新一代信息技術(shù)-第2章-物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例

1、2.1 智慧城市2.2 智慧校園2.3 老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端2.4 智能電網(wǎng)2.5 智能家居 2.1.1 智慧城市概述智慧城市的起源可以追溯到“數(shù)字地球”。 2.1 智 慧 城 市圖2.1 “數(shù)字地球”2.1.2 智慧城市 隨著傳感網(wǎng)等互聯(lián)互通新技術(shù)的應(yīng)用，城市信息化正向著智能化演進。 圖2.2展示了智慧城市的幾個基本應(yīng)用。 圖2.2 智慧城市概況1. 什么是智慧城市(1) 智慧基礎(chǔ)設(shè)施。 (2) 智慧政府。 (3) 智慧公共服務(wù)。(4) 智慧產(chǎn)業(yè)。 (5) 智慧人文。 智慧城市的全景圖如圖2.3所示。 圖2.3 智慧城市全景圖2. 智慧城市的架構(gòu)1) 智慧城市整體架構(gòu)智慧城市的構(gòu)架可以分為

2、四個部分：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層，如圖2.4所示。一個人體的模型可以用來比喻智慧城市的整體架構(gòu)，如圖2.5所示。圖2.4 智慧城市整體框架 圖2.5 基于人體模型的智慧城市架構(gòu)無線傳感網(wǎng)是指把隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)主要通過遙感、地理信息系統(tǒng)、導(dǎo)航定位、通信、高性能計算等高新技術(shù)對城市各方面的信息進行數(shù)據(jù)采集和智能感知，將得到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到高性能計算機中進行處理，如圖2.6所示。 圖2.6 無線傳感網(wǎng)示意圖第二個層次是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層，如圖2.7所示。 圖2.7 智慧城市的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2) 智慧城市平臺架構(gòu)智慧城

3、市平臺的一般架構(gòu)如圖2.8所示。圖2.8 智慧城市平臺架構(gòu)智慧城市平臺主要基于面向服務(wù)(SOA)的ICT(Information Communication Technology，信息與通信技術(shù))集成框架來實現(xiàn)智慧城市。ICT就是通過信息與通信技術(shù)，用以滿足“客戶綜合信息化需求”的一攬子解決方案，包括通信、信息收集、發(fā)布、傳感、自動化等各個方面。2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市智慧城市是一個有機結(jié)合的大系統(tǒng)，涵蓋了更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深入的智能。其中，物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市中非常重要的元素，它支撐著整個智慧城市系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系如圖2.9所示。圖2.9 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與

4、智慧城市最直觀的聯(lián)系就是M2M。M2M(Machine/Man to Machine/Man)是一種以機器智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。 圖2.10描述了智慧城市中M2M終端的應(yīng)用。 圖2.10 智慧城市中M2M終端的應(yīng)用2.2.1 智慧校園概述智慧校園的建設(shè)旨在提高校園信息服務(wù)和應(yīng)用的質(zhì)量與水平，建立一個開放的、創(chuàng)新的、協(xié)作的和智能的綜合信息服務(wù)平臺。 2.2 智 慧 校 園1. 數(shù)字化校園的發(fā)展歷程多媒體中控機的出現(xiàn)簡化了多媒體設(shè)備的使用，提高了設(shè)備使用壽命，增強了教學(xué)效果，加快了多媒體教學(xué)的發(fā)展，如圖2.11所示。圖2.11 多媒體中控機信息平臺融合技術(shù)是以教學(xué)資源為中心，校園網(wǎng)

5、絡(luò)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)校園綜合信息平臺的可視化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，如圖2.12所示。它具有統(tǒng)一的教學(xué)平臺、管理平臺、數(shù)據(jù)平臺，并且統(tǒng)一發(fā)布信息和統(tǒng)一認證身份。圖2.12 信息平臺融合技術(shù)2. 什么是智慧校園智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體而構(gòu)建的教學(xué)、科研、管理和校園生活為一體的新型智慧化的工作、學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，利用先進的信息技術(shù)手段，實現(xiàn)基于數(shù)字環(huán)境的應(yīng)用體系，使得人們能快速、準確地獲取校園中人、財、物和學(xué)、研、管業(yè)務(wù)過程中的信息，同時通過綜合數(shù)據(jù)分析為管理改進和業(yè)務(wù)流程再造提供數(shù)據(jù)支持，推動學(xué)校進行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化；通過應(yīng)用服務(wù)

6、的集成與融合來實現(xiàn)校園的信息獲取、信息共享和信息服務(wù)，從而推進智慧化的教學(xué)、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活以及智慧化的服務(wù)的實現(xiàn)進程。智慧校園的發(fā)展歷程如圖2.13所示。圖2.13 智慧校園的發(fā)展歷程2.2.2 智慧校園的架構(gòu)與技術(shù)核心智慧校園的架構(gòu)分為三個方面。上網(wǎng)環(huán)境；數(shù)據(jù)環(huán)境，云計算環(huán)境、存儲環(huán)境；再次，要擁有一個系統(tǒng)(物聯(lián)系統(tǒng))接入支持各種智能終端、設(shè)施、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境。1. 智慧校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智慧校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要分為：接入網(wǎng)，方便師生上互聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)網(wǎng)，支撐教學(xué)活動；科研網(wǎng)，支撐科研活動；資源網(wǎng)，支撐資源匯聚和傳播活動；智能網(wǎng)，支撐和諧、生態(tài)校園建設(shè)。2. 智慧校園的數(shù)據(jù)環(huán)

7、境智慧校園的數(shù)據(jù)環(huán)境主要采用云計算環(huán)境，因為云計算服務(wù)平臺可使量化、科學(xué)的決策成為可能。 3. 智慧校園的物聯(lián)環(huán)境物聯(lián)感知系統(tǒng)是整個智慧校園中最可見的一部分，該系統(tǒng)利用傳感器、采集器、RFID、二維碼、視頻監(jiān)控等感知技術(shù)和設(shè)備來實現(xiàn)校園環(huán)境管理的數(shù)字化。 4. 智慧校園的技術(shù)方法信息系統(tǒng)是一個提供全面信息服務(wù)的人機交互系統(tǒng)，信息應(yīng)用系統(tǒng)的功能是通過服務(wù)來體現(xiàn)的。 1) 信息規(guī)范與標(biāo)準2) 統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施平臺3) 共享數(shù)據(jù)庫平臺4) 基于多網(wǎng)融合的新型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理系統(tǒng)5) IC卡與手機融合的綜合校園卡應(yīng)用系統(tǒng)6) 面向信息服務(wù)的各類應(yīng)用系統(tǒng)7) 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體驗項目8) 三維可視化虛擬校園5.

8、智慧校園終端智慧校園終端設(shè)備的選取和應(yīng)用是多樣的，如智能手機、平板電腦以及專用的手持終端和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，如圖2.14所示。圖2.15所示為智慧校園應(yīng)用平臺。圖2.16所示為智能教室的各相關(guān)系統(tǒng)組成。 圖2.14 智慧校園終端圖2.15 智慧校園應(yīng)用平臺圖2.16 智能教室圖2.17所示為i Campus系列智能教室工作站，作為設(shè)備終端，其工作特點如下：(1) 硬件模塊化、積木式，可靈活搭配。(2) 軟件分層，多隊列處理，開放API，持續(xù)擴展。(3) 雙冗余，工業(yè)級，高可靠。(4) 設(shè)計新理念，智能與控制分離，高工作效率。(5) 深度感知，綜合決策。(6) 符合多媒體教學(xué)環(huán)境標(biāo)準，互聯(lián)互通，廣

9、泛兼容。(7) IEEE 802.11N，支持未來無線寬帶校園。圖2.17 i Campus智能教室工作站(8) ZigBee、3G模塊，無縫對接“智慧校園”物聯(lián)網(wǎng)。(9) 遠程升級，無后顧之憂。(10) 數(shù)字、模擬混合存在，滿足不同應(yīng)用需求。(11) 無線寬帶、有線1000M，光纖傳輸可選。(12) 全面記錄運行日志，提供可靠數(shù)據(jù)。(13) 簡化開發(fā)，易維護，可擴展。(14) 操作界面可編程，滿足個性化需求，如圖2.18所示。圖2.18 i Campus可編程操作界面2.2.3 智慧校園的深化應(yīng)用1. 無線設(shè)備管理平臺無線設(shè)備管理平臺的界面如圖2.19所示。 2. 實訓(xùn)室設(shè)備管理3. 地磁感

10、應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)圖2.20所示為地磁感應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)。 圖2.19 無線設(shè)備管理平臺圖2.20 地磁感應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)2.3.1 系統(tǒng)功能老年人用物聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)就是要尋找一種監(jiān)測方法，這種方法要簡單實用，且易于推廣。 老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端構(gòu)成如圖2.21所示。2.3 老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端 圖2.21 老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端構(gòu)成圖2.3.2 系統(tǒng)整體構(gòu)架老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端由以下幾部分組成：一個ZigBee協(xié)調(diào)器，用于初始化ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和接收人體狀態(tài)信息；若干個終端人體狀態(tài)監(jiān)測儀，佩戴于被監(jiān)測人的腰部，用于檢測和傳送狀態(tài)信息；運行在PC機端的監(jiān)控中心軟件，顯示被監(jiān)測對象的人體狀態(tài)信息。

11、老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端整體構(gòu)架如圖2.22所示。圖2.22 老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端整體構(gòu)架2.4.1 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)作為具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，已引起世界各國的高度重視。 融合智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)如圖2.23所示。2.4 智 能 電 網(wǎng)圖2.23 融合智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)2.4.2 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用由圖2.24可知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進一步助力智能電網(wǎng)的實現(xiàn)，如設(shè)備狀態(tài)的預(yù)測和調(diào)控，資產(chǎn)全壽命周期管理的輔助決策，電網(wǎng)與用戶間的智能互動等。圖2.24 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在常規(guī)機組內(nèi)布置各種傳感器以掌握機組運行狀態(tài)，包

12、括各種技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)，可提高常規(guī)機組運行維護水平；通過在壩體部署壓力傳感器群監(jiān)測壩體變形情況，可規(guī)避水庫調(diào)度風(fēng)險；通過各類氣象傳感器實時采集風(fēng)電場、光伏發(fā)電廠的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、降雨、輻射等微氣象信息，可實現(xiàn)新能源發(fā)電的監(jiān)控和預(yù)測，如圖2.25所示。圖2.25 智能電網(wǎng)用電2.4.3 分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)電力需求的快速增長與電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大使構(gòu)建大電網(wǎng)的建設(shè)成本高、運行難度大，并且在適應(yīng)電力用戶的高要求、高可靠性和供電需求方面，也還存在諸多瓶頸問題。 微電網(wǎng)是一種較小規(guī)模的分散獨立系統(tǒng)，由負荷和微電源組成。它采用了大量的先進電力技術(shù)，將燃汽輪機或者風(fēng)電、光伏發(fā)電、燃料電池和儲能

13、設(shè)備等裝置整合在一起，直接接入用戶側(cè)，如圖2.26所示。 圖2.26 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方框圖2.4.4 中國國家電網(wǎng)公司“堅強智能電網(wǎng)”建設(shè)2009年4月，中國國家電網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)與美國能源部長朱棣文相晤，在華盛頓發(fā)表演講稱：“中國國家電網(wǎng)公司正在全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的智能電網(wǎng)”。“統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略框架如圖2.27所示。圖2.27 “統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略框架智能電網(wǎng)架構(gòu)如圖2.28所示，其中，電網(wǎng)基礎(chǔ)體系是堅強智能電網(wǎng)的物質(zhì)載體，是實現(xiàn)“堅強”的重要基礎(chǔ)；技術(shù)支撐體系是先進的通信、信息、控制等

14、應(yīng)用技術(shù)，是實現(xiàn)“智能”的技術(shù)保障；智能應(yīng)用體系是保障電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效運行，提供用戶增值服務(wù)的具體體現(xiàn)；標(biāo)準規(guī)范體系是指技術(shù)、管理方面的標(biāo)準、規(guī)范以及試驗、認證、評估體系，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的制度依據(jù)。圖2.28 智能電網(wǎng)架構(gòu)(1) “一個目標(biāo)”。 (2) “兩條主線”。(3) “三個階段”。(4) “四個體系”。(5) “五個內(nèi)涵”。(6) “六個環(huán)節(jié)”。 智能電網(wǎng)架構(gòu)如圖2.28所示。堅強智能電網(wǎng)以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，如圖2.29所示。 圖2.29 六大環(huán)節(jié)及基本平臺智能家居的應(yīng)用場景如圖2.30所示。2.5 智 能 家 居圖2.30 理想智能家居2.5.1 智能家居的概念1984年，美國聯(lián)合科技公司(United Technologies Building System)將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國康乃迪克州(Conneticut)哈特佛市(Hartford)的CityPlaceBuilding，通過對該舊式大樓進行一定程度的改造后，再采用計算機系統(tǒng)對大樓的空調(diào)、電梯