本科毕业论文-浅论物联网构建城市电力抄表系统.doc

AbstractThe Internet of things is attentive by home and abroad. A lot of things have been researched and developed by foreign. Some areas of our country use it, such as intelligent transportation, health care, smart furniture, agriculture, industrial control, etc. Construction the networking technology with the use of physical power meter reading system, can improve the power efficiency and reduce costs, it is conducive to the management of power companies, while giving power company staff and residents convenience. With the emergence of the Internet of Things technology，providing a high-value, low cost, high efficiency solution for the development of power industry. This article outlines the things, analysis the status of the city Power meter reading，and discussing program that construction of the power meter reading system of things.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容Key Words： Internet of Things, Power meter reading system, power company, users引言2010年3月5日，温家宝总理在作政府工作报告时指出，要“大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业，加快物联网的研发应用。“物联网”首次被写进政府工作报告，这意味着物联网的发展进入了国家层面的视野。目前，物联网技术在国内外有一定的应用，物联网的技术极大地改变我们的生活方式。它把我们的生活拟人化了。在未来,物联网的发展将会改变我们的生活。因此,物联网运用在我们生活的各个领域是值得我们探究的话题，特别是在城市电力抄表系统还没有普及自动化的状态下，探讨物联网构建电力抄表系统是十分关键的。一、物联网的概述（一）物联网的定义比尔盖茨在1995年提出物联网的概念，当时很多人没有对此引起关注。1999年，美国召开的移动计算机和网络国际会议提出，传感网是21世纪人类面临的又一个新的发展机遇。在2005年，国际电信联盟在信息化世界峰会上发布了互联网报告2005：物联网，正式提出了物联网的概念。物联网的英文名称叫“The Internet of things”，也就是“物物相连的互联网”。这包含两层意思：第一，物联网的核心和基础是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间，进行信息交换和通讯。张福生.物联网：开启全新生活的智能时代M.山西人民出版社,2010.5-6国务院总理温家宝在2010年3月5日政府工作报告中指出物联网的概念是：通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，是在互联网基础上延伸和扩展的网络。（二）物联网的组成物联网主要由网络系统、自动数据采集系统和编码系统组成。张福生.物联网：开启全新生活的智能时代M.山西人民出版社,2010.71.网络系统网络系统主要是提供信息的交互，利用现有Internet以及其他网络，构成了庞大的信息网络系统，例如互联网系统等。2.自动数据采集系统自动数据采集系统是物联网信息的来源，通过非人工干预的方式采集信息，提高信息获取的效率，是物联网信息获取的终端。例如RFID技术。3.编码系统编码系统是物联网的基础，为整个网络提供统一的编码方案，保证网络信息交互的流畅。例如产品电子代码等。（三）体系结构物联网体系结构主要由应用层、网络层和感知层组成。如下图所示：应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合实现行业智能化，类似于人的社会分工，最终构成人类社会。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。感知层包括RFID标签和读写器、二维码标签和识读器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。图1 物联网体系结构图资料来源：根据物联网信息网整理所得（四）关键技术1网络技术主要包括互联网技术、无线传感网技术、万维网技术等信息网络技术，主要起到传输和连接的作用。2.自动识别和感知技术包括RFID技术、条码技术、图像识别技术、光学符识别技术、传感技术、蓝牙等。它是物与网连接的基本手段，是物联网建设非常关键的环节。3.编码技术编码技术主要是给物品一个标识，实现物品的数字化，它是物品与信息系统互联的一个前提,是物联网的基石，同时也是物联网信息交换的核心，在物联网的各个环节，物品编码是贯穿始终的关键字。（五）国内外物联网发展情况1.国外物联网发展现状（1）美国物联网发展现状美国的一些高校和科研院所在无线传感器网络方面做了大量的研究工作，例如加州大学的嵌入式网络感知中心实验室；麻省理工学院研究低功耗的无线传感器网络；奥本大学研究关于组织传感器和网络实验系统；州立克利夫兰大学移动计算实验室在基于IP的移动网络和自组织网络方面结合无线传感器网络技术进行了研究。很多公司也开始进行无线传感器的研究。如克尔斯博公司，为全球超过2000所高校以及上千家大型公司提供无线传感器解决方案；Crossbow公司与软件巨头微软、传感器设备巨头、网络设备巨头、著名高校等建立了合作伙伴。更重要的是在IBM提出的“智慧地球”上升到美国的国家战略，奥巴马政府投资300个亿在智能电网、智能医疗、宽带网络等领域， 旨在推动国家的快速发展。（2）欧盟物联网发展现状2009年，欧盟委员会向有关部门递交了物联网行动计划，该计划主要包括以下几方面的内容。使用序列码追踪用户的医药产品，确保药品在到达病人手中之前可得到认证，减少了制假、赔偿、欺诈现象的发生和药品分发中出现错误。张福生.物联网：开启全新生活的智能时代M.山西人民出版社,2010.11设计智能电子材料系统，为用户提供实时的消费信息。比如物流、制造、零售等行业，智能目标推动了信息交换，缩短了生产周期。另外，制定了一系列物联网的管理规则，建立了一个有效的分布式管理架构，使全球管理机构可以公开、公平地履行管理职责，加强政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍。（3）日本物联网发展现状2004年，日本信息通信产业的主管机关提出以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间连接的战略，希望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会”。2009年，日本将政策目标聚焦在电子化政府治理、医疗健康信息服务和教育与人才培育上。在接下来的几年，通过技术使行政流程简单化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等发展。日本是一个智能化家居比较发达的国家，除了实现室内的家用电器自动化联网之外，还通过生物认证实现了自动门识别系统，站在安装于入口处的摄像机前，大约1秒钟的时间，如果确认来人为公寓居民，大门就会打开。即使双手提着东西，也能打开大门。（4）韩国物联网发展现状韩国是目前全球宽带普及率最高的国家，同时它的移动通信、信息家电、数字内容等居世界前列。韩国在2006年确立为民众的生活环境布建智能型网络、最新的技术应用等先进的信息基础建设的策略，让民众可以随时随地享有科技智慧服务，提高便利生活水平和国家竞争力。日前，韩国的智能家庭系统发展的比较快。比如客厅里，录像设备可以按照要求将电视节目录制到硬盘上、电视机和个人电脑，预先录制好的节目可在电视和个人电脑上随时播放欣赏；厨房里，处于开启状态并联网的电冰箱在你看电视的时候为你提供美味食谱，成了智慧家电的控制中心；卧室内设有家庭保健检查系统，可以监控病人的脉搏、体温、呼吸频率和各种症状，以便医生提供及时的保健服务，通过与卧室的电视机相连，病人则可向医生“面对面”咨询。2.国内物联网发展现状目前我国物联网产业、技术还处于概念和科研阶段，物联网整个产业模式还没有彻底形成，但物联网的发展趋势在我国未来的产业空间是巨大的。中科学院早在1999年就启动了传感网研究，组建了2000多人的团队，已投入数亿元，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。当前，政府主导、产学研相结合共同推动发展的良好态势正在中国形成。2009年8月，温总理在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出，“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，江苏省委省政府立即制定了“感知”中心建设的总体方案和产业规划，力争建成引领传感网技术发展和标准制订的物联网产业研究院。2009年，“传感器网络标准工作组成立大会暨感知高峰论坛”在北京举行，工作组未来将积极开展传感网标准制订工作，深度参与国际标准化活动并为产业发展奠定坚实技术基础。2009年11月，国务院总理在北京人民大会堂向北京科技界发表了题为让科技引领可持续发展的讲话，指出要将物联网列入信息网络发展的重要内容，并强调信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。王志良.物联网：现在与未来M.机械工业出版社,2010.36在国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域，已列入国家高技术研究发展计划。2009年11月，无锡市国家传感网创新示范区正式获得国家批准。该示范区规划面积20平方公里。根据规划，三年后这一数字将增长近6倍。到2012年完成传感网示范基地建设，形成全市产业发展空间布局和功能定位，产业规模达到1000亿元，具有较大规模各类传感网企业500家以上，形成销售额10亿元以上的龙头企业5家以上，培育上市企业5家以上，到2015年，产业规模将达2500亿。按照国家传感网标准化工作组的规划，我国将在2011年正式向国标委提交传感网络标准制定方案。（六）发展前景物联网前景十分广阔的，它将极大地改变我们目前的生活方式。它把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。图2 物联网远景图资料来源：根据物联网：开启全新生活的智能时代整理所得二、城市电力抄表现状（一）电力抄表现状通过多种途径的调查和访问，获知我国好多城市和乡镇的电量数据的获得，仍然采用派电力部门的抄表人员分工到每个计量点去抄读，基本上每个月要把所有用户走一遍，把得到的数据汇总到电力公司进行核算电费，查抄人员甚至需要爬高或者进入民宅查抄电表数，这种工作模式既浪费大量的时间，又浪费很多的人力，而在实施过程中往往对用户造成不必要的骚扰，还会对数据采集的准确性和实时性造成很大影响，对关键线损指标的分析很难准确的把握和控制。这种人工直接抄表得到的结果只是用户每个月用电的总数，对用户在每个月哪些时间段用电的情况无法深入的了解，难以监控用户用电具体情况，这样容易导致滥用电量，出现浪费资源的情况，用户对用电度数过多的原因无法查明，用户会存在一定的疑问。当出现开箱、停电、超温、过压、过流、过载等情况时，无法实时控制意外事件，城市和乡镇的用户都得不到很好的用电保护，缺乏用电安全性。（二）人工抄表的特点1.数据准确性低手工抄表数据准确性低，误差大，并且很难清楚了解用户用电的实际情况，不能对用户的用电很好的把握和控制。一旦数据不准确将对电力公司用电量的统计带来误差，会影响后面程序的正常进行，对后面的分析工作造成一定的影响。2.抄表成本高、效率低抄表人员到每家用户抄表，需要很多的人力和物力，这样无形中增加了不必要的成本支出，同时抄表时间过长，导致工作效率低，很难准时的汇总数据。3.操作难以规范化城市及乡镇的地域分布广泛，服务客户类别多，数量大，很难有统一的规范化，这样容易造成不明损失，同时受其他的影响因素多，给用户和抄表人员都带来很多不便的地方。4.客户种类多城市及乡镇既有农业生产、居民生活用电，又有工业和商业用电，既供乡村客户又供城镇居民，客户种类比较多。各类客户对供电需求量又不同，因此会在供电的可靠性和安全性上难以统一的把握和控制，供电服务水平也存在一定的差距。总之，目前城市和乡镇的抄表现状还处在传统模式，同时还面临着日益严重的资源不合理利用和环境压力，这样会给城市及乡镇配电带来不平衡的发展，甚至制约着经济的快速发展，这些都成为城市和乡镇信息化发展中最为突出的矛盾，成为一个必须重视的问题。三、基于物联网环境下构建电力抄表系统方案探讨基于目前城市和乡镇的抄表现状，随着物联网技术的快速发展，把物联网和电力抄表系统联系起来讨论对以后的电力部门工作以及管理带来很大的效益，在此，对物联网构建电力抄表系统进行探讨。（一）系统目标随着物联网技术的出现，智能电网未来发展空间很大，从电力部门、用户用电信息、缴费管理系统以及其他部门中心的综合考虑，通过运用物联网技术构建电力抄表系统,能有效的改善目前大多数城市乡镇人工电力抄表的情况，有利于提高能源的利用率和减少经济上的开支，提高电力部门的工作效率和管理水平，能很好的掌握和控制用户用电和用电安全。既提升了电力部门的服务效率，缩减了营销成本，又拓宽了偏远山区用户的缴费渠道。（二）系统框架探讨该系统主要是从三大模块入手，分别是电力部门、用户用电信息采集和缴费管理中心，运用物联网中的RFID技术和INTERNET技术把这三个模块联合起来，改善人工抄表的模式，提高工作效率和数据准确性，并且为用户提供不同的自动缴费方式。从长远的目标来看，该系统的实施会带来一定的经济性和时效性，同时很好的控制能源的有效利用以免造成浪费，既方便了用户也方便了电力部门。电力不同部门之间能第一时间获得用户用电情况，并且能够共同分享相关的数据，及时处理突发事件，为电力行业提供高价值、低成本、高效率的服务，保证城市乡镇用电的顺畅和安全。用电信息采集缴费管理中心电力部门基于物联网环境下构建电力抄表系统大概框架主站集中器采集器用户电表SIM/银行/其它信息发布平台缴费管理数据处理中心电力主管中心配电中心其它部门INTERNET/RFID/SIM图3 系统大概框架图资料来源：根据个人整理所得利用物联网构建电力抄表系统大概探究的框架如下图所示,其工作流程大概如下：电力部门通过联合配电中心和电力主管中心，配电给每个用户，运用RFID技术和Internet相结合把用户的用电量及用电情况传输到采集器,再通过INTERNET把数据传输到集中器，集中器收集用户信息及相关的用电情况传输到主站,主站的信息通过网络传输到电力主管部门数据库，电力主管部门再通过数据处理中心以及数据库中用户的信息联合起来传输到缴费管理系统，缴费管理中心通过把每个用户的用电信息发布给用户，其中发布的途径可以多方式，例如把RFID与SIM卡联合，通过短信的方式发给用户，可以通过与银行系统绑定预交费用，也可以通过服务系统通知用户到营业厅进行缴费，用户也可以通过发送短信或者客服查询自己的用电量和用电情况，对有疑问的问题进行实时的查询和了解，随时跟踪自己的用电情况，增加了信息的透明度。（三）部分系统具体操作流程1.电力部门主管中心电力主管中心部门是电力公司的一个核心部门，从以下简单的流程图大概了解电力主管中心是通过与用电信息采集中心联网,时刻获取用户用电信息，并通过物联网技术传输到数据管理中心。当出现开箱、停电、超温、过压、过流、过载等情况时，电力主管中心将立即把相关信息发送到警报监报中心,该部门的人员采取对应措施给予准时的解决,保证用户用电的正常和安全。每个月或者每季度的用电量将会通过物联网技术发送到信息发布中心,信息发布中心将通过数据的整合与用户联系,不按时交纳电费的用户给予咨询并催缴费用，如存在问题应提供相应的解决措施。主管中心还和其他的一些部门进行实时联系,保证用电的一切顺利。主管中心起到及时获取信息并反馈信息的主力作用，与各部门之间进行信息共享，各部门根据获得的信息完成自己掌管的工作，而这整个过程都是实时的分享信息，大大提高了工作的效率。信息发布中心数据管理中心警报监报中心其他部门信息电力主管中心INTERNET用电信息采集中心图4 电力部门主管中心流程图资料来源：根据个人整理所得2.用电信息采集中心用电信息采集中心的工作流程如下图5所示。主要是通过RFID技术把每家的电表信息传输到采集器，采集器除完成电表的电量数据采集工作以外，还要根据系统的要求完成与集中器之间的数据通信，将数据通过Internet传送送到集中器。集中器完成与采集器的数据通信工作，向采集器下达电量数据冻结命令，定时循环接收采集器的电量数据，或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据，完成与主站的通信，将用户用电数据传送到主站数据库中。主站定时或随时抄收用户电表的电能量数据，通过互联网与集中器和电力主管部门进行联系，且把数据传输到电力主管中心，电力主管中心对数据进行处理和共享后并传送到缴费系统。 另外，如果用户用电情况出现超标或者意外情况时，通过RFID技术与SIM卡的联合，用户将会及时的收到用电信息情况，电力部门同时也收到相关的信息情况。主 站集中器采集器用户电表用户电表用户电表InternetInternetRFIDRFIDRFID图5 用电信息采集中心流程图资料来源：根据个人整理所得3.缴费管理中心缴费管理中心工作流程如下所述：电力主管中心收集到主站的信息后，把收集到的用户用电量集中于数据库，数据库对所获得的数据进行统计、查询、备份、报表、图表生成，然后系统对数据备份、存档和向外输出数据，并且对历史数据事件记录有所保存，将处理后的数据传输到缴费管理中心。缴费中心对用户的用电信息进行综合整理后，将对应的信息传输到信息发布中心，信息发布中心将会通过短信或者客服的方式通知用户缴纳或催缴费用，用户缴费方式可以通过RFID与SIM卡联合、银行联网系统预付费或者直接扣费、到营业厅进行现场缴费等方式，在物联网发展的模式下，利用SIM卡或者银行联网付费的方式应该是比较多人使用的，因为对于地区较远的或者工作忙碌的人员，该方式比较快捷且准确。信息发布中心缴费管理中心Internet数据管理中心SIM卡银行系统其它方式Internet图6缴费管理中心资料来源：根据个人整理所得4.警报监报中心警报监报中心是电力行业中必不可少的部门，因为意外事故难免发生，为了保证用电以及用户的安全，该部门起到接收警报和对用电的监督作用。一旦用户用电超标、漏电、路线发生障碍、电表超温、过压过载或者出现偷电以及其他一些突发停电情况时，物联网技术会及时向警报监报中心发出警告，及时把信息传输到电力部门，该中心会进行远程控制或者直接断电，第一时间通过短信发送到用户手机上，用户能及时保护自己的安全，电力相关部门及时的了解当地情况并且采取最快速且有效的解决方法，这样一来保证了用电的安全，同时保护用户的人身安全。窃电警报漏电警报路线故障警报其它突发警报警报中心RFID/InternetRFID/InternetRFID/InternetRFID/Internet图7 警报监报中心资料来源：根据个人整理所得(四)系统预想效果1.电力部门利用物联网技术构建电力抄表系统，对不同地方的不同用户可以随时的抄表以及监控，可以避免打扰用户，大幅度节省人工抄表成本，实时获取准确数据，有效解决突发事件，提高服务效率，非常符合政府与事业单位提高用户感受与降低成本的目标。这样保证用电和人身的安全第一。并且多系统信息的共享可以时时维护，了解用户用电动态，有利于配电中心合理配电，提高资源的利用率。2.用户用户可以免遭抄表人员的打扰，通过多种方式随时缴纳电费，方便快捷，并且可以通过网络了解用电具体情况，对用电疑问可以随时了解，增加信息的透明度，对自己用电情况深入了解并合理利用能源，对自己有一个监督的作用。如果是偏远地区的用户或者经常出差的用户，一旦碰到营业高峰期时，排队要花上个小时，这样会耽误了工作，所以运用SIM卡或者银行联网的方式直接交费，既可以省时又省力，又可以及时交费，保证自己的利益。3.缴费中心物联网技术的使用，大大降低了缴费的流程，通过SIM卡和银行联网的方式进行缴费，减少了工作的时间，提高了工作的效率，并且数据准确，容易汇总数据，真正实现抄表收费一体化管理，给电力部门大大的节省了成本，同时也提高了服务水平。(五)系统实施存在待解决的问题1.实施时间长因为城市以及乡镇地区分布广,地形也不平衡,用户类型多，再加上有些地方经济不是很发达,可能对实施该系统会带来大量的时间成本,同时普及该系统的时间会很长。但是从长远利益来看,会给电力部门带来一定的经济性和便捷性，同时给用户带来便捷性。2.经济投资大由于短时间内把传统抄表模式转变为智能抄表模式，在技术上、设备上以及员工培训上可能会带来投资大的问题，短期经济投入会增大，但从长远减少抄表人员以及统