产成本、为企业创新创效的目的。

3 油田物联网建设

在物联网技术支持下的“数字化油田”将以建设整合数据自动采集、数据传输网络、生产管理系统、自动化控制、井站配套支持系统为基础。 (如图1)

实现“多级监控、流程管理、同一平台、数据共享、智能分析、实时预警、精确定位、协同动作”, 为提高运行管理的水平和地面工艺的简化提供了充分的支撑。

3.1 数据自动采集系统

数据自动采集可分为单井数据采集和站库数据采集。单井自动采集系统根据油田生产管理的实际需求, 对油、气、水井的数据进行自动采集;站库数据自动采集主要针对计量间、中转站、增压站、注入站、注汽站等油气生产环节和处理站、联合站等油气处理环节。油气生产环节的站库应采集生产管理所需的主要参数, 油气处理环节的站库根据工艺要求采集关键参数, 实现关键过程连锁控制, 以满足油气处理、安全生产的需要。

3.2 数据传输网络系统

数据传输网可依据现场实际情况, 采用有线、无线或混合组网方式, 工控网应与办公网隔离, 建立健全网络安全体系, 确保数据传输实时、安全、稳定。对于集中建设的丛式井场及站库可采用光纤接入方式, 满足数据采集及视频监控对带宽的要求。地理位置偏远、分散的油气水井、计量间等可采用无线接入方式。在未覆盖网络地区可根据实际情况采用手持终端设备 (PDA) 进行数据采集。

3.3 生产管理系统

生产管理系统主要设置在中控室, 其功能包括数据管理、展示与协同工作等系统。对井站、功图、视频等采集的数据实施管理, 实现实时型数据到关系型数据的整合, 进而实现油水井工况、油水井动态、视频监测、综合展示、协同工作等应用功能。

3.4 自动控制系统

自动控制系统旨在对生产设备进行远程控制, 包括紧急关断、抽油机启停、集成增压撬、自动投球收球装置及配套的控制系统等。自动控制系统通过对井场和各种站库采集传输来的数据进行实时监控、分析, 根据监控情况和生产管理的需要, 实现远程控制单井启停、注水自动调节控制、锅炉燃烧机控制等。

3.5 井站配套支持系统

井站配套支持系统是指针对单井、站库所配置的各种设备的支撑系统, 包括常规电力、太阳能或风能发电设备, 以及其他配套支持设备等。其中油水井生产主要采用工业用电;气井根据采气工艺一般采用低功耗的太阳能供电, 辅助配备蓄电池组, 实现夜间、阴天连续供电, 以保证各类传感器、截断阀、视频等设备正常工作。 (如图2)

4 结论

基于物联网技术的数字化油田建设, 在数据自动化采集、井站远程监控、生产设备远程控制方面有很广阔的应用前景。通过油气生产物联网系统建设, 将有效提高生产操作单元的自动化水平, 保障生产安全、稳定、高效地运行, 改善员工生产、生活环境, 体现以人为本的理念。

摘要：物联网 (The Internet of things) 是以现有网络为基础, 对各种传感设备、监控设备进行有效地整合通过建立相应的数据采集、传输、自动化控制系统实现对各种终端设备的统一管理。针对油田开展的物联网建设将通过建立统一的平台集成现有信息化系统对各种生产设备进行远程控制、生产数据进行自动采集传输、站库及其重点井实现远程监控, 为油田的精细化管理提供条件。

关键词：物联网,数字化油田

参考文献

[1]《数字油田》, 李剑锋编著, 化学工业出版社, 2006.07[1]《数字油田》, 李剑锋编著, 化学工业出版社, 2006.07

[2]《推进信息化, 建设数字油田》, 李小千编著, 中国经济时报, 2004年[2]《推进信息化, 建设数字油田》, 李小千编著, 中国经济时报, 2004年

物联网数字风机系统 篇8

物联网 (The Internet of things) , 简而言之就是“物物相连的互联网”。2009年8月7日, 温总理在无锡市考查工作时, 提出了“感知中国中心”, 并把传感网络中心设在无锡, 从此物联网及其相关技术和设备被全社会重视和关注。物联网的快速发展以及相关技术的不断进步, 定会对传统校园向智能数字校园的升级产生重大影响。

随着物联网和相关网络通信技术的飞速发展及相关设备的进步、普及, 将促进智能数字校园的建设与研究, 从而为高校数字化资源与信息化系统的科学利用提供成熟的条件, 更好地为广大师生的工作、学习和日常生活服务[1]。所以, 本研究小组努力学习物联网的功能和特点, 设计了基于物联网及其相关技术的智能数字校园系统。

2 物联网技术

物联网应用的实现主要分三层。一是传感系统 (设备层) , 借助各类技术实现和物相关的信息采集和识别;二是通信网络 (信号获取和传输层) , 包括各类接入网和专用网, 如:广电网、互联网, 用于对采集来的信息进行传输和处理;三是应用和业务 (业务应用层) , 即可基于现有的手机、个人电脑等终端进行的输入输出控制终端[2]。其中, 前两个层次由传感技术和通信技术实现, 其核心技术是传感网、RFID (无线射频识别) 等技术。第三层是以软件为主的数据处理技术。

物联网在运行中, 先标识物体属性。传感器会检测动态属性, 而静态属性被直接存在RFID标签里。阅读器的作用是识别并读取物体属性, 同时将属性数据转换为适合网络传输的数据格式, 随后信息处理中心会接收通过网络传输来的这些数据, 最后再由处理中心完成相关计算实现物体通信。

3 智能数字校园的内涵

智能校园的管理和服务模式需要更高的交互响应速度、灵活性和明确性, 通过物联网技术可以实现对师生和校园资源相互交互的方式的改善和提高, 从而实现智慧化管理和服务的数字校园。具体实现方式具有可行性, 我们可以在教室、实验室、图书馆、食堂等教学机构中安装传感器。为了形成“物联网”, 要将这些传感器按照实际使用需要相互连接。然后进行教学、生活与校园资源的整合, 所以要在现有的互联网的基础上, 将“物联网”与传统的互联网资源整合起来。以物联网为核心技术的智能数字校园能够实现身份自动识别、多媒体教室与实验室管理、图书借阅管理、校内消费管理等, 为广大师生的工作、学习和生活提供便捷高效的服务。

物联网作为新一代网络环境, 成为物联网时代的智能数字校园的网络基础;硬件方面则以SIM卡和标签识别器为主要核心终端设备[3]。在各类应用中, SIM卡可以把师生的相关信息存储在其手机中, 使手机成为名副其实的智能终端, 首先手机可实现身份识别, 然后在诸如校内消费管理、多媒体教室使用、实验室管理和图书借阅管理等多种功能采集、存储和处理信息。有了这些软硬件和技术手段, 智能校园才可以方便地为师生的日常生活和工作学习提供越来越多的服务。

4 物联网在智能校园中的应用

4.1 教学管理

全面和主动的教学管理体系是智能数字校园建设的重点, 而物联网和RFID技术是建立教学管理的核心。高效智能的教学管理系统是教学质量得以保证的关键和监控体系。基于物联网的智能教学体系有利于培养学生自主学习能力、拓展学习空间;此外, 物联网技术还能为学生自主、合作学习等提供物质环境。

4.2 图书馆管理

智能化的服务和管理是数字化图书馆在物联网技术上又一重要应用, 其理想模式就是减少甚至无需人工服务。现阶段物联网技术在高校图书馆管理中的应用, 主要是RFID电子标签的应用, 它取代了传统的条形码, 这里我们以书籍信息管理为例来说明。首先是对射频识别技术的使用。我们在图书上使用RFID标签来代替传统的条形码, 配合安装在书架上RFID读写设备, 用于实现对图书的感知和定位。通过射频识别技术实现对图书详细信息的识别和采集, 再将这些信息通过Zig Bee技术构建的无线传输网络和互联网传递到图书馆信息管理中心或智能手机等信息处理中心, 然后按预设程序进行处理。比如, 有新书到馆时, 工作人员可用读写器将图书放置到位, 读写器会自动将相关图书的上架信息及时传递到智能图书馆管理系统中进行处理、传输和储存[4]。

4.3 多媒体教室与实验室管理

传统的多媒体教室的控制台只能识别固定的卡片信息。智能数字校园的多媒体教室以物联网为支撑, 在控制台上安装标签识别器后, 老师用自己手机中的SIM卡进行身份自动识别, 免去领取功能单一的卡片来开启多媒体电脑上课, 提高多媒体教室使用率。实验室也可以很好地应用物联网的功能, 主要包括仪器设备管理、实验过程管理和智能插座等。实验室和多媒体教室一样, 需要安装标签识别器, 老师和学生的手机SIM卡在进入或离开实验室时会进行自动身份识别, 所以师生使用实验室的时间可以被系统智能记录下来。对实验设备的管理需要使用RFID来存储设备的基本属性等信息, 所以阅读器才能方便地获取相关设备信息, 最后用网络进行统一管理。对实验过程的管理是物联网技术在实验室管理中的重点:首先, 学生通过RFID可方便获取操作要点、实验步骤、使用帮助等信息。如果在做实验的过程中出现使用不当的情况, 智能系统会自动警告并中断实验过程, 提高学习效率。此外, 实验者可以实时获得实验数据, 体现数字化与网络化实验教学。

4.4 校内消费管理

师生经常会在校内消费, 因此优质安全的支付管理系统是必须的, 数字化校园的消费管理需要一种便捷、安全的消费支付模式。在教学管理中发挥重要作用的手机SIM卡依然必不可少, 首先自动身份识别是一切校内消费的第一步, 师生通过身份识别之后, 用水电费支付系统支付宿舍或家庭的水电费、燃气费和洗衣费等可避免现金支付的麻烦。同样的原理, 师生在校内超市购物或在食堂就餐时, 便可利用加入物联网的超市消费系统或餐饮管理系统为购物和就餐付费, 打造一个校内智能、快捷、安全的消费体系。师生可以随时通过个人账户管理系统查看自己的账户余额和消费记录, 也可以从银行账户向SIM卡账户充值。为了提高校内消费支付的安全性, 师生在学校成功进行一次消费或充值, 基于物联网的消费管理系统都会将每笔交易记录的具体信息 (比如:消费数额、充值数据、账户余额) 通过手机短信发送到用户手机上, 以便师生用户对自己的账户进行实时管理。

5 结束语

物联网技术的发展以及相关技术的日益成熟, 为高校数字化、智能化教学和生活管理的实现带来了新的希望, 高校智能数字校园的建设也是未来校园建设中必不可少的核心建设项目。智能校园是通过物联网来实现智慧化的校园教学、服务和管理, 它以物联网为技术基础实现了校园内任何人、任何物、任何信息载体、任何时间、任何地点的互联互通, 海量信息在物联网平台的聚合而产生新的信息, 从而给广大师生提供了智慧化的业务和服务模式。

参考文献

[1]王晓静, 张晋.物联网研究综述[J].辽宁大学学报, 2010, 37 (1) :37-39.

[2]刘伟, 张益铭.物联网关键技术[J].数字技术与应用, 2011 (6) :172.

[3]李琳.SIM卡在物联网环境下应用的新思考[J].电信技术, 2010 (1) :19-21.