智能家居发展现状研究

智能家居发展现状研究（精选12篇）

智能家居发展现状研究 篇1

摘要：随着物联网技术的不断发展,人们生活水平的不断提高,基于物联网的智能家居逐渐开始走进人们的日常生活中,成为人们智能生活的一部分,各大开发厂商纷纷投入到智能家居的研发中。笔者通过网络调查、问卷调查、实地调查等方式开展智能家居应用及其发展的研究,对中国的智能家居现状与国外智能家居现状进行分析,比较国内与国外发展差距,再应用心理学理论中的马斯洛需要层次理论对消费者需求进行分析。

关键词：智能家居,物联网,马斯洛需要层次理论

1 智能家居概述

智能家居(Smarthome)是运用物联网技术以人为主导、人的生活环境中的家居为核心研发出改变人类生活的技术及其应用,在其中运用到传感器、计算机网络、软件工程等硬件与软件技术,通过硬件技术与软件技术使人们的生活实现智能化[1]。智能家居是一种促进国家经济增长的国家级新兴科技型战略产业。

我国人口众多,从而对智能家居的需求量极大,促使智能家居研发企业投入更多的资金和人力资源进行研发。从互联网上了解到我国智能家居市场在2010年到2016年间发展迅速,东部发展较西部快,原因是西部是欠发达地区,北部和南部相比也存在明显差距。

2 智能家居发展现状

2.1 国内外发展现状

从我国发展现状来看,目前有实力的智能家居研发企业如海尔、美的、长虹、华为、中兴、百度等引领着我国智能家居的发展。在现有的信息技术条件下,根据马斯洛需要层次理论去建设智能感知层[2],根据智能家居系统的各个物理与软件层构建出智能家居表现层,那么人居环境中的马桶、电冰箱、电视、空调、灯光、窗帘以及桌子等物品都是表现层,都可能成为智能家居的市场产业链之一[3]。我国传统著名的智能家居企业海尔U-home的产品定位是智能产品研发和制造,南京有物联传感的智能家居设备和方案提供商,安居宝定位于智能家居安防产品,四川长虹定位于智能电视,格力的产品则侧重智能环保家居系统,华为也研发相应的智能家居产品。

通过调查,发现目前国内著名的互联网公司进入智能家居产业的有小米公司,主要产品是智能手机、智能硬件。除此之外,还有百度的无人驾驶汽车、阿里巴巴的智能硬件、360公司的智能手机等。

国外开发智能家居产品的有Mobiplug,索尼、谷歌、SmartThings、三星、LGNset和苹果等公司。相应成果包括LG的智能家居产品HomeChat,NEST开发的产品则是智能温控和智能服务器。

国内产品定位大多数在智能手机、智能家居安防产品、智能家居电视方面,而国外则提供技术和产品支持。而产品最终要到消费者手中,因此,在市场布局方面应运用马斯洛需要层次理论去研究消费者对智能家居的需求。

2.2 消费者对智能家居的需求发展现状分析

从目前上市的智能家居产品来看,各种智能产品在各个年龄段都有需求,不同人群的心理不同对产品的需求就不同,这是符合马斯洛需要层次的。根据不同的消费群有针对性地开展马斯洛需要层次分析,在对1 000个消费者的随机取样调查中发现使用智能家居安全设备产品的已婚人群占有率为70%,高收入单身女为18%,35岁以下单身男为12%。在智能冰箱方面的购买意向分别为68%、25%、7%,在安全摄像头和智能安全手机方面的购买意向比例随着个人安全需要逐渐下降。

3 消费者对智能家居发展的认知度调查

产品与消费者之间的关系是密切的,人们的需求会促进生产者生产产品。对不同年龄段的学生群体和社会群体进行调查,学生群体选择初中生、高中生和大学生。对50岁以上的社会群体进行智能家居的认知度调查,主要调查这部分群体对智能家居的概念、智能家居的了解方式、是否有使用意向等进行调查。

将发达地区的初中生与欠发达地区的初中生相比较,绝大多数发达地区初中生对物联网及智能家居的了解程度比欠发达地区要高,他们一部分是通过老师了解智能家居,一部分则是通过家长了解智能家居。

高中生通过网络、各种媒体的宣传、课堂知识及智能家居的应用对智能家居有更深入的认识,这部分人群占比是60%。

大学生则比高中生要更了解物联网,有的大学生已在使用智能家居设备,这些学生一是通过物联网课程了解,还有的则是通过上网了解。

25～35岁的群体对智能家居比较重视,一些人对智能家居产品有使用经验。30～50岁的群体有直接经济消费能力,80%的人愿意消费智能家居产品,20%的人群处于观望状态[4]。

50岁以上的群体占绝大多数,这部分群体的智能家居观念比较落后,但依然有20%左右的人表示想体验智能家居。

4 基于物联网的智能家居发展出现的问题分析

在我国研发与生产智能家居的企业中,很多企业开发的智能家居产品仅仅是将产品通过互联网连接起来,这样的产品界定过于传统,产品没有形成独创性,整个产品生态链定位不准确。

同时,我国智能家居产品在通信协议、功能接口、数据采集、加工、处理、设备功率、网络接入等方面缺乏统一的行业标准。

5 针对智能家居现状提出解决对策

我国应制定统一的标准接口和行业规范,即制定国家统一标准(智能家居国家标准),将财力与物力投入到产品的研发和产业链的布局上,提高智能家居产品的科技属性,满足人的需求,从而生产出改善人们生活方式的智能家居产品。

我国智能家居厂商应在做好产品的基础上开展好产品的宣传工作,实施智能家居产品下乡活动,让更多的老百姓学用、会用、想用智能家居产品。

我国政府应加大扶持力度,排除智能家居产业发展中所受到的阻力,给予政策支持,让智能家居产品更好更快地应用到人们的生活中。

6 结语

本文通过网络调查、问卷调查、实地走访等方式开展基于物联网的智能家居发展现状的研究。据调查发现,国内企业在智能家居的研发上都积极的投入人力资源和资金支持。但与国外相比存在技术上的差距,主要体现在国内企业在智能家居方面的研发起步时间比国外的晚,核心技术不足,同时国内的政策性支持不完善。中型和小型企业发展比较艰难。国内智能家居产品主要在于智能手机、智能电视、智能安防等产品中,与国外相比存在技术和产品支持服务差距。通过对不同消费者的调查分析发现智能家居产品结合马斯洛需要层次理论来进行研发能够研发出满足各种人群的需要,让产品具有竞争力。同时也分析了智能家居发展所出现的问题,提出了可行的对策。

参考文献

[1]何遥.2016年智能家居的发展前景[J].中国公共安全(综合版),2016(5).

[2]许晓云,田静.适用于老年人的无障碍智能家居产品设计研究[J].设计,2013(6):46-47.

[3]石慧.智能家居行业研究(丸)——智能家居市场产业链[J].数字社区&智能家居,2009(3):20-23.

[4]唐型荣.基于物联网的智能家居应用现状研究[D].凯里:凯里学院,2010.

智能家居发展现状研究 篇2

甘雨，0938210028，09土木1班

【摘要】本文介绍了智能交通系统的基本概念以及在我国的发展趋势，分析了道路交通存在的问题和面临的挑战，并对我国

智能交通系统的发展进行了展望。随着城市现代化进程的加快，城市交通系统所涉及的领域和范围越来越广，传统的交通管理方式显得力不从心，引入智能交通系统（Intelligent transportation system，简称ITS）成为提高城市交通管理水平的—个重要途径。交通运输是国民经济和现代社会发展的基础，由于现代社会城市化速度的加快、国民经济的高速增长、全球经济一体化进程的加快以及人们对交通需求越来越高，交通控制问题便成为现代社会经济发展的—个必须考虑的问题，而ITS的实施确实带了巨大的经济和社会效益。

【关键词】智能交通系统；体系结构；现状

1、智能交通系统的基本概念及组成1.1智能交通系统的基本概念。

智能交通系统是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通信技术及电子传感器技术等有效地集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。

1.2交通控制的目的、存在的问题及面临的挑战。

智能交通系统致力于应用人工智能技术、GPS和网络通信技术、检测器技术、电子收费技术等用来革新道路交通，试图有效地调整交通需求，提高道路的通行能力，改善服务水平，减少环境污染和燃油损耗，增加交通安全，其四个基本功能为：畅通性、安全性、环保性、舒适性。智能交通系统的应用使管理部门提高了工作效率和管理水平，提高了道路的通行能力，加强了对突发事件的处理能力，为出行带来巨大的方便。

1．当前道路交通存在的主要问题。(1)交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；(2)交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；(3)空气污染和噪声污染程度日益加深。2．交通控制的目的表现。(1)减少交通事故，增加交通安全；(2)缓和交通拥挤，提高交通效益；(3)提高公交效率，减少交通负荷；(4)降低污染程度，节省能源对比。3．道路交通面临的挑战。(1)在社会经济发展过程中产生了越来越大的交通需求，给交通系统提出了更高的要求；(2)社会经济发展对城市交通系统的通畅性和高效性提出了更高的要求；(3)城市经济发展中产业结构的变化影响着交

通需求产生的内在机制；(4)城市经济发展中产业布局的调

整影响和改变交通需求的时空分布特性。

1.3智能交通系统的组成。智能交通系统是一个集多

种学科于一身的、处理道路交通问题的最有效方式，因而其在不断的发展成熟，体系结构也会根据各个国家的不同情况而有所不同，目前已在应用的ITS主要包括：(1)先进道路交通管理系统ATMS(Advanced traffic management system)，为公路网的交通流畅通而自动控制交通信号、信息显示技

术、图像处理事故等技术。(2)先进交通信息提供系统ATIS(Advanced traffic information system)，为避免交通阻塞和肇事而应用的汽车导行、信息等技术，其目的是让驾驶员随时提供道路上有关的交通情况。(3)先进公共交通系统APTS(Advanced public transportation system)，为减少城市交通量而应用电子通讯系统，其目的是适应出行者需求，可随时传呼出租车、公共汽车等。(4)先进汽车控制系统AVCS(Advanced auto control system)，应用先进的电子通讯和控制技术，使汽车能自动地选择最佳路线和合理车速安全行驶，目前是向驾驶员提供信息、指示、告警等，使驾驶员按优化路线和合理车速行驶。(5)营运汽车效率化运行系统CVEOS(The operating system operating car efficiency)，应用发达的通信网络，使营运汽车往返不空驶，提高营运效益。(6)不停车自动收费系统。汽车通过收费站不必停车，即可完成缴纳费用手续。

2、国内智能交通系统的研究现状及展望

2.1国内智能交通系统的研究现状。回顾中国ITS发展

走过的历程，大体上经历了“启动期”和“发展期”：

1．启动期(1997年一2O00年)。学术界在启动期中起到了至关重要的推动作用，学者们发表了大量学术文章来介绍ITS 的理念、关键技术以及国际I 发展进展、趋势和中国发展ITS的时代背景及其必要性、发展思路及其框架等。在1997年7月召开“中欧ITS研讨会”以后，确定了将ITS作为中国科技发展及高新技术产业发展战略的重要组成部分，并于2000年成立了全国智能交通系统发展协调指导小组；提出了中国ITS发展体系框架和战略框架。

2．发展期(2001年以来)。以科技部启动国家“十五”科技攻关“智能交通系统关键技术开发和示范工程”重大项目为标志，推动中国ITS的发展进入发展期。

2.2智能交通系统的展望。

一是中国的ITS 是在“机遇和挑战共存”的背景下发展的，ITS及其发展实际上是国家信息化建设的重要载体和平台，不能只限于交通部门。中国的ITS 具有广阔的发展前景，将在交通运输的各个行业和环节得到广泛应用，现今主要在城市交通、道路交通、高速公路、军事交通等行业的发展势头和发展空间比较大。以最小的资金投入和最大的性能指标实现面向中等以上城市的公安交通管理部门的业务管理规范化，科学组织交通，提高现有道路通行能力，提高公安交警快速反应能力，逐步实现公安交通管理现代化。因此，城市交通管理信息化具有广阔的市场前景，相关应用技术开发和市场推广有着光明的前途。二是ITS 在交通信息基础设施建设及高速公路监控、通讯及收费等方面也有很大的市场。伴随着中国高速公路投资规模的不断扩大，建设里程的不断增加，高速公路管理所需的交通工程设施，特别是高速公路的通信、监控和收费系统需求量将不断扩大，因此ITS 应用前景很大。

3、结语

智能交通系统是依据城市道路交通信息采集、处理、发布、决策的过程，运用各种先进的技术和科学方法，实现交通管理的自动化和智能化。ITS 技术正在世界范围内蓬勃发展，其在解决交通安全、交通拥挤、交通环境和能耗等方面效果显著，同时也有利于基础投资成本的节约和劳动生产力的提高。我国应根据国情，分析和研制适用于中国国情的ITS系统，以促进经济、社会、环境和谐发展。

【参考文献】

1．刘智勇．智能交通控制理论及其应用[M]．北京：科学出版

社．2003：1～5

2．史忠科，黄辉先，曲任茹等．交通控制系统导论[M]．北京：

科学出版社，2003：166～173

3．陆化普，王建伟，李江平等．城市交通管理评价体系[M]．北

京：科学出版社，2003：1～7

4．安实，王健，徐亚国等．城市智能交通管理技术与应用[M]．

多元智能理论及研究现状 篇3

1983年，美国心理学教授霍华德·加德纳在其专著《智能的结构》中，对智力进行了重新阐述。他认为，智力除传统的语言和数学智能外，还包含节奏、空间、动觉、自省、交流等七种智能，它是基于特定的社会及文化环境价值标准，个体用于解决自身遇到的问题，或创造出有效产品时所必需的能力。每个人都具有不同的智力，智力通常是以复杂的方式进行组合运作的，这是对于传统的“一元理论”的挑战。多元智能理论的提出及发展，为我国传统教育注入了活力，也为我国教育实践改革提供了契机。

二、多元智能理论研究现状

多元智能理论对我国传统教育产生了深刻影响。相关研究如下：

1.课程改革

多元智能理论对新一轮课程评价的改革具有积极的影响，这不仅表现在对新课程改革评价体系的理论构建上，还体现为对其评价标准、原则和方法的完善上。

2004年，福格蒂等在《多元智能与课程整合》中阐述了多元智能和跨学科课程整合的基本理论，探讨了实施跨学科课程整合的方法策略与课堂案例，对于发展学生的多元智能，建立有意义的教育和评价方式具有重要意义。霍力岩在《多元智力理论与多元智力课程研究》中对多元智力理论与多元智力课程做了较深入的研究。谢世谦则在《多元智能理论对新课程改革的启示》中指出，课程评价在注重学生学业成绩的同时，更要关注学生各方面的潜能发展，这与基础教育课程改革纲要有着异曲同工之处。

2.教学改革

与传统的一元论智力观不同，多元智能理论认为智力是多元的，它是多种不同智能在不同人身上的特殊组合，受个体所属社会文化的影响具有独特性。这一新的智能观对我国教学观念的变革产生了很大影响。

钟祖荣等主编的《多元智能理论解读》一书在对多元智能理论进行深入细致分析的基础上，着重论述了多元智能理论对教育观念变革的影响。Linda Campbell等在《多元智能教与学的策略》书中，将多元智力理论运用到中小学教学实践中，为教师的教学活动提供了新的视角。而在《多元智能理论在教学中的运用》中，为拓展教师的思维，林宪生详细阐述了多元智能理论在中小学各学科中的应用。托马斯·阿姆斯特则在《课堂中的多元智能——开展以学生为中心的教学》一书中总结了许多教学案例，为中小学教师将多元智能运用到教学实践的各个领域提供了有益的启示。而柏灵则在《多元智能理论影响下的教学基本观》中，从多方面探讨了多元智能理论教学观对教学的影响。

3.智力评价

2004年，贝兰卡在《多元智能与多元评价——运用评价促进学生发展》一书中，以多元智能理论和真实性评价为依据，就如何为每一种智能设计特定的表现标准以及如何将之应用于课堂教学中进行了深入探讨，提供了教学范例与评价工具，对教育教学具有重要的参考价值。戴维·拉齐尔在《多元智能与量规评价》中，比较、分析了量规评价与传统评价的不同。传统的评价，以纸笔为主要形式、侧重于考查语言与数理逻辑智能，而运用多元智能理论的量规评价，则全面反映了学生不同智能、不同程度的表现水平，有助于师生运用智能的各个方面来深化其对于课程的理解。

4.差异教学

多元智能理论提出了全新的智能观：个体身上至少同时存在着九种相对独立的智能。多元智能理论尊重差异的学生观、以个人为中心的学校观、个性化的课程观、多样化的教学观、多元化情境化的评价观等深刻体现了个性化教育的理念，为我国当代的个性化教育提供了重要启示。

汤姆林森在《多元能力课堂中的差异教学》中，阐释了多元能力课堂，论述了针对不同年级、不同学科，教师如何关注并依据学生的个体差异，如不同秉性、不同兴趣爱好、不同能力层次等来开展差异教学，使教学内容、教学过程以及教学效果符合不同学生的发展需要，以促进学生的成长。书中大量的差异教学策略与案例，对于启发和提高有效教學亦颇有帮助。张敏、刘竑波编著的《多元智能案例研究：学生、教师和学校》，则通过50个教学案例来阐述多元智能理论是如何影响和改变实验学校校长、教师和学生生活的。

此外，多元智能理论提高了教师水平，促进了教师的专业发展，为我国实现从应试教育向素质教育的转变提供了契机。

三、若干思考

多元智能理论在我国教育改革实践中广泛应用的同时，也出现了一些问题，对此，不少学者进行了反思与总结。2007年，霍力岩在《重新审视多元智力：理论与实践的再思考》中，对多元智力理论进行了整体性的再思考，分析了该理论对我国基础教育的启示，为多元智力理论的研究者、学习者与实践者提供了一些有益的启发和反思。他与赵清梅在《多元智力评价的理论与实践》中，分析了多元智能理念具有情境、发展、多元及独特性特点，就“多元智力化评价与我国基础教育评价改革”等问题进行了阐述。总之，多元智能理论之所以在我们的教育实践中受到追捧，有其特定的时代背景，因为它既契合我们重视差异教育与多元发展的后现代精神，又关注到了我国当前教育中较为忽视的一些重要层面。

参考文献：

刘奇慧.基于多元智能理论的研究性学习评价模式[D].扬州大学，2011.

智能家电发展与研究现状分析 篇4

1.1 智能家电的产生与发展原因

智能家电的迅猛发展变成了一种必然趋势, 其迅速发展的主要原因如下:

(1) 网络技术和通信技术的成熟和广泛应用。

(2) 信息化水平的不断提高, 逐渐达到支持智能家电产业大规模发展的水平。

(3) 目前的互联网基础设施和技术条件, 为智能家电的发展做了必要的准备。

(4) 用户对高水平的家电的需求。

1.2 智能家电的特点与功能

同传统的家用电器产品相比, 智能家电具有如下特点:

(1) 网络化功能。各种智能家电可以通过家庭局域网连接到一起, 还可以通过家庭网关接口同制造商的服务站点相连, 最终可以同互联网相连, 实现信息的共享。

(2) 智能化。智能家电可以根据周围环境的不同自动做出响应, 不需要人为干预。例如, 智能空调可以根据不同的季节、气候及用户所在地域, 自动调整其工作状态以达到最佳效果。

(3) 开放性、兼容性。由于用户家庭的智能家电可能来自不同的厂商, 智能家电平台必须具有开发性和兼容性。

(4) 节能化。智能家电可以根据周围环境自动调整工作时间、工作状态, 从而实现节能。

(5) 易用性。由于复杂的控制操作流程已由内嵌在智能家电中的控制器解决, 因此用户只需了解非常简单的操作。

智能家电并不是单指某一个家电, 而应是一个技术系统, 随着人类应用需求和家电智能化的不断发展, 其内容将会更加丰富, 根据实际应用环境的不同智能家电的功能也会有所差异, 但一般应具备以下基本功能:

(1) 通信功能。包括电话、网络、远程控制/报警等。

(2) 消费电子产品的智能控制。例如可以自动控制加热时间、加热温度的微波炉, 可以自动调节温度、湿度的智能空调, 可以根据指令自动搜索电视节目并摄录的电视机/录像机等等。

(3) 交互式智能控制。可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能;通过各种主动式传感器 (如温度、声音、动作等) 实现智能家电的主动性动作响应。用户还可以自己定义不同场景不同智能家电的不同响应。

(4) 安防控制功能。包括门禁系统、火灾自动报警、煤气泄漏、漏电、漏水等。

(5) 健康与医疗功能。包括健康设备监控、远程诊疗、老人/病人异常监护等。

2 智能家电的研究现状

1994年一家新加坡公司在国内销售的名为“万智能”的多媒体电脑大概算是国内第一个提及的智能家电的雏形, 它通过电视卡, 将电脑和电视结合起来, 这是一种很不错的创意。其后很长的一段时间内, 智能家电的产品都没有太多的概念突破和产品突破, 直到1998年, 微软公司推出了“维纳斯”计划, 才掀起了新一轮的高潮。“维纳斯”是一种集成软硬件的机顶盒装置, 它通过廉价的费用, 使电视成为电脑的显示器, 从而实现电脑的互联网应用功能。但是由于机顶盒并不能适应国内市场的应用需要, 虽然在微软的强大影响下, 电脑厂商也拿出了积极配合的姿态, 但在机顶盒装置热闹一阵之后, 就趋于势微, 并没有形成微软期望的市场规模。但是在这一连串的市场运作之后, 直接地影响了家用电脑的大规模普及。而随着家用电脑的开始普及, 家用电脑的应用迫切需要扩展。在这个时候, 长期观察IT行业的家电企业开始介入电脑制造业, 海信、TCL、厦华等企业开始大规模地进入IT行业, 在家电领域重量级厂商的影响下, 智能家电的概念逐步清晰起来, 智能家电的研究和开发出现了新的高潮。

2.1 国外智能家电研究现状

许多计算机、通信、家电行业的巨人都认识到智能家电的巨大市场潜力, 纷纷进入这个领域。Cisco, Intel, Nortek Motorola, Lucent, 3Com, IBM, Ericsson和松下等公司都已开始建立智能家电和智能家居公司。根据美国一家权威市场调查机构预计, 2003年, 建设网络化家庭所带来的市场总值将高达4500亿美元, 其中3700亿美元是智能家电硬件产品的价值, 其余是软件和技术支持服务的费用。

目前已出现在市场上的国外的智能家电和智能家居类的产品主要有:

2.1.1 NEYWELL公司的智能家庭产品

它可以通过设在家庭内的控制面板、电话或连网的计算机来监控智能家居的报警系统、照明系统、智能家电和智能调温设备。STARGATE的家居自动化系统:它可集中控制照明、报警、室温调节、家庭影院、视频/音频、语音邮件、监控、灌溉等系统, 还允许通过网络更新控制程序, 无需通过更换EPROM就可完成软件的升级。NI智能家居系统:主要有三类产品, OMNILT, OMNI, OMNIPRO, 分别适用于普通家庭、办公室及高级住宅。可用于协调控制这些地方的照明、调温、保安等系统。所有OMNI产品都配有内置的串口, 可用来与Internet连接。用户可借助于公司的软件Web-Link, 通过网络对控制器进行设置。ALdeluxe智能家居系统:它在PC机上集成了家居系统的所有控制, 包括电灯、设备、空调系统、电话、保安系统、家庭影院和互联网系统等。用户可以在任意地点通过声控实现对这些系统的控制。由于公司是通过房间里现有的电源线从PC机上传送命令, 用户不需要对房间进行重新布线。

2.1.2 Vantage家居自动化系统

用户可以控制照明、保安、音频/视频、制冷、保暖、窗帘、水泵、喷泉和汽车等系统。

2.2 国内智能家电研究现状

在国外智能家电的迅猛发展趋势的影响和刺激之下, 我国众多的家电生产和制造商也不断涉足智能家电的领域, 并取得了长远的进步和发展。

2.2.1 长虹网络回放电视

长虹数字网络回放电视以计算机硬盘为存储介质, 采用最新数字编码技术, 将正在播放的电视节目经过数字压缩后自动存储在硬盘上, 从而实现回放功能。其长达90小时的存储时间和DVD画质完全取代并超越了传统磁带录像机, 营建了一个家庭电视台的真实效果。当两个你都喜爱的节目在不同电视频道同时播放, 或因事错过节目播放时间时, 你只需提前按一下电视机上的记录键, 长虹网络回放电视就会自动“记录”下节目内容。长虹数字网络回放电视系列产品中, 还有可以上网、收发E-mail、接收全数字卫星及电缆电视信号、播放DVD碟片等不同功能组合, 并可发展成为TV-PC, 成为家用娱乐、教育、游戏、网络多媒体中心。该回放组合还可配合CMOS摄像镜头及运动检测技术构成保安黑匣子, 广泛用于公安、交通、银行、仓库、居民小区的保安系统, 可存储长达三个月的图像监控内容。

2.2.2 海尔网络家电

海尔网络家电主要包括微波炉、空调、洗衣机和冰箱。在多次展示会上进行了展示。2001年9月, 在青岛举行的“海尔蓝牙网络家电技术”发布会上, 爱立信与海尔集团宣布共同开发蓝牙网络家电。蓝牙网络家电是新一代网络家电产品, 它将实现对家电的集中遥控。届时用户只需手握一个遥控装置就能实现对所有家用电器的遥控。由爱立信和海尔共同开发的蓝牙网络家电基于爱立信蓝牙本地信息点技术 (BLIP) 。这种技术将被用于联结不同的家用电器, 如洗衣机、空调、洗碗机、微波炉、电热水器和冰箱等。用户可以通过中央平台自由操纵这些电器。省去了很多麻烦。海尔一直设想将网络家电更进一步, 就是将有线连接改成无线连接。此次于爱立信公司合作, 使这一设想变为现实。据了解, 爱立信在此次与海尔的合作中, 将提供芯片, 配套软件及开发工具等方案, 并调集了其在瑞典、北京、大连的蓝牙技术专家, 与海尔设在青岛中央研究院的项目组一起, 目前已经完成了蓝牙网络家电的开发任务, 同时也首创了蓝牙及家电开发的世界记录。

2.2.3 联想蓝色家电—“天乐”

2001年9月26日, 联想第一款家电产品“天乐”正式发售。蓝色家电是融合IT技术的新型家用电器, 也是围绕传统家电基础产生的性能更为强大的新一代电器。在专家看来, 蓝色家电的范畴相当之大, 家电产品只要能够与因特网相连结, 都可以被称为蓝色家电。据介绍, 天乐是联想百余名工程师历时三年的心血结晶, 它专为满足中老年人用户对网络、信息服务的需求而设计定制的, 是高科技服务于中老年人的典范产品。它首先是将国际最先进的表面声波技术 (TouchEasy) 和全屏手写识别 (ScreenWriting) 融合在15英寸的显示屏上, 不仅可以通过触摸实现产品的所有功能, 而且可以在屏幕上书写汉字进行文字输入。其次, 天乐采用嵌入式系统和小巧的一体化设计, 只需一根电源线和一根电话线 (或网线) , 即开即用, 可随时关机, 并且安全可靠、维护容易, 跟电视机一样, 使用三年五载坏不了一次。用户只要通过1个小时左右的自学, 就可以使用天乐自如地在网上畅游了。

2.2.4 清华同方ASTB1000机顶盒

清华同方ASTB1000机顶盒是深圳清华同方与多家跨国公司、海外研发机构共同研制开发的宽带智能家电产品, 也是清华同方E-Home“数字家园”战略的延伸。它以普通电视机为主要显示设备, 具有交互式视频点播、DVD播放、Interent浏览、收发电子邮件等功能, 支持宾馆酒店、住宅小区视频点播系统, 小区物业管理、综合服务以及卡拉OK、多媒体教学等多种应用和业务类型, 可为用户带来宽带多媒体网络的全新享受。据了解, 清华同方ASTB1000的基本配置为10/100M的以太网, 操作系统为WINDOWS98/WINNT, 并可选配ADSL或Cable Modem以实现电信网或有线电视网的高速接入, 利用高带宽接入和MPEG-1/MPEG-2视频解码技术实现数字视频节目的点播, 达到高质量的视听效果。其以浏览器为基础实现用户界面和管理, 支持多语言、多字体功能等, 具有智能的网络在线版本升级功能, 并以接口的通用性和开放性为二次开发商和系统集成商提供了方便的二次开发环境。深圳清华同方智能家电融合了宽带接入技术、嵌入式软件技术及人机界面技术。

2.2.5 方正申越Z8210

方正申越, 闪亮碧海蓝色的时尚色彩及流线造型, 不同的型号拥有不同的配置, 内置上网帐号, 赠送自电脑生产日期起长达半年的不限时免上网费网络接入服务。率先用远程智能家居控制技术, 可学习各种家电的遥控功能并进而取代各种遥控器, 可连接门禁系统和各种报警器材, 对家庭安全进行监控并可自动报警, 通过远程智能家居控制技术, 家庭主人即使远在千里之外, 只要拨通家中电话, 就可以通过家庭网络来调控各种家用电器, 在住宅内外传输视频和音频信息, 监控家居安全状况。

2.2.6 海信演绎Smart E-Home

海信描绘的未来Smart E-Home里, 个人计算机PC将变异为HDC (Home Data Center) , HDC可以理解为智能家庭的服务器, 也可以理解为家庭数据处理中心, 即家庭的网关。所有的智能家电将成为HDC的终端, 通过HDC来控制和改变智能家电的开、关、工作程序和状态, 使得高科技的人性化、智能化的性能可以共享, 通过一台HDC和智能家电互联, 可以节约空间、降低成本、简单易用, 大大减少人的操作和信息传递的复杂。海信的海景二代家居控制电脑, 就是海信Smart E-Home进程的开路先锋。作为智能家庭控制中心的“e家中心”, 海景二代可以利用家用电器里现有的红外信号功能, 对家电进行智能化控制, 另外, 电脑还可以连接家庭报警系统, 并自动对家庭安全实施监控和报警:相处异地的人还可以进行视频交谈, 即通话时不仅闻声, 还可见人。海景二代的另一个突出特点是具备“服务一指键”功能, 当用户在操作遇到困难时, 按下此键, 可以自接通过BBS或E-mail联系到海信计算机服务中心。

摘要：随着当前居民生活水平的提高, 智能家电也在迅猛地发展着, 引起了众多家电生产企业的关注和研究, 最终推进了智能家电的更进一步的深入发展和完善。就智能家电的发展与家电企业对智能家电的研究现状作为视角, 对智能家电的发展和研究进行分析。

关键词：智能家电,网络技术,研究现状

参考文献

[1]王志良.信息社会中的自动化新技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]吴莘.利用通信手段进行智能家电远程控制的探讨[J].贵州科学, 2002.

[3]杜光林, 张汉奇.网络家电梦想不再遥远[J].家用电器科技, 2000.

[4]Anon.The Second coming of the‘information appliance[J].Laser Focus World, 2001.

智能家居发展现状研究 篇5

本科生毕业论文（设计）

题 目：专业代码：作者姓名：学 号：单 位：指导教师： 2014

家庭智能控制系统的研究与发展

XX XXXXXXXX 物理科学与信息工程学院 XX

年X月X日

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摘要

21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。家庭智能控制系统提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家装要求的档次越来越高，生活家居要求一种人性化、智能化。

家庭智能系统指的是在一个家居中建立一个通信网络，将各种家电设备互相连接起来，实现对所有家庭网络上的家电设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换。家庭控制系统智能化是信息社会发展的必然趋势，而家庭局域网则是实现这一任务的必要载体。

关键词：智能化，自动，家庭网络，未来发展。

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Abstract

The twenty-first Century is the century of information technology, telecommunications and Internet technologies to promote the progress of human civilization.Home intelligent control system to improve the Home Furnishing safety, convenience, comfort, artistic, and realize environmental protection Energy saving residential environment.With the development of social economic level, now people life the pursuit of personalized, automation, the pursuit of quick rhythm The pursuit of fun, life style, decoration requirements of increasingly high level, life Home Furnishing requires a person

Personalized, intelligent.Intelligent home system refers to the establishment of a communication network in a Home Furnishing, various household appliances are connected Pick up, realize remote use and control of the household appliances all on the home network and any request letter Information exchange.Home intelligent control system is the inevitable trend of information society development, and family network is the The necessary carrier task.Keywords: intelligent, automatic, home network, future development.本科毕业论文（设计）

家庭智能控制系统的研究与发展

目录

目录

前言.........................................................5 1.绪论....................................................6

2.定义.......................................................6 3.发展.......................................................7

3.1 20世纪80年代末90年代初............................................7 3.2 2000年前后..........................................................7 3.3 2001-2008年.........................................................8 3.4 未来的智能家居发展趋势..............................................8

4.课题研究的目的及意义......................................10 5.设计理念..................................................11 6.总体设计..................................................11 7.详细设计..................................................14

7.1智能背景音乐........................................................14

结论........................................................15 参考文献....................................................17 致谢........................................................18

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前言

21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。本文介绍的家庭智能控制系统可以使得人们可以通过手机或电话在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭„„；而这一切的实现都仅仅是打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监控等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，家庭智能控制系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。

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1.绪论

自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。

1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。

根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33%，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8%。PARKS公司的资料亦显示：到2004年，家庭网络市场总额可达57亿美元。据国际专家预测，到2000年底国际智能家居的产品销售额可达24亿美元。2004年可达148亿美元。

2.定义

家庭智能控制系统即智能家居，是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

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3.发展

3.1 20世纪80年代末90年代初

这个阶段中，所出现的对讲产品是最为简单的类型，即非可视 非联网多线制对讲系统，仅具备开锁、通话等简单功能，住户通过对讲通话根据访客的声音来做判断是否开门。随着技术发展，之后又出现了非可视 非联网单元总线制对讲系统，泉州佳乐电器有限公司市场部经理倪源福解释，此类总线制系统采用编解码电路及RS485总线，仅 单幢建筑内通讯，当时主流芯片为Philips-TM1300，安装时，通常一个单元一个独立的系统，整个小区内的各单元全部都是独立的，无法实现整个小区大面积组网。而此种分散控制系统，各自为政，不能实现小区统一管理，当然系统功能也相对单一。当时，仅有广东少数厂家在生产，用户多集中在广东。

3.2 2000年前后

1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。

根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33%，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8%。

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3.3 2001-2008年

2005年以后，由于上一阶段智能家居企业的野蛮成长和恶性竞争，给智能家居行业带来了极大的负面影响：包括过分夸大智能家居的功能而实际上无法达到这个效果、厂商只顾发展代理商却忽略了对代理商的培训和扶持导致代理商经营困难、产品不稳定导致用户高投诉率。行业用户、媒体开始质疑智能家居的实际效果，由原来的鼓吹变得谨慎，市场销售也几年出来增长减缓甚至部分区域出现了销售额下降的现象。2005年-2007年，大约有20多家智能家居生产企业退出了这一市场，各地代理商结业转行的也不在少数。许多坚持下来的智能家居企业，在这几年也经历了缩减规模的痛苦。正在这一时期，国外的智能家居品牌却暗中布局进入了中国市场，而活跃在市场上的国外主要智能家居品牌都是这一时期进入中国市场的，如罗格朗、霍尼韦尔、施耐德、Control4等。国内部分存活下来的企业也逐渐找到自己的发展方向，例如天津瑞朗等，用X10，深圳索科特做空调远程控制，成为工 业 智控的厂家。

3.4 未来的智能家居发展趋势

智能家居怎样做到实用、易用、人性化，真正提高人们的生活品质，才是智能家居的发展方向„„

实用为本----智能家居的发展方向

从2000年的首届峰会到刚刚落幕的第四届中国国际建筑智能化峰会，虽然中国房产智能化道路几经周折，但是这一进程却不可阻挡地前进着。科技的发展使人们坚定不移地追求更高品质的生活，智能家居作为高品质信息生活的代表得到越来越多的瞩目。

回想1999年、2000年北京的房地产广告，“智能化”的诱人描述比比皆是。正值网络和新经济的高峰，房地产业的就势跟进使“智能化”成为新建社区不可缺少的“卖点”，智能化住宅小区建设一时在全国形成高潮。但之后上海的统计显示：智能化系统发挥作用的仅占20％，运行不正常、尚可使用的占45％，另有35％的系统被废弃，业主对室内安防系统、自动抄送系统和停车场管理系统的投诉率一直居高不下。

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正如网络经济重回传统一样，第四届中国国际建筑智能化峰会上，朝华数码等一大批智能家居厂商们呼吁，智能家居必须回归理性。虽然业界对于智能家居定义一直争论不休，正如建筑智能化领域专家、清华大学林贤光教授所言：目前为止，并没有关于智能与不智能的确切的界限与概念。但是如果抛开业界的争论，从消费者的角度来看，智能家居市场的需求已经逐渐明朗：就是以实用为核心，力求实用、易用、人性化。

虽然科技飞速发展，信息技术日新月异，连CPU运算速度的提升都已经突破了摩尔定律，但是如何将这些技术引入智能家居产品之中，如何打造出真正实用的智能家居产品，这才是国际建筑智能化峰会 每一位参与者最关注的问题。朝华数码有关人士提出，如今智能家居产业界所体现的两大技术趋势正是发展方向：领先的无线移动；不依靠PC的独立形态。

比尔盖茨当年在《TheLoadAhead》中所提到的智能房子如今已经成为华盛顿湖的一大胜景，这幢房子可谓智能化到了极致，连车道旁的一棵老枫树，都通过专门的监视系统给这棵树进行24小时的全方位监控，一旦监视系统发现它有干燥的迹象，将释放适量的水来为它解渴。但是，为了实现这样的智能化，专门铺设了84公里电缆，耗资5.3亿美元。对普通用户来说，再多的光纤电缆，不如手里一个无线遥控器就指挥若定来得实用方便，这正是无线移动技术在智能家居领域大受青睐的原因。而正如计算机摆脱大型机进入PC才开始大发展，脱离了PC 独立状态的智能家居才能有更大发展空间：不会由于电脑的突然瘫痪而一筹莫展，一切都更加灵活，更加随意。领先的无线移动和不依靠PC的独立形态，将使家变成真正的“自由数码空间”。

炎炎的夏日，开着车回家的你，用手机打个电话就可以提前打开家里的空调，让榨汁机准备一杯新鲜的果汁，再让家庭音响准备好你最喜欢的巴赫„„

慵懒的冬季，躺在客厅沙发上的你，通过一支遥控器就可以让厨房里的咖啡机煮出一壶热咖啡，让微波炉为你准备一套香喷喷的晚餐，再遥控隔壁书房里的打印机为你打印好明天开会需要的文件„„

小区里再也没有神色紧张的保安，谁家的煤气漏了，发生火灾了，有人闯入了，都已经自动及时地通报到小区的报警服务器，而正在上班的你再也不用慌慌张张，因为第一时间小区保安已经用电话告诉你情况如何„„

这里所描述的生活并不是什么奢望，而是科技以服务为本、影响生活、改变

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生活、创造新的生活方式的最直观体现，也是朝华数码等智能家居厂商籍由产品让人们享受到的现实。

致力于智能家居产品的应用接轨，很多问题并不在于技术水平的高低，而在于怎样去做到实用、易用、人性化，而第四届中国国际建筑智能化峰会无论从峰会背景、意义还是从其议题来看，也都能看出其尘埃落定，返朴归真的寓意所在，只有更加贴近实用、易用和人性化的智能家居概念，才能真正提高人们的生活品质，才能真正体现智能家居的价值，这也是现代科技价值的核心所在。

4.课题研究的目的及意义

家庭智能控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

其网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。

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5.设计理念

健康性：做到区域的自动动态恒温，提供最佳温度；空气净化检测，时刻保持清新自然。

安全性：无人区智能防盗报警、闭路电视智能监视、火灾报警、自动广播、应急智能呼叫、厨房漏水自动报警开关闭阀门。

方便性：任意调节家中灯光、场景，只需轻轻一触，即可实现梦幻般的灯光、场景变化。

节能环保：真正做到无人系统自动断电、居家时系统自动开启；智能系统包括灯光照明系统、新风系统、娱乐系统、智能窗帘系统、电力供应系统、高清影音系统、背景音响系统、可视对讲系统、车库管理系统。

智能性：人在灯亮，人走灯灭；晚上起夜，灯光自动亮起30%，不用任何操作；施工简单，方便扩充，多功能控制系统，多样化系统整合，易学易用。

6.总体设计

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以上是一套比较成熟的家庭智能控制系统，总体可分为控制器，处理器，执行器。

控制器：在日常家居生活中，为了使我们对家庭的控制系统能随时掌控、需要的信息随时获取，操作终端的形式非常重要，多种形式的智能操作终端是必不可少如：智能遥控器、移动触摸屏、电脑、手机、PDA等。

以手机为例，短信息服务是系统中提供的一种GSM终端（手机）之间，通过服务中心进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。同时，他对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。在此以GSM网络作为数据无线传输网络，它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护（如

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移动通信基站、微波站、光纤中继站等）及其他无人值守点（如仓库、办公楼等）监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统、电力系统城市中电网等情况中。在此本系统采用了Siemens公司新一代无线通信GSM模块TC35是，它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。

由于其多样性和个性化的特点，也导致了技术路线和标准众多，没有统一通行技术标准体系的现状，从技术应用角度来看主要有三类主流技术：

第一类——总线技术类

总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电，亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。

总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

第二类——无线通信技术类

无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频（RF）技术（频带大多为315 和433.92MHz）、IrDA红外线技术、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。

无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。

第三类——电力线载波通信技术

电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以50Hz 交流电为载波，再以数百KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。

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7.详细设计

根据2012年4月5日中国室内装饰协会智能化委员会《智能家居系统产品分类指导手册》的分类依据，智能家居系统产品共分为二十个分类：

控制主机（集中控制器）： 智能照明系统。电器控制系统。家庭背景音乐。家庭影院系统。对讲系统。视频监控。防盗报警。电锁门禁。

智能遮阳（电动窗帘）。暖通空调系统。太阳能与节能设备。自动抄表。智能家居软件。家居布线系统。家庭网络。厨卫电视系统。运动与健康监测。花草自动浇灌。宠物照看与动物管制。在此简单列举几个： 7.1智能背景音乐

家庭背景音乐是在公共背景音乐的基本原理基础上结合家庭生活的特点发展

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而来的新型背景音乐系统。简单地说，就是在家庭任何一间房子里，比如花园、客厅、卧室、酒吧、厨房或卫生间，可以将MP3、FM、DVD、电脑等多种音源进行系统组合让每个房间都能听到美妙的背景音乐，音乐系统即可以美化空间，又起到很好的装饰作用。

优点：

1、独特：与传统音乐不同，专业针对家庭进行设计。

2、效果：采用高保真双声道立体声喇叭，音质效果非常好。

3、简单：控制器人性化设计，操作简单，无论老人小孩都会操作。

4、方便：人性化、主机隐蔽安装，只需通过每个房间的控制器或者遥控器就可以控制。

安防行业智能化成为重要的发展趋势。智能化其实就是在普通的监控报警的过程中增加了智能分析反应、智能控制的功能。智能化可以让防盗报警系统工作更有效率，让用户更省心。

防破坏、防剪线的无线转发报警功能在市场上除了GSM全球移动报警主机可以不使用固定电话线以外，其它报警主机都需要使用城市固有的电话通信线路，这时就产生了防盗报警的隐患，万一电话线被剪断或者电话线路出现故障怎么办？报警主机的无线转发功能应运而生，解决了电话线被破坏之后报警主机的正常工作问题。

以无线报警主机为例，在设防状态下，报警主机设置了无线转发功能，当电话线被剪断或电话线路出现故障时，主机会立刻启动无线转发功能，立即将原先设定的报警电话无线发射给另外一台报警主机，另外一台主机立刻代拨报警电话，实现断线自助的报警功能，确保防盗报警万无一失。

结论

家庭智能控制系统是具有充满智慧的控制系统，可提供全方位的信息交互功能，优化人们的生活方式，提高家居的安全性，节约各种能源费用。家庭智能控制系统怎样做到实用、易用、人性化，真正提高人们的生活品质，才是智能家居

本科毕业论文（设计）的发展方向。实用为本，才是智能家居的发展方向。智能家居的发展趋势应是具有完善的家庭各个系统的智能控制功能。

随着人们现在生活水平的提高及对家居功能的高级需求不断增加，利用智能家居平台还可以扩展更多的生活服务和健康服务，智能家居的功能将会越来越丰富，越来越精彩。智能家居未来的发展前景不可限量。

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参考文献

[1] 顾牧君主编.智能家居设计与施工, 同济大学出版社，2004 [2] 周洪编著.智能家居控制系统, 中国电力出版社，2006 [3] 阎洪林，蒋琳峰编著.住宅智能装饰, 中国林业出版社，2006 [4] 刘叶冰主编, 建筑智能化系统工程设计与实施, 中国电力出版社，2006

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致谢

在本次论文的撰写中，我得到了于会山老师的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高;同时也显示了老师高度的敬业精神和责任感。在此，我对于会山 老师表示诚挚的感谢以及真心的祝福。

智能微电网研究现状及应用展望 篇6

【关键词】智能微电网；可再生能源；关键技术；应用展望

1、引言

近年来，世界范围内发生了数次大面积停电事故，电网脆弱性更加充分地暴露出来，难以满足用户多样化的供电需求。与传统集中供电模式相比较，分布式发电以其接近用户侧、运行方式灵活、就地消纳清洁新能源等优点受到广泛关注。然而，分布式发电技术自身存在诸多潜在弊端，如电源接入成本高、功率输出波动等，其规模化接入电网后会给电网运行控制带来一系列影响。为了协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式电源给电网和用户带来的潜在效益，智能微电网作为一种新型分布式能源组织形式应运而生，迅速得到国内外学者的广泛关注。

2、智能微电网概述

智能微电网是集成先进电力技术的分散独立供能系统，靠近用户侧，容量相对较小，将分布式电源、负荷、储能元件及监控保护装置等有机融合，形成了一个单一可控单元；通过静态开关在公共连接点与上级电网相连，可实现孤岛与并网模式间的平滑转换；就近向用户供电，减少了输电线路损耗，增强了抵御来自上级电网故障影响的能力。当上级电网发生故障或电能质量不能满足要求时，微电网切换到孤岛模式下运行，保证自身安全稳定运行。

综上所述，智能微电网主要具有以下特点：

（1）自治性：微电网是由分布式电源、负荷、储能单元构成的小型系统，运行方式灵活，可以独立自治运行，实现自我控制、保护与管理。

（2）互动性：微电网运行控制在采集分布式单元信息的基础上，实现了配电网、微电网、控制器间的互动通信。

（3）多元性：微电源构成多元化，有热电联产燃气轮机、柴油机等高效低污染电源及风力、光伏发电单元。负荷类型多元化，有敏感型、非敏感型，可控型、非可控型等。

3、国内外微电网研究现状及关键技术

微电网的接入对大电网运行带来诸多影响，如电网安全稳定、电能质量等问题。微电网承受扰动的能力相对较弱，尤其是孤岛模式下，考虑到风能、太阳能资源的随机性，系统安全面临着更高的风险，因此需要从技术内涵角度对智能微电网的关键技术，如系统设计、运行控制、能量管理、经济评估等进行深入研究。

美国电气可靠性技术协会（CERTS）最早提出了微电网的概念，允许微电网并网运行和电量销售，旨在解决分布式发电接入大电网安全可靠性问题，得到了美国能源部的高度重视。当上级电网发生故障时，微电网无缝解列或孤岛运行，故障恢复后可与上级电网重新连接，保证重要用户不间断的电力供应，对当地电压起到支持与校正作用。美国北部曼德瑞沃建立了第一个微电网示范性工程，微电网基础理论与关键技术已在测试基地得到了成功验证。

日本针对能源日益紧缺、负荷逐年增长的现实背景，注重新能源的开发利用，展开了微电网关键技术研究，提出了灵活可靠的智能供能系统，在配电网中加入灵活交流输电装置，利用快速、灵活的控制器，实现对配电网能源结构的多元优化，满足用户需求。日本新能源与工业技术发展组织（NEDO）积极支持一系列微电网示范工程，鼓励可再生能源发电技术在微电网中的集成应用，在网架结构、系统集成、热电综合利用等方面做了精细化的研究，分别在青森、爱知和京都建立了示范工程，其中青森县八户市示范工程全部采用可再生能源供给用户电能和热能。

从电力市场、电能可靠供给及环境保护等方面考虑，欧洲各国积极致力于微电网关键技术的应用研究，利用智能控制技术、先进电力电子技术实现了集中发电与分布式供能的高效紧密结合，积极鼓励社会各界参与电力市场，共同推进微电网发展。微电网运行控制、继电保护及互动通信等关键技术在实验室平台上得到了验证。希腊、德国、西班牙已建立不同规模的微电网示范工程，其中德国太阳能研究所（ISET）建成的微电网试验基地规模最大。此外，丹麦OESTKRAFT公司、意大利CESI公司、葡萄牙EDP公司和西班牙LABEIN公司都建立了微电网试验基地进行相关技术研究。

我国微电网研究处于起步阶段，含风力、光伏发电、储能元件的多能源微电网系统的运行控制技术成为研究热点。近年来，“973计划”、“863计划”等国家高科技项目大力资助微电网关键技术的研究。国家“863计划”项目浙江南麂岛微电网示范工程致力于打破海岛电力供给瓶颈，改善海岛能源结构，保障居民可靠用电。天津中新生态城、江西共青城等智能电网综合示范工程中均采用集成多种分布式电源、储能系统的微电网结构。吐鲁番新能源城市微电网项目是全国首个城市级别的微电网示范工程，也是目前国内装机容量最大、涉及用户范围最广的微电网工程。项目采用屋顶光伏发电系统，装机容量达到13.4MW，为7千余户家庭、2万多居民提供电能，实行“自发自用、余量上网、电网调剂”的机制。

4、我国微电网应用展望

微电网作为大电网的有效补充，实现新能源发电并网的协调控制与优化运行，避免极端恶劣天气状况对大电网的不利影响，保障电力安全可靠供应，符合我国智能电网的发展趋势。目前我国微电网发展处于起步阶段，还需要进行技术、政策、管理等方面的研究与实践。

1）微电网运营模式方面：目前我国微电网范围界定尚不明确，运营模式尚未理顺，需要在提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制电能质量要求、降低运行成本等方面积极开展适合我国国情的微电网运营模式的研究，为规范和引导微电网投资建设提供有力依据。

2）微电网规划建设方面：需要对国内外微电网建设的优秀经验进行系统性提炼，研究并提出实用化的微電网典型供电模式，为我国微电网规划建设提供规范性的引导。

3）微电网关键技术方面：微电网运行协调控制技术是微电网技术的核心。虽然国内已开发出微电网运行监控系统，但难以满足实时性更强、灵活性更高的要求。需要开展微电网协调运行控制的技术攻关，实现微电网内部及与配电网间的协调运行。

5、结论

智能图书馆发展现状及研究 篇7

1 基于物联网的资源管理系统

使用基于物联网的资源管理系统来构架智能图书馆是目前使用最为广泛的方法。将物联网技术应用于图书馆不仅有利于馆内资源的数字化管理, 也为用户提供了极大的方便。

1.1 物联网的组成

典型的物联网可以分为三个层:感知层, 网络层, 应用层[1]。物联网这种典型的工作方式十分适合用于管理图书资源, 所以将物联网技术用于智能图书馆系统不仅能够十分方便的实现图书资源分配明确、易于流通等功能, 还能同时大幅提高用户的体验, 减小工作投入等。

1.2 系统框架的设计

基于物联网的工作模式, 在构建智能图书馆过程中可以将物联网的感知层、网络层、应用层三个层次分别应用于图书馆的资源监测、信息传输、流通规则管理中。

其中感知层的感知和度量可以通过不同的数据采集端来完成, 物联网的数据采集端可以是手机、PDA (掌上电脑) 、红外传感器、二维码解读器、RFID (射频识别) 标签读取设备、激光扫描器等等, 各种类型传感器就像图书馆的眼睛一样, 能够及时获取各种需要的物理信息[2]。

网络层则把传感器获得的信息进行必要转换成适合的格式并通过互联网、移动互联网、局域网络或者其他传输电缆等将其传输到图书馆的数据处理中心, 在整个系统中, 网络层是图书馆信息传输机构。

应用层负责整个图书馆的信息处理工作, 应用层是图书馆提供智能化的管理和服务的核心[3]。该层通过对获取的信息进行分析处理, 实现图书馆各方面信息汇总与交流, 为工作人员提供智能化的管理平台, 为用户提供友好个性的服务。在确保物联网的感知层、网络层能够传输足够的信息的基础上, 通过对应用层软件的扩展可以简化图书馆的各种工作并提升对用户的服务质量。总而言之, 应用层是图书馆的大脑, 他负责分析获取的信息并管理各项规则。

1.3 基于物联网的智能图书馆特点及前景展望

智能图书馆不仅能大大方便工作人员对图书馆日常事务的管理, 还能够为用户带来全新的服务体验, 借助典型的物联网技术可以方便的实现图书馆自动安放管理、自动分配盘点图书等智能化管理, 尤其方便内部资源的统计等工作。将物联网技术应用于图书馆服务无疑会使图书馆服务模式产生突破, 这种构架方式拥有很大的发展空间, 非常值得我们关注。

2 用户本体智能图书馆系统

传统的图书馆服务个性化方法虽然能够在一定程度上解决如何识别用户请求的描述问题, 但一般基于数据库事务实现, 反馈结果往往与用户真正的需求有所差异。本体技术旨在为用户在不同领域的关注倾向为用户提供更加灵活精确的服务。

3 基于智能建筑的智能图书馆系统

3.1 智能建筑的定义

智能建筑是以建筑为平台, 兼备通信、办公、建筑设备自动化, 通过对结构、系统、服务、管理等各要素的最优化组合[6]。用户对环境的要求越来越高, 而智能建筑恰能为用户提供更好的环境, 这也是智能建筑兴起的重要原因之一, 智能建筑本身集成可视化、协同工作与虚拟技术等各方面技术。将智能建筑应用于图书馆可以很大幅度增强图书馆对信息处理的效率与质量。

3.2 基于智能建筑的智能图书馆的构建

基于智能建筑的智能图书馆, 按照其需求功能一般须具备三个特征: (1) 具有多种信息传输渠道及通信设备来构成一个通信自动化系统; (2) 图书馆能够对馆内各种设备进行自动控制综合管理, 能够实现自动化; (3) 具有先进的办公系统自动化[7]。

确切的说基于智能建筑的智能图书馆实质是一个计算机管理系统, 能够利用馆内资源提供服务并能够搜集利用互联网上各种资源来拓展图书馆的相关服务。因此在搭建过程中必须考虑图书馆信息的传输媒介与综合布线, 其次图书馆的自动化控制系统也应该安全稳定, 能够依据控制系统实现自动安防、环境优化等诸多功能, 依赖这些功能为用户提供温馨舒适的服务环境, 而且还会在一定程度上降低人工工作成本;再次图书馆的办公自动化也应该能够把各项独立的事务处联系起来, 通过信息整合提高图书馆中各种事物的工作效率与质量。办公自动化系统的构建可以依据传统的信息系统的构建方式, 基于管理系统、数据库与网络技术, 将办公事务交给专家系统进行信息汇总分类处理, 优化工作人员的工作环境与内容, 使人工智能造福与人。

3.3 基于智能建筑的智能图书馆的特点与前景展望

类似于智能家居的出现, 基于智能建筑的智能图书馆也是在人们对更加舒适合理的工作和学习环境的追求过程中逐步诞生的, 并且它所依赖的诸多技术也正在趋向成熟。利用智能建筑可以很方便的实现图书馆冷暖空调通风、供电安全、给水控制、馆内监控、多媒体服务、用户智能卡自助服务等诸多功能, 并且在目前先进的控制技术的支持下, 对传统图书馆进行智能建筑改造并不需要太大的投入, 可以预见基于智能建筑的智能图书馆尚有巨大的发展空间。

4 结束语

图书馆现代化程度越大, 则其智能化的程度也就越高。智能图书馆是把智能技术运用在图书馆新馆舍建设之中形成的一种现代化建筑, 它高新技术与建筑艺术的有机结合[8]。智能图书馆的兴起一方面能是图书馆管理者变得更加省时省力, 另一方便也有利于为读者提供更加舒适、个性化的服务体验。由于不同构架的智能图书馆具有不同的特点, 其解决的问题也具有一定的偏向性, 例如基于物联网的智能图书馆的构建主要侧重于对管内资源的管理, 基于本体概念的智能图书馆主要侧重于解决用户对文献的精准检索的问题, 而基于智能建筑的智能图书馆则主要侧重于解决对管内设备的控制问题。在实际应用中构架一个真正的智能图书馆要解决的问题是多方面的, 全方位、综合化的智能图书馆需要多种构架模式的融合。未来的图书馆可以通过将侧重解决不同问题的构架模式通过模块化进行规整, 然后运用面向对象的概念将不同构架的模块进行有机结合, 从而建设出一个各方面均比较完善的智能图书馆。

参考文献

[1]董晓霞, 龚向阳, 张若林.基于物联网的智能图书馆设计与实现[J].图书馆杂志, 2011, 30 (3) :65-68.

[2]宓永迪.U H F RFID在图书馆的新应用[J].图书馆研究与工作, 2011 (2) :40-42.

[3]岳莹昭, 杨钰.物联网体系结构的研究[C].第十二届中国科协年会 (福建·福州) , 2010-11-1.

[4]董慧.本体与数字图书馆[M].武汉:武汉大学出版社, 2008:121-190.

电网智能调度技术研究现状与发展 篇8

在现代电网的发展过程中, 各国结合其电力工业发展的具体情况, 通过不同领域的研究和实践, 形成了各自的发展方向和技术路线, 也反映出各国对未来电网发展模式的不同理解。

国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展、服务社会和谐为基本使命, 在认真分析世界电网发展的新趋势和中国国情的基础上, 紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求, 提出了立足自主创新, 建设以特高压电网为骨干网架, 各级电网协调发展, 具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网的发展目标。提高电网大范围优化配置资源能力, 实现电力远距离、大规模输送, 满足经济快速发展对电力的需求。

智能电网是电力工业的一场巨大变革, 将引起电力工业在各个领域的革新。作为电网运行的直接生产单位——电力调度通信中心面临的变革最为紧迫。紧跟智能电网的发展, 智能调度技术的研究和研究尤为重要。本文首先阐述了当前智能电网的特征, 其次介绍了电网调度在电力生产过程中的主要作用并针对智能电网的新挑战, 研究了智能调度的主要关键技术, 最后对智能调度的发展做出了展望。

1智能电网的特征

智能电网主要有以下特征。

1.1自愈———稳定可靠自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能。指无需或仅需少量人为干预。实现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其恢复正常运行。最小化或避免用户的供电中断一通过进行连续的评估自测。智能电网可以检测、分析、响应、甚至恢复电力元件或局部网络的异常运行。

1.2安全———抵御攻击无论是物理系统还是计算机遭到外部攻击。智能电网均能有效抵御由此造成的对电力系统本身的攻击伤害以及对其他领域形成的伤害。一旦发生中断, 也能很快恢复运行。

1.3兼容———发电资源传统电力网络主要是面向远端集中式发电的。通过在电源互联领域引入类似于计算机中“即插即用”技术 (尤其是分布式发电资源) 。电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型发电, 甚至是储能装置。

1.4交互———电力用户电网运行中与用户设备和行为进行交互。将其视为电力系统的完整组成部分之一。可以促使电力用户发挥积极作用。实现电力运行和环境保护等多方面的收益。

1.5协调———电力市场。与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接:有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平:电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。

1.6高效———资产优化引入最先进的IT和监控技术优化设备和资源的使用效益, 可以提高单个资产的利用效率, 从整体上实现网络运行和扩容的优化, 降低它的运行维护成本和投资。

1.7优质———电能质量。在数字化、高科技占主导的经济模式下, 电力用户的电能质量能够得到有效保障, 实现电能质量的差别定价。

1.8集成———信息系统。实现包括监视、控制、维护、能量管理 (EMS) 、配电管理 (DMS) 、市场运营 (MOS) 、ERP等和其他各类信息系统之间的综合集成, 并实现在此基础上的业务集成。

2智能调度技术

2.1电网调度的定义:

为保障电力系统安全、优质、经济运行和电力市场规范运营, 实行资源的优化配置和环境保护, 保证电力生产的秩序, 对电力系统运行的组织、指挥、指导和协调的活动。

为适应智能电网发展的要求, 对传统的调度技术提出新的要求, 主要问题体现在以下几个方面:

2.1.1新能源与分布式电源的接入。

为了解决能源危机, 世界各国都在加强新能源发电的研究, 目前风电发展最为成熟, 规模也越来越大, 比如我国正在建设的几个千万千瓦级风电基地。然而风电具有随机性与不确定性, 且其预测与调控均比较困难, 在大量接入系统后将对电网安全稳定产生很大影响, 增大了电网调度的难度。因此, 必须加强风电的预测、建模与控制, 并针对风电的特征制定相关调控策略, 合理协调其与其它电源之间的关系, 优化电力生产, 保证在电网安全稳定下最大限度地提高风电的产出。

为了避免事故的扩大导致整个大电网的崩溃解列, 未来电网的发展将既是以特高压为主干骨架的大电网, 同时分解为一系列各自独立的分布式微电网运行, 这样可以保障即使在发生重大事故时也能保证继续供电。然而如何统一调度各个分布式小电网, 尤其是分布式电网中的电源管理与无功电压控制问题, 也是未来电网调度需要解决的一个难题。

2.1.2高可靠性与高安全性要求。

随着人们生活水平的提高, 对电网运行的可靠性与安全性要求也越来越高。因此, 电网在运行过程中, 能够尽可能预见存在的事故, 提供更可靠的供电运行方式, 使事故处理智能化、自动化, 将用户停电可能性降至最低。这需要建设合理高可靠性的电网结构, 选择优化的电网运行方式, 提高电网运行的自动化与智能化水平, 从而减少调度员处理一般性事故过程中用户的停送电时间。

2.1.3双向送点的供电需求侧管理。

在未来电网中, 用户不仅是单一的供电受端。有能力的用户如医院等一级负荷具有自己独立的小发电系统以及家用太阳能小发电系统等, 还将在电力充足时向系统反送电。此时, 电网的运行方式和运行状态将更为复杂, 这就需要电网能够灵活处理这些不定期用电或发电的小系统。

2.1.4海量信息处理。

智能电网是基于统一的信息平台而运作的, 在先进计算机水平与通讯技术的基础上采集电网运行的一切有用信息, 并用于状态监测、电网分析、事故预警、电网控制等。根据智能电网的运行要求以及电网调度的需求, 建立对应的一体化信息平台, 筛选并处理相关信息, 搭建相关数据模型库, 是智能调度自动化系统需要解决的重要问题。

2.2根据智能电网的要求以及电网调度在电网中所起的作用, 在未来智能电网的智能调度建设过程中, 主要包含下列关键技术:

2.2.1一体化智能应用支撑平台。

在智能调度建设过程中, 首先要建立这一平台, 主要需要研究一体化模型与数据管理技术、海量信息存储管理与应用技术、智能可视化展示技术、地理信息接入技术等。

2.2.2特大电网智能运行控制策略。

特大电网智能运行控制技术体现了智能电网坚强可靠的重要特征, 目标是建成智能电网安全防御系统, 将通过广域、迅捷、同步、精确的量测感知, 自适应智能决策, 基于决策指令和应对动态响应相协调的控制执行, 形成具备自我感知、自我诊断、自我预防、自我愈合的大电网智能安全控制能力。

2.2.3一体化调度计划运作平台。

通过一体化调度计划运作平台研究, 实现智能电网和所有并网运行发电机组的安全、节能和经济运行, 以信息化手段提高电力生产管理现代化水平, 为特高压大电网安全稳定运行和实现资源优化配置提供坚强技术支撑。

2.2.4大型可再生及分布式能源接入控制技术。

通过研究计及风电场等可再生能源的电力系统运行与控制的相关技术, 在智能调度技术支持系统平台上实现计及大型可再生能源及分布式能源的电网调度控制, 充分发挥可再生能源、分布式能源在电力系统安全、稳定、优质和经济运行中的作用。

2.2.5一体化调度管理方面。

一体化调度管理着重体现智能电网的高效, 它涉及调度中心的规范化和专业化管理、精益化和指标化管理以及调度中心的纵向互联, 是调度中心对外提供各类功能和数据服务的窗口。调度管理类功能包括调度门户功能、统计分析报表功能、专业管理功能、生产控制管理功能、业务流程处理功能、运行值班管理功能等。

3结论与展望

智能电网是未来电网发展的必然。其主要特点是整个电网信息共享, 分布式电源尤其是新能源的接入, 以及电力用户与输配电系统之间存在的电能双向流动。电网调度的目的不再只停留在保护系统安全, 而要更多在在系统安全的基础上考虑如何提高电能质量, 如何合理的分析电网的潮流分布。分布式电源接入的安全性分析、管理、建模、控制以及面向用户的配电网管理、控制、优化将是未来智能调度研究的重中之重。

智能电网的研究与发展 篇9

智能电网是一系列相关技术的集合, 而非单指某项技术。其中, 一些现代化电网的优点, 比如降低峰负荷时段用户用电量的“需求侧管理”;将分散的电源 (太阳能板阵列、小型风力发电机、微型水电、甚至建筑物中附带的热能发电机) 接入电网;整合电网的能量储存用以平衡发电和用电的需求;消除或阻止大范围连锁电网故障的发生。智能电网所带来的效率与可靠性的提高将为用户节约成本, 并有助于二氧化碳的减排。

智能电网的概念在于对配电和长距离输电网络进行“数字化升级”, 从而达到优化当前运行状况、为替代性能源打开市场的目的。智能电网所带来的效率与可靠性的提高将为用户节约成本, 并有助于二氧化碳的减排。在中国, 建设坚强智能电网的目标已经确定。根据国家电网公司在2009特高压输电技术国际会议上公布的方案, 国家电网公司将在建设由1000k V交流和±800k V、±1000k V直流构成的特高压骨干网架、实现各级电网协调发展的同时, 围绕主要环节和信息化等方面, 分阶段推进坚强智能电网发展, 到2020年, 使电网的资源配置能力、安全稳定水平, 以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高。

1 智能电网的功能

1.1 自我修复

未来智能电网的控制系统将使用分布式的、自主强化学习型的控制器来分析自身运行情况, 而这些控制器则会通过不断变化的环境 (比如设备故障) 来学习怎样成功控制电网的运行。

1.2 用户参与

智能电网将用户设备和行为融合进电网的设计、运行和通信, 保证了用户对家庭和商业领域中的“智能电器”和“智能设备”以及“智能建筑物”中的互联能源管理系统等有更好的控制, 使用户更好地管理能源消费并节约能源开支。

通过居民太阳能板、小型风电和电动汽车等分布式电源的应用, 智能电网将在能源产业中旋起一股革命浪潮。同样, 那些拥有可再生能源或后备电源系统的大型商业用户可以在峰负荷时提供电能。

1.3 抵御袭击

智能电网能更好地识别并反应于人为或自然的干扰。实时信息将有助于隔离受影响区域并重新分配受损设备周围的潮流。

1.4 高质量电能

停电和电能质量问题平均每年给美国商业造成的损失超过千亿美元。而智能电网技术所带来的更清洁、更稳定的电能将减少停机时间并防止高额损耗。

1.5 容纳多样化的发电形式

智能电网不仅支持传统型电力, 同时也能够无缝连接燃料电池、可再生能源以及其他分布式的地方和区域性发电技术。对小规模、地方化或就地发电形式的融合, 使得居民用户、商业用户和工业用户自主发电并将多余电量以最小的技术或制度障碍卖给电网成为可能。

1.6 繁荣电力市场

智能的配电网络将允许小型发电者通过多种方式进行发电, 如屋顶太阳能板、小型风能发电机和小型水电发电机。但如果没有传感器和软件提供的额外智能, 电网就无法对间歇性电源造成的不平衡现象进行及时反应, 那么这些分布式的电源反而会降低电网的电能质量。

1.7 优化资产

经过优化的电能潮流减少了浪费, 并将低成本发电的作用发挥到最大限度。协调当地配电状况与跨区域电能潮流、不同输电线路的拥堵状况, 能够提高现有电网资产的使用率、减少电网堵塞和瓶颈, 最终达到为用户节约成本的目的。

2 智能电网的特征

为实现指定的各项功能, 现有的和计划中的智能电网具备如下特征:

2.1 负荷调节

在负荷猛增的情况下, 智能电网会对所有电视机或某个大型用户发出警告, 要求其暂时或持续降低负荷。使用数学算法可以预测究竟需要多少备用机组才能使故障率达标。

2.2 需求响应支持

需求响应支持技术允许发电机和负荷进行自动的实时互动, 协调需求以平缓负荷曲线上的尖刺, 降低用于增加备用机组的成本, 减少磨损, 延长设备寿命。用户也能在电价最低时使用低优先级别的电器, 从而减少开支。

2.3 分布化发电

分布化发电是智能电网故障耐受程度的另一个要素。用户个体因此能够使用任何适合于自己的形式进行自主发电。常规电网的电流是单向输送的, 但如果其中一个子电网发电量超过自身用电量, 那么反向的潮流将引发安全和可靠性问题。而智能电网就可以解决上述问题。

2.4 向用户发送电价信号

在比利时、荷兰和英国等许多国家, 都在家庭用户中间使用具有双重电价的电表, 鼓励人们在夜间或周末等工业用电需求较低的时段用电。这种做法将在智能电网中得到进一步发展, 电器将对每秒钟不同的电价做出即时反应。而用户的个人偏好, 比方说使用绿色能源, 也将被纳入电网中。

3 相关技术

智能电网的技术已经被运用于制造和通信等方面, 并且正在针对电网运行进行调整。总体上, 智能电网技术可分为5个关键领域。

3.1 一体化通信

多数情况下, 数据是通过modem采集而不是通过直接的网络连接。需要改进的领域包括:变电站自动化、需求响应、配电自动化、SCADA、电能管理系统、无线网状网络及其他技术、电力线通信、光纤。

3.2 传感器和测量

其核心作用是评估拥堵情况和电网稳定性、监测设备健康程度、防止盗电现象和提供控制策略支持。主要的技术包括:高级微处理器电表 (智能电表) 和电表读取设备、广域相量测量系统、动态输电线路评级、电磁特征测量和分析、用电时间和实时电价工具、高级开关和线缆、电磁波背反射技术和数字式保护继电器。

3.2.1 智能电表

用数字式电表代替机械式电表, 实时记录用电情况, 为众多设备提供信息交流途径。根据用户的需要, 设备还能够在电网高峰负荷时段自动关闭。

3.2.2 相量测量单元

在网络中广泛安装的PMU高速传感器可用于监测电能质量。当自动电网装备有大量的PMU, 并利用它们比对交流电网中的读数时, 将引领一场电网管理系统的革命, 未来的电网将对系统状况进行快速、动态的反应。

广域相量测量系统 (WAMS) 是由PMU构建而成的网络, 为区域和全国范围内的电网提供实时监测。如果当时拥有区域相量测量网络, 2003年的美加大停电就能够被限制在一个很小的范围内。

3.3 高级元件

在超导、故障承受、蓄电、电力电子和诊断元件等领域的创新正在为电网的基本作用和特征带来重大的变化。其技术包括:柔性交流输电设备、高电压等级直流输电、第1代和第2代超导导线、高温超导电缆、分布式发电和蓄电设备、复合导体和“智能”电器。

3.4 高级控制

高级控制策略的3个技术类别是:分布式智能探测器 (控制系统) 、分析工具 (算法软件和高速计算机) 和业务应用 (SCADA、变电站自动化、需求响应等) 。比如中国的福建电网就使用了人工智能, 能够快速准确地计算出控制策略并加以执行。

3.5 改进型接口和决策支持

降低了复杂程度的信息系统使操作和管理人员得以有效地运行一个愈加庞大而复杂的电网。其中包括如下技术:将海量数据转化为简单图形的可视化技术、在需要电网操作时提供多种选择的软件系统、运行培训模拟器和“假设”分析。

3.6 应用标准

由IEC TC57标准衍生出来的一系列标准已经被部分用于智能电网, 其中包括IEC61850自动化变电站建筑标准、IEC 61970/61968公共信息模型 (CIM) 标准。

Multi Speak技术拥有一套健全的一体化定义, 几乎支持所有配电设施或垂直一体化设施的配电部分所使用的必要软件接口。

I E E E提出了支持同步相量的C37.118标准。

4 拥有智能电网的首批城市

最早, 也是规模最大的智能电网位于意大利, 由意大利Enel S.p.A.公司安装。该工程完工于2005年, 使用自主设计并制造的电表和系统软件。该项目被广泛认为是智能电网技术在家庭中得到商业运用的首个例子, 其成本为21亿欧元, 而每年节省的开支达5亿欧元。

美国的德克萨斯州奥斯汀市从2003年开始一直致力于智能电网的研究。如今, 该城市共有200000个实时设备投入运行 (智能电表、智能温度计以及服务区内的各种传感器) , 并有望于2009年达到500000个实时设备的规模。另外, 科罗拉多州波尔得市于2008年8月完成了其智能电网的第一期工程。

加拿大安大略省的Hydro One使用的是Trilliant公司的标准兼容设备。到2010年底, 该系统将在安大略省拥有130万用户。

5 一些政府和机构的政策

(1) 加拿大。通过2006年的节能义务法案, 加拿大安大略省政府已经确立了到2010年为安大略省所有商业和家庭用户安装智能电表的目标。

(2) 中国。2005年以后中国的WAMS发展目标:建立全国WAMS互联系统。实现国调—东北—华北—西北—华中—华东WAMS数据共享, 实现南网网调—广东—广西—贵州—云南WAMS数据共享;落实基于WAMS的数据修正仿真计算模型;落实WAMS测量结果提供给调度员;建立PMU的质量检测体系;在有条件的地区电网实现基于WAMS的广域动态稳定控制。

(3) 欧盟。发展智能电网是欧洲技术平台 (ETP) 计划的一部分, 被称为“智能电网技术平台”。着眼于未来电网的欧洲智能电网技术平台始于2005年, 其目标是形成并提出2020年及以后欧洲电网的发展规划。

(4) 美国。2007年通过的《能源独立和安全法案》将支持智能电网纳入了联邦政策的条款之中。智能电网还从2009年通过的《美国复苏与再投资法案》中得到了更多支持。联邦能源监管委员会 (FERC) 于2009年3月19日发布了一项关于智能电网标准管理的政策声明和行动计划提案, 希望智能电网能够更好地容纳可再生能源、需求响应系统、蓄电系统和电动汽车。

2009年5月18日美国华裔商务部长骆家辉与华裔能源部长朱棣文联合宣布了美国智能电网 (Smart Grid) 建设的第1批标准, 标志着美国智能电网建设正式迈步。

6 结语

推动当今电网现代化进程的主要动力是, 提高电网可靠性、效率和安全性;使分布化发电方式成为可能, 向用户提供管理电能消费的互动式工具;为用户提供选择供电商的弹性电能消费模式 (包括分散的太阳能、风能和生物能发电) ;创造更多与可再生能源生产、电动汽车、太阳能板、风能发电、节能建筑等相关的新型绿领就业机会, 推动GDP增长。在欧美国家, 存在许多阻碍智能电网技术广泛运用的因素, 如:制度上对提高公共事业的效率没有激励措施;用户对隐私权的顾虑;社会对“公平”用电的关心程度;公共事业力量有限, 无法快速转变运营环境并对智能电网技术加以利用。

摘要：智能电网的智能在于它能够使用数字技术以节约能源、降低成本和增加可靠性, 为用户提供优质的电能。世界上许多国家为了摆脱能源依赖或应对全球变暖, 都对这种现代化的电网进行大力提倡。智能电网涵盖了现代化的输电网络和配电网络。

参考文献

[1]Smart Grid[DB/OL]Wikipedia, 2009.4:1-7.

智能电视关键技术发展研究 篇10

根据中国电子视像行业协会标准(CVIA/ZNDS01-2014),智能电视是指具有操作系统、支持第三方应用资源实现功能扩展、支持多网络接入功能、具备智能人机交互、与其他智能设备进行交互的电视机。智能电视有如下特征:1)具备较强的硬件设备,包括高速处理器和一定的存储空间,用于应用程序的运行和存储;2)搭载智能操作系统,用户可自行安装、运行和卸载软件、游戏等应用;3)可以连接公共互联网;4)具备多种方式的交互式应用,如新的人机交互方式、多屏互动、内容共享等[3]。

智能电视的关键技术主要包括芯片、显示技术、操作系统、软件与应用、联网技术、人机交互技术。其中人机交互技术是制约电视智能化发展和普及的重要瓶颈,操作系统是电视智能化实现的前提,这两项关键技术已成为国际国内智能电视相关企业、研发机构创新竞争的重点,成为智能电视专利布局的重要方向[4,5]。

本文将对人机交互和操作系统这两项关键技术进行重点分析,人机交互技术主要选取面部识别、姿势识别、语音识别、智能遥控这4个目前处于主流的技术进行研究。

1 智能电视关键技术国际发展态势

1.1 专利技术申请趋势

智能电视领域的全球专利申请持续了40余年,语音识别、智能遥控、姿态识别、人脸识别、操作系统等智能电视关键技术呈现接力式的申请趋势。20世纪70年代开始出现语音识别、智能遥控的专利申请,20世纪80年代姿态识别和人脸识别技术出现,操作系统开始萌芽。截至2014年4月,全球人机交互申请量达4 282项,操作系统3 430项,各项关键技术正处于快速成长期(见图1)。

1.2 主要国家技术分析

美国、日本、中国、韩国是专利技术产出的主要国家,集中了人机交互技术领域86%的原创专利和88%的操作系统专利,其中美国、日本掌握着核心技术,引领全球技术发展,中国、韩国是技术追随者(见图2)。

1)美国

美国居于技术原创国首位,拥有全球34%的人机交互专利及29%的操作系统专利,自二十世纪七八十年代即开始该领域的技术探索,经历了90年代的初步发展期,到2000年逐渐进入技术成长期。人机交互技术于2011年达专利申请量高峰,至今增势明显;操作系统自2008年后申请量出现下滑。语音识别、姿态识别、面部识别技术领域处于全球绝对领先地位,智能遥控技术仅次于日本。2000—2008年期间语音技术领先发展,2008年以来姿态识别技术成为重点发展领域。美国智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图3和表1。

2)日本

日本居于技术原创国第2位,拥有全球26%的人机交互专利及28%的操作系统专利,自20世纪70年代即开始智能遥控技术的探索,80年代姿态识别和人脸识别技术开始萌芽,进入90年代语音识别及操作系统开始发展,各项技术在2000—2008年间得到快速发展。2008年至今,由于日本主流家电企业开始逐步放弃家电业务,智能电视的相关专利申请量开始持续下滑。目前,日本在智能遥控技术领域仍处于全球领先地位,占全球专利总量的35%。其中,在触摸板遥控、便携终端和超声定位3个技术分支的专利量居全球首位。日本智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图4和表2。

3)韩国

韩国居于技术原创国第4位,拥有全球12%的人机交互专利及11%的操作系统专利,20世纪90年代开始智能遥控技术和操作系统的探索,2000年开始姿态识别、人脸识别和语音识别技术的研究。

韩国虽起步时间晚于美国和日本,但人机交互技术2005年后发展迅猛,尤其近3年来凭借三星和LG两大龙头企业的高量产出,在日本呈现持续下滑的态势下,韩国于2010年起已逐渐赶超日本,逐渐成为智能电视领域的强国。三星和LG近3年专利产出活跃,专利申请占总量的比例高达39%和48%,在各个技术分支均布局了数量不菲的专利。韩国智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图5和表3。

1.3 重要创新机构分析

人机交互技术领域,全球主要的专利申请人主要分布在日本、美国和韩国,排名前十的申请人中日本公司占据一半,美国和韩国各2家,荷兰有1家,中国无1家机构上榜。从近3年专利申请量来看,韩国和美国公司专利产出活跃,而日本公司活跃度普遍降低,呈现整体下滑状态。通过综合考虑企业的专利数量、专利涉及分类数量、专利涉及地区数量、被引次数、营业收入、专利侵权情况等6个方面,综合竞争力较强的机构有三星、苹果、微软、索尼、松下等。

操作系统领域,韩国、日本在创新机构和专利总量上都明显多于其他国家,以三星、LG、索尼、松下等大企业带动技术创新;美国主要创新机构是微软、谷歌等公司,专利数量较少,目前仍以PC机、智能手机操作系统为主,尚未将重要研发力量投入到智能电视领域;欧洲创新机构专利数量较多的只有飞利浦公司,反映出欧洲电视厂商的整体实力不如亚洲。

2 智能电视关键技术中国专利分析

中国相比美国和日本,起步时间晚了近20余年,和韩国起步时间相近,于2000年开始涉足智能电视相关技术领域的研发,2008年后进入快速发展阶段,2010年以来中国的专利申请量大幅超越韩国和日本,仅次于美国,目前尚处于技术成长期。从拥有的专利数量看,中国位居美国、日本之后,略超韩国,居于第3位,拥有34%的人机交互专利及29%的操作系统专利。国内申请人主导中国专利的总体发展趋势,申请比例占中国专利总量的72%,国外技术尚未大举进入中国市场。国外申请主要来自日本索尼、松下,美国微软、苹果和韩国三星、LG等公司,国内申请人主要以电视机厂商为主,具有竞争力的机构依次为TCL、康佳、海信、长虹、创维、冠捷、中兴、中山大学、乐视、海尔。但总体来说,中国缺乏能与国际龙头企业抗衡的大企业。中国关键技术发展趋势及技术发展重点见图6和表4。

3 中国智能电视关键技术存在不足

3.1 核心技术掌握不足

与国外相比,对于智能电视的探索起步晚,技术储备时间短,在语音识别率、姿态识别、人脸识别匹配算法等人机交互领域存在着核心技术掌握不足,与微软、三星、索尼、松下等国际领先企业差距大、专利布局侧重国内市场等一系列问题;在操作系统方面,存在对Android系统的严重依赖问题,对操作系统的开发主要是针对Android系统进行二次开发,开发的深度和广度还有待进一步拓展。

3.2 专利数量和质量均需提高

从区域专利申请量上看,与日本、美国、韩国等来华申请国家相比,差距还较大。与国外竞争对手微软、索尼、三星相比,在专利数量、专利质量及全球专利布局上与之差距明显。反观竞争对手,微软公司有208个专利族,808件专利,布局在19个国家和专利组织,包括在中国布局了48件专利;索尼公司有201个专利族,732件专利,布局在21个国家和专利组织,其中在中国申请了115件;三星公司有190个专利族,679件专利,共在15个国家和专利组织进行布局,其中在中国申请了105件。

3.3 人才团队规模与实力较弱

相比微软、索尼、三星等国际大公司,国内专门的研究人才缺乏,成规模的、合作较紧密的研发团队少,团队产出的持续性不够,产出数量少,团队效应不明显。而竞争对手仅在发明人数量上具有优势,例如在人机交互领域,微软公司拥有专利发明人429人,索尼公司有390人,三星公司有365人。

4 中国发展智能电视关键技术的对策建议

4.1 抓住产业发展机遇,加强底层技术储备和新产品研发

应从智能电视发展战略的角度出发,加大底层核心技术的研发力度,开发具有国际竞争力的新技术、新产品。

在人脸识别技术领域,要加强特征提取、匹配算法、交互方式等关键技术的研发;在语音识别领域,重点研发语音软件产品、语音控制技术;在姿势识别领域,从图像获取、姿势分割、姿势识别控制技术入手;在智能遥控技术领域,重点关注惯性传感遥控、射频遥控等关键技术;在操作系统方面,深入开展Android系统的二次开发及基于HTML 5的智能电视操作系统研发。打好基础,不断积累,从而提高产品的国际市场竞争力。

4.2跟踪三星、苹果、Google等企业的研发动向,提高产品竞争力

在日本家电企业整体转型的背景下,传统家电国际巨头韩国三星的优势日益凸显。三星已是当今世界的电视霸主,综合竞争力居全球首位,人机交互专利量全球排位第三,近3年研发活跃程度居全球第二位,专利覆盖全部技术分支。三星的技术研发动向、专利布局、有效整合全产业链资源的经验,都值得国内企业关注和借鉴。三星主要在本国和美国进行专利布局,其专利布局策略可以给中国企业带来以下启示:在专利布局上,首先在核心市场获得知识产权以在国际竞争中占据主动,然后向外围市场扩张,从而实现市场份额的最大化。三星目前在印度、俄罗斯等新兴市场专利布局较少,国内企业可利用这一有利时机在上述市场抓紧布局;另外,三星在手势遥控技术上缺乏中国有权专利,因而是国内电视厂商进行专利布局的可能突破口。

苹果公司因其在智能手机、计算机领域的巨大成功,使得其在智能电视领域的研发动向备受关注。在研发方向上,苹果公司在姿势识别、语音控制、遥控、多屏互动等方面均进行了专利布局,国内企业应重点关注其在中国、美国的专利布局,学习苹果的技术,跟上其可能的技术方向。

Google公司通过收购Android软件公司奠定了其在智能电视操作系统市场的重要地位。为了提升专利实力,实现与老牌巨头微软、Oracle等公司的抗衡,Google通过并购企业或直接收购专利等方式大补专利。国内企业可借鉴其先进经验,关注其在操作系统领域的技术发展动向。

4.3 自主研发与合作攻关并举,实现核心技术突破

在坚持自主研发的基础上,积极加强与国内外相关机构合作,促进技术创新,弥补自身不足。

在语音技术领域,重点与微软公司语音研究组、松下以及国内的科大讯飞、云知声、TCL等具有较强技术优势的机构合作,与微软公司华裔科学家邓力、俞栋、宋歌平、张益肇博士建立联系,开展技术合作。在姿态识别技术领域,可与国外的Timothy Pryor,Point Grab,Prime Sense,Crunchfish,Brandfirst以及国内的树栎文化传播有限公司、广州新节奏智能科技有限公司以及伟创力等具有较强技术优势的机构合作,借鉴其技术优势,突破技术限制。在人脸识别技术领域,应重点与索尼、三星开展合作。

4.4 重视技术人才和团队的引进,形成稳定的研发队伍

智能电视涉及操作系统、人机交互等多项关键技术,需要企业在数字信号处理、人工智能、心理学、计算机软硬件工程、声学等多个领域具有较强的综合实力,技术进入壁垒较高。企业要在智能电视关键技术上实现创新与突破,至少要有一个包含以上多个技术领域的专门人才组成的稳定研发团队。

可以把日本企业作为重点合作及引进目标。从专利分析结果来看,近3年日本公司,除东芝近3年专利申请占总量的比例达30%,较为活跃外,其他几家公司近3年专利申请量占总量的比例未超过15%,活跃度都比较低。实际上,日本家电企业整体面临转型,索尼、松下、夏普等日本主流家电企业,由于布局逐渐落后,业绩下滑,纷纷启动“家电边缘化”战略,显露出了逐步放弃家电、往其他业务探索的迹象。大批家电技术人才开始外流。因此,应充分利用日本家电产业转型之机,关注日本企业的重点专利,引进其相关人才和团队,壮大企业的人才队伍。

另外,近3年没有专利产出的公司和发明人也应作为人才引进、开展合作和收购专利的重点目标。如:韩国大宇电子、日本公司Victor、日本公司KENWOOD、日本发明人FUJISAKI IWAO、日本先锋电子公司、美国公司SBC Knowledge Ventures L.P.、日本公司NORITZ、爱立信公司、美国公司ANALOG DEVICES、美国德克萨斯仪器公司、德国公司Deutsche ITT Industries Gmb H。

4.5产品研发与技术保护并重,加大国际国内专利布局力度

重视在该技术领域的专利申请,充分利用国外技术尚未大量进入中国市场,且国内竞争对手技术发展较均衡,尚未形成技术垄断这一有利条件,抓紧进行新技术研发,及时申请国内专利,利用专利手段进行技术保护和技术扩张。

同时,加大国际专利申请的数量,加快进行国外市场的专利布局,提高专利申请的数量和质量,以避免专利侵权纠纷,不断扩大海外市场。

4.6 进一步完善智能电视标准体系

不断完善智能电视产业链各环节亟需的关键技术标准和产品标准,例如智能电视应用程序商店技术标准、智能电视互联互通应用规范标准等,通过智能电视相关技术标准的制定,规范产品功能,力争在整个产业发展中占据主动地位,在世界智能化大潮中赢得具有优势的技术竞争力,以防在相关技术标准及国际规范上受制于人。

4.7 制定促进智能电视产业发展行动方案

智能电视具有广阔的市场前景,对传统电视产业转型升级具有十分重要的意义。2013年8月,国务院发布的《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》明确指出:“鼓励智能电视等终端产品创新发展,促进终端与服务一体化发展,各地区、各部门要尽快制定具体实施方案,完善和细化相关政策措施”。目前,智能电视产业链、创新链尚不完整,产业可持续发展的能力还不够强,应该借鉴韩国政府长期持续支持三星、LG等彩电企业技术创新的先进经验,推出促进智能电视产业发展行动方案等一系列政策措施,通过政府引导,企业积极参与,统筹产业发展,科学规划布局,加强产学研合作,打造创新团队,长期稳定支持企业创新驱动发展。

参考文献

[1]匡文波,孔彬.2014年智能电视发展评点[J].广播电视信息,2015(2):26-27.

[2]郭若伟.智能电视的发展现状与管理[J].西部广播电视,2015(8):18-19.

[3]CVIA/ZNDS01—2014,智能电视机总规范[S].2014.

[4]秦洪花,赵霞.智能电视语音识别技术专利分析[J].电视技术,2015,39(10):52-55.

物联网环境下智能图书馆发展研究 篇11

关键词：物联网；智能图书馆；信息数据

中图分类号：TP391.1

建筑智能化和信息网络智能化构成智能图书馆基础，现代物联网技术、计算机智能化和传统的图书馆共同构成智能化图书馆。智能图书馆是传统图书馆在现代物联网和计算机智能影响下的发展的方向。是现代图书馆运行的新模式。读者可以通过智能图书馆随时随地的读取想要的信息和服务，这是传统图书馆所不能满足的。

1 物聯网下智能图书馆技术特点

1.1 感知节点

智能图书馆整个系统运行首先要有图书信息、智能设备、工作人员。在感知节点方面，要有两大方面功能，一是图书等信息的采集能力，二是对信息要能存储、并且处理和通信。这些都需要传感器节电技术的支持。感知节点在数据传输过程中要有大量的网络带宽支持，网络规划和感知节点规划要相互配合。

1.2 海量数据

对数据信息的采集、分类和处理是智能图书馆在信息处理中的核心，是智能图书馆实现智能化管理的根本。海量冗余和空间位置分散都是物联网下数据的特点。物联网数据在实际应用中面临的问题是数据的存储和处理。信息处理平台要开发，数据要科学化，实现数据的过滤分析。智能图书馆中海量信息处理和数据挖掘是一个现实的研究课题。

1.3 技术标准

起步阶段的智能图书馆建设面临的技术标准的瓶颈问题，缺乏统一的技术标准，在给物联网技术快速发展下的智能图书馆带来许多问题。目前世界上还没有形成统一的RFID的标准。RFID的数据编码格式和安全检测是物联网下图书馆领域最为关注的一个标准。在世界各国不同的图书馆间RFID系统的不同，构成了各图书馆系统之间相互操作的障碍。

1.4 安全问题

在物联网下只能图书馆的构建过程中，图书馆RFID系统存在的安全模型是首要问题。物联网的架构的本身潜伏着内在的安全隐患，标签呗复制盗取，标签被随意修改，信息在通信中呗外界窃取，服务被攻击，这些都是物联网本身存在的风险。随着互联网的发展，互联网中不去安全因素也渗透到物联网中，目前，在智能图书馆领域大量的RFID安全认证被提出，但是图书馆本身资源管理的特点也给RFID提出了一个新的课题。

1.5 配套软件

在物联网技术的发展中，物联网和图书馆管理系统的通过相应的接口对接，必须要引入先进的设备。开发人员对图书馆之间应用的系统不同的特点并不是很了解，这就更加需要开发人员和图书馆管理人员进行相互的合作，这样才能很好的开发出适合自己图书馆需求的配套软件。在用户对智能图书馆进行使用的时候，用户需要实际满意的服务，方便的对信息资源进行查找和读取，物联网下图书馆系统功能应用软件的全面开发，可以满足用户对智能图书馆服务方面的需求。

2 物联网智能图书馆服务特点

2.1 服务观念

智能图书馆服务要想创新必须要有新的理念，理念是基础，是智能图书馆创新服务的先导，高校智能图书馆是一个庞大的系统工程，需要有一个明确的现代理念。我们要有为广大读者服务的理念，理念从群众来，并服务到群众中去，智能图书馆面临的对象主要是读者，适合读者的服务里面是智能图书馆创新的关键。

智能图书馆必须要有服务理念来引导，服务理念从被动单一到主动多元化，从传统到信息服务。

2.2 服务特点

传统图书馆服务方式到智能图书馆的服务方式，受现代网络和数字技术发展影响推动。网络给读者带来了很大的便利，读者获取图书数据信息主要靠网络提供的便利条件。最近几年，手机图书馆、网络咨询服务方面的建立研究是智能图书馆创新的服务模式的探索。

2.3 服务技术

智能图书馆的核心是技术，技术在服务中发挥很大的作用。现代信息技术应用和实践包括智能图书馆的信息存储分类查询以及信息传播等。图书馆服务在技术的应用下可以不受时间空间制约。手机电脑、RFID、全球定位系统等都是通过物联网链接的数据采集。读者需要的智能化服务管理平台，主要通过数据采集端处理，数据采集端主要是把数据采集到智能图书馆的数据处理平台再进行分析处理。智能图书馆需要物联网的核心技术，RFID是物联网的核心技术，不接触自动识别技术，RFID特点是数据识别读取快捷，数据存储容量大并且安全。智能图书馆的管理在新的服务技术的支持下会高效有序。

3 智能图书馆为读者提供便利

3.1 读者信息获取和修改

读者的信息被写入到RFID存储模块中，利用RFID容量大的特点，在读者办理借阅证时，将读者信息存储到RFID中，这样无论是否和数据库连接，只要使用RFID设备就能很快的对读者的信息进行或者和修改。

3.2 图书管理和整理

在读者对资料进行阅读的时候，采用远距离读写器监控，读者在特定区域阅读查看资料，如果超出监控区域，就会自动报警，这样可以有效的杜绝阅读的不文明行为。在工作人员对书籍资料进行整理的时候只要用读写器对书架扫描一下就可以查看出书籍是不是摆放正确，这样在工作人员对图书整理提高了效率，也为读者找书提供方便。

3.3 图书有序的定位查找

在RFID中存有书的基本信息目录和书放的具体空间位置等信息，这样通过标签可以有效的确定书籍的位置，读者可以很快找到自己需要的图书，原理就是利用RFID通信信号强弱计算距离，再通过书籍的标签设置。

3.4 实时检索和阅读

读者对书籍查询以及相关信息查询可以很快速的检索到，这样读者可以随时随地对书籍信息进行下载，查阅。快速的访问图书馆资源。不受空间和时间的限制，极大的方便读者，也大大提高了图书馆书籍资源的利用率。

3.5 信息定制

当读者在图书馆的特定区域时候，通过终端设备比如我们的手机，就可以搜索到图书馆书籍的一些相关信息、读者的借阅信息、图书馆的服务信息。这就要求读者要对图书馆数据进行定制，这样利用自己的终端设备手机就可以接收到信息的推送通知服务。读者可以根据自己的需要制定信息通知，搜索书籍资源。

3.6 全天候自助借还服务

读者可以在电子设备上完成借书还书的工作，节约时间不用到图书馆排队等候，对借阅流程快速处理，简单快捷，图书馆的图书利用率也大大提高，一般自助借还服务在全天24小时都可以完成，只要有终端连接到图书馆信息数据库

4 结束语

通过以上对物联网下智能图书馆技术和创新的分析，在物联网技术的发展下，智能图书馆的革新已经是现代科技的产物，智能图书馆的发展必将给数字图书馆打开创新的局面。智能图书馆的发展也面临一些等待我们解决的突出性问题。但是随着智能图书馆的不断完善，面临的问题会逐步解决。在互联网和物联网的相互配合下，智能图书馆会为数字图书馆打开新的局面。

参考文献：

[1]王预.物联网的发展及应用研究[J].金陵科技学院学报，2010（03）.

[2]杨鹏，张翔.物联网研究概述[J].数字通信，2010（05）.

[3]马然.馆员驾驭智慧图书馆的研究[J].情报探索，2012（09）.

作者简介：王兴国（1983.02-），男，辽宁沈阳人，讲师，硕士，研究方向：计算机网络。

智能雷达隐身材料研究现状 篇12

军用航空飞行器的研究和设计正向高速化、多功能化、隐身化和智能化发展。航空飞行器对构成材料提出了成型结构和多重功能的特殊要求。智能材料具有感知、处理、执行的功能,是一种具备多种功能的特殊功能材料或系统,能够满足结构材料多功能化要求。在隐身材料领域,雷达作为军事斗争中非常重要的探测和预警方式,仍是当今军事斗争中的重要主题。复杂多变的电磁环境对隐身材料提出了宽频、强吸收等要求。武器装备的智能化迫切需要开展智能雷达隐身材料的研究。

1 智能雷达隐身概述

1.1 雷达隐身机理

雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转雷达回波的强度,降低目标的雷达散射截面积(Radar cross section,简称RCS),使其在一定范围内难以被敌方雷达发现和识别的技术。根据雷达系统的工作原理,雷达的最大探测距离Rmax为:

Rmax =[PtGt2λ2δ/(4π)3Pmin ]1/4

式中,Pt、Gt为雷达的发射功率和天线增益,λ为雷达的工作波长,Pmin为雷达接收机的最小可检测信号功率,δ为被探测目标的雷达散射截面积(RCS)。RCS是度量雷达回波强弱的物理量,以平方米为单位,表示为对数形式:

δdBsm=10lgδm2

降低目标RCS的主要技术手段主要有通过设计目标的外形来缩减雷达主要威胁方向的反射截面或采用雷达吸波材料(RAM)将入射雷达波吸收、衰减,减弱反射回波。雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射电磁波,并将电磁能量转换成其他形式的能量而耗散掉,或调制电磁波使其因干涉相消的材料[1]。雷达吸波材料按照损耗机制可分为电损耗型和磁损耗型,其中电损耗型吸波材料又包括电阻损耗型和介电损耗型两种。超材料出现后研究人员将其引入雷达吸波材料结构体中,结合其损耗特性和频率响应特性开展广泛研究。超材料作为雷达隐身材料,是隐身技术中的一项重要技术,广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等重要领域。

1.2 智能雷达隐身

智能材料可通过自身结构表层或内部获取的关于环境条件及其自身变化信息,通过综合判断、信息处理而作出相应反应,如通过改变自身结构或功能等特性来很好地协调自身与外界的适应度,即构成具有自适应性的材料系统。智能蒙皮是智能雷达隐身材料实现功能的一种重要方式。智能蒙皮是通过将光纤传感器、微处理装置、微型电子元件、特殊功能装置植入武器系统的外层或内部结构体中。美国空军于1985年首先提出光纤智能蒙皮隐身的概念和计划,将这种光纤灵巧蒙皮内嵌入雷达、导航设备、目标搜索以及各种传感器元件中[2],使光纤数字电路遍布飞机机翼内来进行感知、传感,通过采用特殊功能材料或系统结构来实现飞行器隐身等特殊功能要求。将来的武器将会更多地在表层结构上采用智能蒙皮[3]。

动态自适应雷达吸波材料(DARAM,Dynamically adaptive radar-absorbing materials)是智能隐身材料研究的热门方向,主要通过将动态自适应雷达吸波材料作为智能蒙皮的特定功能部件来实现系统在一定输出信号作用下隐身性能动态可调。利用导电高聚物在外加电压条件下电磁参数特别是介电常数的可调控性来实现DARAM[3];利用液晶分子取向各向异性来实现对基体介电常数等电磁特性的调控,从而改变吸波特性;主动FSS则主要通过改变主动FSS的阻抗来改变吸波体谐振特性和损耗特性,以实现智能雷达隐身。

2 国内外研究现状

传统被动雷达隐身材料一旦成型,其工作带宽、谐振频率、最大吸收深度等参数都是固定的,难以满足外部复杂多变电磁环境所需要的自适应隐身要求[4]。而智能雷达隐身材料主要利用智能材料智能、可控等特性,通过对所设计成型的吸波材料施加外部信号来调控材料的吸波特性[5],实现智能雷达隐身。

2.1 导电高分子材料

导电高分子材料在雷达隐身材料中研究较早。法国Laurent Olmed等研究的聚吡咯、聚苯胺、聚-3-辛基噻吩在3cm波段内均有-8dB以下的吸收率[6,7]。对导电高分子进行掺杂改性,可改变其电导率和电磁特性参数,得到应用所要求的电磁特性材料。

英国谢菲尔德大学在导电高聚物电阻率可调方面做了大量工作,研究制备了一种实现阻抗和介电常数的可电控调节的导电高聚物。针对PANi·HBF4、PEO(polyethylene oxide)[7]、银(12%(质量分数))和AgBF4(12%(质量分数)),该导电高聚物的可控原理基于如下化学反应:

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该反应式左边分子导电性较好,右边分子不导电,施加电场后反应式向易导电方向移动,因而可通过施加电压得到该高聚物不同电导率,也就是能够通过施加电压实现高聚物的电磁参数可调,得到吸收峰在一定频段内迁移的特性(见图1)。

Jaumann层是一种多层复合的雷达吸波体,通过采用不同的导电高分子作为Jaumann吸波体中不同结构层,得到具有不同电磁参数结构层复合的Jaumann吸波体,通过对不同层施加不同电压,得到不同电磁参数,改变电磁波在聚合物内的波长,实现吸收峰可调谐。研究人员还研究了由两层导电高聚物构成的Jaumann雷达吸波体,每层厚度依据阻抗匹配等原理设计,同时每层导电聚合物的电磁参数都可以调节(见图2)[8],从而实现阻抗匹配,使吸收峰在较宽范围内改变,得到动态自适应雷达吸波材料。

2.2 液晶分子

液晶分子具有很多特殊的性质,F.Goelden等利用液晶分子各向异性的特性,通过设计得到含液晶体的MIM(Me-tal-insulator-metal)结构体形式,在金属层与液晶层中加入一层薄层橡胶材料,液晶层通过由金属层构成的电极产生的电场来对液晶分子的取向等状态进行调控,这种装置具有很好的可调控性同时其响应时间很短[9]。他们分析了其在微波器件中的可实现性,通过研究发现其介电性能可由外部电压信号进行调控[9]。

Wenfei Hu等[10]研究了一种基于FSS的含液晶的主动吸波结构,这种结构在基体中添加可电控的各向同性的向列阵型液晶。

结构体是由两层支撑用的石英晶片支撑中间夹层,在夹层腔内灌入BL037液晶混合体,这种液晶在无偏置电压时(即偏置电压为零时)液晶分子平行于两层夹层晶片取向,若施加一定电压则可得到一定扭矩,使液晶分子取向发生改变,从而得到介电常数可调的基体材料(见图3)。随着液晶分子研究和应用的深入,其在可变电磁参数方面的研究也越来越多。同时有研究表明将高介电特性液体渗透到低介电常数的多孔基体中[11],通过改变外加电场环境也可以实现对介质基体电磁参数的调控从而实现DARAM。

2.3 可电控超材料

可电控超材料可以通过将Salisbury屏、 Jaumann吸波体等的吸波结构体中电阻屏替换为阻抗可控的FSS层来制备得到[12]。通过在吸波体中引入电阻和电抗成分,提高结构吸波体吸波性能和可设计性[13]。所引入的电阻、电抗特性可通过一定的变换关系采用等效电路分析,即通过传输线理论得到吸波体阻抗特性结合等效电路法对电阻片的电感、电容等参数进行分析,研究电磁波在吸波结构中的反射(传输)的特性。通过采用含电阻和电抗的薄片层代替Salisbury屏的电阻屏来实现较薄结构较宽频带内阻抗匹配特性,即引入FSS层以获得所需的阻抗特性[2,3,4,5,6,7]。

尽管FSS的引入能在较大范围内增加吸波体的谐振带宽[14,15],但这种结构体仍然是被动的结构体,具有特定不变的反射特性。通过对电损耗型FSS进行研究发现,电损耗型FSS单元方阻的变化可引起吸收峰的迁移,在吸波体中引入一个或者多个要素可施加电信号或是光信号响应条件下阻抗特性可变的材料或元器件,就可以实现主动的、可适应的吸波结构,主动超材料应运而生。主动雷达吸波材料是在被动FSS吸波结构体基础上发展起来的,可以通过施加外部信号改变其电磁散射特性的一种结构材料,具有适应给定操作的能力,即在遭遇威胁的情况下,可由高反射率状态迅速变为低反射率状态[16],同时这种反射率可变调性可在多个不同的频段范围内实现。

主动FSS充分利用FSS独特的选频特性和特殊的吸波性能,在FSS加载可调集总元器件。研究人员对采用GaAs肖特基型二极管、PIN二极管、变容二极管、MEMs、MEMs等集总元器件构成可调节响应偶极子开展了广泛研究[12],通过外加电压源或电流源对有源器件施加偏置电压或是偏置电流来改变元器件的电阻或电抗,对加载有源器件的FSS的谐振峰进行调制,实现超材料可调谐功能。

英国KENT大学研究小组T.K.Chang等首次提出可电控FSS的概念。他们通过实验方法对含PIN二极管的FSS进行测试分析,运用实验方法对PIN二极管加载的有源FSS进行分析[17,18],并提出了方环型有源FSS的等效电路模型。

Sheffield大学的B.Chamber等所在课题研究小组在传统雷达吸波结构体研究基础上,对主动频率选择表面进行理论分析和实验研究。他们分析研究了一种平板结构吸波材料,主要是基于Salisbury屏拓扑结构的一种结构吸波体。图4是他们设计的吸波结构体模型,通过对传输线理论分析,结合等效电路法进行研究,得到其结构体等效电路的输入阻抗,分析其阻抗匹配特性,同时对其电磁特性展开了研究[19,20,21,22,23,24,25,26],得到通过改变等效电路的输入阻抗以实现其反射特性在较大范围内改变的结论。

主动FSS的谐振特性可通过施加偏置电流改变PIN二极管的阻抗特性来进行调节。这种可电控FSS层由二维蝶形单元和在其中心位置装载PIN二极管的阵列构成,装载在泡沫介质体上得到可电控超材料吸波体,图5示出了含PIN二极管的蝶形偶极子构成的可电控FSS结构体示意图。

这种结构与同样厚度传统被动的雷达吸波材料相比,具有更好的反射带宽特性。施加不同的偏置电流,其在8～14GHz频段范围内具有很好的吸波特性,在9～13GHz频带范围内吸收峰可移动(见图6)。

后期他们主要分析研究了当PIN二极管处于导通和截止状态时得到的吸波特性变化的相位调制屏,研究电磁波在金属平板沿入射波的入射方向做周期性的正弦振动产生的周期性多普勒频移现象。反射波的能量被搬移到以载波频率fc为中心的无限多边带频率点上,由于不是所有反射能量都位于fc处,从接收机的角度来看,结构体在fc处表现出类似于吸波材料的性能[23,24,25,27]。国内南京航空航天大学[28]在此基础上利用PIN二极管通断特性研究分析了含PIN二极管吸波材料相位调制特性。

A.E.Martynyuk等通过加载阻抗的方式分析了圆环型有源FSS[29],通过加载PIN二极管,利用波导仿真器的实验方法,分析在不同偏置电流下有源FSS的透波特性的改变。同时,在有源FSS应用方面的研究,如微波吸波材料等,也取得很大的进展。H.Liu等[30]通过在带通型FSS中引入不同参数的电容和电感元件,模拟计算得到引入可变参数集总元件FSS具有可变谐振峰的可调传输特性。通过合适的制备工艺在带通型FSS上通过手工制备得到的样品传输特性曲线,实际测量结果与计算模拟结果基本一致。

国内一些高校和研究机构针对PIN二极管作为流控电阻器的主动频率选择表面进行了相应研究。西北工业大学的赵惠玲等研究了单层有源FSS雷达吸收体[31],仿真分析了蝶形有源FSS雷达吸收体。

图7为主动FSS结构图[31],其基本结构与A.Tennant研究得到的吸波结构基本相同。他们通过有限元方法对电控吸收屏进行分析[32]。图8是他们通过采用HFSS软件对蝶形单元进行仿真计算得到的反射率曲线。研究表明当电阻增加到一定范围时,反射率将不再减小反而增大。

东南大学的朱敏等研究单环FSS电控吸波屏和双环FSS电控吸波屏[33],并通过波导仿真器和暗室测试得到其可调控吸波特性。

图9为所研究的单层电控吸波屏结构示意图和等效电路图。所设计制备的双层可电控吸收屏在电磁波垂直入射、电场极化方向与PIN二极管取向一致的情况下,不同馈电电流下吸收峰在低于-20dB的频带宽下移动能覆盖X波段,实现谐振频点动态迁移[34]。同时在大角度斜入射情况下吸波屏在不同馈电电流下吸收峰也可以实现动态迁移。

可电控FSS具有可电控、快速响应、精确控制等特性,使其在研究应用领域有广阔的应用前景,其吸波损耗机理研究仍不明确,有待进一步研究。

3 结语

智能隐身材料吸波特性的改变主要基于电磁可调控、谐振特性可变以及材料结构的改变实现的。导电高分子材料的电导率和介电常数可调控范围调节对于应用需求而言仍然不够大,同时调控稳定性难以保证;液晶分子依据分子在电场下取向来获得不同电磁参数实现可调,但这两种方式具有调控宽度较窄、调控不精确、调控响应时间较长等问题,而对含PIN二极管等集总器件的可电控超材料能很好地克服这些问题。金属贴片型超材料等效为集总器件,其单元特性的改变直接引起集总器件的阻抗(含电阻、电容和电感)特性的改变,而单元改变可以实现吸收峰的迁移,所以当引入可变阻抗特性的集总器件进行近似分析可以使其谐振特性随特性阻抗发生改变。

然而在这方面仍有很多研究工作要做:(1)研究的机理尚不明确,吸收峰产生的位置带宽仍难分析,亟待解决;(2)仿真是有效减少实验的重要方法和手段,也是指导和分析实验的重要方法,但主动可电控超材料实验制备影响因素较多,与被动超材料仿真研究相比,模型建立和分析的准确度有待研究;(3)可调谐超材料的应用前景广阔,而从实验制备到应用制备影响因素诸多,需要系统研究。