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1、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(smart grid)就是以物理电
2、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
3、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
4、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。,5.1.3 物联网在智能电网中的应用模型,1）电力设备状态监测 利用物联网技术在常规机组内部安置一定数量的传感监测点，于是可以实时了解机组运行情况，这包括它的各种技术指标与参数，从而提高常规机组状态监测水平。例如，通过在水电站坝体安装传感器网络，可以随时监测坝体变化情况，以规避水库运行可能存在的风险。同样地，物联网技术也可以对风能、太阳能等新能源发电进行在线监测、控制以及功率预测等。利用物联网技术，可以大幅提高一次设备的感知能力，使其能与二次设备很好地结合
5、，从而实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，极大地提高电网的技术水平和智能化程度。,2）电力生产管理,通过物联网技术进行身份识别、电子工作票管理、环境信息监测、远程监控等，方便地实现了调度指挥中心与现场作业人员的实时互动。而在电力巡检管理上，利用射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统以及无线通信网，对设备的运行环境及其运行状态进行监控，并根据识别标签辅助设备定位，实现了人员的到岗监督，从而监督工作人员参照标准化和规范化的工作流程，进行辅助状态检修和标准化作业。在塔基下、杆塔上及输电线路上安装地埋振动传感器、壁挂振动传感器、倾斜传感器、距离传感器、防拆螺栓等设备，并结合输电
6、线路状态的在线监测系统，实现对重要杆塔较好的实时监测和防护。,3）电力资产全寿命周期管理,在电力设备中应用射频识别和标识编码系统，对资产进行身份管理、状态监测、全寿命周期管理，自动识别目标对象并获取数据，从而在技术上为实现电力资产全寿命周期管理、提高运转效率、提升管理水平提供了更好的支撑。,4）智能用电,物联网技术有利于智能用电双向交互服务、用电信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电的实现，同时也是实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排的技术保障。,5.2 智能交通,5.2.1 智能交通概述智能交通服务领域架构智能交通中的重要的关键技术,5
7、.2.1 智能交通概述,智能交通是将传感器技术、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、信息发布技术等运用于整个交通运输管理体系中，从而建立起实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。,智能交通服务领域架构,智能交通管理系统是汇集众多高新技术的大系统，内部包含许多的子系统，在这些子系统中，又要用到各种各样的技术，包括传感器技术、测量技术、判断处理技术、数据库技术、控制以及伺服机构技术、计算机技术、通讯技术、网络技术、人机联系技术、人体机理学、交通规则理论以及交通工程学等，这些系统和技术只有有机的联系在一起，才能最大限度发挥ITS整体的
8、效用。根据国际标准化组织ISO的分类，ITS服务领域可划分交通管理、交通信息、车辆系统、商用车辆、公共交通、应急管理、电子支付和安全管理等服务领域，,5.2.3 ITS中六项重要的关键技术,1）智能化交通管理系统 智能化交通信号控制系统和智能化交通监控系统，集成起来就构成了先进的交通管理系统的主要部分,2）电子不停车收费技术的应用,电子不停车收费系统(简称ETC)是智能交通系统中最先投入应用的系统之一，主要应用技术是自动车辆识别技术(英文简称AVI)。使用该种收费方式的用户必须在事前购买专用的电子标签(英文称为tag)并安装在前挡风玻璃上，当车辆驶入收费区域时，该系统安装在门架上或路侧的微波天
9、线查询车载电子标签中存储的识别信息，如电子标签ID号码、车型、车主等信息，以辨别车辆是否可以通过不停车收费车道。,3）自动公路和智能汽车,当安装有自动驾驶系统的汽车驶入埋有导向磁性标线的道路时，汽车进入自动驾驶状态，驾驶员完全放开手脚，可以和我们聊天，可以看报纸，遇到弯道，汽车会自己转弯，遇到情况会自己采取刹车等措施。,4）基于GPS+GIS的车辆定位与导航技术,GPS(Global Positioning System)技术，即全球卫星定位系统技术，是利用分布在高空的多颗人造卫星对地面.上的目标进行测定并进行定位和导航，它用于对船舶和飞机及其它飞行物的导航、对地面目标的精确定时和定位、地面和
10、空中的交通管制以及空间和地面的灾害监测等。,GlS(Georaphial Inronnation System)技术，即地理信息系统，综合了数据库、计算机图形学、地理学、几何学等技术，以地理空间数据为基础，采用地理模型和分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，从而为存放和管理定位导航信息提供信息服务。,5）模拟仿真系统,利用交通仿真模型，人们可以动态地、逼真地仿真交通流和事故等各种交通现象，深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通流的交通特征，有效地进行交通规则、交通组织和管理、交通能源节约与物资运输流量合理化等方面研究。,6）基于VICS的车载多媒体信息终端技术,车辆信息和通信系统VI
11、CS（Vehiele Information And Communication System)是一种通过路旁微波天线及FM多路广播等，为车辆提供宽带数字数据的先进信息通信系统，所提供的信息包括实时的道路状况和交通情况、优化路径选择、预期旅行时间、交通流分配信息、停车区域信息、休息服务区信息、高速公路沿线服务设施信息、交通管制信息等等，它通常与带有GIS和GPS的车辆导航系统一起使用。,5.3 智能家居,5.3.1 智能家居概述智能家居系统体系结构智能家居系统主要模块设计,5.3.1 智能家居概述,智能家居在英文中常用Smart Home、Intelligent Home，是以住宅为平台，兼备
12、建筑、网络通信、信息家电、设备自动化等，是集系统、结构、服务、管理、控制于一体，来创造一个优质、舒适、安全、便利、节能、环保的居住生活环境空间。智能家居系统必需具备以下几个特征：1)安全性。2)易用性。3)稳定性。4)扩展性。,智能家居系统体系结构,家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成。,智能家居系统主要模块设计,1）照明及设备控制 系统中照明及设备控制可以通过智能总线开关来控制。,2）智能安防及远程监控系统设计,智能安防系统主要由各种报警传感器（人体红外、烟感、可燃气体等）及其检测、处理模块组成。,5.3 4
13、远程医疗系统设计,远程医疗系统提出的基于GPRS的远程医疗监控系统由中央控制器、GPRS通信模块、GPRS网络、Internet公共网络、数据服务器、医院局域网等组成。,5.4 智能物流,智能物流概述物流园区供应链管理平台商业卷烟物流配送中心物联网总体架构,智能物流概述,物流业是物联网很早就实实在在落地的行业之一，很多先进的现代物流系统已经具备了信息化、数字化 网络化、集成化、智能化、柔性化、敏捷化、可视化、自动化等先进技术特征。很多物流系统和网络也采用了最新的红外、激光、无线、编码、认址、自动识别、定位、无接触供电、光纤、数据库、传感器、RFID、卫星定位等高新技术，这种集光、机、电、信息等
14、技术于一体的新技术在物流系统的集成应用就是物联网技术在物流业应用的体现。2010年，在物流领域相对成熟的物联网应用已经进入人们的视野。在产品的智能可追溯网络系统方面，如食品的可追溯系统、药品的可追溯系统等，为保障食品、药品等的质量与安全提供了坚实的物流保障。,物流园区供应链管理平台,1）物流园区供应链管理平台需求 移动工作任务，园区集聚的各类物流企业，其业务活动常常表现为较大空间范围内的频繁移动服务过程，对园区供应链业务数据采集的时效性和准确性要求更高。高度专业分工，物流园区具有典型的产业集群特征，相关企业的专业分工程度较高，因此，对于企业之间协同信息传递的可靠性和及时性要求更高。海量数据服务
15、需求，集聚在物流园区的物流企业数量较多，对SaaS和PaaS服务模式的接受程度也较高，因此园区供应链管理平台的信息种类和数量都成倍增加，要求其具备高效的海量数据处理能力。智能信息服务需求，随着园区数据海量特征的日趋突出，如何对海量物流数据进行智能挖掘与处理，支持企业在合适的地点和时间，及时准确地获得合适的信息或知识服务，也是当前物流园区供应链管理平台面临的重大挑战。,2）物流园区供应链管理平台概念模型,概念模型包括物流资源层、数据采集层、网络通信层、供应链数据层、供应链应用层、供应链服务层、供应链决策层等7大层次。物流资源层刻画了园区供应链管理面向物流资源对象的视图描述。数据采集层应用物联网关
16、键技术实现了对各类物流资源实时状态的监控和跟踪。根据数据采集时间周期，分为3种：基于RFID等终端数据设备的实时数据采集；基于专用企业接口系统的定期数据采集；基于特定情况发生的应急数据采集，如发生特大自然灾害时有关道路通行信息的采集。,网络通信层是在集成物流园区有线/无线网络和传感器网络的基础上，建立具有自适应自组织特征的物联网网络通信系统，重点实现基于混合汇聚点的无线传感器网络构建。供应链数据层提供了数据定义、数据集成、数据交换和数据分发等4类数据管理组件，建立了统一描述的多元物流数据视图模型以及支持园区物流资源及其业务数据自主统一访问的专用集成数据中间件。供应链应用层以SaaS应用模式为用
17、户提供了包括货物运输管理系统、仓储管理系统、司机手机服务系统、货代管理系统、LCD/LED信息发布系统等在内的多类软件系统租赁服务。,供应链服务层定义了资源定位服务、信息推送服务、资源调度服务等4类供应链通用服务单元，支持以PaaS平台服务方式为用户提供上述4类Web服务。供应链决策层重点建立并依托园区“云计算”公共服务中心，根据用户要求和园区资源优化配置目标，调度相关计算资源，开展分布海量数据挖掘；通过数据分析和挖掘结果，支持园区供应链的业务协同和管理优化。,3）支持物流供应链管理的物联网构建技术,融合物联网数据的多源数据集成中间件技术 物流园区供应链中多种数据接入和交互方式的存在，使得不同
18、物流资源的数据格式存在较大差异，必须建立支持不同应用程序独立于异构数据源访问的统一数据集成中间件。它包括资源属性数据模型、物流业务数据模型、空间地理数据模型、过程数据模型、元数据模型和知识数据模型等6类数据管理模型。,基于任务情境的信息智能推送服务技术,物联网技术的应用不仅要为园区供应链平台提供强大的数据采集和通信服务，更为关键的是要为园区供应链上不同主体之间的数据交换，尤其是如何根据不同主体面临任务环境的差异，进行业务信息或知识的智能推送，提供强大的技术支撑。任务情境是指园区供应链管理任务面临内外环境因素的特征。通过建立基于任务情境的信息智能推送服务系统，可以根据任务情境感知处理信息，提供适
19、时适地的数据交换和分发服务，强调增强系统对复杂环境下任务需求的敏感性和适应性。,基于“云计算”公共平台的园区供应链决策优化技术,基于“云计算”模式的园区供应链决策优化系统核心是在园区“云计算”公共服务模式的总体架构下，建立由园区内外应用系统服务器、GIS应用服务器、物流企业服务器等软硬件资源构成的计算资源协作群，通过海量分布计算资源的敏捷调度，使每个用户均能享受园区“云计算”平台提供的分布异构海量数据分析和挖掘服务。,商业卷烟物流配送中心物联网总体架构,卷烟物流配送中心的建设，需要以行业卷烟生产经营决策管理系统为基础，抓住仓储、分拣和配送三个主要环节，围绕业务、管理和技术三个维度，利用物联网技
20、术对卷烟物流全过程整合、集成和提升，实现作业过程可溯、作业环境可视、决策管理智能、物流信息透明的目标。卷烟物流配送中心物联网总体架构如图所示。,卷烟物流配送中心物联网的总体架构应该包括：,全面覆盖的感知层。拓展感知对象，提升感知手段。运用RFID、二维码等技术实现对卷烟成品（包括件烟、条烟、卷烟包装等）及资源（包括仓储设备、分拣设备、托盘、周转箱、作业人员等）的位置、数量、任务等信息的跟踪；运用温度、湿度、红外、视频、语音等技术实现对仓储环境、园区安全、车辆安全、现场作业的全面感知；运用GPS/GIS等技术实现对工商在途车辆、商业配送车辆的位置和轨迹跟踪；运用数据加工和传递技术实现对绩效、成本
21、、服务、效率、现场管理的精准感知。互联互通的网络层。实现现场总线、信息总线、公共互联网及行业内网的全面互联，搭建省级物联网运营中心和物流中心智能单元，对上联至行业物联网管控中心，对下调度各类智能处理单元间的信息链路，利用公共数据交换平台，实现供应链上下游信息共享，实现物与物、人与物、人与人之间的互联。,高度智能的应用层。充分利用信息处理、云计算等技术手段，依据先进性、开放性、实用性和安全性原则，改造提升物流信息平台，强化信息资源整合与共享，提升过程数据的综合加工和挖掘分析处理能力，及时发现存在的异常情况，形成“生产过程智能化、物品流通数字化、经营管理网络化”的一体化应用平台，支持决策、管理、调度、作业等生产经营各项活动的提升。,本章小结,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。智能交通是将汽车、驾驶者、道路以及相关的服务部门相互连接起来，并使道路与汽车的运行功能智能化，从而使公众能够高效地使用公路交通设施和能源。智能家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成。智能物流是指通过传感器等终端数据采集设备、无线传感网络等各类物联网技术应用，实现对车辆、货物、集装箱、仓储等物流资源状态的全程监控。,
