物联网综合应用

第15-19章综合应用层内容提要物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。本篇将介绍物联网的综合应用层，通过五个典型的应用领域呈现物联网应用多样化、规模化和行业化的特点。15智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建筑19环境监测智能电网有哪些特征？国家发展智能电网的方向是什么？本篇内容15.1智能电网的起源与发展典型的电力系统组成部分什么是智能电网？电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力网络为电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分（输电、变电和配电）。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，具有电网自愈，用户交互，设备兼容，质量管理，系统安全，信息集成，管理优化，资产优化，市场协调9大特征。欧美智能电网的特征美国智能电网特征欧美智能电网的特征（续）欧洲智能电网特征智能电网最新发展美国的智能电网主要在配网层，特别强调的是用电智能化，智能电表系统的构建是重中之重。欧洲的智能电网主要强调分布式能源的接入，包括新能源和储能系统的使用，电力电子技术的发展是关键。中国的智能电网覆盖面更为全面，是调度、发电、输电、变电、配电、用电六大环节的整体升级。新能源下游应用分为并网发电、离网发电与可再生燃料等领域。智能电网与物联网：新能源发展与利用新能源发展与应用：并网发电新能源发展展与应用：：离网应用用长期以来我我国电力系系统采用定期检修方式。状态检修，即根据设设备运行状状态决定检检修时机，，可以克服服定期维修修的局限性性，提高检检修的针对对性。在线监测技技术（实时检测测设备运行行状态）是物联网在在电网系统统中的重要要应用，是是状态检修修的基础。。油色谱在线线监测系统统是集控制、、测量分析析技术于一一体的精密密设备。智能电网与与物联网：：输变电检检测与控制制配用电管理理的目标是是节省电能的的无效开销销。智能电网与与物联网：：配用电管管理电能表是电能计量量的法定计计量器具，，分为机械表和电子表两大类。用电子表代代替机械表表，载波通通信是主流发展展方向，也也是节省开开销的重要要环节。智能电表应应用智能电网与与物联网：：配用电管管理（续））实时电网调调度自动化化系统是一个总称称，由于各各个电网的的具体情况况不同，可可以采用不不同规格、、不同档次次、不同功功能的电网网调度自动动化系统。。智能调度是是物联网技技术的又一一重要应用用。理想的的智能调度度与现有的的调度自动动化相比有有六大特点点：数字化、集成化、网络化、标准化、市场化、智能化。智能电网与与物联网：：实时电力力调度传感器网络络作为智能电网末末梢信息感感知不可或缺的的基础环节节，在电力力系统中有有广阔的应应用空间。。传感器网络络在安全监控领领域的应用可以以更高效的的保护电网网的安全。。如在部署杆杆塔和防护护线路解决决线路故障障问题的同同时，通过过在线路上上配置传感感设备检测测线路的实实时情况保保证设备安安全和电到到位等。智能电网与与物联网：：电网安全全更加深入的的环境感知知：设备嵌入入包含其信信息的可识别智能能芯片，并利用无无线/有线技术，，对各设备备进行联网网，从而实实现全面的的在线监控控。更加全面的的信息互通通：物联网技技术可将供供电方、输输配电管理理方及电力力用户有效效连结，并并通过互联联网技术，，实现电网网系统中各各参与者间间的信息交交换与共享享，使分布式电网网系统成为可能。。更加智能的的电网建设设：基于互联联网技术而而建设的智智能电网体体系，可实实现从能源源接入、输输配电管理理、安全监监控、继电电保护到用用户计费计计量的全过程智能能化网络化化控制。15.3智能电网的的未来前景景2020年“两纵两横横”特高压压交流后续续工程开工工建设，跨跨区直流工工程投产规规模达到1290万千瓦，配配电网建设设加大投入入，智能化化试点工程程按期建成成，关键技技术研究、、设备研制制和标准制制定取得新新进展以特高压为为核心的坚坚强国家电电网初步形形成，电网网的信息化化、自动化化、互动化化水平明显显提升，满满足大规模模可再生能能源接入和和输送智能电能表表广泛应用用，电动汽汽车充放电电站布局基基本满足需需要形成以“三华”特高压同步步电网为受受端，东北北特高压、、西北750千伏电网为为送端，联联接各大煤煤、水、核核电、大型型可再生能能源基地的的电网结构构特高压及跨跨区电网输输送能力满满足各大能能源基地接接入和负荷荷中心用电电需求智能电网的的未来前景景2010年2015年电网规划支持和引导导电源结构构优化调整整，逐步提提高水电、、核电、风风电、太阳阳能等非化化石能源的的装机比重重与ABB和西门子签签署了智能能电网设备备合作谅解解备忘录设立研究小小组开展智智能电网技技术攻关智能电网相相关规划正正在进一步步制定中智能电网的的未来前景景新能源领域域智能电网设设备15智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建建筑19环境监测什么是智能能交通？智智能交通中中应用了哪哪些物联网网技术？有有那些典型型应用？本篇内容什么是智能能交通？智能交通系系统(IntelligentTransportationSystems,ITS)通过在基础础设施和交交通工具当当中广泛应应用信息、、通讯技术术来提高交交通运输系系统的安全全性、可管管理性、运运输效能同同时降低能能源消耗和和对地球环环境的负面面影响。“智慧的地地球”在IBM提出的智慧慧地球概念念中，智慧慧的交通需需要具备以以下特征。。环保的交通通：大幅降低低温室气体体和其他各各种污染物物的排放量量以及能源源的消耗。。便捷的交通通：通过泛在在移动通信信提供最佳佳路线信息息和一次性性支付各种种方式的交交通费用等等服务，改改善旅客体体验。安全全的的交交通通：实实时时检检测测危危险险、、事事故故并并及及时时通通知知相相关关部部门门。。高效效的的交交通通：实实时时进进行行跨跨网网络络交交通通数数据据分分析析和和预预测测，，优优化化交交通通调调度度和和管管理理，，最最大大化化交交通通流流量量。。可视视的的交交通通：将将所所有有公公共共交交通通车车辆辆和和私私家家车车整整合合到到统统一一的的数数据据管管理理，，提提供供单单个个网网络络状状态态视视图图。。可预预测测的的交交通通：持持续续进进行行数数据据分分析析和和建建模模，，改改善善交交通通流流量量和和基基础础设设施施规规划划。。无线线通通讯讯短距距离离无无线线通通信信可可使使用用IEEE802.11系列列协协议议来来实实现现，，其其中中美美国国智智能能交交通通协协会会以以及及美美国国交交通通部部主主推推WAVE和DSRC两套套标标准准。。长距距离离无无线线通通信信方方案案通通过过基基础础设设施施网网络络实实现现，，如如WiMAX/GSM/3G。计算算技技术术未来来车车辆辆将将配配备备数数量量更更少少但但功功能能更更为为强强大大的的处处理理器器。。新的的嵌嵌入入式式系系统统平平台台将将支支持持更更加加复复杂杂的的软软件件应应用用，，包包括括基基于于模模型型的的过过程程控控制制、、人人工工智智能能和和普普适适计计算算，，其其中中人人工工智智能能技技术术的的广广泛泛应应用用将将有有望望为为智智能能交交通通系系统统带带来来质质的的飞飞跃跃。。16.2智能能交交通通中中的的物物联联网网技技术术感知知技技术术交通通基基础础设设施施中中的的传传感感器器嵌嵌入入在在道道路路或或者者道道路路周周边边设设施施例例如如建建筑筑之之中中。。车辆感感知系系统包包括了了部署署道路路基础础设施施至车车辆以以及车车辆至至道路路基础础设施施的电电子信信标来来进行行识别别通信信，同同时利利用闭闭路电电视技技术和和车牌牌号码码自动动识别别技术术对热热点区区域的的可疑疑车辆辆进行行持续续监控控。视频车车辆监监测利用视视频摄摄像设设备进进行交交通流流量计计量和和事故故检测测属于于车辆辆监测测的范范畴。。16.2智能交交通中中的物物联网网技术术全球定定位系系统GPS车载嵌嵌入式式GPS接收器器能接接收多多个不不同卫卫星的的信号号并计计算车车辆当当前位位置，，定位位误差差一般般是几几米。。由于GPS信号接接收需需要车车辆具具有卫卫星的的视野野，因因此该该技术术在城城市中中心区区域可可能由由于建建筑物物遮挡挡而受受限。。探测车车辆和和设备备探测车车辆通通常是是出租租车或或政府府所有有的车车辆，，需配配备无无线通通信设设备。。探测车车辆向向交通通运营营管理理中心心汇报报其速速度和和位置置，管管理中中心整整合分分析得得到广广大范范围内内的交交通流流量情情况以以检测测交通通堵塞塞的位位置。。16.2智能交交通中中的物物联网网技术术不停车车收费费系统统电子收收费(Electronictollcollection,ETC)系统能能够在在车辆辆以正正常速速度驶驶过收收费站站的时时候自自动收收取费费用，，降低低了收收费站站附近近产生生交通通拥堵堵的概概率。。之前大大部分分电子子收费费系统统都基基于使使用私私有通通讯协协议的的车载载无线线通讯讯设备备。目目前很很多国国际组组织希希望将将此类类协议议标准准化。。16.3智能交交通应应用挪威ETC系统应应用挪威政政府启启用AUTOPASS项目实实现““开放放式收收费””，，，采用用DSRC技术对对车辆辆进行行识别别，并并利用用视频频图像像抓拍拍技术术对没没有安安装电电子标标签或或电子子标签签非法法的车车辆事事后追追讨通通行费费。电子收收费车车道上上安装装有DSRC读写设设备和和摄像像机，，省略略了传传统的的交通通灯、、收费费显示示牌和和栏杆杆等装装置，，车辆辆通过过速度度可达达60公里/小时。。德国ETC系统应应用德国高高速公公路启启用卫卫星卡卡车收收费系系统，，几十十万辆辆卡车车装置置了车车上记记录器器(OBU)，这种种记录录器能能够记记录卡卡车行行驶情情况与与自动动缴费费，需需要依依赖卫卫星才才能运运作。。该系统统部署署了300个高架架控制制桥的的红外外线监监视系系统，，阅读读车牌牌号码码，同同时有有大量量带有有监视视器和和装置置电脑脑的监监控车车来回回巡逻逻。不停车车收费费系统统新加坡坡ETC系统应应用新加坡坡的城城市道道路电电子动动态收收费系系统(ElectronicRoadPricing,ERP)是专门门的小小范围围无线线信息息系统统，包包括三三个主主要组组成部部分，，车载载单元元，ERP显示牌牌，和和控制制中心心。法国ETC系统应应用由于道道路基基础设设施往往往由由不同同的公公司运运营，，各家家公司司之间间的电电子标标签和和收费费系统统往往往并不不通用用。因因此各各大公公司开开始协协商在在所有有的高高速公公路路路网上上提供供统一一服务务，即即“一一卡通通”收收费的的可能能性。。“一卡卡通””系统统的技技术考考虑包包括国国际标标准的的制定定、服服务车车型的的选择择、发发票的的出具具、交交易的的组织织、如如何利利用和和改建建现有有的收收费站站点以以及成成本的的控制制。不停车车收费费系统统（续续）实时交交通信信息服服务实时的的交通通信息息服务务是智智能交交通系系统最最重要要的应应用之之一，，能够够为驾驾驶员员提供供实时时的信信息例例如交通线线路，交通拥拥堵可能造造成的的时间间延误误，交通事事故，安全提提示，天气情情况，前方方道路修修整工工程等。智能交交通系系统还还可以以为乘乘客提提供进进一步步的信信息服服务，，例如如车内内的Internet访问服服务以及音乐电电影的的下载载和在在线观观看。16.3智能交交通应应用实时交交通信信息服服务（（续））提供实实时的的交通通信息息服务务包括括三个个主要要的组组成部部分，，信息的的收集集，信息的的处理理以及信息的的散布布。每一一个部部分都都需要要不同同的平平台和和技术术设备备支持持。目前美美国的的车辆辆当中中已经经越来来越普普遍的的配备备了信信息设设备，，2009年已经经有28%的车辆辆携带带有各各类先先进的的信息息设备备，分分析家家预计计到2012年这一一比例例可达达到40%。16.3智能交交通应应用智能交交通管管理智能交交通管管理主主要包包括交通控控制设设备例如交交通信信号、、匝道道流量量控制制和公公路上上的动动态交交通信信息牌牌（为为司机机提供供实时时的交交通流流量和和公路路状态态信息息）。。同时一一个城城市或或者一一个省省份交交通管管理中中心需需要得得到整整个地地区的的交通流流量状状况以便及及时检检测事事故、、危险险天气气事件件或其其它对对车道道具有有潜在在威胁胁的因因素。。16.3智能交交通应应用智能交交通管管理（（续））自适应应的交交通信信号控控制技技术能够对对交通通信号号进行行动态态控制制，智智能调调整信信号开开关的的时间间。如果交交通信信号装装置能能够检检测到到等待待车辆辆的信信息或或者车车辆能能够与与信号号装置置通信信将此此信息息发送送给信信号装装置，，我们们就能能够优化交交通信信号的的时间间控制制方案案，并提提高道道路的的交通通流量量，缓缓解交交通拥拥堵状状况。。智能的的匝道道流量量控制制也能够够为交交通管管理带带来巨巨大收收益。。大概有有20个美国国的大大城市市已经经使用用各种种形式式的匝匝道流流量控控制技技术。。16.3智能交交通应应用15智能电电网16智能交交通17智能物物流18智能绿绿色建建筑19环境监监测物流的的发展展历程程如何何？智智能物物流运运用了了哪些些物联联网技技术？？本篇内内容什么是是物流流？物流（（Logistics）是满足足顾客客需要要为目目的，，从物物品的的源点点到最最终消消费点点，为为有效效的物物品流流通和和存储储，服服务及及相关关信息息而进进行企企划、、执行行和控控制的的过程程。物流发发展阶阶段粗放型型物流流（（20世纪50~70年代））系统化化物流流（（20世纪70~80年代））电子化化物流流（（20世纪80年代~20世纪末末）物联化化物流流（（21世纪初初~）粗放型型物流流物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流背景:二战后后世界界经济济迅速速复苏苏特点:大型零零售企企业涌涌现大量生生产、、大量量消费费缺点：：库存量量大、、效率率低下下、缺缺乏部部门间间配合合系统化化物流流物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流起因：：物流成成为一一门综综合型型科学学企业开开始注注重物物流的的成本本和效效益新型物物流技技术实时生生产系系统集装箱箱技术术新型物物流业业务航空快快递电子化化物流流物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流现代物物流的的开始始关键技技术EDI条形码码典型应应用UPS世界港港（（WorldPort）电子数数据交交换（（EDI）物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流需求背背景统一的的计算算机数数据格格式无纸贸贸易初期标标准X12UN/EDIFACT关键支支撑互联网网物联化化物流流物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流现代物物流面面临的的问题题互联互互通不不充分分标准难难以统统一、、发展展滞后后网络与与设备备的异异构、、信息息共享享不充充分感知不不及时时、不不彻底底缺少实实时感感知手手段信息采采集手手段单单一、、采集集的信信息种种类有有限缺少智智慧型型计算算支持持与服服务应用程程度低低协同性性不足足物联化化物流流物流发发展阶阶段粗放型型物流流系统化化物流流电子化化物流流物联化化物流流智能物物流发展契契机物联网网特点精准化化：成成本最最小化化，零零浪费费智能化化：软软件智智能化化，设设备及及网络络智能能化协同化化：资资金流流、物物流、、信息息流三三流合合一智能物物流典典型应应用：：EPC商品物物流首首先需需要解解决的的问题题：我我是谁谁？（（Tagging）电子产产品码码ElectronicProductCode目标：：“互互联网网地址址系统统”每个物物体或或电子子设备备都有有一个个独立立唯一一的EPCCode对象名名称解解析系系统（（ObjectNamingService，ONS）整个物物流领领域连连成EPC物联网网EPC物联网网架构构智能物物流典典型应应用：：美军的的RF-ITV系统海湾战战争中中美军军后勤勤部门门的问问题缺乏有有效准准确的的物流流管理理，效效率低低下物资堆堆放无无序，，浪费费严重重解决方方案：：在运物物资可可视化化In-TransitAssetVisibility准确定定位，，减少少堆积积，及及时递递送帮助决决策，，把握握态势势合理供应，优优化采购配给给方案RF-ITV关键技术：RFID技术联合全资产可可视化系统（（JTAV）RFID标签大量运用主动动式标签、传传感器标签全球化读写识识别设备部署署架构（GlobalInterrogatorInfrastructure）国际运输信息息跟踪系统（（InternationalTransportationInformationTracking）智能物流典型型应用：食品品物流食品物流的特特殊性保存、运输条条件多、要求求高智能物联技术术与食品物流流传感器搜集需需监测的各种种参数条形码、RFID标签支持安全全回溯电子耳标方便便快速通关发展方向丰富感知手段段提高智能化程程度15智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建筑筑19环境监测物联网背景下下的绿色建筑筑有哪些？本篇内容什么是绿色建建筑？传统意义的绿色建筑：：绿地、花园现代意义的绿色建筑：：不破坏生态环环境的建筑→→制造美好环环境的建筑绿色建筑的目目标：提供舒适、环环保的工作或或居住环境（（基本需求））减少建筑物在在使用维护中中的耗能，缓缓解能源危机机（生存需求求）减少城市发展展对地球生态态的影响（发发展需求）什么是绿色建建筑（续）？？建筑学角度的绿色建筑：：建筑结构单一一建筑材料：太太阳隔热膜，，净水系统，，防火材料，，外墙保温，，植物建材→这样的绿色色建筑还停留留在表面物联网角度的绿色建筑：：从单一到综合合物联网为绿色色建筑提供评评价依据是绿色建筑融融入自然的唯唯一渠道绿色建筑的评评价标准国别标准名称年年份英国BREEAM 1990美国LEED1995香港HK-BEAM1996加拿大GBC1998日本CASBEE 2002中国GB/T50378-2006 2006绿色建筑典型型应用建筑管理：建筑建设的的智能化管理理建筑结构监测测建筑工地监控控建筑质量控制制建设过程的异异常处理低碳建筑建筑低碳技术术：低辐射玻玻璃，中水处处理，内、外外墙保温，太太阳能，新风风系统，雨水水循环系统绿色建筑典型型应用智能楼宇：建筑内的设设备互联实现智能化节节能提供楼宇的智智能安防为楼宇内人员员提供智能服服务楼宇设施的智智能管理智能办公室智能办公平台台，无线互联联互通视频会议系统统，人性化服服务绿色建筑典型型应用智能家居：以住宅为平台台，兼备建筑筑、网络通信信、信息家电电、设备自动动化，集系统统、结构、服服务、管理为为一体的高效效、舒适、安安全、便利、、环保的居住住环境。绿色建筑的挑挑战与机遇优势市场规模庞大大政府大力支持持挑战认识程度低技术门槛高建筑成本增加加15智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建筑筑19环境监测什么是环境监监测传感网？？什么是环境境监测物联网网？本篇内容环境监测的概概念环境监测宗旨旨：检测状态参数数，跟踪质量变化化，确定质量量水平环境监测目标标：为环境管理、、污染治理、、防灾减灾等等工作提供基基础信息、方方法指引和质质量保证。环境监测的对对象：自然因素，人为因素，污染危害环环境的其他因因素，以及生生物、生态的的变化。环境监测的不不同阶段：系统工程角度度：信息技术角度：环境监测的发发展基于经验的观观察由自然因素认认识自然规律律；反映自然规律律不全面、不不准确、不客客观。系统科学的监监测50年代，对污染染严重地点的的被动监测；；70年代，监测范范围延伸为包包含其他物理理因素的离散散测量。自动监测电子计算机控控制和辅助处处理；监测环境有广广度、有频度度、有深度。。无线传感器网网络环境监测传感感网：典型应应用系统部署署加州大学伯克克利分校2002年美国大鸭岛（（GreatDuckIsland）32个MICA节点数据采集内容容：温度、湿度、、光照和大气气压力监测目的：持续监测海燕燕在繁殖季节节的习性，收收集相关环境境数据供动物物学家分析。。环境监测传感感网：典型应应用系统部署署哈佛大学2004年厄瓜多尔活火火山周围16个节点19天捕捉229次地震、火山山爆发和其他他地震波事件件。数据采集内容容：100赫兹频率持续续采集地震波波和声波强度度等。监测目的：对高频数据采采集过程中传传输可靠性、、数据验证和和校准等问题题的探索。环境监测传感感网：典型应应用系统部署署瑞士巴塞尔大大学、苏黎世世大学与苏黎黎世联邦理工工学院2006年瑞士阿尔卑斯斯山数据采集内容容：气候状况、地地质结构和地地表环境。监测目的：研究气候对环环境造成的影影响，提前预预测雪崩、山山体滑坡等自自然灾害。环境监测传感感网：模式和和特征监测过程：单单向的、一维维的；可完成局部的的、有针对性性的采集和测测量；不满足深度监监控、全面测测量和智能化化利用。环境监测物联联网：应用动动机环境监测物联联网：模式和和特征监测过程：立立体的、进化化的，双向的的；环境信息反作作用于计划制制定；监测结果对客客观环境的反反映全面、真真实；传递环节信息息传递与