物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在樓宇智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用.doc

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在樓宇智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用 作者： 日期：2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在樓宇智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘要】物聯(lián)網(wǎng)因其能實現(xiàn)實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的樓宇智能化實體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理，在樓宇智能化技術(shù)中具備廣闊的前景。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概況，在樓宇智能化系統(tǒng)中的發(fā)展和未來，分析了目前存在且需要解決的一些問題?！娟P(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)、樓宇智能化、互聯(lián)網(wǎng)、感知、傳感。1. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必然趨勢 物聯(lián)網(wǎng)能將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施, 通過各種無線、有線的或長或短距離的通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通, 在內(nèi)網(wǎng)(Intranet)、專網(wǎng)(Ex tranet)或互聯(lián)網(wǎng)(Internet)環(huán)境下, 采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制, 提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持等管理和服務(wù)功能, 實現(xiàn)對萬物的高效、節(jié)能、安全、環(huán)保 的管、控、營一體化。融現(xiàn)代建筑技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技于一體的智能建筑悄然興起, 智能大廈、智能小區(qū)已經(jīng)遍布世界各地, 其發(fā)展勢頭十分迅猛。而目前方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)因其各種特性, 引入到樓宇智能化技術(shù)中, 必將是一個重要的發(fā)展方向。2. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理2.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫The Internet of things。顧名思義, 物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng) 。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng), 是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)； 第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間, 進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是: 通過射頻識別( RF ID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備, 按約定的協(xié)議, 把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接, 進行信息交換和通信, 以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。2.2 物聯(lián)網(wǎng)的原理物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)是射頻識別（RFID）技術(shù)。RFID是射頻識別（Radio Frequency Identification）技術(shù)英文縮寫，是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，是目前比較先進的一種非接觸識別技術(shù)。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動的標簽組成的，比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢。 而RFID，正是能夠讓物品“開口說話”的一種技術(shù)。在“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想中，RFID標簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品(商品)的識別，進而通過開放性的計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)對物品的“透明”管理?；ヂ?lián)網(wǎng), 即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單機按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機網(wǎng)絡(luò)。興起于上世紀90年代, 目前仍以計算機設(shè)備的互聯(lián)為主, 但已經(jīng)有許多手機等終端設(shè)備實現(xiàn)了這一網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)使用的TCP/IP協(xié)議目前已經(jīng)面臨地址資源枯竭的難題, 目前使用的IPv4版本采用32位二進制數(shù)定義地址, 雖然總數(shù)能達到約43億, 但是仍然不能滿足現(xiàn)今全球網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的需求, 因此IPv6版本應(yīng)運而生,IPv6采用128位定義地址，可以提供的地址數(shù)量大幅度增加。理論上講, 可以為地球上每粒沙子分配一個IP 地址,客觀上為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供了可能。在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，任何的物，可以通過嵌入不同復(fù)雜程度的智能芯片,實現(xiàn)互相之間的信息交換。物，可能是運動或需要方便改變方位的對象, 如運行中汽車、跟隨父母的兒童、信件、包裹等; 也有許多處于固定狀態(tài)的對象, 如需要監(jiān)控的門窗, 檢測火險的煙霧傳感器等, 因為工程條件、外觀、成本等各方面的因素, 不宜采用有線連接的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。所以,物接入互聯(lián)網(wǎng)的主要途徑是無線方式。植入到物中間的智能芯片需要實現(xiàn)的功能包括: 物的標識、傳感器信號的處理、底層物理通道的建立、信息交換、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理、控制輸出等。在這些功能中, 為實現(xiàn)物物互聯(lián), 最基礎(chǔ)性的是傳感技術(shù)(智能感知), 所以物聯(lián)網(wǎng)又稱為傳感網(wǎng)。 物聯(lián)網(wǎng)可分為三層: 感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官, 識別物體, 采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等, 主要是識別物體, 采集信息, 與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用相似。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦, 傳遞和處理信息。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理, 類似于人體結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)中樞和大腦。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的社會分工與行業(yè)需求結(jié)合, 實現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合, 與行業(yè)需求結(jié)合, 實現(xiàn)行業(yè)智能化, 這類似于人的社會分工, 最終構(gòu)成人類社會。2.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展,應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心,以用戶體驗為核心是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂,被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。置身信息化革命的浪潮,物聯(lián)網(wǎng)是信息技術(shù)移動化的一個具體應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中,具體地說,就是把物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道、辦公和家用器具等各種物體中,然后將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來, 實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合,在這個整合的網(wǎng)絡(luò)當中,存在能力超級強大的中心計算機群, 能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實施的管理和控制, 在此基礎(chǔ)上,人類可以實現(xiàn)無所不在的計算和網(wǎng)絡(luò),以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,管理未來的城市,達到智慧狀態(tài),提高資源利用率和生產(chǎn)力水平, 改善人與自然間的關(guān)系。毫無疑問,如果物聯(lián)網(wǎng)時代來臨,人們的日常生活將發(fā)生翻天覆地的變化。然而,不談什么隱私權(quán)和輻射問題,單把所有物品都植入識別芯片這一點現(xiàn)在看來還不太現(xiàn)實。人們正走向物聯(lián)網(wǎng)時代，但這個過程可能需要很長一段時間。盡管如此,不管是國內(nèi)還是國外,目前已經(jīng)產(chǎn)生了一些成熟和先進的應(yīng)用案例,如在門、窗、墻體上安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器,計算機系統(tǒng)對這些傳感器獲取的圖像、聲音、溫度、壓力、振動、紅外線等信息進行綜合處理分析,分辨出爬上墻的究竟是人還是貓狗等動物, 多種傳感手段組成一個協(xié)同系統(tǒng)后,可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。這一傳感網(wǎng)防入侵系統(tǒng) ,目前已經(jīng)應(yīng)用在上海浦東國際機場和上海世博會,并計劃推廣到全國民用機場，由此可知, 基于物聯(lián)網(wǎng)的特點, 它將會在樓宇智能化方面最先得到普及應(yīng)用。3. 物聯(lián)網(wǎng)特色的智能建筑系統(tǒng)下圖是智能建筑系統(tǒng)的方框圖:圖1 系統(tǒng)方框圖3.1. 系統(tǒng)組成3.1.1. 樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)( BAS) 樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)通常包括暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng)。根據(jù)我國的行業(yè)標準,BAS又可分為設(shè)備運行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)。一般,這兩個子系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一組織,以便在發(fā)生災(zāi)情時,能夠按照約定實現(xiàn)操作轉(zhuǎn)移,進行一體化的協(xié)調(diào)控制。BAS的功能有:1) 自動監(jiān)視并控制各種機電設(shè)備的啟停,顯示或打印當前的運行狀態(tài)。如冷水機組正在運行時,冷卻泵出現(xiàn)故障,備用泵自動投入等。2) 自動檢測、顯示、打印各種設(shè)備的運行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。如溫度、濕度、壓差、流量、電壓、電流、用電量等, 當參數(shù)超過正常范圍時,自動實現(xiàn)越限報警。3) 根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備,使之始終運行在最佳狀態(tài)。如空調(diào)設(shè)備根據(jù)氣候變化,室內(nèi)人員的多少自動調(diào)節(jié),自動優(yōu)化到既節(jié)約能源有感覺舒適的最佳狀態(tài)。4) 檢測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。如檢測到停電、煤氣泄露等偶然事故時, 可按預(yù)先編制好的程序迅速進行處理, 避免事態(tài)擴大。5) 實現(xiàn)對大樓內(nèi)各種機電設(shè)備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。如火災(zāi)發(fā)生時, 不僅僅是消防系統(tǒng)立即啟動投入運行, 而且整個大樓內(nèi)所有有關(guān)系統(tǒng)都將自動轉(zhuǎn)換工作方式、系統(tǒng)工作: 供配電系統(tǒng)立即切斷普通電源, 確保消防電源; 空調(diào)系統(tǒng)自動停止通風, 啟動排煙風機; 電梯系統(tǒng)自動停止使用普通電梯并將其降至底層, 自動啟動消防電梯; 照明系統(tǒng)自動接通事故照明、避難引導燈; 廣播系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入緊急廣播、指揮安全疏散等。整個建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)將自動實現(xiàn)一體化協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn), 以使火災(zāi)的損失降到最小。6) 能源管理。自動對水、電、燃氣等的計量與收費, 實現(xiàn)能源管理自動化。7) 設(shè)備管理。包括設(shè)備檔案管理、設(shè)備運行報表和設(shè)備維修管理等。3.1.2. 通信網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)( CNS) 通信網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)是保證建筑物內(nèi)語音、數(shù)據(jù)、圖像傳輸?shù)幕A(chǔ), 同時與外部通信網(wǎng)(如電話公網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、計算機網(wǎng)、衛(wèi)星以及廣電網(wǎng))相連, 與世界各地互通信息。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)的要求, 并能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)向數(shù)字化、智能化、寬帶化及個人化發(fā)展的趨勢, 向使用者提供快捷、有效、安全及可靠的信息通信服務(wù)。3.1.3. 辦公自動化系統(tǒng)( OAS) 辦公自動化系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使信息以數(shù)字化的形式在系統(tǒng)中存儲和流動, 并通過軟件系統(tǒng)管理各種設(shè)備自動地按照協(xié)議配合工作, 使辦公人員盡可能充分地利用信息資源, 改善工作效率和質(zhì)量, 提高管理和決策的科學化水平。OA包括電子數(shù)據(jù)處理(EDP)、信息系統(tǒng)管理(MIS)、決策支持(DSS)等子系統(tǒng)。3.1.4. 住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)具有以下的一些功能特征:1) 住宅內(nèi)部具備完善的、綜合了安保防災(zāi)措施與生活服務(wù)的智能控制器。2) 住宅小區(qū)與社會之間具有高度的信息交互能力。3) 小區(qū)內(nèi)部具有完善的安保措施、全面的公用設(shè)施監(jiān)控管理和信息化的社區(qū)服務(wù)管理。4) 為小區(qū)內(nèi)住戶提供多媒體的多種信息服務(wù)。 總之, 智能住宅小區(qū)綜合運用了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等, 是由家庭智能控制系統(tǒng)、通信接入網(wǎng)、小區(qū)安全防范系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理服務(wù)系統(tǒng)和小區(qū)綜合信息服務(wù)系統(tǒng)來支持實現(xiàn)的。3.2. 目前存在的問題 目前, 國內(nèi)通用的樓宇智能系統(tǒng)大多是通過多個獨立的子系統(tǒng)來滿足智能化的要求。每個子系統(tǒng)各自為政,有獨立的傳感器、獨立的控制器, 甚至后臺的管理系統(tǒng)都是獨立的, 缺乏總體集成的概念和系統(tǒng)發(fā)展的考慮。 如此自然帶來了以下若干問題:1) 初期建設(shè)成本高, 因為每個系統(tǒng)的部件都不能共享, 不能融合, 必然導致整體建設(shè)成本居高不下。在各個子系統(tǒng)的建設(shè)過程中, 廠商們習慣從各自利益出發(fā), 在接口上互相扯皮, 容易耽誤工期。施工工期長,工程造價高, 各個子系統(tǒng)采用不同的布線和施工方案, 布線一般采用有線形式, 重復(fù)布線與重復(fù)施工, 使得施工量加大, 施工工期延長; 各系統(tǒng)協(xié)同工作及其相互聯(lián)動變得更加困難, 并且都需通過后期定制軟件來完成, 使得調(diào)試周期延長。整合困難, 難以實現(xiàn)真正的智能化。不同供應(yīng)商的產(chǎn)品如門禁、報警、空調(diào)、智能照明、一卡通等系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成時, 由于沒有開放的協(xié)議, 沒有統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)庫, 使得技術(shù)協(xié)調(diào)變得困難, 甚至無法達到用戶的智能化要求。2) 管理及維護成本高, 因為每個系統(tǒng)都要不同的人員去管理, 需要不同的技能, 所以在管理方面, 會帶來許多額外的開銷; 每個子系統(tǒng)都得單獨維護系統(tǒng), 不能統(tǒng)一遠程校調(diào)、維護。系統(tǒng)維護困難, 使用成本高。不同廠家的設(shè)備使用不同的通訊總線和通訊協(xié)議, 系統(tǒng)及設(shè)備相互兼容性差;各家使用不同的布線方案, 不但造成重復(fù)布線施工的材料浪費, 而且還使得系統(tǒng)之間的聯(lián)動、數(shù)據(jù)資源共享等用戶的人性化操作需求的實現(xiàn)變得困難或難以實現(xiàn), 并增加了系統(tǒng)的使用和維護成本。3) 系統(tǒng)擴展性降低, 使用不方便。 用戶在后期要增加新的子系統(tǒng)及設(shè)備, 需重新進行布線施工和調(diào)試系統(tǒng), 擴展性降低; 用戶需學習各個系統(tǒng)的不同的使用方法及進入運行多個不同的軟件, 系統(tǒng)的聯(lián)動及關(guān)聯(lián)操作需在每個系統(tǒng)重復(fù)設(shè)置, 使用極不方便。軟件定制集成, 不可靠難實時。弱電各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動需要專門定制, 信息需經(jīng)過交換機等商用級網(wǎng)絡(luò)路由, 再通過WINDWOS等軟件平臺交換信息, 環(huán)節(jié)多, 易受病毒、軟件可靠性等影響, 很難實時靠地進行多系統(tǒng)聯(lián)動。3.3. 物聯(lián)網(wǎng)特色的樓宇智能化系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入, 將使樓宇智能化系統(tǒng)發(fā)生根本性的改變, 表現(xiàn)在如下幾個方面:1) 作為管控對象的物本身更加智能化。物內(nèi)部被植入智能芯片, 使得其功能發(fā)生質(zhì)的飛躍, 具備前所未有的感知功能。如普通的傳感器智能接收信息, 對信息進行簡單的變換, 而帶智能芯片的傳感器, 能對信息進行復(fù)雜的計算處理, 并自行作出一些動作。2) 任何作為物的對象都可以列為管控的目標。以RF ID作為基本技術(shù)支撐, 任何物品、動植物、人理論上都可以根據(jù)需要, 通過貼上電子標簽 、植入芯片等, 稱為物聯(lián)網(wǎng)的組成部分之一。3) 充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)開放性的基本特點。傳統(tǒng)的樓宇智能化系統(tǒng)是自成一體的獨立封閉的系統(tǒng), 而物聯(lián)網(wǎng)是開放的, 具有無限擴展性和連通性。采用這一技術(shù), 可以在世界上具備互聯(lián)網(wǎng)接入條件的任一地點, 與自己的物聯(lián)網(wǎng)相連, 實現(xiàn)信息交互功能。4) 工程建設(shè)更加簡易。物聯(lián)網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 而目前互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是最成熟、應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 其底層連接方式靈活多樣, 各家公司的不同產(chǎn)品只要遵循共同的標準即可實現(xiàn)互聯(lián)互通。最高層的應(yīng)用也豐富多彩, 各種軟硬件應(yīng)用已經(jīng)瀚如煙海, 開發(fā)人員具備成熟的技術(shù)積累, 終端用戶能享受到各種便利。5) 功能更加強大和細致, 讓生活更加舒適, 人與自然更加和諧。4. 面臨和有待解決的問題 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前還處于剛開始應(yīng)用的初級階段, 但有些問題已經(jīng)浮出水面, 主要有:1) 安全性問題。目前的網(wǎng)絡(luò)上的各種病毒、木馬攻擊已經(jīng)非常普遍, 物聯(lián)網(wǎng)的安全問題將非常突出, 應(yīng)建立一系列可靠的安全防范機制和技術(shù)措施。2) 技術(shù)標準問題?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)業(yè)還處于初級階段, 還存在著各種問題, 比如行業(yè)標準和核心技術(shù)推廣, 缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一, 技術(shù)標準繁雜嚴重阻礙它的發(fā)展?？上驳氖侵袊锫?lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組已經(jīng)于2010年6月8日在北京成立。物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組由全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術(shù)委員會等19家相關(guān)標準化組織發(fā)起成立, 還包括12家觀察員單位。聯(lián)合工作組的成立, 將改變各自為戰(zhàn)、互不兼容的局面, 強化頂層設(shè)計和統(tǒng)籌協(xié)調(diào), 加快建設(shè)資源共享、互聯(lián)互通、統(tǒng)一規(guī)范的物聯(lián)網(wǎng)標準體系。5. 結(jié)束語物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)受到廣泛的重視, 被提高到國家戰(zhàn)略的高度, 同時也被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后, 世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮和新經(jīng)濟增長的引擎。盡管它的應(yīng)用還處在剛開始的初級階段, 但在智能樓宇方面卻已經(jīng)初見成效。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于建立一個更加安全、舒適、和諧的人居環(huán)境, 具有良好的發(fā)展前景。參考文獻1 作者：沈瑞珠, 楊連武. 樓宇