物联网技术第五章-应用层 PPT课件

第五章应用层 张光河Email guanghezhang Website 1 2 大纲 智能电网智能交通智能物流智能环境监测 3 智能电网 电力系统是由发电 输电 变电 配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统 电力网络为电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分 输电 变电和配电 4 核心内涵 智能电网的核心内涵是实现电网的信息化 数字化 自动化和互动化 5 9大特征 电网自愈用户交互设备兼容质量管理系统安全信息集成管理优化资产优化市场协调 6 各国智能电网 美国的智能电网主要在配网层 特别强调的是用电智能化 智能电表系统的构建是重中之重 欧洲的智能电网主要强调分布式能源的接入 包括新能源和储能系统的使用 电力电子技术的发展是关键 中国的智能电网覆盖面更为全面 是调度 发电 输电 变电 配电 用电六大环节的整体升级 7 并网发电 8 并网发电 9 输变电检测与控制 长期以来我国电力系统采用定期检修方式 状态检修 即根据设备运行状态决定检修时机 可以克服定期维修的局限性 提高检修的针对性 在线监测技术 实时检测设备运行状态 是物联网在电网系统中的重要应用 是状态检修的基础 油色谱在线监测系统是集控制 测量分析技术于一体的精密设备 10 配用电管理 配用电管理的目标是节省电能的无效开销 电能表是电能计量的法定计量器具 分为机械表和电子表两大类 用电子表代替机械表 载波通信是主流发展方向 也是节省开销的重要环节 11 实时电力调度 实时电网调度自动化系统是一个总称 由于各个电网的具体情况不同 可以采用不同规格 不同档次 不同功能的电网调度自动化系统 智能调度是物联网技术的又一重要应用 理想的智能调度与现有的调度自动化相比有六大特点 数字化 集成化 网络化 标准化 市场化 智能化 12 电网安全 传感器网络作为智能电网末梢信息感知不可或缺的基础环节 在电力系统中有广阔的应用空间 传感器网络在安全监控领域的应用可以更高效的保护电网的安全 如在部署杆塔和防护线路解决线路故障问题的同时 通过在线路上配置传感设备检测线路的实时情况保证设备安全和电到位等 13 智能电网的未来发展方向 更加深入的环境感知 设备嵌入包含其信息的可识别智能芯片 并利用无线 有线技术 对各设备进行联网 从而实现全面的在线监控 更加全面的信息互通 物联网技术可将供电方 输配电管理方及电力用户有效连结 并通过互联网技术 实现电网系统中各参与者间的信息交换与共享 使分布式电网系统成为可能 更加智能的电网建设 基于互联网技术而建设的智能电网体系 可实现从能源接入 输配电管理 安全监控 继电保护到用户计费计量的全过程智能化网络化控制 14 智能电网规划 2010年2015年2020年 15 2010年 两纵两横 特高压交流后续工程开工建设 跨区直流工程投产规模达到1290万千瓦 配电网建设加大投入 智能化试点工程按期建成 关键技术研究 设备研制和标准制定取得新进展 16 2015年 以特高压为核心的坚强国家电网初步形成 电网的信息化 自动化 互动化水平明显提升 满足大规模可再生能源接入和输送智能电能表广泛应用 电动汽车充放电站布局基本满足需要 17 2020年 形成以 三华 特高压同步电网为受端 东北特高压 西北750千伏电网为送端 联接各大煤 水 核电 大型可再生能源基地的电网结构特高压及跨区电网输送能力满足各大能源基地接入和负荷中心用电需求 18 智能交通 智能交通系统 IntelligentTransportationSystems ITS 通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息 通讯技术来提高交通运输系统的安全性 可管理性 运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响 19 智慧交通的特征 环保的交通 大幅降低温室气体和其他各种污染物的排放量以及能源的消耗 便捷的交通 通过泛在移动通信提供最佳路线信息和一次性支付各种方式的交通费用等服务 改善旅客体验 安全的交通 实时检测危险 事故并及时通知相关部门 高效的交通 实时进行跨网络交通数据分析和预测 优化交通调度和管理 最大化交通流量 可视的交通 将所有公共交通车辆和私家车整合到统一的数据管理 提供单个网络状态视图 可预测的交通 持续进行数据分析和建模 改善交通流量和基础设施规划 20 智能交通中关键技术 无线通讯计算技术感知技术视频车辆监测全球定位系统GPS探测车辆和设备不停车收费系统 21 无线通讯 短距离无线通信可使用IEEE802 11系列协议来实现 其中美国智能交通协会以及美国交通部主推WAVE和DSRC两套标准 长距离无线通信方案通过基础设施网络实现 如WiMAX GSM 3G 22 计算技术 未来车辆将配备数量更少但功能更为强大的处理器 新的嵌入式系统平台将支持更加复杂的软件应用 包括基于模型的过程控制 人工智能和普适计算 其中人工智能技术的广泛应用将有望为智能交通系统带来质的飞跃 23 感知技术 交通基础设施中的传感器嵌入在道路或者道路周边设施例如建筑之中 车辆感知系统包括了部署道路基础设施至车辆以及车辆至道路基础设施的电子信标来进行识别通信 同时利用闭路电视技术和车牌号码自动识别技术对热点区域的可疑车辆进行持续监控 24 视频车辆监测 利用视频摄像设备进行交通流量计量和事故检测属于车辆监测的范畴 25 全球定位系统GPS 车载嵌入式GPS接收器能接收多个不同卫星的信号并计算车辆当前位置 定位误差一般是几米 由于GPS信号接收需要车辆具有卫星的视野 因此该技术在城市中心区域可能由于建筑物遮挡而受限 26 探测车辆和设备 探测车辆通常是出租车或政府所有的车辆 需配备无线通信设备 探测车辆向交通运营管理中心汇报其速度和位置 管理中心整合分析得到广大范围内的交通流量情况以检测交通堵塞的位置 27 不停车收费系统 电子收费 Electronictollcollection ETC 系统能够在车辆以正常速度驶过收费站的时候自动收取费用 降低了收费站附近产生交通拥堵的概率 之前大部分电子收费系统都基于使用私有通讯协议的车载无线通讯设备 目前很多国际组织希望将此类协议标准化 28 实例 挪威ETC系统应用德国ETC系统应用新加坡ETC系统应用法国ETC系统应用 29 挪威ETC系统应用 挪威政府启用AUTOPASS项目实现 开放式收费 采用DSRC技术对车辆进行识别 并利用视频图像抓拍技术对没有安装电子标签或电子标签非法的车辆事后追讨通行费 电子收费车道上安装有DSRC读写设备和摄像机 省略了传统的交通灯 收费显示牌和栏杆等装置 车辆通过速度可达60公里 小时 30 德国ETC系统应用 德国高速公路启用卫星卡车收费系统 几十万辆卡车装置了车上记录器 OBU 这种记录器能够记录卡车行驶情况与自动缴费 需要依赖卫星才能运作 该系统部署了300个高架控制桥的红外线监视系统 阅读车牌号码 同时有大量带有监视器和装置电脑的监控车来回巡逻 31 新加坡ETC系统应用 新加坡的城市道路电子动态收费系统 ElectronicRoadPricing ERP 是专门的小范围无线信息系统 包括三个主要组成部分 车载单元 ERP显示牌 和控制中心 32 法国ETC系统应用 由于道路基础设施往往由不同的公司运营 各家公司之间的电子标签和收费系统往往并不通用 因此各大公司开始协商在所有的高速公路路网上提供统一服务 即 一卡通 收费的可能性 一卡通 系统的技术考虑包括国际标准的制定 服务车型的选择 发票的出具 交易的组织 如何利用和改建现有的收费站点以及成本的控制 33 实时交通信息服务简介 实时的交通信息服务是智能交通系统最重要的应用之一 能够为驾驶员提供实时的信息例如交通线路 交通拥堵可能造成的时间延误 交通事故 安全提示 天气情况 前方道路修整工程等 34 实时的交通信息服务组成 提供实时的交通信息服务包括三个主要的组成部分 信息的收集 信息的处理以及信息的散布 每一个部分都需要不同的平台和技术设备支持 35 智能交通系统应用 智能交通系统还可以为乘客提供进一步的信息服务 例如车内的Internet访问服务以及音乐电影的下载和在线观看 目前美国的车辆当中已经越来越普遍的配备了信息设备 2009年已经有28 的车辆携带有各类先进的信息设备 分析家预计到2012年这一比例可达到40 36 智能交通管理 智能交通管理主要包括交通控制设备例如交通信号 匝道流量控制和公路上的动态交通信息牌 为司机提供实时的交通流量和公路状态信息 同时一个城市或者一个省份交通管理中心需要得到整个地区的交通流量状况以便及时检测事故 危险天气事件或其它对车道具有潜在威胁的因素 37 流量控制技术 自适应的交通信号控制技术能够对交通信号进行动态控制 智能调整信号开关的时间 如果交通信号装置能够检测到等待车辆的信息或者车辆能够与信号装置通信将此信息发送给信号装置 我们就能够优化交通信号的时间控制方案 并提高道路的交通流量 缓解交通拥堵状况 智能的匝道流量控制也能够为交通管理带来巨大收益 大概有20个美国的大城市已经使用各种形式的匝道流量控制技术 38 智能物流 物流的定义发展阶段智能物流简介应用实例 39 物流的定义 物流 Logistics 是满足顾客需要为目的 从物品的源点到最终消费点 为有效的物品流通和存储 服务及相关信息而进行企划 执行和控制的过程 40 物流发展阶段 粗放型物流 20世纪50 70年代 系统化物流 20世纪70 80年代 电子化物流 20世纪80年代 20世纪末 物联化物流 21世纪初 41 粗放型物流 背景 二战后世界经济迅速复苏特点 大型零售企业涌现大量生产 大量消费缺点 库存量大 效率低下 缺乏部门间配合 42 系统化物流 起因 物流成为一门综合型科学企业开始注重物流的成本和效益新型物流技术实时生产系统集装箱技术新型物流业务航空快递 43 电子化物流 现代物流的开始关键技术EDI条形码典型应用UPS世界港 WorldPort 44 现代物流面临的问题 互联互通不充分标准难以统一 发展滞后网络与设备的异构 信息共享不充分感知不及时 不彻底缺少实时感知手段信息采集手段单一 采集的信息种类有限缺少智慧型计算支持与服务应用程度低协同性不足 45 智能物流简介 发展契机物联网特点精准化 成本最小化 零浪费智能化 软件智能化 设备及网络智能化协同化 资金流 物流 信息流三流合一 46 美军的RF ITV系统 海湾战争中美军后勤部门的问题缺乏有效准确的物流管理 效率低下物资堆放无序 浪费严重解决方案 在运物资可视化In TransitAssetVisibility准确定位 减少堆积 及时递送帮助决策 把握态势合理供应 优化采购配给方案 47 RF ITV关键技术 联合全资产可视化系统 JTAV RFID标签大量运用主动式标签 传感器标签全球化读写识别设备部署架构 GlobalInterrogatorInfrastructure 国际运输信息跟踪系统 InternationalTransportationInformationTracking 48 智能环境监测 环境监测的概念 49 环境监测的概念 环境监测宗旨 检测状态参数 跟踪质量变化 确定质量水平环境监测目标 为环境管理 污染治理 防灾减灾等工作提供基础信息 方法指引和质量保证 环境监测的对象 自然因素 人为因素 污染危害环境的其他因素 以及生物 生态的变化 50 环境监测的发展 基于经验的观察由自然因素认识自然规律 反映自然规律不全面 不准确 不客观 系统科学的监测50年代 对污染严重地点的被动监测 70年代 监测范围延伸为包含其他物理因素的离散测量 自动监测电子计算机控制和辅助处理 监测环境有广度 有频度 有深度 无线传感器网络 51 大鸭岛实验 加州大学伯克利分校2002年美国大鸭岛 GreatDuckIsland 32个MICA节点数据采集内容 温度 湿度 光照和大气压力监测目的 持续监测海燕在繁殖季节的习性 收集相关环境数据供动物学家分析 52 厄瓜多尔活火山 哈佛大学2004年厄瓜多尔活火山周围16个节点19天捕捉229次地震 火山爆发和其他地震波事件 数据采集内容 100赫兹频率持续采集地震波和声波强度等 监测目的 对高频数据采集过程中传输可靠性 数据验证和校准等问题的探索 53 阿尔卑斯山 瑞士巴塞尔大学 苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院2006年瑞士阿尔卑斯山数据采集内容 气候状况 地质结构和地表环境 监测目的 研究气候对环境造成的影响 提前预测雪崩 山体滑坡等自然灾害 54 森林生态物联网 应用目标 对以森林生态为中心的地球环境进行长期大规模监测 单位 清华大学香港科技大学西安交通大学浙江农林大学组成 无线传感器网络车载网移动3G互联网 55 森林生态物联网应用背景 应对全球气候变化和保持自然生态平衡 2005年2月16日 京都议定书 正式生效 明确提出通过森林等生态系统的有效管理提高固碳潜力 可以抵消碳减排份额 确