山东省无线城市示范工程

1、山东省无线城市示范工程推荐表项目名称：济南市数字市政系统申报单位：（公章） 济南市市政公用数字化管理中心地址及邮编：济南市市中区纬五路68号6楼（250021）法定代表人：郑 超 单位传真：053182595557 联系人及手机：史勇明 填报日期：2012年1月6日 山东省经济和信息化委员会印制一、项目概述随着城市化进程的加快,市政公用基础设施建设发展迅速，基础设施管理和维护难度加大，人民群众日益增长的社会需求也对市政公用事业的安全保障能力和服务水平提出了更高的要求。市政公用行业管理者充分认识到迫切需要采用现代化的手段和技术，对基础设施的运行情况进行实时监测和监管，为

2、市政公用事业的规划、建设、管理与服务提供可靠依据，全力提高市政公用事业保障能力，促进城市建设以快速、安全、高质量进行。目前，市政公用事业信息化已经取得了一定的成绩，但从总体上看，市政信息化建设基础仍较为薄弱，存在设施数据无法实时采集、设施数据传输技术落后、无法对路灯进行智能遥控、移动办公及应急抢险指挥能力较弱等问题，与人民群众日益增长的社会需求相比存在较大差距。由于缺乏无线传输技术的支持，许多事故和险情不能被及时感知并实时传输到相关管理部门，城市运行安全存在诸多隐患。如燃气泄漏，供水管网爆管现象的发生严重威胁了人民群众的人身、财产安全。因此在数字市政建设过程中，运用无线技术加强对城市基础设施的

3、实时监测和监管水平，已经成为了济南市市政公用行业的迫切需要。数字化市政管理范围包括城市供水、燃气、供热、排水、道桥、路灯、水质监测、防汛等，几乎涵盖了城市市政管理的所有方面。伴随着全球信息技术和无线网络的高速发展，采用无线技术实时监测和监管市政基础设施、进行无线移动办公已经成为了一种趋势。市政公用数字化管理中心在局党委的领导下，根据市政公用各行业的实际情况，不断探索无线网络的运用方式，为数字市政建设量身定制无线网络具体的使用方案，以保证数字市政建设的科学性、先进性和创新性。数字市政无线遥控采用先进的GPS定位技术，利用GPRS、3G、CDMA等作为传输网络，实现SCADA数据采集、远程巡查、路

4、灯遥控、供水和供气远程抄表、防汛PDA等功能，从而减少了人力、物力方面的投入，节约了资源。全面提升了市政公用各行业单位的信息化水平，以信息化带动企业现代化。二、项目的目标和任务数字市政的总体建设目标是：以城市市政公用基础设施为对象，采用无线传输、数据仓库、分布式计算、GIS等技术，组织和建立数据资源目录，构建市政资源数据管理体系，为市政公用局及所属单位信息共享提供支撑环境，最终实现信息资源共享和业务沟通；利用无线技术、物联网技术对市政各行业设施运行进行实时监测和监控，同时将分布在各专项业务系统的独立运行运营的业务数据按照统一的数据标准和业务流程规则，集成汇总到市政公用局统一数据仓库中，有效管理

5、并动态集成城市市政运行运营数据；通过对各种基础空间数据、综合地下管网数据、地上市政设施数据以及各行业运行运营数据的综合分析，建设综合监管平台，全面监督系统的运行情况，从而对一些特殊、突发、应急和重要事件做出快速、有序、高效的反应；同时建立和完善统一的数据管理、信息交换与维护更新的标准规范，并在标准的框架下整合和新建市政公用各项业务管理系统，全面提升市政公用系统信息化管理水平。济南市市政公用数字化管理中心所建设的数字市政是对济南市市政公用行业进行监测监管的最新成果。该成果利用GPRS、3G、CDMA等作为无线传输网络，将数据传输到中心数据库，完成分析与计量等工作。数字市政中的无线传输应该主要具有

6、以下几个功能：（1）SCADA数据采集SCADA系统可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统所采集的数据通过GPRS通信方式，传输给监测中心，从而实现了对供水、供气等行业的监测监管。（2）移动办公将原有的OA办公自动化系统中的公文、公告、通知、新闻、通讯录和站内邮件等功能迁移到手机上处理，使工作人员可以随时随地进行掌上办公。（3）PDA远程巡查巡查人员配备移动PDA巡查终端，对管网、调压站、阀门井、引入管等部位的检查，当发现有异常状况时，可以及时通过PDA终端内嵌的巡查系统向中心发出设备故障通知，内容包含具体地点、故

7、障简单情况描述、图片等信息。（4）远程抄表每栋楼设置一个集线器，通过有线或者无线的方式收集该栋楼基表的数据，并通过无线方式传输给小区管理机。小区管理机再通过无线方式传输给管理中心，从而完成抄表功能。（5）遥控手持移动终端发出的指令先经过无线信号传输到监控中心，再由监控中心经过电缆将关闭指令传递给该处路灯的单灯控制器实现关闭或开启功能。通过此种方式可以有效地实现对每一盏灯的控制，避免实行“隔灯亮”后路面照度均匀度不达标情况。（6）视频信息无线采集在河道、低洼地区、高架桥等地区安装视频，有效地对重点地区进行监视，为防汛等应急指挥提供支撑。视频信息以无线的方式稳定、可靠地传输到中心的视频服务器上，减

8、少布线等方面的投资。三、现有工作基础与优势项目申报单位为济南市市政公用数字化管理中心，主要参与单位为山东泰华电讯有限责任公司，申报单位和主要参与单位的主要工作基础与优势情况如下：3.1申报单位概况济南市市政公用数字化管理中心为市市政公用局所属财政拨款正处级事业单位。中心内设综合科、技术科、监控科、热线受理科和应急管理科。财务状况良好。3.2申报单位管理水平郑超，男，49岁，本科，山东省科技干部大学，1995年毕业，济南市市政公用事业局办公室调研员、济南市12319热线服务中心主任，主要科技成果：主持的济南市12319热线坐席系统获2009年度山东省计算机应用优秀成果二等奖、济南市道路通行能力研

9、究获济南市科技进步三等奖、济南市居民出行调查获济南市科技进步三等奖。王彦，女，34岁，本科，南京理工大学，2001年7月毕业，济南市12319热线服务中心，副主任，主要科研成果：参与12319热线升级、OA系统和工单系统的研发。史勇明，男，33岁，2009年6月30日毕业于山东大学，工程硕士，现任济南市12319热线技术科副科长，信息系统项目管理师（高级职称）和信息系统监理师（中级职称），参与了12319热线筹建和升级、城市防汛视频会商、数字市政等工程项目建设，独立开发完成了公交调度信息及站点流水查询系统、班次统计及线路运行动画演示软件、第一届局运动会管理软件，积累了大量的项目管理和开发经验。

10、另有5名计算机相关专业硕士研究生，从事信息化建设工作。3.3申报单位技术水平济南市市政公用数字化管理中心拥有职工总数89人，其中，高级职称1人、硕士6人、从事科技活动人员12人、研发人员10人。济南市市政公用数字化管理中心在市政公用事业局党委领导下，一直践行“民生为先、服务为本”的理念，不断进行创新，并促进科技成果转化。中心所研发的12319热线系统，提供24小时不间断电话接听服务，满足了济南市城区范围内的供水、供气、供热、路桥、河道、路灯、排水、城市防汛、节水、供水水质等方面的群众诉求的要求。正在建设的数字市政系统是充分利用GIS技术、通讯技术、数据库技术、物联网技术的最新成果，高起点建设的

11、对全市供水、燃气、供热、排水、路灯等地下管线、道路桥梁等市政公用设施状况进行监测的综合信息系统。系统集数据管理、动态监控、指挥调度、信息发布、便民服务等功能于一体，建成运行后将为我市市政基础设施建设与管理提供一个高度精密的“仪表盘”，可对城市地下空间设施及运行情况做到一目了然，并通过市政公用基础设施资源平台、运行运营数据集成平台、地理信息平台以及综合监督管理指挥决策平台作用的发挥，全面提高我市市政公用设施安全保障、应急指挥和服务管理能力与水平。3.4申报单位行业优势济南市市政公用数字化管理中心长期以来不断创新，并注重科研成果产品转化，具有以下技术优势（1）市政行业一体化：基于SOA架构，采用“

12、市政行业一体化”设计思想和层级结构设计方法，实现统一标准和平台的“市政大系统”建设目标，避免市政各行业重复投资，大幅度降低建设成本。（2）运行监控立体化：利用IS、SCADA技术，将城市市政设施运行状态监控从地上到地下“立体化”全面覆盖，实现市政基础设施全方位的数字化和智能化管理。（3）多源异构数据集成和共享：采用EAI和EDI技术，构建数据集成平台和数据交换平台，实现多行业多源异构数据的集成和交换共享，并形成市政行业共建共享机制。（4）物联网服务民生：将物联网技术大规模应用于市政行业运行管理，构建预警监控网络和服务质量监测网络，体现“民生为先，服务为本”的管理理念。在服务质量方面，济南数字市

13、政项目以市政的安全、服务、管理为中心，设计公共服务平台总体框架，提高了服务水平，具体体现在以下几个方面：（1）供水在线监测预警系统是公共服务监管平台的重要组成部分，通过系统的建设，加强供水过程的智能监控和管理水平，加强水质监控，增强应急处理能力，从而提高整个过程的供水水平和安全水平。通过系统分析提供满足用水需求的日常调度方案，保障用户的用水量、水压、水质等，保障安全供水；通过智能调度系统供水量的预测，并整合自控系统监测的数据，产生控制整体经济上的最优的方案，从而有效的降低供水成本。（2）燃气安全监测预警系统通过建设本质安全、高稳定性和可靠性的燃气在线监测系统，提供实时掌握燃气管网的运行状态，获

14、取管网中各个监测点的燃气浓度、压力和流量实时情况。实现对城市燃气管网中实时运行状态的进行全天候和全时段的自动化监测，实现燃气泄漏监测的及时性和准确性，节省日常巡检所耗费的人力物力，提高工作人员的安全性；（3）供热在线监测系统结合国家供热分户计量改革，建立分户计量远程采集、二次网供热控制及热网管理调度模块，实现供热运行的实时监测、热能效率分析、智能调度，达到节能减耗的目标。分别对换热站运行参数、楼栋计量数据、用热用户计量数据进行采集，实现不同厂家热计量设备的数据采集和换热站自控系统的集成。（4）城市照明监控系统采用国际上最新的城市照明智能控制和节能管理技术，结合城市地图地理信息GIS技术，对城市

15、照明设施进行线控、点控、点测等多种科学有效的控制管理，实现“五遥”（遥测、遥控、遥信、遥视、遥调）及单灯节能控制以节约电能和提高工作效率，建立起一个连接整个城市路灯照明设备网络的无线通信平台、资源管理平台与控制管理平台，全面提高城市照明综合控制管理的效率，提高系统整体的社会效益、管理效益、经济效益和环保效益。该系统系合作单位自主创新的产品，并获得了多项国家发明专利，填补了国内空白，居世界领先水平。从用户的实际使用效果来看，综合节电率可达30%-50%。单灯节能管理系统也入选山东省重点节能技术产品和设备推广目录第一批名录。济南市市政公用数字化管理中心先后承担了住建部住房和城乡建设部2011年科学

16、技术项目计划，济南市科技局济南市自主创新产业化重大专项等项目，中心负责建设的数字市政项目，已在济南市发改委立项。该系统是充分利用GIS技术、通讯技术、数据库技术、物联网技术的最新成果，高起点建设的对全市供水、燃气、供热、排水、路灯等地下管线、道路桥梁等市政公用设施状况进行监测的综合信息系统。系统集数据管理、动态监控、指挥调度、信息发布、便民服务等功能于一体，建成运行后将为我市市政基础设施建设与管理提供一个高度精密的“仪表盘”，可对城市地下空间设施及运行情况做到一目了然，并通过市政公用基础设施资源平台、运行运营数据集成平台、地理信息平台以及综合监督管理指挥决策平台作用的发挥，全面提高我市市政公用

17、设施安全保障、应急指挥和服务管理能力与水平。3.5合作单位概况山东泰华电讯有限责任公司注册于2002年7月，注册资本金4600万元，是国家高新技术企业、双软认证企业、国家火炬计划骨干企业、国家倍增计划重点企业，中国软件与信息服务“十大领军人物”企业，是国家技术规范编写单位，中国数字城市专委会数字市政学组副组长单位，是济南市企业技术中心，山东省软件工程技术中心和山东省智能照明工程技术研究中心。3.6合作单位管理水平马述杰，公司董事长，清华大学及香港中文大学MBA，高级工程师，政协济南市第十二届委员会委员，济南市工商业联合会副主席，中国软件行业协会评选的2010年度中国软件行业十大领军人物，201

18、0年度“影响济南”十大创业英才，山东科技大学、山东师范大学兼职教授。马述杰先生长期致力于数字城市的理论研究和实践应用，坚持推动山东省及全国范围内数字城市的建设、推广和应用，并取得了丰硕成果，在已经建设的城市中获得了明显的经济效益和社会效益。周永利，技术总监兼公司副总经理，高级工程师，博士研究生，先后获得解放军科技进步三等奖2项、四等奖3项，部级科技成果一等奖1项，省级企业技术创新带头人奖1项，省级计算机应用优秀成果奖二等奖1项、三等奖1项；主持的制造网格MG3C平台研究，在基于制造系统网格技术的制造资源管理和分配领域方面提出了自己的见解和理念，以此为课题撰写的博士论文得到国内外专家的肯定，普遍

19、认为填补国内空白，达到国内领先水平。提出的大中城市数字化城市管理“2+2+1”新型模式，在国内数字化城市管理领域具有全新的创新意义和应用价值，受到国内城市管理专家的一致好评。承担国家标准编撰任务1项，在国内外核心期刊、统计源期刊、国际学术会议上发表论文22篇（其中第一作者20篇，第二作者2篇），EI检索收录4篇，ISTP检索收录5篇。时念武，副主任兼公司副总经理，负责城市智能照明控制业务的研发和营销。Wright State University MBA，曾任浪潮集团CDMA项目推进部部长，卡西欧浪潮通信电子有限公司营业部营销部长。2011年获山东省发明创业奖 优秀奖。刘冰，公司副总经理。博士

20、后学位，计算机应用、地理信息系统应用与开发专业。多次获得国内、省内奖项，并有多部论文发表。郝敬全，公司副总经理。硕士学位，电子与通信工程专业，在中铁十四局工作期间多次获得集团科技进步奖。3.7合作单位技术水平公司现有员工308人,本科以上学历占90%。现有教授3人，副教授5人，博士学位2人，硕士学位28人，拥有一支高素质的以教授、博导、硕士为主，校内外产学研相结合的研究开发力量，先后承担并完成国家、山东省、济南市等多项重大科研项目。2011年4月19日，山东泰华电讯有限责任公司博士后科研工作站正式挂牌。该博士后流动站作为济南高新区博士后科研工作站分站，是由山东泰华电讯有限责任公司与山东大学合作

21、建立，其主旨是为促进博士后流动站与企业的科研合作，推进产、学、研相结合，加强博士后科研人才的培养，推动科研成果产业化。公司以无线技术、GIS（空间地理信息系统）技术和移动互联网应用技术为核心，在数字化市政、数字化城管、数字化国土等领域，已形成30多个具有自主知识产权的大中型平台软件。2009年公司通过CMMI3国际认证，现已按照CMMI4级标准管理软件开发流程。公司配备有先进的开发、试验、检测设备。在长期的产品研发过程中，公司逐步形成了从新产品研发、研制、测试、检验、投入市场的快速运行机制，其中部分产品主导了相关产品市场，保证了公司的高效发展。作为合作单位的泰华电讯有限责任公司是国内较早进入城

22、市信息化领域，以物联网与GIS为核心的数字城市整体解决方案提供商。现为国家高新技术企业、双软认证企业、国家火炬计划骨干企业、国家倍增计划重点企业。公司不断开发创新，并注重与院校和科研机构合作，建立产学研体系，促进科研成果转化。公司现有3个技术研发中心、1个博士后流动站，先后研发的软件产品有专利技术6项，知识产权10项。此外，泰华电讯承担多项省部级以上重大项目，以下为2008年以来主要成绩：1） 通过CMMI Level 3、ISO9001国际质量管理体系认证；2） 2008年认定为济南市企业技术中心，山东省软件工程技术中心，2010年认定为“山东省智能照明工程技术研究中心”；2011年被认定为

23、山东省企业技术中心。3） 承担国家火炬计划项目城市绿色照明节能管理系统，并于2008年被评为国家火炬计划骨干企业；4） 2008年被认定为国家倍增计划重点企业；5） 2010年主持制定行业标准“城市照明智能监控系统技术规范”；6）“TH RTU- *城市绿色照明节能管理系统” 被列为山东省名牌产品，获得科学技术部授予的国家重点新产品；7） 2010年承担山东省自主创新成果转化重大专项项目；8） “市无线路灯单灯控制系统”项目列入2009年度山东省重点技术创新项目；9） 城市照明远程智能控制终端(RTU)通过国家级检测机构认证；10）2011年被认定为山东省节能环保示范企业。11）2011年，“

24、*路灯单灯节能管理系统”获山东省计算机应用优秀成果二等奖3.8合作单位行业优势泰华数字市政，利用无线通信和远近程通讯技术，服务于全市80%以上的企事业单位；深入挖掘各类信息资源，在工作、生产、生活中普及移动信息化，实现各种信息资源的快速传递和共享，为政府、企业、公众提供准确、及时、有效的信息化服务；在产业发展、技术研究、环境建设、信息利用等方面达到国际先进水平。泰华数字市政提供了国内在市政公用行业最完整的数字化解决方案，开辟了城市管理后网格化时代新型核心应用，得到越来越多的城市管理者认可，列为国家住建部、科技部推广产品序列。在市政地下管网及地面设施的资源管理、市政公用安全的预警监测及应急指挥和

25、公共服务产品质量监管等方面，达到国内领先和国际先进水平。公司承建的济南市数字化市政项目，规模投资上亿元，是国家住建部科技示范工程项目。被国家住建部列为“济南模式”，全国推广。四、项目建设总体情况4.1项目实施内容4.1.1技术和系统方案根据对济南市市政公用系统各行业业务现状分析，结合无线传输技术特点，从济南市政公用系统实际出发，无线技术在数字市政中的应用示范具体建设内容主要包含：数字市政安全监控预警系统网络的建设；数字市政服务质量监测监管系统网络的建设；图 1数字市政总体框架图具体建设内容主要包含：建立基于物联网的市政各行业运行安全监控预警网络和市政公用服务质量监测监管网络。通过在城市供水、供

26、气、供热、桥梁、照明、排水等管网和终端布置无线传感网（WSN），建立市政监测网络，利用物联网技术对市政公用各行业(供热、供水、供气、排水)设施运行进行实时监测和监控，实现对整个市政行业的运行安全和服务质量的监管和预警。通过对各种基础空间数据、地下管网数据（供水、排水、供热、供气、路灯）、地上市政设施数据（道路、桥梁、隧道、防汛、路灯、二次供水）和各行业安全监测监控数据与服务质量监测数据的综合分析，建设智能安全监控预警系统和服务质量监管系统，形成有效感知、深度互联、科学智能的创新型市政行业应急指挥体系。；1) 网络技术方案传输层包含传感器网络传输、功能网关和公网传输。传统的传感器网络协议，主要包

27、括ZigBee、Bluetooth、Wife、Can、Modbus等，我们在充分考虑各种协议优势的基础上，研发并采用稳定性更高的工业级协议。1) 节点设计无线传感器网络WSN（Wireless SensorNetwork）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。在传感器网络中，传感器节点具有端节点和路由的功能

28、：一方面实现数据的采集和处理；另一方面实现数据的融合和路由，对本身采集的数据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发路由到网关节点。网关节点往往个数有限，而且常常能量能够得到补充；网关通常使用多种方式（如Internet、卫星或移动通信网络等）与外界通信。而传感器节点数目非常庞大，通常采用不能补充的电池提供能量；传感器节点的能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此，传感器网络主要研究的是传感器网络节点。具体应用不同，传感器网络节点的设计也不尽相同，但是其基本结构是一样的。传感器网络节点一般由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源

29、模块单元4部分组成。传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。因为无线传感器网络大部分是采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换电池非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计的目标之一，尽可能延长无线传感器网络的寿命。由于具体的应用背景不同，目前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的节点包括Mica系列、SensoriaWINS、Toles、AMPS系列、XYZnode、Zabranet等。实际上各平台最主要的区别是采用了不同的处理器、无线通信协

30、议和与应用相关的不同的传感器。常用的无线通信协议有802.11b、802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB和自定义协议；处理器从4位的微控制器到32位ARM内核的高端处理器都有所应用。还有一类节点是用集成了无线模块的单片机，典型的是WiseNet。1、项目采用设计如下：在传感器网络节点设计中，包含有以下几部分：感知节点、路由节点、汇聚节点、网关设备，这些节点中，要求感知节点必须能够感知多种物理量，能够具有低功耗的设计，处理器可以多种多样。路由节点要求有稳定、可靠的路由机制，它的主要功能就是实现信息的路由传输。汇聚节点，主要收集一个局域网内的相关数据，统一将信息进行微处理并转

31、发。网关设备，主要实现不同类型的两个网络数据的共享和传递。（1）采用低功耗、模块化、便携式RFID读写器设计当前常用RFID标准协议有高频ISO14443-A、超高频ISO18000-6C等，对于该终端设计分为两个模块：RFID功能板、终端母板（功能卡载体）。本项目设计主要实现：11、）针对不同协议开发功能模块卡，使不同协议的功能卡具有相同的硬件与软件接口，方便与母板无缝衔接。；2、）从处理速度、功能、功耗等方面考虑，选择一款合适的控制器作为母板CPU，母板主要实现对RFID功能卡数据的处理以及提供用户交互接口。3、）RFID终端母板具有串口，可外接WSN无线通信模块或3G无线模块，终端母板具

32、有小尺寸LCD屏，可显示RFID信息。4、）RFID终端母板具有USB口，也可直接连接计算机。RFID读写器的架构如下图所示：图 2RFID读写器的架构（2）采用低能耗多模可重构节点通过研制多模可重构的智能节点，可以根据需要市政应用的环境和需求，更换不同类型的传感模块，无需或仅需少量的代码改动，即可使传感节点适应不同的市政应用检测需求，。实现节点的智能识别和模块化控制程序的自动更新，使节点达到可重构，解决市政应用中反馈控制的难题。应用多模可重构技术，可以只需更换不同的传感模块，就可以实现供水、供气和供热传感器研制。节点支持可重构控制，在需要更换检测的参数和时间间隔时，可以通过网络直接对节点检测

33、控制程序进行更新。甚至可以向节点烧写数据处理程序，使节点可以根据不同的市政应用特点，进行底层的数据处理。结合多通道多信道融合网关，依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者仪表进行互相关联。主要研究内容为：（1）多模通信模块的研发（2）可重构传感器模块的研发（3）低功耗网络算法及协议（4）节点数据处理算法设计（5）无人工节点程序更新算法设计（6）动态电源管理技术（7）电池感知任务调度技术2、传感器与采集节点通用接口设计传感器信息的输出形式分为两类：数字信号与模拟信号。对于数字信号输出，不同的传感器输出接口不同，有单线式、双线式等多种方式，而采集节点大多只有ADC功能块，功能相对简单，难

34、以直接在无线节点上设计数字接口。本设计方案通过在传感器与无线节点间加入相应中间件，实现无线节点与不同类型传感器相连的目的。只有这样才能减小无线节点的复杂度，降低功耗和成本，通用性也不言而喻。设计主要包括：1、1）设计中间件模块，对这两种信号进行处理，使之输出标准电信号（420mA电流或者15V电压）。2、2）实现采集节点的ADC功能，采用协议，实现ADC功耗控制。3、3）为采集节点实现无线功能，使其能够加入到WSN网络体系中。对于不能使用无线的特殊场合，可以添加低成本的RS485接口，从而实现有线传输。WSN节点包括WSN 无线通信模块和WSN母板两部分组成，WSN无线通信模块集成一个主处理器

35、和RF无线通信电路，实现适合应用的通信协议；WSN母板实现模拟传感信号的数字转换和多种传感器接口。WSN节点架构如下图所示。图 3WSN节点架构、用组成，如图行微处理并转发。低功耗的设计，处理器可以多种多样。（3） WIFI节点设计Wi-Fi模块支持IEEE802.11b/g无线标准支持频率范围：2.4122.484 GHz支持两种无线网络类型：基础网（Infra）和自组网（Adhoc）支持多种安全认证机制：WEP64/WEP128/ TKIP/CCMP(AES)和WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK支持快速联网支持无线漫游支持多种网络协议：TCP/UDP/ICMP/DHCP/DNS/HT

36、TP支持自动和命令两种工作模式支持串口透明传输模式支持AT+控制指令集支持多种参数配置方式：串口/WEB服务器/无线连接32、节点及网络选择（1）节点处理能力在系统应用中，因为传感器的不同，导致传感器输出的形式具有相当大的差异，例如温湿度的采集和图像、视频等的采集，其输出形式将完全不一样，因此为了配合不同传感器工作，将采集的数据进行初步处理和发送，但考虑到处理器性能与成本问题，必须合理有效的选择节点。（2） 节点功耗不同的应用场景，直接影响了传感器节点的供电方式，因此，必须要有能够在多种供电方式下都能稳定工作的节点设计，如市电供电、干电池供电、Li电池供电等。在大部分应用场合，节点的低功耗必须

37、要足够重视，低功耗的策略针对不同应用灵活制定。（3） 自组织局域网络的设计稳定、可靠是传输网络的设计及应用的前提条件，在综合吸收现有通信网络的基础上进行改进，形成更加有效的工业级传输网络。为达到上述目的，我们进行了以下研究和开发：1）基于节能的新型网络无线节点MAC协议开发，优化节点的同步机制，根据网络负载自适应地调整占空比。根据网络中的负载即数据流量的大小，来改变节点处于侦听状态下的时间。灵活调节节点各状态间的转移时间，避免额外的参数传输和开销管理，并有效减少额外的硬件响应时延，实现节点节能40%的目标。2）基于自组织协同认知的网络无线节点与传感器新型路由协议开发，针对互信息量分析不同业务节

38、点和汇聚节点的选择机制开销性能，分析基于扩散计算的选择机制的开销有效性。提出新型的自适应协同认知通信路由协议，以分布式的方式选择并建立传输路径。基于所提出路由协议分析各网络层性能参数，实现网络无线节点与传感器自适应协同认知功能，且使节点的寻址成功率达到99.5%以上。3）基于矩阵优化算法和空间拓扑学，设计更为有效的网络拓扑管理和拓扑控制方案，实现复杂应用环境下的网络动态拓扑信息更新机制和网络智能拓扑建模。在保证一定的连通度和覆盖的前提下,以提高能量使用效率、延长网络生存时间为核心目标,同时兼顾降低网络干扰、避免隐藏终端或暴露终端、提高网络吞吐量的目标，使网络拓扑跟踪识别的及时率提升30%以上。

39、2) 功能网关对于物联网市政领域方面的应用，可以融合已有的市政网络，并可实现其与互联网、WiFi、3G/B3G、Zigbee、蓝牙和红外等传输方式互联互通。以此解决物联网与TD等多种异构网络的融合中的若干问题，实现不同通信标准的相互融合。市政应用的类型广泛，所采用的传输方式多种多样，这对于数据的共享与互联提出了严峻的挑战。通过研制多通道多信道融合网关则可以解决这个难题，网关支持不同的传输协议，不同的频段的数据，不同的传输设备之间的数据进行相互的通信，既可以与同层网络互联，也可以不同层网络互联，还可以实现网络数据的共享。主要研究内容为：（1）多通道多信道通信模块的研发（2）异构网络无缝融合模块的

40、研发（3）网关核心电路的研发（4）感知路由协议研究（5）智能数据处理技术（6）多信道智能决策技术（7）多通道感知选择技术3) 公网传输信息传输部分，作为系统的主干神经网络，负责数据信息的上传下达。作为系统桥梁，是系统中必不可缺的部分。这部分主要采用公共基础网络实现信息的远程传输，如GPRS，3G网络以及Internet网络等。在项目应用中，充分发掘现有公共基础网络稳定、通用的优势，实现物联网数据的稳定、高速传输。同时，作为实现系统与用户交互服务的手段，使得用户可以通过手机、电脑、PDA等终端进行方便的管理查询工作。2) 应用示范系统建设建设基于物联网技术和无线传感技术的市政公用专项业务应用系统

41、，为数字市政的日常监管、应急处置提供支撑，实现各业务设施的智能化管理。系统主要包含：u 市政管网主管道无损检测u 城市供水在线监测预警系统u 城市燃气安全监控预警系统u 城市供热管网在线监测系统u 城市绿色智能照明节能管理系统u 城市排水安全监控预警系统u 城市防汛指挥调度系统u 城市桥梁安全监测预警系统水、气、暖的示范选定1000户左右的小区开展试点实施，路灯选择二环以内进行建设实施。具体实施措施有：1、在供水加压站开展无人值守试点建设，在供水主管网新增压力、流量监测点20个。2、对燃气管线地下监测点进行数据分析和平台整合，安装远程表1500块。 增设10个大用户压力、流量监测点，同时建立燃

42、气管线主管道无损监测。3、在两个热计量改造试点小区，开展基于分户计量的供热二次网数据采集和分析系统的试应用工作。4、在济南市二环以内市政管辖的主干道路实施路灯单灯控制。5、在济南市重点低洼地带、铁路立交道、河道及主要排水口在原先的基础上增加20个视频监控点，实现对汛情的实时监控。6、在济南市主要排水泵站、中水站、河道进行水位远程实时监测的试验性研究。1) 城市供水管网末端压力监测系统随着城市化进度加快，高楼大厦数目越来越多，如何实时了解城市供水压力情况是否达到居民需求，到达城市公共供水管网干线末梢的服务压力不得低于0.12MPa。为实时了解供水管网末梢服务压力，公共服务监管平台项目建立供水压力

43、质量监测系统，在每个管网末端压力最低处设立一个水压监测点，并与平台系统对接。图 4供水压力质量监测示意图2) 城市燃气监测监控预警系统济南市城市燃气安全监控预警系统主要由SCADA 系统、GPS巡检、视频和泄漏监测系统组成。系统的架构，主要分为现场监测层、数据传输网络以及监测中心展示层。图 5城市燃气安全监控预警系统（1）燃气管网GPS巡线燃气GPS巡线系统是对燃气管网以及铸铁管线、调压站、阀门井、引入管等部位的检查，以及对道路拓宽改造后与燃气管线有关的地段、燃气管线上部已改为停车厂或机动车经常通过的地段、各类建(构)筑物、物料堆放占压燃气管线地段、各种管沟与燃气管道交叉、距离较近等

44、地段的排查，当发现有异常状况时，可以及时通过PDA终端内嵌的巡查系统向中心发出设备故障通知，内容包含具体地点、故障简单情况描述等信息。中心工作人员根据巡查人员发回的现场故障通知，可将故障信息发送至领导决策客户端，由领导按照应急指挥预案和辅助分析工具决定处置方案，并及时派发工单指派维护队和其他相关部门人员进行应急抢险。（2）燃气管网泄漏监测燃气作为高危气体其泄露的后果非常严重，但由于燃气传输的路线过长，通过人工的方式不可能全面管理与检测，因此燃气泄露监控作为物联网应用将被广泛应用，泄露监控将针对生产过程全面检测，从生产到传输以及终端的使用，是一个完整的检测体系。将在门站、调压站、工商户的锅炉房、

45、计量间、酒店餐饮的厨房操作间安装可燃气体报警器，将声光报警器安装于有人值守的主控室。在燃气管网的阀门井内安装燃气泄露探测报警器，通过GPRS数据传输模块与主控中心的系统相连，当发生燃气泄露时：（1）系统发出声光报警并结合电子地图显示报警地点。（2）系统自动以短信的形式对相关负责人和工作人员进行通知。（3）事故处理后，工作人员通过电话对监控中心进行汇报，由监控中心人员进行报警的解除。3) 城市供热管网在线监测系统目前，济南市城市供热已实现了对城市供热一次网的集中监控，但对换热站及末端用热建筑缺乏相应的监测监控、调节手段，本项目结合国家供热分户计量改革，选择两个试点小区，建立分户计量远程采集、二次

46、网供热控制及热网管理调度模块，实现供热运行的实时监测、热能效率分析、智能调度，达到节能减耗的目标。图 6供热管网在线监测数据根据上面的系统关键数据需求，支撑网络系统的整体架构为数据采集及工况控制层、数据传输层、中心三层结构系统，如下图所示。图 7供热管网在线监测系统架构图在数据采集及工况控制层，系统终端设备，如热量、温度、流量等计（测）量终端及工况控制终端等，通过电力线载波系统，分别完成对楼栋计量数据、住户计量数据、住户和商户室温数据进行采集、抄读、存储和传送，并通过与上位系统的双向通信，实现集中抄表功能对运行工况进行自动调节和控制。在数据传输层，通过公共移动互联网络，以GPRS方式将采集的监

47、测数据传送到中心，或者将中心的控制指令传送至工况控制终端装置。具有泰华电讯完全自主知识产权，并获国家专利的低压电力线载波智能数据集中器产品，在本系统中的应用，是我们比较其他同类系统的一项创新，它使得系统的快速布署能力，网络的运行质量和数据的安全性，都有很大提高，维护成本明显降低。4) 城市绿色智能照明节能管理系统按照国家住建部的要求，路灯照明要能够让“城市亮起来”，同时让“电费降下来”。通过建设先进的城市照明监控系统，可以通过设置不同路段、不同时段采用不同的亮灯方式，再结合远程调压技术，达到既让城市灯光亮起来，又让电费降下来的目的。城市照明监控管理系统，采用国际先进的物联网技术，从城市照明的支

48、路管理、单灯监控到被盗报警，建立一个覆盖整个城市的照明设施监控管理网络，并通过灯杆定位等手段，实现对城市照明设施和业务的全方位智能管理，实现任一盏灯的开关控制及功率调整，对不同时段、不同路段提供灵活可控的城市按需照明方案，达到节能减排的目的。泰华城市智能照明系统主要由服务器、客户端、网络、远程设备等几部分构成。其中服务器包括数据通讯服务器、数据库服务器、应用服务器；客户端包括C/S和B/S两类客户端；网络包括电信运营商的GPRS、CDMA、3G等无线网络、公网资源和电力线资源；远程设备包括RTU、GPS、防盗器、节能设备等。图 8城市绿色智能照明节能管理系统架构图利用物联网等现代信息技术，采用

49、先进的GPRS无线通信技术和单灯节能控制技术，结合空间地理信息技术，改造升级城市照明智能监控系统的资源管理平台与控制平台，对快速发展的城市照明实现自动化监控和精细管理，进一步提高道路照明质量，从而提高服务质量；进一步提高维护、检修效率，从而保证城市整体亮灯率和设备完好率；进一步降低能耗、减轻劳动强度，从而避免无谓的电能和人力物力的浪费，从根本上实现按需照明、高效节能和精细管理。泰华CityVision城市照明智能控制系统由五部分组成：CityVision城市照明计算机系统、LMC1010照明监控终端、LSC7210智能服务器、LOC7700单灯节能控制器、LCC2020电缆防盗报警终端。Cit

50、yVision城市照明控制系统作为城市智能照明计算机控制和数字市政指挥中心， 通过GPRS/CDMA/3G或有线通信方式与分布在城市远端的照明监控终端通信，实现区域或城市的照明控制。CityVision城市照明资源管理平台是一个以地理信息系统为基础，直观显示辖区路灯资源信息、快速定位资源位置、并能对其进行资源管理和统计分析的业务处理系统。建成后的系统以路灯资源管理为核心，逐步形成智能照明综合管理平台，可以扩展实现路灯资源损耗核算、仓库备品备件管理、维修管理、值班管理等相关领域，以及与RTU、单灯控制器联网实现路灯实时状态管理控制等功能。图 9CityVision城市照明资源管理平台功能结构图采

51、用时控与光控相结合，实现预约控制和分时控制；提供对路灯的“五遥”功能：遥控、遥测、遥信、遥视、遥调；实现自动和手动遥控，实时控制和点对点控制；自动巡测、手动巡测和选测（三相电压、支路电流、有功功率、无功功率、功率因数及各种数字状态里等数据量的采集）；多种报警处理。报警内容包括：白天亮灯、晚上熄灯，电压、电流越限和供电线路停电等故障；自动计算亮灯率。能根据电压、电流、功率因子的变化自动进行亮灯率估算。智能照明监控终端LMC1010照明监控终端安装于路灯变压器侧或配电控制箱内，通过有线或无线方式与城市照明控制中心通信，实现路段的照明控制。LSC7210智能服务器与照明监控终端一起安装于路灯变压器侧

52、或配电控制箱内，通过电力线通信方式与每一个单灯节能控制器通信，动态的监测每个灯源的运行状况，并通过照明监控终端向城市照明控制中心实时传输数据。LOC7700单灯节能控制器安装在路灯灯杆维修孔内或路灯灯罩内，监视每一个灯源的亮、灭，并与照明监控终端和CityVision城市照明控制系统构成城市照明监控和节能监控系统，实现路灯节能以及控制、监测和管理的功能。LCC2020电缆防盗系统由一台报警主机和多个线路监控从机（电缆被盗报警终端）组成，主要用于城市照明低压电力线路的防盗报警系统，是照明供电线路防盗的理想产品。本防盗报警系统采用了公司专利技术和多种检测手段，可以实现以一个城市为单位的所有电力线路

53、的防盗监控。5) 城市排水安全监控预警系统排水管理服务中心目前管理市区200多公里的排水河道，市区约300平方公里，长度约30004000公里排水地下管线，还有14个中水处理站点和20多个雨污泵站，排水管线还与市区的4个污水处理厂相连接。通过建设城市排水综合管理系统和排水设施在线监测系统来实现城市排水的安全运行。图 10城市排水流程系统采用基于现场数据采集、远程数据传输、物联网络以及数据平台和应用平台的完整在线监控网络框架，集现场检测技术、网络通信技术、计算机技术和数据处理技术于一体，实时监控城市排水管网运行。排水管网在线监测系统主要包含：各类采集传感器组成的监测数据前端采集层，电力线载波、无

54、线通信组成的数据传输网络，中心采集服务模块、数据管理模块组成的监控中心控制管理层。图 11排水管网在线监测网络层次结构河道关注的是河道周边的环境和安全，主要通过安装视频点来实现实时监控。视频的有效视距为前后各100米的范围。河道需要监测的项目有：河道的淤积情况，河道挡墙的现状，河道排污口的排污情况。目前市区河流主要有腊山河、兴济河、东工商河、西工商河、西洛河、东洛河、广场东沟、广场西沟、柳行头河、全副河、大辛河，济南地势南高北低，雨水基本由这些河道收集排入北部的小清河。项目将选取部分重点河道进行视频监控点和水位监测点进行建设和示范。 图 12河道视频监控河道中安装水位计和流量计，通过RTU经过

55、无线网络将实时数据发回中心，中心的SCADA平台接收到信息后可以在中心系统中呈现河道水位和流量的实时信息。图中河道监测端的设备供电方式可选择：市电供电、太阳能供电、电池供电等多种模式。图 13河道在线监测和视频监控网络拓扑图6) 城市防汛指挥调度系统城市防汛监督指挥调度平台将城市河道流域、重点防洪工程、重点河道堤防、城市立交道、城市重点低洼地带等对象的信息进行管理起来，实现上述对象信息的获取、输入、操作、传输、可视化、查询、分析等功能。建设成采用先进物联网、计算机技术及地理信息技术、洪水预报等先进技术，完成集水文遥测、视频图象监视、计算机网络、无线传感网络、多功能视频会议、语音通信、中央智能控

56、制、防汛GIS、数据库及防汛指挥调度决策于一体的城市防汛指挥系统。实现防汛指挥调度决策从信息采集发布、洪水预报、灾情分析、异地会商到水情调度、抢险调度、命令发布等方面的自动化，为各级领导防汛指挥调度提供了快速、可靠、科学的决策依据，与水情、工情信息相结合，实现实时水情信息、工情信息查询与展示，提供更加生动、形象、直观的决策参考。同时建立具有“视频监控”、“水位监测”、“数据采集、整合、处理、反馈、报警、预警”等功能于一体的综合城市防汛系统，为指挥调度防汛抢险救灾工作提供科学、准确的依据。如：在汛期（尤其是遭遇暴雨或大暴雨），当低洼地区积水时，前方现场“视频监控图像”、“雨量遥测数据”能实时传回

57、指挥中心，相关领导可以通过现场传回的视频图像与监测数据，指挥有关部门进行排水或交通管制，以保证过往车辆、行人和灾民的安全。防汛系统主要由应用层、传输层和数据采集层组成。应用层由防汛指挥中心的硬件网络环境以及防汛应用软件系统组成，承担防汛指挥调度工作。数据传输层主要由有线、无线通信网络以及物联网组成，承担视频、水位、气象等各类监测数据的传输。数据采集和感知层，在城市重要河道、低洼地区以及立交道安装的监测监控设备，同时结合防汛指挥车和移动防汛应急指挥。图 14 城市防汛指挥调度系统网络拓扑图城市防汛指挥中需要掌握的信息主要有：气象信息即天气的实时变化情况，雨情即实时降雨雨量和分布情况，水情即城市河道、低洼地区的实时水位情况和城市周边泄洪河流的实时水文信息，现场的险情、防汛工情以及防汛物资的储备情况。系统结合GIS技术提