第五章物联网应用

第五章授课教师：季顺宁物联网应用5物联网应用5.1智能电网5.2智能交通5.3智能家居5.4智能物流

5.1智能电网5.1.1智能电网概述物联网在智能电网中应用的基本架构5.1.3物联网在智能电网中的应用模型5物联网应用

物联网有着巨大的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。物联网从最初的军事侦察等无线传感器网络，逐渐发展到环境监测、医疗卫生、智能交通、智能电网、建筑物监测等应用领域。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种物联网将遍布我们的生活中。

5.1.1智能电网概述

智能电网(smartgrid)就是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，实现数据读取的实时、高速、双向的效果，从而整体提高电网的综合效率。智能电网的基本架构

面向智能电网应用的物联网主要包括感知层、网络层和应用服务层。1）感知层感知层主要通过无线传感网络、RFID等技术手段实现对智能电网各应用环节相关信息的采集。感知层是物联网实现“物物相联，人物互动”的基础，通常分为感知控制子层和通信延伸子层。其中，感知控制子层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理及自动控制；通信延伸子层通过通信终端模块或其延伸网络将物理实体联接到其上面两层。物联网应用于智能电网用户服务的网络架构

2）网络层网络层以电力光纤网为主，以电力线载波通信网、无线宽带网为辅，从感知层设备采集数据的转发，负责物联网与智能电网专用通信网络之间的接入，主要用来实现信息的传递、路由和控制，分为接入网和核心网，以保证物联网与电网专用通信网络的互联互通。3）应用层应用层主要由应用基础设施和各种应用两大部分组成。其中，应用基础设施为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，并在此基础上实现物联网的各种应用。面向智能电网物联网的应用涉及智能电网生产和管理中的各个环节，通过运用智能计算、模式识别等技术来实现电网相关数据信息的整合分析处理，进而实现智能化的决策、控制和服务，最终电网各应用环节的智能化水平得以提升。物联联网网在在智智能能电电网网中中的的应应用用模模型型1）电电力力设设备备状状态态监监测测利用用物物联联网网技技术术在在常常规规机机组组内内部部安安置置一一定定数数量量的的传传感感监监测测点点，，于于是是可可以以实实时时了了解解机机组组运运行行情情况况，，这这包包括括它它的的各各种种技技术术指指标标与与参参数数，，从从而而提提高高常常规规机机组组状状态态监监测测水水平平。。例例如如，，通通过过在在水水电电站站坝坝体体安安装装传传感感器器网网络络，，可可以以随随时时监监测测坝坝体体变变化化情情况况，，以以规规避避水水库库运运行行可可能能存存在在的的风风险险。。同同样样地地，，物物联联网网技技术术也也可可以以对对风风能能、、太太阳阳能能等等新新能能源源发发电电进进行行在在线线监监测测、、控控制制以以及及功功率率预预测测等等。。利利用用物物联联网网技技术术，，可可以以大大幅幅提提高高一一次次设设备备的的感感知知能能力力，，使使其其能能与与二二次次设设备备很很好好地地结结合合，，从从而而实实现现联联合合处处理理、、数数据据传传输输、、综综合合判判断断等等功功能能，，极极大大地地提提高高电电网网的的技技术术水水平平和和智智能能化化程程度度。。2）电电力力生生产产管管理理通过过物物联联网网技技术术进进行行身身份份识识别别、、电电子子工工作作票票管管理理、、环环境境信信息息监监测测、、远远程程监监控控等等，，方方便便地地实实现现了了调调度度指指挥挥中中心心与与现现场场作作业业人人员员的的实实时时互互动动。。而在在电电力力巡巡检检管管理理上上，，利利用用射射频频识识别别（（RFID）、、全全球球定定位位系系统统（（GPS）、、地地理理信信息息系系统统以以及及无无线线通通信信网网，，对对设设备备的的运运行行环环境境及及其其运运行行状状态态进进行行监监控控，，并并根根据据识识别别标标签签辅辅助助设设备备定定位位，，实实现现了了人人员员的的到到岗岗监监督督，，从从而而监监督督工工作作人人员员参参照照标标准准化化和和规规范范化化的的工工作作流流程程，，进进行行辅辅助助状状态态检检修修和和标标准准化化作作业业。。在在塔塔基基下下、、杆杆塔塔上上及及输输电电线线路路上上安安装装地地埋埋振振动动传传感感器器、、壁壁挂挂振振动动传传感感器器、、倾倾斜斜传传感感器器、、距距离离传传感感器器、、防防拆拆螺螺栓栓等等设设备备，，并并结结合合输输电电线线路路状状态态的的在在线线监监测测系系统统，，实实现现对对重重要要杆杆塔塔较较好好的的实实时时监监测测和和防防护护。。3）电电力力资资产产全全寿寿命命周周期期管管理理在电电力力设设备备中中应应用用射射频频识识别别和和标标识识编编码码系系统统，，对对资资产产进进行行身身份份管管理理、、状状态态监监测测、、全全寿寿命命周周期期管管理理，，自自动动识识别别目目标标对对象象并并获获取取数数据据，，从从而而在在技技术术上上为为实实现现电电力力资资产产全全寿寿命命周周期期管管理理、、提提高高运运转转效效率率、、提提升升管管理理水水平平提提供供了了更更好好的的支支撑撑。4）智智能能用用电电物联联网网技技术术有有利利于于智智能能用用电电双双向向交交互互服服务务、、用用电电信信息息采采集集、、家家居居智智能能化化、、家家庭庭能能效效管管理理、、分分布布式式电电源源接接入入以以及及电电动动汽汽车车充充放放电电的的实实现现，，同同时时也也是是实实现现用用户户与与电电网网的的双双向向互互动动、、提提高高供供电电可可靠靠性性与与用用电电效效率率以以及及节节能能减减排排的的技技术术保保障障。。5.2智能交交通智能交交通概概述智能交交通服服务领领域架架构智能交交通中中的重重要的的关键键技术术智能交交通概概述智能交交通是是将传传感器器技术术、RFID技术、、无线线通信信技术术、数数据处处理技技术、、网络络技术术、自自动控控制技技术、、视频频检测测识别别技术术、GPS、信息息发布布技术术等运运用于于整个个交通通运输输管理理体系系中，，从而而建立立起实实时的的、准准确的的、高高效的的交通通运输输综合合管理理和控控制系系统。。智能交交通服服务领领域架架构智能交交通管管理系系统是是汇集集众多多高新新技术术的大大系统统，内内部包包含许许多的的子系系统，，在这这些子子系统统中，，又要要用到到各种种各样样的技技术，，包括括传感感器技技术、、测量量技术术、判判断处处理技技术、、数据据库技技术、、控制制以及及伺服服机构构技术术、计计算机机技术术、通通讯技技术、、网络络技术术、人人—机联系系技术术、人人体机机理学学、交交通规规则理理论以以及交交通工工程学学等，，这些些系统统和技技术只只有有有机的的联系系在一一起，，才能能最大大限度度发挥挥ITS整体的的效用用。根根据国国际标标准化化组织织ISO的分类类，ITS服务领领域可可划分分交通通管理理、交交通信信息、、车辆辆系统统、商商用车车辆、、公共共交通通、应应急管管理、、电子子支付付和安安全管管理等等服务务领域域，中六项项重要要的关关键技技术1）智能能化交交通管管理系系统智能化化交通通信号号控制制系统统和智智能化化交通通监控控系统统，集集成起起来就就构成成了先先进的的交通通管理理系统统的主主要部部分2）电子子不停停车收收费技技术的的应用用电子不不停车车收费费系统统(简称ETC)是智能能交通通系统统中最最先投投入应应用的的系统统之一一，主主要应应用技技术是是自动动车辆辆识别别技术术(英文简简称AVI)。使用用该种种收费费方式式的用用户必必须在在事前前购买买专用用的电电子标标签(英文称称为tag)并安装装在前前挡风风玻璃璃上，，当车车辆驶驶入收收费区区域时时，该该系统统安装装在门门架上上或路路侧的的微波波天线线查询询车载载电子子标签签中存存储的的识别别信息息，如如电子子标签签ID号码、车型型、车主等等信息，以以辨别车辆辆是否可以以通过不停停车收费车车道。3）自动公路路和智能汽汽车当安装有自自动驾驶系系统的汽车车驶入埋有有导向磁性性标线的道道路时，汽汽车进入自自动驾驶状状态，驾驶驶员完全放放开手脚，，可以和我我们聊天，，可以看报报纸，遇到到弯道，汽汽车会自己己转弯，遇遇到情况会会自己采取取刹车等措措施。4）基于GPS+GIS的车辆定位位与导航技技术GPS(GlobalPositioningSystem)技术，即全全球卫星定定位系统技技术，是利利用分布在在高空的多多颗人造卫卫星对地面面.上的目标进进行测定并并进行定位位和导航，，它用于对对船舶和飞飞机及其它它飞行物的的导航、对对地面目标标的精确定定时和定位位、地面和和空中的交交通管制以以及空间和和地面的灾灾害监测等等。GlS(GeoraphialInronnationSystem)技术，即地地理信息系系统，综合合了数据库库、计算机机图形学、、地理学、、几何学等等技术，以以地理空间间数据为基基础，采用用地理模型型和分析方方法，适时时提供多种种空间和动动态的地理理信息，从从而为存放放和管理定定位导航信信息提供信信息服务。。5）模拟仿真真系统利用交通仿仿真模型，，人们可以以动态地、、逼真地仿仿真交通流流和事故等等各种交通通现象，深深入地分析析车辆、驾驾驶员和行行人、道路路以及交通通流的交通通特征，有有效地进行行交通规则则、交通组组织和管理理、交通能能源节约与与物资运输输流量合理理化等方面面研究。6）基于VICS的车载多媒媒体信息终终端技术车辆信息和和通信系统统VICS（VehieleInformationAndCommunicationSystem)是一种通过过路旁微波波天线及FM多路广播等等，为车辆辆提供宽带带数字数据据的先进信信息通信系系统，所提提供的信息息包括实时时的道路状状况和交通通情况、优优化路径选选择、预期期旅行时间间、交通流流分配信息息、停车区区域信息、、休息服务务区信息、、高速公路路沿线服务务设施信息息、交通管管制信息等等等，它通通常与带有有GIS和GPS的车辆导航航系统一起起使用。5.3智能家居智能家居概概述智能家居系系统体系结结构智能家居系系统主要模模块设计智能家居概概述智能家居在在英文中常常用SmartHome、IntelligentHome，是以住宅宅为平台，，兼备建筑筑、网络通通信、信息息家电、设设备自动化化等，是集集系统、结结构、服务务、管理、、控制于一一体，来创创造一个优优质、舒适适、安全、、便利、节节能、环保保的居住生生活环境空空间。智能家居系系统必需具具备以下几几个特征：：1)安全性。2)易用性。3)稳定性。4)扩展性。智能家居系系统体系结结构家居系统主主要由智能能灯光控制制、智能家家电控制、、智能安防防报警、智智能娱乐系系统、可视视对讲系统统、远程监监控系统、、远程医疗疗监护系统统等组成。。智能家居系系统主要模模块设计1）照明及设设备控制系统中照明明及设备控控制可以通通过智能总总线开关来来控制。2）智能安防防及远程监监控系统设设计智能安防系系统主要由由各种报警警传感器（（人体红外外、烟感、、可燃气体体等）及其其检测、处处理模块组组成。5.34远程医疗系系统设计远程医疗系系统提出的的基于GPRS的远程医疗疗监控系统统由中央控控制器、GPRS通信模块、、GPRS网络、Internet公共网络、、数据服务务器、医院院局域网等等组成。5.4智能物流智能物流概概述物流园区供供应链管理理平台商业卷烟物物流配送中中心物联网网总体架构构智能物流概概述物流业是物物联网很早早就实实在在在落地的的行业之一一，很多先先进的现代代物流系统统已经具备备了信息化化、数字化化网络化化、集成化化、智能化化、柔性化化、敏捷化化、可视化化、自动化化等先进技技术特征。。很多物流流系统和网网络也采用用了最新的的红外、激激光、无线线、编码、、认址、自自动识别、、定位、无无接触供电电、光纤、、数据库、、传感器、、RFID、卫星定位位等高新技技术，这种种集光、机机、电、信信息等技术术于一体的的新技术在在物流系统统的集成应应用就是物物联网技术术在物流业业应用的体体现。2010年，在物流流领域相对对成熟的物物联网应用用已经进入入人们的视视野。在产产品的智能能可追溯网网络系统方方面，如食食品的可追追溯系统、、药品的可可追溯系统统等，为保保障食品、、药品等的的质量与安安全提供了了坚实的物物流保障。。物流园区供供应链管理理平台1）物流园区区供应链管管理平台需需求①移动工作任任务，园区集聚聚的各类物物流企业，，其业务活活动常常表表现为较大大空间范围围内的频繁繁移动服务务过程，对对园区供应应链业务数数据采集的的时效性和和准确性要要求更高。。②高度专业分分工，物流园区区具有典型型的产业集集群特征，，相关企业业的专业分分工程度较较高，因此此，对于企企业之间协协同信息传传递的可靠靠性和及时时性要求更更高。③海量数据服服务需求，集聚在物物流园区的的物流企业业数量较多多，对SaaS和PaaS服务模式的的接受程度度也较高，，因此园区区供应链管管理平台的的信息种类类和数量都都成倍增加加，要求其其具备高效效的海量数数据处理能能力。④智能信息服服务需求，随着园区区数据海量量特征的日日趋突出，，如何对海海量物流数数据进行智智能挖掘与与处理，支支持企业在在合适的地地点和时间间，及时准准确地获得得合适的信信息或知识识服务，也也是当前物物流园区供供应链管理理平台面临临的重大挑挑战。2）物流园区区供应链管管理平台概概念模型概念模型包包括物流资资源层、数数据采集层层、网络通通信层、供供应链数据据层、供应应链应用层层、供应链链服务层、、供应链决决策层等7大层次。①物流资资源层刻画画了园区供供应链管理理面向物流流资源对象象的视图描描述。②数据采采集层应用用物联网关关键技术实实现了对各各类物流资资源实时状状态的监控控和跟踪。。根据数据据采集时间间周期，分分为3种：基于RFID等终端数据据设备的实实时数据采采集；基于于专用企业业接口系统统的定期数数据采集；；基于特定定情况发生生的应急数数据采集，，如发生特特大自然灾灾害时有关关道路通行行信息的采采集。③网络通通信层是在在集成物流流园区有线线/无线网络和和传感器网网络的基础础上，建立立具有自适适应自组织织特征的物物联网网络络通信系统统，重点实实现基于混混合汇聚点点的无线传传感器网络络构建。④供应链链数据层提提供了数据据定义、数数据集成、、数据交换换和数据分分发等4类数据管理理组件，建建立了统一一描述的多多元物流数数据视图模模型以及支支持园区物物流资源及及其业务数数据自主统统一访问的的专用集成成数据中间间件。⑤供应链链应用层以以SaaS应用模式为为用户提供供了包括货货物运输管管理系统、、仓储管理理系统、司司机手机服服务系统、、货代管理理系统、LCD/LED信息发布系系统等在内内的多类软软件系统租租赁服务。。⑥供应链链服务层定定义了资源源定位服务务、信息推推送服务、、资源调度度服务等4类供应链通通用服务单单元，支持持以PaaS平台服务方方式为用户户提供上述述4类Web服务。⑦供应链链决策层重重点建立并并依托园区区“云计算算”公共服服务中心，，根据用户户要求和园园区资源优优化配置目目标，调度度相关计算算资源，开开展分布海海量数据挖挖掘；通过过数据分析析和挖掘结结果，支持持园区供应应链的业务务协同和管管理优化。。3）支持物流流供应链管管理的物联联网构建技技术①融合物物联网数据据的多源数数据集成中中间件技术术物流园区供供应链中多多种数据接接入和交互互方式的存存在，使得得不同物流流资源的数数据格式存存在较大差差异，必须须建立支持持不同应用用程序独立立于异构数数据源访问问的统一数数据集成中中间件。它它包括资源源属性数据据模型、物物流业务数数据模型、、空间地理理数据模型型、过程数数据模型、、元数据模模型和知识识数据模型型等6类数据管理理模型。②基于任任务情境的的信息智能能推送服务务技术物联网技术术的应用不不仅要为园园区供应链链平台提供供强大的数数据采集和和通信服务务，更为关关键的是要要为园区供供应链上不不同主体之之间的数据据交换，尤尤其是如何何根据不同同主体面临临任务环境境的差异，，进行业务务信息或知知识的智能能推送，提提供强大的的技术支撑撑。任务情情境是指园园区供应链链管理任务务面临内外外环境因素素的特征。。通过建立立基于任务务情境的信信息智能推推送服务系系统，可以以根据任务务情境感知知处理信息息，提供适适时适地的的数据交换换和分发服服务，强调调增强系统统对复杂环环境下任务务需求的敏敏感性和适适应性。③基于““云计算””公共平台台的园区供供应链决策策优化技术术基于“云计计算”模式式的园区供供应链决策策优化系统统核心是在在园区“云云计算”公公共服务模模式的总体体架构下，，建立由园园区内外应应用系统服服务器、GIS应用服务器器、物流企企业服务器器等软硬件件资源构成成的计算资资源协作群群，通过海海量分布计计算资源的的敏捷调度度，使每个个用户均能能享受园区区“云计算算”平台提提供的分布布异构海量量数据分析析和挖掘服服务。商业卷烟烟物流配配送中心心物联网网总体架架构卷烟物流流配送中中心的建建设，需需要以行行业卷烟烟生产经经营决策策管理系系统为基基础，抓抓住仓储储、分拣拣和配送送三个主主要环节节，围绕绕业务、、管理和和技术三三个维度度，利用用物联网网技术对对卷烟物物流全过过程整合合、集成成和提升升，实现现作业过过程可溯溯、作业业环境可可视、决决策管理理智能、、物流信信息透明明的目标标。卷烟烟物流配配送中心心物联网网总体架架构如图图所示。。卷烟物流流配送中中心物联联网的总总体架构构应该包包括：全面覆盖盖的感知知层。拓展感知知对象，，提升感感知手段段。运用用RFID、二维码码等技术术实现对对卷烟成成品（包包括件烟烟、条烟烟、卷烟烟包装等等）及资资源（包包括仓储储设备、、分拣设设备、托托盘、周周转箱、、作业人人员等））的位置置、数量量、任务务等信息息的跟踪踪；运用