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物联网技术在楼宇智能化系统中的应用 作者： 日期：2 物联网技术在楼宇智能化系统中的应用【摘要】物联网因其能实现实时采集任何需要监控、连接、互动的楼宇智能化实体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，在楼宇智能化技术中具备广阔的前景。本文介绍了物联网技术的概况，在楼宇智能化系统中的发展和未来，分析了目前存在且需要解决的一些问题。【关键词】物联网、楼宇智能化、互联网、感知、传感。1. 物联网应用的必然趋势 物联网能将无处不在的末端设备和设施, 通过各种无线、有线的或长或短距离的通讯网络实现互联互通, 在内网(Intranet)、专网(Ex tranet)或互联网(Internet)环境下, 采用适当的信息安全保障机制, 提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能, 实现对万物的高效、节能、安全、环保 的管、控、营一体化。融现代建筑技术与通信网络技术等高科技于一体的智能建筑悄然兴起, 智能大厦、智能小区已经遍布世界各地, 其发展势头十分迅猛。而目前方兴未艾的物联网技术因其各种特性, 引入到楼宇智能化技术中, 必将是一个重要的发展方向。2. 物联网技术原理2.1 物联网的定义物联网的英文名称叫The Internet of things。顾名思义, 物联网就是物物相连的互联网 。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网, 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任何物体与物体之间, 进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是: 通过射频识别( RF ID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备, 按约定的协议, 把任何物体与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2.2 物联网的原理物联网中非常重要的技术是射频识别（RFID）技术。RFID是射频识别（Radio Frequency Identification）技术英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。 而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。互联网, 即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。兴起于上世纪90年代, 目前仍以计算机设备的互联为主, 但已经有许多手机等终端设备实现了这一网络。互联网使用的TCP/IP协议目前已经面临地址资源枯竭的难题, 目前使用的IPv4版本采用32位二进制数定义地址, 虽然总数能达到约43亿, 但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求, 因此IPv6版本应运而生,IPv6采用128位定义地址，可以提供的地址数量大幅度增加。理论上讲, 可以为地球上每粒沙子分配一个IP 地址,客观上为物联网的广泛应用提供了可能。在互联网的基础上，任何的物，可以通过嵌入不同复杂程度的智能芯片,实现互相之间的信息交换。物，可能是运动或需要方便改变方位的对象, 如运行中汽车、跟随父母的儿童、信件、包裹等; 也有许多处于固定状态的对象, 如需要监控的门窗, 检测火险的烟雾传感器等, 因为工程条件、外观、成本等各方面的因素, 不宜采用有线连接的方式接入互联网。所以,物接入互联网的主要途径是无线方式。植入到物中间的智能芯片需要实现的功能包括: 物的标识、传感器信号的处理、底层物理通道的建立、信息交换、数据计算、数据处理、控制输出等。在这些功能中, 为实现物物互联, 最基础性的是传感技术(智能感知), 所以物联网又称为传感网。 物联网可分为三层: 感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官, 识别物体, 采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、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。网络层是物联网的神经中枢和大脑, 传递和处理信息。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。应用层是物联网的社会分工与行业需求结合, 实现广泛智能化。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, 这类似于人的社会分工, 最终构成人类社会。2.3 物联网应用物联网是互联网的应用拓展,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心是物联网发展的灵魂,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。置身信息化革命的浪潮,物联网是信息技术移动化的一个具体应用。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把物联网感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道、办公和家用器具等各种物体中,然后将物联网与现有的互联网整合起来, 实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群, 能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施的管理和控制, 在此基础上,人类可以实现无所不在的计算和网络,以更加精细和动态的方式管理生产和生活,管理未来的城市,达到智慧状态,提高资源利用率和生产力水平, 改善人与自然间的关系。毫无疑问,如果物联网时代来临,人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而,不谈什么隐私权和辐射问题,单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向物联网时代，但这个过程可能需要很长一段时间。尽管如此,不管是国内还是国外,目前已经产生了一些成熟和先进的应用案例,如在门、窗、墙体上安装物联网传感器,计算机系统对这些传感器获取的图像、声音、温度、压力、振动、红外线等信息进行综合处理分析,分辨出爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物, 多种传感手段组成一个协同系统后,可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。这一传感网防入侵系统 ,目前已经应用在上海浦东国际机场和上海世博会,并计划推广到全国民用机场，由此可知, 基于物联网的特点, 它将会在楼宇智能化方面最先得到普及应用。3. 物联网特色的智能建筑系统下图是智能建筑系统的方框图:图1 系统方框图3.1. 系统组成3.1.1. 楼宇设备自动化系统( BAS) 楼宇设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国的行业标准,BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。一般,这两个子系统应统一组织,以便在发生灾情时,能够按照约定实现操作转移,进行一体化的协调控制。BAS的功能有:1) 自动监视并控制各种机电设备的启停,显示或打印当前的运行状态。如冷水机组正在运行时,冷却泵出现故障,备用泵自动投入等。2) 自动检测、显示、打印各种设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。如温度、湿度、压差、流量、电压、电流、用电量等, 当参数超过正常范围时,自动实现越限报警。3) 根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备,使之始终运行在最佳状态。如空调设备根据气候变化,室内人员的多少自动调节,自动优化到既节约能源有感觉舒适的最佳状态。4) 检测并及时处理各种意外、突发事件。如检测到停电、煤气泄露等偶然事故时, 可按预先编制好的程序迅速进行处理, 避免事态扩大。5) 实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。如火灾发生时, 不仅仅是消防系统立即启动投入运行, 而且整个大楼内所有有关系统都将自动转换工作方式、系统工作: 供配电系统立即切断普通电源, 确保消防电源; 空调系统自动停止通风, 启动排烟风机; 电梯系统自动停止使用普通电梯并将其降至底层, 自动启动消防电梯; 照明系统自动接通事故照明、避难引导灯; 广播系统自动转入紧急广播、指挥安全疏散等。整个建筑设备自动化系统将自动实现一体化协调运转, 以使火灾的损失降到最小。6) 能源管理。自动对水、电、燃气等的计量与收费, 实现能源管理自动化。7) 设备管理。包括设备档案管理、设备运行报表和设备维修管理等。3.1.2. 通信网络自动化系统( CNS) 通信网络自动化系统是保证建筑物内语音、数据、图像传输的基础, 同时与外部通信网(如电话公网、数据网、计算机网、卫星以及广电网)相连, 与世界各地互通信息。通信网络系统的设计应满足楼宇设备自动化系统和办公自动化系统的要求, 并能适应现代通信网向数字化、智能化、宽带化及个人化发展的趋势, 向使用者提供快捷、有效、安全及可靠的信息通信服务。3.1.3. 办公自动化系统( OAS) 办公自动化系统利用计算机网络技术使信息以数字化的形式在系统中存储和流动, 并通过软件系统管理各种设备自动地按照协议配合工作, 使办公人员尽可能充分地利用信息资源, 改善工作效率和质量, 提高管理和决策的科学化水平。OA包括电子数据处理(EDP)、信息系统管理(MIS)、决策支持(DSS)等子系统。3.1.4. 住宅小区智能化系统住宅小区智能化系统具有以下的一些功能特征:1) 住宅内部具备完善的、综合了安保防灾措施与生活服务的智能控制器。2) 住宅小区与社会之间具有高度的信息交互能力。3) 小区内部具有完善的安保措施、全面的公用设施监控管理和信息化的社区服务管理。4) 为小区内住户提供多媒体的多种信息服务。 总之, 智能住宅小区综合运用了计算机技术、通信技术、控制技术等, 是由家庭智能控制系统、通信接入网、小区安全防范系统、小区物业管理服务系统和小区综合信息服务系统来支持实现的。3.2. 目前存在的问题 目前, 国内通用的楼宇智能系统大多是通过多个独立的子系统来满足智能化的要求。每个子系统各自为政,有独立的传感器、独立的控制器, 甚至后台的管理系统都是独立的, 缺乏总体集成的概念和系统发展的考虑。 如此自然带来了以下若干问题:1) 初期建设成本高, 因为每个系统的部件都不能共享, 不能融合, 必然导致整体建设成本居高不下。在各个子系统的建设过程中, 厂商们习惯从各自利益出发, 在接口上互相扯皮, 容易耽误工期。施工工期长,工程造价高, 各个子系统采用不同的布线和施工方案, 布线一般采用有线形式, 重复布线与重复施工, 使得施工量加大, 施工工期延长; 各系统协同工作及其相互联动变得更加困难, 并且都需通过后期定制软件来完成, 使得调试周期延长。整合困难, 难以实现真正的智能化。不同供应商的产品如门禁、报警、空调、智能照明、一卡通等系统进行系统集成时, 由于没有开放的协议, 没有统一的接口和数据库, 使得技术协调变得困难, 甚至无法达到用户的智能化要求。2) 管理及维护成本高, 因为每个系统都要不同的人员去管理, 需要不同的技能, 所以在管理方面, 会带来许多额外的开销; 每个子系统都得单独维护系统, 不能统一远程校调、维护。系统维护困难, 使用成本高。不同厂家的设备使用不同的通讯总线和通讯协议, 系统及设备相互兼容性差;各家使用不同的布线方案, 不但造成重复布线施工的材料浪费, 而且还使得系统之间的联动、数据资源共享等用户的人性化操作需求的实现变得困难或难以实现, 并增加了系统的使用和维护成本。3) 系统扩展性降低, 使用不方便。 用户在后期要增加新的子系统及设备, 需重新进行布线施工和调试系统, 扩展性降低; 用户需学习各个系统的不同的使用方法及进入运行多个不同的软件, 系统的联动及关联操作需在每个系统重复设置, 使用极不方便。软件定制集成, 不可靠难实时。弱电各子系统之间的联动需要专门定制, 信息需经过交换机等商用级网络路由, 再通过WINDWOS等软件平台交换信息, 环节多, 易受病毒、软件可靠性等影响, 很难实时靠地进行多系统联动。3.3. 物联网特色的楼宇智能化系统 物联网技术的引入, 将使楼宇智能化系统发生根本性的改变, 表现在如下几个方面:1) 作为管控对象的物本身更加智能化。物内部被植入智能芯片, 使得其功能发生质的飞跃, 具备前所未有的感知功能。如普通的传感器智能接收信息, 对信息进行简单的变换, 而带智能芯片的传感器, 能对信息进行复杂的计算处理, 并自行作出一些动作。2) 任何作为物的对象都可以列为管控的目标。以RF ID作为基本技术支撑, 任何物品、动植物、人理论上都可以根据需要, 通过贴上电子标签 、植入芯片等, 称为物联网的组成部分之一。3) 充分发挥物联网开放性的基本特点。传统的楼宇智能化系统是自成一体的独立封闭的系统, 而物联网是开放的, 具有无限扩展性和连通性。采用这一技术, 可以在世界上具备互联网接入条件的任一地点, 与自己的物联网相连, 实现信息交互功能。4) 工程建设更加简易。物联网采用互联网技术, 而目前互联网已经是最成熟、应用最为广泛的网络技术, 其底层连接方式灵活多样, 各家公司的不同产品只要遵循共同的标准即可实现互联互通。最高层的应用也丰富多彩, 各种软硬件应用已经瀚如烟海, 开发人员具备成熟的技术积累, 终端用户能享受到各种便利。5) 功能更加强大和细致, 让生活更加舒适, 人与自然更加和谐。4. 面临和有待解决的问题 物联网技术目前还处于刚开始应用的初级阶段, 但有些问题已经浮出水面, 主要有:1) 安全性问题。目前的网络上的各种病毒、木马攻击已经非常普遍, 物联网的安全问题将非常突出, 应建立一系列可靠的安全防范机制和技术措施。2) 技术标准问题。现在物联网发展产业还处于初级阶段, 还存在着各种问题, 比如行业标准和核心技术推广, 缺乏协调统一, 技术标准繁杂严重阻碍它的发展。可喜的是中国物联网标准联合工作组已经于2010年6月8日在北京成立。物联网标准联合工作组由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会等19家相关标准化组织发起成立, 还包括12家观察员单位。联合工作组的成立, 将改变各自为战、互不兼容的局面, 强化顶层设计和统筹协调, 加快建设资源共享、互联互通、统一规范的物联网标准体系。5. 结束语物联网技术已经受到广泛的重视, 被提高到国家战略的高度, 同时也被认为是继计算机、互联网之后, 世界信息产业的第三次浪潮和新经济增长的引擎。尽管它的应用还处在刚开始的初级阶段, 但在智能楼宇方面却已经初见成效。物联网技术有助于建立一个更加安全、舒适、和谐的人居环境, 具有良好的发展前景。参考文献1 作者：沈瑞珠, 杨连武. 楼宇