物联网应用之太湖流域水环境监测-

物联网应用之太湖流域水环境监测太湖位于江苏、浙江和安徽三省交界处，长江三角洲的南部，湖区属于江苏省。水面面积为2338km2，是中国的第二大淡水湖。一、太湖流域水环境简介人均GDP是全国平均水平的3.5倍，城镇化比率达到70%。1998～2006年环太湖地区河流入湖水质平均浓度均为劣V类。2007年5月底，由于太湖蓝藻爆发等（见图10-1）。2024/6/151图10-1清理太湖蓝藻第一节案例1—太湖流域水环境监测2024/6/152二、物联网在太湖流域水污染治理中的应用图10-2太湖流域水环境系统图第一节案例1—太湖流域水环境监测2024/6/1531．太湖流域水环境信息系统该系统以国家水利部太湖流域管理局为水环境管理中心，各地区水环境管理部门布设分中心，建有望亭立交闸、张桥、江边闸、太浦闸、平湖大桥等遥测监控站，另外流域共设有136个水质巡测站和辅助测站，各管理中心、监控站、水质巡测站、辅助测站通过网络进行连接，形成物联网，可对整个流域的水量水质进行监控。在这个“物联网”中，系统的所有遥测数据由遥感设备及前置机实时收集后，前置机软件对数据进行解码、纠错、合理性检测，以开放式数据库的形式存储，供查询、统计、显示和打印，最终通过共享方式提供给后台主机进行数据分析和管理决策，这样就可以全面、快速、准确监测水环境和水体富营养化及污染状况，进行水环境信息的整编、统计、分析和评价。第一节案例1—太湖流域水环境监测2024/6/1542．太湖流域水环境信息共享平台太湖流域水环境信息共享平台采用物联网传感技术理念，运用先进的虚拟实境、视频监控、通信组网等信息化技术，按照“高标准、全覆盖、最先进”的要求，建设太湖流域水环境信息集成共享平台。平台建设覆盖流域内282家重点污染源、75个水质自动站、53个国家考核断面、21个湖体监测点位和太湖蓝藻遥感预警监测，建成52个省、市、县和区域四级重点污染源监控中心，实现江苏省742家国、省控重点污染源自动监控设备与省厅监控中心100％联网，实现涉太信息汇交共享，集成包括太湖流域水质自动监测、太湖蓝藻预警监控重点污染源监测等十多个方面的信息和系统，承担流域范围内所有相关水环境监测、监控、预警和应急等信息集中处理分析任务，同时实现流域水环境全方位一体化监控，在太湖流域水环境管理与决策中发挥了重要的支撑作用。第一节案例1—太湖流域水环境监测2024/6/1553．“感知太湖·智慧水利”工程2010年3月25日，由无锡市水务局组织实施的“感知中国”物联网产业应用示范工程——“感知太湖·智慧水利”一期示范工程项目签约。该示范项目是一套集防汛决策、水文监测、蓝藻治理、湖泛处置和水资源管理等诸多水利科技于一体的物联网决策指挥管理系统。“目前，太湖里已经安放了好几百个球状浮标，上面有一根杆子，杆子上安置了一块太阳能芯片，浮标下面可以探测水里的蓝藻含量，如果太湖水里的蓝藻含量一旦超标，芯片中的感应器就会通过无线网络向主控制台发出信号，控制台收到信号后，立刻安排打捞船和工作人员前去打捞。”这是“感知太湖·智慧水利”负责单位在其“感知中国”展厅里利用模拟“地球”演示物联网技术在水污染治理上应用的场景。模拟“地球”上显示一片蓝色的水体中出现了逐渐增大的绿色区域，绿色区域代表面积在扩大的蓝藻，主控制台收到信号后，模拟“地球”上出现了3艘白色的船从3个不同方向驶向蓝藻区域，很快将蓝藻打捞干净。第一节案例1—太湖流域水环境监测2024/6/156第二节案例2—安全防范自动化系统一、安全防范自动化安全防范监控摄像设备如图10-3所示。图10-3安全防范监控设备图2024/6/157安全防范自动化系统就是这样一个提供了多层次、全方位、立体化、科学的安全防范和服务的系统。安全防范自动化在住宅安全防范系统的联网中央监控中心室，通过建立统一的通信平台和利用管理软件将中央监控设备与各子系统设备联网，由中央监控中心室对安全防范全系统进行集中或者自动化监控与管理，从而实现设备、功能、软件与网络的集成，达到信息共享与集成控制的目的。安全防范自动化系统包含如下几个子系统：1）闭路电视（CCTV）监控子系统2）报警子系统3）门禁管理子系统第二节案例2—安全防范自动化系统2024/6/158门禁管理子系统通常安装在主要的出入口、电梯厅、贵重物品的库房等重要部门的通道口，由门磁装置、电控锁或控制器、读卡器、电源和其他相关设备组成，设备通过网络连接接入中央监控中心，在中央监控中心通过门禁软件监控，能够对各通道的位置、通行对象及通行时间、方向等进行实时控制或设定程序控制，从而实现对出入口的控制。二、门禁管理子系统解决方案门禁管理子系统集自动识别技术和现代化安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机、通信、生物技术等诸多新技术，是物联网在安全防范领域成功应用的具体体现。第二节案例2—安全防范自动化系统2024/6/159三、上海浦东国际机场防入侵物联网系统图10-4浦东国际机场防护网第二节案例2—安全防范自动化系统2024/6/1510第三节案例3—通信应用一、移动支付移动支付（MobilePayment）也称为手机支付，就是允许用户使用其移动终端（通常是手机）对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。整个移动支付系统通过网络，将移动运营商、支付服务商（如银行、银联等）、应用提供商（网上商店、公交、校园等）和终端用户等实体联系在一起，形成一个巨大的物联网，基于这个“物联网”完成价值的“转移”。二、基于短信的网上购物移动支付解决方案一种基于手机短信进行网上购物的移动支付业务流程如下：（1）网站注册。（2）用户身份登录。（3）选择商品，然后确认“移动支付平台”支付；消费确认码，发送至用户的手机。2024/6/1511（4）用户收到消费确认码后，需要在网页上同时输入移动支付账户的交易密码和消费确认码，确认支付。（5）支付请求由网页提交网上的购物商务网站处理服务器。（6）网上购物商务网站根据用户的购物情况，向移动支付平台发送“支付请求”。（7）移动支付平台经过身份校验，扣费成功后，将“支付响应”返回给网上购物商务网站。（8）网上购物商务网站收到移动支付平台的扣费成功响应后，在网页上显示购物支付成功，同时通过短信通知手机用户；移动支付平台交易成功后，主动发送扣费通知给手机用户组成移动支付平台的核心软件子系统共有三个：（1）移动支付通信单元（2）移动支付交易单元（3）银行划账单元第三节案例3—通信应用2024/6/1512三、世博“手机票”2009年10月13日上海世博局联合中国移动发布了世博会历史首创的“世博手机票”。“世博手机票”把RFID技术与中国移动SIM卡相结合，手机用户可以保持原号码不变，只需更换一张特殊的RFID-SIM卡，并在人工售票终端上进行操作选购门票，购票成功后，“手机票”便以一条特殊的信息方式下载到SIM卡中。通过物联网，用户就不用拿着传统的纸质门票，而是掏出手机在世博园区入口检票处安放的专用读取设备上轻轻一挥，便完成了检票程序。除了用作“手机票”，在世博会期间和世博会后，持这种RFID-SIM卡的手机用户可以在上海世博园区内外进行小额支付、就餐、购物等大众消费都可以通过“刷卡机”买单，还能通过“刷卡机”乘坐地铁，享受科技带来的时尚、便捷的生活。第三节案例3—通信应用2024/6/1513第四节案例4—智能交通系统ITS将先进的传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS技术、信息发布技术等综合运用于整个交通运输管理体系，通过对交通信息的实时采集、传输和处理，借助各种科技手段和设备，对各种交通情况进行协调和处理，建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系，从而使交通设施得以充分利用，并能够提高交通效率与安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。一、不停车收费系统不停车收费（ElectronicTollCollection，ETC）系统，又称电子收费系统，是ITS的重要组成部分。ETC系统是一种能实现不停车收费的全天候智能型分布式计算机控制、处理系统，是电子技术、通信和计算机技术、自动控制技术、传感技术、交通工程和系统工程的综合产物，是典型的物联网应用。当车辆通过拥有ETC系统的收费站时，ETC系统自动完成所过车辆的登记、建档、收费的整个过程，在不停车的情况下收集、传递、处理汽车的各种信息。2024/6/1514二、基于RFID技术的不停车收费系统解决方案ETC的关键是车载智能识别卡与收费站车辆自动识别系统的无线电收发之间，通过电波进行数据交换，获取车辆的类型和所属用户等相关数据，并由计算机系统控制指挥车辆通行，其费用通过计算机网络从用户所在数据库中专用账号自动缴纳。ETC车道主要由天线、地感线圈、自动栏杆、收费额显示牌、信号灯等组成。ETC系统的工作流程为：（1）车辆进入通信范围时，首先压到地感线圈，启动天线。（2）天线与车载单元进行通信，判别车载单元是否有效。如有效，则进行交易；如无效（无效卡、无卡、假卡、低值卡等），则报警（通信信号灯变红）并保持车道关闭，进行人工收费。（3）如交易成功，系统控制栏杆抬升，通信信号灯变绿，收费额显示牌显示交易信息。第四节案例4—智能交通系统2024/6/1515（4）车辆通过落杆线圈后，栏杆自动回落，通信信号灯变红。（5）系统保持交易记录，并把交易信息上传到收费站服务器中，等待下一辆车进入。整个ETC系统分为数据采集模块、数据传输模块、后台数据处理模块三个部分。（1）数据采集模块：采用RFID技术，主要由RFID车载超高频无源射频标签和电子读头设备、高速长距离超高频阅读器组成。RFID可以采取非接触的射频通信方式，通过读写器与标签的无线通信实现数据采集，识别标签载体的身份等特征。（2）数据传输模块：以高速公路光纤网作为基础、无线网络为补充的数据传输方案。（3）后台数据处理模块；负责基础数据的管理、系统安全管理、费用运算、路径运算、第四节案例4—智能交通系统2024/6/1516第五节案例5—智能电网一、智能电网智能电网即电网的智能化，也被称为“电网2.0”。它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感技术、测量技术、设备技术以及先进的控制方法和决策支持方法，构建超大规模的电力系统物联网，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。美国电力科学研究院对智能电网定义。2006年，欧美国家就提出了“建设智能电网，创新运营管理”。中国在近年提出了“互动电网”的概念。从“智能电网”和“互动电网”的概念中可以看出，电网的智能化，最根本的是电力系统的物联网建设，实现各种电力系统相关实体的联网化。智能电网还可以解决清洁能源并入电网的“瓶颈”。2024/6/1517表10-2传统电网和智能电网的比较项目传统电网智能电网通信没有或单向双向与用户交互很少很多仪表型式机电的数字的运行与管理人工的设备校核远方监视功率的提供与支持集中发电集中和颁布式发电并存潮流控制有限的普通的可靠性倾向于故障和电力中断自适应保护和孤岛化供电恢复人工的自愈的网络拓扑辐射状的网状的第五节案例5—智能电网2024/6/1518二、智能电网在线监测及故障定位系统解决方案智能电网在线监测及故障定位系统采用了数字化故障指示器和无线通信等技术，主要用于中高压输配电线路上，可检测和指示短路和接地故障，监测线路和变压器运行情况，对电动操作开关进行遥控、遥信（采集开关位置）操作。该系统可以帮助电力运行人员实时了解线路上各监测点的电流、电压、温度变化情况，在线路出现短路、接地、断路、绝缘下降等故障或者异常情况下给出声光或者通知报警，告知调度人员进行远程操作，以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行处理。（1）前置机（中心站）通过光纤、GSM短信、GPRS等与终端等通信，有强大的数据处理功能和协议转换功能，是全系统的核心。（2）Web服务器存储各种数据，这样就可以实现在网络上使用图形或表格等方式实时浏览配电网运行情况和故障信息。（3）大主站系统是一个配电动作管理系统软件平台。前置机、Web服务器、大主站系统及外设通过各种网络连接起来构成物联网，实现对电力系统在线监测及故障定位功能。第五节案例5—智能电网2024/6/1519三、中国国家电网公司“坚强智能电网”建设2009年5月21日国家电网首次公布了“坚强智能电网计划”。2009～2010年为规划试点阶段，重点开展规划、制定技术和管理标准、开展关键技术研发和设备研制，以及各环节试点工作。2011～2015年为全面建设阶段。2016～2020年建成统一的“坚强智能网”。“坚强智能电网”以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，设计安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代化电网。在国家电网公司“坚强智能电网计划”中大约有60%～80%的投资将用于实现远程控制、交互智能等非传统项目。第五节案例5—智能电网2024/6/1520四、上海世博园智能电网示范工程上海世博园智能电网项目是国家坚强智能电网首批示范工程之一，包括9个示范工程和4个演示工程。其中9个示范工程围绕着世博主题，在世博园内开展智能变电站、配电自动化工程、故障抢修管理系统、电能质量监测、用电信息采集及储能系统、新能源接入研究、智能用电楼宇、家居以及电动汽车充放电站等示范应用。电动汽车示范充放电站和电动汽车与电网互动系统。在不久的将来，智能电网能够实现“自我检测”。自动绕过故障节点寻找新路径，即使短暂停电，用户可能也会没有感觉；另外，只要你在办公室敲击几下键盘，一组指令会自动传送到你家中；热水器开始启动，电饭煲开始煮饭，空调自动预热；你还能在家中通过家庭太阳能光伏发电设备，在满足自己用电需求的同时，让多余的“绿电”输入电网，获取报酬……第五节案例5—智能电网2024/6/1521第六节案例6—智能家居一、智能家居智能家居（SmartHome）又称智能住宅，是以家庭住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、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，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。二、智能家居系统解决方案目前智能家居系统的研发中，室内有各种家用电器、家用机器人等，采用多种传感器