物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課件第五章-應(yīng)用層

大綱智能電網(wǎng)智能交通智能物流智能環(huán)境監(jiān)測第一頁第二頁，共58頁。智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。電力網(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)中除發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備以外的部分（輸電、變電和配電）。第二頁第三頁，共58頁。核心內(nèi)涵智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化第三頁第四頁，共58頁。9大特征電網(wǎng)自愈用戶交互設(shè)備兼容質(zhì)量管理系統(tǒng)安全信息集成管理優(yōu)化資產(chǎn)優(yōu)化市場協(xié)調(diào)第四頁第五頁，共58頁。各國智能電網(wǎng)美國的智能電網(wǎng)主要在配網(wǎng)層，特別強(qiáng)調(diào)的是用電智能化，智能電表系統(tǒng)的構(gòu)建是重中之重。歐洲的智能電網(wǎng)主要強(qiáng)調(diào)分布式能源的接入，包括新能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用，電力電子技術(shù)的發(fā)展是關(guān)鍵。中國的智能電網(wǎng)覆蓋面更為全面，是調(diào)度、發(fā)電、輸電、變電、配電、用電六大環(huán)節(jié)的整體升級(jí)。第五頁第六頁，共58頁。并網(wǎng)發(fā)電第六頁第七頁，共58頁。并網(wǎng)發(fā)電第七頁第八頁，共58頁。輸變電檢測與控制長期以來我國電力系統(tǒng)采用定期檢修方式。狀態(tài)檢修，即根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)決定檢修時(shí)機(jī)，可以克服定期維修的局限性，提高檢修的針對性。在線監(jiān)測技術(shù)（實(shí)時(shí)檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)）是物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要應(yīng)用，是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是集控制、測量分析技術(shù)于一體的精密設(shè)備。第八頁第九頁，共58頁。配用電管理配用電管理的目標(biāo)是節(jié)省電能的無效開銷。電能表是電能計(jì)量的法定計(jì)量器具，分為機(jī)械表和電子表兩大類。用電子表代替機(jī)械表，載波通信是主流發(fā)展方向，也是節(jié)省開銷的重要環(huán)節(jié)。第九頁第十頁，共58頁。實(shí)時(shí)電力調(diào)度實(shí)時(shí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)總稱，由于各個(gè)電網(wǎng)的具體情況不同，可以采用不同規(guī)格、不同檔次、不同功能的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。智能調(diào)度是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的又一重要應(yīng)用。理想的智能調(diào)度與現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化相比有六大特點(diǎn)：數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、市場化、智能化。第十頁第十一頁，共58頁。電網(wǎng)安全傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智能電網(wǎng)末梢信息感知不可或缺的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用空間。傳感器網(wǎng)絡(luò)在安全監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用可以更高效的保護(hù)電網(wǎng)的安全。如在部署桿塔和防護(hù)線路解決線路故障問題的同時(shí)，通過在線路上配置傳感設(shè)備檢測線路的實(shí)時(shí)情況保證設(shè)備安全和電到位等。第十一頁第十二頁，共58頁。智能電網(wǎng)的未來發(fā)展方向更加深入的環(huán)境感知：設(shè)備嵌入包含其信息的可識(shí)別智能芯片，并利用無線/有線技術(shù)，對各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)全面的在線監(jiān)控。更加全面的信息互通：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將供電方、輸配電管理方及電力用戶有效連結(jié)，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)中各參與者間的信息交換與共享，使分布式電網(wǎng)系統(tǒng)成為可能。更加智能的電網(wǎng)建設(shè)：基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而建設(shè)的智能電網(wǎng)體系，可實(shí)現(xiàn)從能源接入、輸配電管理、安全監(jiān)控、繼電保護(hù)到用戶計(jì)費(fèi)計(jì)量的全過程智能化網(wǎng)絡(luò)化控制。第十二頁第十三頁，共58頁。智能電網(wǎng)規(guī)劃2010年2015年2020年第十三頁第十四頁，共58頁。2010年“兩縱兩橫”特高壓交流后續(xù)工程開工建設(shè)，跨區(qū)直流工程投產(chǎn)規(guī)模達(dá)到1290萬千瓦，配電網(wǎng)建設(shè)加大投入，智能化試點(diǎn)工程按期建成，關(guān)鍵技術(shù)研究、設(shè)備研制和標(biāo)準(zhǔn)制定取得新進(jìn)展第十四頁第十五頁，共58頁。2015年以特高壓為核心的堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)初步形成，電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化水平明顯提升，滿足大規(guī)模可再生能源接入和輸送智能電能表廣泛應(yīng)用，電動(dòng)汽車充放電站布局基本滿足需要第十五頁第十六頁，共58頁。2020年形成以“三華”特高壓同步電網(wǎng)為受端，東北特高壓、西北750千伏電網(wǎng)為送端，聯(lián)接各大煤、水、核電、大型可再生能源基地的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特高壓及跨區(qū)電網(wǎng)輸送能力滿足各大能源基地接入和負(fù)荷中心用電需求第十六頁第十七頁，共58頁。智能交通智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportationSystems,ITS)通過在基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用信息、通訊技術(shù)來提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運(yùn)輸效能同時(shí)降低能源消耗和對地球環(huán)境的負(fù)面影響。第十七頁第十八頁，共58頁。智慧交通的特征環(huán)保的交通：大幅降低溫室氣體和其他各種污染物的排放量以及能源的消耗。便捷的交通：通過泛在移動(dòng)通信提供最佳路線信息和一次性支付各種方式的交通費(fèi)用等服務(wù)，改善旅客體驗(yàn)。安全的交通：實(shí)時(shí)檢測危險(xiǎn)、事故并及時(shí)通知相關(guān)部門。高效的交通：實(shí)時(shí)進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)交通數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，優(yōu)化交通調(diào)度和管理，最大化交通流量?？梢暤慕煌ǎ簩⑺泄步煌ㄜ囕v和私家車整合到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，提供單個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)視圖。可預(yù)測的交通：持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模，改善交通流量和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。第十八頁第十九頁，共58頁。智能交通中關(guān)鍵技術(shù)無線通訊計(jì)算技術(shù)感知技術(shù)視頻車輛監(jiān)測全球定位系統(tǒng)GPS探測車輛和設(shè)備不停車收費(fèi)系統(tǒng)第十九頁第二十頁，共58頁。無線通訊短距離無線通信可使用IEEE802.11系列協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，其中美國智能交通協(xié)會(huì)以及美國交通部主推WAVE和DSRC兩套標(biāo)準(zhǔn)。長距離無線通信方案通過基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，如WiMAX/GSM/3G。第二十頁第二十一頁，共58頁。計(jì)算技術(shù)未來車輛將配備數(shù)量更少但功能更為強(qiáng)大的處理器。新的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)將支持更加復(fù)雜的軟件應(yīng)用，包括基于模型的過程控制、人工智能和普適計(jì)算，其中人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用將有望為智能交通系統(tǒng)帶來質(zhì)的飛躍。第二十一頁第二十二頁，共58頁。感知技術(shù)交通基礎(chǔ)設(shè)施中的傳感器嵌入在道路或者道路周邊設(shè)施例如建筑之中。車輛感知系統(tǒng)包括了部署道路基礎(chǔ)設(shè)施至車輛以及車輛至道路基礎(chǔ)設(shè)施的電子信標(biāo)來進(jìn)行識(shí)別通信，同時(shí)利用閉路電視技術(shù)和車牌號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)對熱點(diǎn)區(qū)域的可疑車輛進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。第二十二頁第二十三頁，共58頁。視頻車輛監(jiān)測利用視頻攝像設(shè)備進(jìn)行交通流量計(jì)量和事故檢測屬于車輛監(jiān)測的范疇。第二十三頁第二十四頁，共58頁。全球定位系統(tǒng)GPS車載嵌入式GPS接收器能接收多個(gè)不同衛(wèi)星的信號(hào)并計(jì)算車輛當(dāng)前位置，定位誤差一般是幾米。由于GPS信號(hào)接收需要車輛具有衛(wèi)星的視野，因此該技術(shù)在城市中心區(qū)域可能由于建筑物遮擋而受限。第二十四頁第二十五頁，共58頁。探測車輛和設(shè)備探測車輛通常是出租車或政府所有的車輛，需配備無線通信設(shè)備。探測車輛向交通運(yùn)營管理中心匯報(bào)其速度和位置，管理中心整合分析得到廣大范圍內(nèi)的交通流量情況以檢測交通堵塞的位置。第二十五頁第二十六頁，共58頁。不停車收費(fèi)系統(tǒng)電子收費(fèi)(Electronictollcollection,ETC)系統(tǒng)能夠在車輛以正常速度駛過收費(fèi)站的時(shí)候自動(dòng)收取費(fèi)用，降低了收費(fèi)站附近產(chǎn)生交通擁堵的概率。之前大部分電子收費(fèi)系統(tǒng)都基于使用私有通訊協(xié)議的車載無線通訊設(shè)備。目前很多國際組織希望將此類協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。第二十六頁第二十七頁，共58頁。實(shí)例挪威ETC系統(tǒng)應(yīng)用德國ETC系統(tǒng)應(yīng)用新加坡ETC系統(tǒng)應(yīng)用法國ETC系統(tǒng)應(yīng)用第二十七頁第二十八頁，共58頁。挪威ETC系統(tǒng)應(yīng)用挪威政府啟用AUTOPASS項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“開放式收費(fèi)”，，采用DSRC技術(shù)對車輛進(jìn)行識(shí)別，并利用視頻圖像抓拍技術(shù)對沒有安裝電子標(biāo)簽或電子標(biāo)簽非法的車輛事后追討通行費(fèi)。電子收費(fèi)車道上安裝有DSRC讀寫設(shè)備和攝像機(jī)，省略了傳統(tǒng)的交通燈、收費(fèi)顯示牌和欄桿等裝置，車輛通過速度可達(dá)60公里/小時(shí)。第二十八頁第二十九頁，共58頁。德國ETC系統(tǒng)應(yīng)用德國高速公路啟用衛(wèi)星卡車收費(fèi)系統(tǒng)，幾十萬輛卡車裝置了車上記錄器(OBU)，這種記錄器能夠記錄卡車行駛情況與自動(dòng)繳費(fèi)，需要依賴衛(wèi)星才能運(yùn)作。該系統(tǒng)部署了300個(gè)高架控制橋的紅外線監(jiān)視系統(tǒng)，閱讀車牌號(hào)碼，同時(shí)有大量帶有監(jiān)視器和裝置電腦的監(jiān)控車來回巡邏。第二十九頁第三十頁，共58頁。新加坡ETC系統(tǒng)應(yīng)用新加坡的城市道路電子動(dòng)態(tài)收費(fèi)系統(tǒng)(ElectronicRoadPricing,ERP)是專門的小范圍無線信息系統(tǒng)，包括三個(gè)主要組成部分，車載單元，ERP顯示牌，和控制中心。第三十頁第三十一頁，共58頁。法國ETC系統(tǒng)應(yīng)用由于道路基礎(chǔ)設(shè)施往往由不同的公司運(yùn)營，各家公司之間的電子標(biāo)簽和收費(fèi)系統(tǒng)往往并不通用。因此各大公司開始協(xié)商在所有的高速公路路網(wǎng)上提供統(tǒng)一服務(wù)，即“一卡通”收費(fèi)的可能性?！耙豢ㄍā毕到y(tǒng)的技術(shù)考慮包括國際標(biāo)準(zhǔn)的制定、服務(wù)車型的選擇、發(fā)票的出具、交易的組織、如何利用和改建現(xiàn)有的收費(fèi)站點(diǎn)以及成本的控制。第三十一頁第三十二頁，共58頁。實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)簡介實(shí)時(shí)的交通信息服務(wù)是智能交通系統(tǒng)最重要的應(yīng)用之一，能夠?yàn)轳{駛員提供實(shí)時(shí)的信息例如交通線路，交通擁堵可能造成的時(shí)間延誤，交通事故，安全提示，天氣情況，前方道路修整工程等。第三十二頁第三十三頁，共58頁。實(shí)時(shí)的交通信息服務(wù)組成提供實(shí)時(shí)的交通信息服務(wù)包括三個(gè)主要的組成部分，信息的收集，信息的處理以及信息的散布。每一個(gè)部分都需要不同的平臺(tái)和技術(shù)設(shè)備支持。第三十三頁第三十四頁，共58頁。智能交通系統(tǒng)應(yīng)用智能交通系統(tǒng)還可以為乘客提供進(jìn)一步的信息服務(wù)，例如車內(nèi)的Internet訪問服務(wù)以及音樂電影的下載和在線觀看。目前美國的車輛當(dāng)中已經(jīng)越來越普遍的配備了信息設(shè)備，2009年已經(jīng)有28%的車輛攜帶有各類先進(jìn)的信息設(shè)備，分析家預(yù)計(jì)到2012年這一比例可達(dá)到40%。第三十四頁第三十五頁，共58頁。智能交通管理智能交通管理主要包括交通控制設(shè)備例如交通信號(hào)、匝道流量控制和公路上的動(dòng)態(tài)交通信息牌（為司機(jī)提供實(shí)時(shí)的交通流量和公路狀態(tài)信息）。同時(shí)一個(gè)城市或者一個(gè)省份交通管理中心需要得到整個(gè)地區(qū)的交通流量狀況以便及時(shí)檢測事故、危險(xiǎn)天氣事件或其它對車道具有潛在威脅的因素。第三十五頁第三十六頁，共58頁。流量控制技術(shù)自適應(yīng)的交通信號(hào)控制技術(shù)能夠?qū)煌ㄐ盘?hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，智能調(diào)整信號(hào)開關(guān)的時(shí)間。如果交通信號(hào)裝置能夠檢測到等待車輛的信息或者車輛能夠與信號(hào)裝置通信將此信息發(fā)送給信號(hào)裝置，我們就能夠優(yōu)化交通信號(hào)的時(shí)間控制方案，并提高道路的交通流量，緩解交通擁堵狀況。智能的匝道流量控制也能夠?yàn)榻煌ü芾韼砭薮笫找妗４蟾庞?0個(gè)美國的大城市已經(jīng)使用各種形式的匝道流量控制技術(shù)。第三十六頁第三十七頁，共58頁。智能物流物流的定義發(fā)展階段智能物流簡介應(yīng)用實(shí)例第三十七頁第三十八頁，共58頁。物流的定義物流（Logistics）是滿足顧客需要為目的，從物品的源點(diǎn)到最終消費(fèi)點(diǎn)，為有效的物品流通和存儲(chǔ)，服務(wù)及相關(guān)信息而進(jìn)行企劃、執(zhí)行和控制的過程。第三十八頁第三十九頁，共58頁。物流發(fā)展階段粗放型物流（20世紀(jì)50~70年代）系統(tǒng)化物流（20世紀(jì)70~80年代）電子化物流（20世紀(jì)80年代~20世紀(jì)末）物聯(lián)化物流（21世紀(jì)初~）第三十九頁第四十頁，共58頁。粗放型物流背景:二戰(zhàn)后世界經(jīng)濟(jì)迅速復(fù)蘇特點(diǎn):大型零售企業(yè)涌現(xiàn)大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)缺點(diǎn)：庫存量大、效率低下、缺乏部門間配合第四十頁第四十一頁，共58頁。系統(tǒng)化物流起因：物流成為一門綜合型科學(xué)企業(yè)開始注重物流的成本和效益新型物流技術(shù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)集裝箱技術(shù)新型物流業(yè)務(wù)航空快遞第四十一頁第四十二頁，共58頁。電子化物流現(xiàn)代物流的開始關(guān)鍵技術(shù)EDI條形碼典型應(yīng)用UPS世界港（WorldPort）第四十二頁第四十三頁，共58頁?，F(xiàn)代物流面臨的問題?互聯(lián)互通不充分標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一、發(fā)展滯后網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的異構(gòu)、信息共享不充分感知不及時(shí)、不徹底缺少實(shí)時(shí)感知手段信息采集手段單一、采集的信息種類有限缺少智慧型計(jì)算支持與服務(wù)應(yīng)用程度低協(xié)同性不足第四十三頁第四十四頁，共58頁。智能物流簡介發(fā)展契機(jī)物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)精準(zhǔn)化：成本最小化，零浪費(fèi)智能化：軟件智能化，設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)智能化協(xié)同化：資金流、物流、信息流三流合一第四十四頁第四十五頁，共58頁。美軍的RF‐ITV系統(tǒng)海灣戰(zhàn)爭中美軍后勤部門的問題缺乏有效準(zhǔn)確的物流管理，效率低下物資堆放無序，浪費(fèi)嚴(yán)重解決方案：在運(yùn)物資可視化In‐TransitAssetVisibility準(zhǔn)確定位，減少堆積，及時(shí)遞送幫助決策，把握態(tài)勢合理供應(yīng)，優(yōu)化采購配給方案第四十五頁第四十六頁，共58頁。RF‐ITV關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)（JTAV）RFID標(biāo)簽大量運(yùn)用主動(dòng)式標(biāo)簽、傳感器標(biāo)簽全球化讀寫識(shí)別設(shè)備部署架構(gòu)（GlobalInterrogatorInfrastructure）國際運(yùn)輸信息跟蹤系統(tǒng)（InternationalTransportationInformationTracking）第四十六頁第四十七頁，共58頁。智能環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測的概念第四十七頁第四十八頁，共58頁。環(huán)境監(jiān)測的概念環(huán)境監(jiān)測宗旨：檢測狀態(tài)參數(shù)，跟蹤質(zhì)量變化，確定質(zhì)量水平環(huán)境監(jiān)測目標(biāo)：為環(huán)境管理、污染治理、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供基礎(chǔ)信息、方法指引和質(zhì)量保證。環(huán)境監(jiān)測的對象：自然因素，人為因素，污染危害環(huán)境的其他因素，以及生物、生態(tài)的變化。第四十八頁第四十九頁，共58頁。環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展基于經(jīng)驗(yàn)的觀察由自然因素認(rèn)識(shí)自然規(guī)律；反映自然規(guī)律不全面、不準(zhǔn)確、不客觀。系統(tǒng)科學(xué)的監(jiān)測50年代，對污染嚴(yán)重地點(diǎn)的被動(dòng)監(jiān)測；70年代，監(jiān)測范圍延伸為包含其他物理因素的離散測量。自動(dòng)監(jiān)測電子計(jì)算機(jī)控制和輔助處理；監(jiān)測環(huán)境有廣度、有頻度、有深度。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第四十九頁第五十頁，共58頁。大鴨島實(shí)驗(yàn)加州大學(xué)伯克利分校2002年美國大鴨島（GreatDuckIsland）32個(gè)MICA節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集內(nèi)容：溫度、濕度、光照和大氣壓力監(jiān)測目的：持續(xù)監(jiān)測海燕在繁殖季節(jié)的習(xí)性，收集相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)供動(dòng)物學(xué)家分析。第五十頁第五十一頁，共58頁。厄瓜多爾活火山哈佛大學(xué)2004年厄瓜多爾活火山周圍16個(gè)節(jié)點(diǎn)19天捕捉229次地震、火山爆發(fā)和其他地震波事件。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容：100赫茲頻率持續(xù)采集地震波和聲波強(qiáng)度等。監(jiān)測目的：對高頻數(shù)據(jù)采集過程中傳輸可靠性、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和校準(zhǔn)等問題的探索。第五十一頁第五十二頁，共58頁。阿爾卑斯山