物聯(lián)網技術在樓宇智能化系統(tǒng)中的應用 作者： 日期：2 物聯(lián)網技術在樓宇智能化系統(tǒng)中的應用【摘要】物聯(lián)網因其能實現(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，通過各類可能的網絡接入，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，在樓宇智能化技術中具備廣闊的前景。本文介紹了物聯(lián)網技術的概況，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。【關鍵詞】物聯(lián)網、樓宇智能化、互聯(lián)網、感知、傳感。1. 物聯(lián)網應用的必然趨勢 物聯(lián)網能將無處不在的末端設備和設施, 通過各種無線、有線的或長或短距離的通訊網絡實現(xiàn)互聯(lián)互通, 在內網(Intranet)、專網(Ex tranet)或互聯(lián)網(Internet)環(huán)境下, 采用適當的信息安全保障機制, 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、調度指揮、預案管理、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)代建筑技術與通信網絡技術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)網技術因其各種特性, 引入到樓宇智能化技術中, 必將是一個重要的發(fā)展方向。2. 物聯(lián)網技術原理2.1 物聯(lián)網的定義物聯(lián)網的英文名稱叫The Internet of things。顧名思義, 物聯(lián)網就是物物相連的互聯(lián)網 。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網, 是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡； 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)網的定義是: 通過射頻識別( RF ID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備, 按約定的協(xié)議, 把任何物體與互聯(lián)網相連接, 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)控和管理的一種網絡。2.2 物聯(lián)網的原理物聯(lián)網中非常重要的技術是射頻識別（RFID）技術。RFID是射頻識別（Radio Frequency Identification）技術英文縮寫，是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是目前比較先進的一種非接觸識別技術。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯(lián)網的閱讀器和無數移動的標簽組成的，比Internet更為龐大的物聯(lián)網成為RFID技術發(fā)展的趨勢。 而RFID，正是能夠讓物品“開口說話”的一種技術。在“物聯(lián)網”的構想中，RFID標簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數據通信網絡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絡實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)對物品的“透明”管理。互聯(lián)網, 即廣域網、局域網及單機按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機網絡。興起于上世紀90年代, 目前仍以計算機設備的互聯(lián)為主, 但已經有許多手機等終端設備實現(xiàn)了這一網絡。互聯(lián)網使用的TCP/IP協(xié)議目前已經面臨地址資源枯竭的難題, 目前使用的IPv4版本采用32位二進制數定義地址, 雖然總數能達到約43億, 但是仍然不能滿足現(xiàn)今全球網絡飛速發(fā)展的需求, 因此IPv6版本應運而生,IPv6采用128位定義地址，可以提供的地址數量大幅度增加。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)網的廣泛應用提供了可能。在互聯(lián)網的基礎上，任何的物，可以通過嵌入不同復雜程度的智能芯片,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。所以,物接入互聯(lián)網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、數據計算、數據處理、控制輸出等。在這些功能中, 為實現(xiàn)物物互聯(lián), 最基礎性的是傳感技術(智能感知), 所以物聯(lián)網又稱為傳感網。 物聯(lián)網可分為三層: 感知層、網絡層和應用層。 感知層是物聯(lián)網的皮膚和五官, 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、傳感器網絡等, 主要是識別物體, 采集信息, 與人體結構中皮膚和五官的作用相似。網絡層是物聯(lián)網的神經中樞和大腦, 傳遞和處理信息。網絡層包括通信與互聯(lián)網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心和智能處理中心等。網絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理, 類似于人體結構中的神經中樞和大腦。應用層是物聯(lián)網的社會分工與行業(yè)需求結合, 實現(xiàn)廣泛智能化。應用層是物聯(lián)網與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合, 與行業(yè)需求結合, 實現(xiàn)行業(yè)智能化, 這類似于人的社會分工, 最終構成人類社會。2.3 物聯(lián)網應用物聯(lián)網是互聯(lián)網的應用拓展,應用創(chuàng)新是物聯(lián)網發(fā)展的核心,以用戶體驗為核心是物聯(lián)網發(fā)展的靈魂,被稱為繼計算機、互聯(lián)網之后世界信息產業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。置身信息化革命的浪潮,物聯(lián)網是信息技術移動化的一個具體應用。物聯(lián)網把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中,具體地說,就是把物聯(lián)網感應器嵌入和裝備到電網、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)網與現(xiàn)有的互聯(lián)網整合起來, 實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合,在這個整合的網絡當中,存在能力超級強大的中心計算機群, 能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施的管理和控制, 在此基礎上,人類可以實現(xiàn)無所不在的計算和網絡,以更加精細和動態(tài)的方式管理生產和生活,管理未來的城市,達到智慧狀態(tài),提高資源利用率和生產力水平, 改善人與自然間的關系。毫無疑問,如果物聯(lián)網時代來臨,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,不管是國內還是國外,目前已經產生了一些成熟和先進的應用案例,如在門、窗、墻體上安裝物聯(lián)網傳感器,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。這一傳感網防入侵系統(tǒng) ,目前已經應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)網的特點, 它將會在樓宇智能化方面最先得到普及應用。3. 物聯(lián)網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. 樓宇設備自動化系統(tǒng)( BAS) 樓宇設備自動化系統(tǒng)通常包括暖通空調、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng)。根據我國的行業(yè)標準,BAS又可分為設備運行管理與監(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)應統(tǒng)一組織,以便在發(fā)生災情時,能夠按照約定實現(xiàn)操作轉移,進行一體化的協(xié)調控制。BAS的功能有:1) 自動監(jiān)視并控制各種機電設備的啟停,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、打印各種設備的運行參數及其變化趨勢或歷史數據。如溫度、濕度、壓差、流量、電壓、電流、用電量等, 當參數超過正常范圍時,自動實現(xiàn)越限報警。3) 根據外界條件、環(huán)境因素、負載變化情況自動調節(jié)各種設備,使之始終運行在最佳狀態(tài)。如空調設備根據氣候變化,室內人員的多少自動調節(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)對大樓內各種機電設備的統(tǒng)一管理、協(xié)調控制。如火災發(fā)生時, 不僅僅是消防系統(tǒng)立即啟動投入運行, 而且整個大樓內所有有關系統(tǒng)都將自動轉換工作方式、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)自動轉入緊急廣播、指揮安全疏散等。整個建筑設備自動化系統(tǒng)將自動實現(xiàn)一體化協(xié)調運轉, 以使火災的損失降到最小。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) 設備管理。包括設備檔案管理、設備運行報表和設備維修管理等。3.1.2. 通信網絡自動化系統(tǒng)( CNS) 通信網絡自動化系統(tǒng)是保證建筑物內語音、數據、圖像傳輸的基礎, 同時與外部通信網(如電話公網、數據網、計算機網、衛(wèi)星以及廣電網)相連, 與世界各地互通信息。通信網絡系統(tǒng)的設計應滿足樓宇設備自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)的要求, 并能適應現(xiàn)代通信網向數字化、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。3.1.3. 辦公自動化系統(tǒng)( OAS) 辦公自動化系統(tǒng)利用計算機網絡技術使信息以數字化的形式在系統(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, 改善工作效率和質量, 提高管理和決策的科學化水平。OA包括電子數據處理(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) 住宅內部具備完善的、綜合了安保防災措施與生活服務的智能控制器。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)內部具有完善的安保措施、全面的公用設施監(jiān)控管理和信息化的社區(qū)服務管理。4) 為小區(qū)內住戶提供多媒體的多種信息服務。 總之, 智能住宅小區(qū)綜合運用了計算機技術、通信技術、控制技術等, 是由家庭智能控制系統(tǒng)、通信接入網、小區(qū)安全防范系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理服務系統(tǒng)和小區(qū)綜合信息服務系統(tǒng)來支持實現(xiàn)的。3.2. 目前存在的問題 目前, 國內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, 必然導致整體建設成本居高不下。在各個子系統(tǒng)的建設過程中, 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, 重復布線與重復施工, 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, 使得調試周期延長。整合困難, 難以實現(xiàn)真正的智能化。不同供應商的產品如門禁、報警、空調、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)一的接口和數據庫, 使得技術協(xié)調變得困難, 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、維護。系統(tǒng)維護困難, 使用成本高。不同廠家的設備使用不同的通訊總線和通訊協(xié)議, 系統(tǒng)及設備相互兼容性差;各家使用不同的布線方案, 不但造成重復布線施工的材料浪費, 而且還使得系統(tǒng)之間的聯(lián)動、數據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)及設備, 需重新進行布線施工和調試系統(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)動及關聯(lián)操作需在每個系統(tǒng)重復設置, 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, 信息需經過交換機等商用級網絡路由, 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)網特色的樓宇智能化系統(tǒng) 物聯(lián)網技術的引入, 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。物內部被植入智能芯片, 使得其功能發(fā)生質的飛躍, 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作為基本技術支撐, 任何物品、動植物、人理論上都可以根據需要, 通過貼上電子標簽 、植入芯片等, 稱為物聯(lián)網的組成部分之一。3) 充分發(fā)揮物聯(lián)網開放性的基本特點。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)網是開放的, 具有無限擴展性和連通性。采用這一技術, 可以在世界上具備互聯(lián)網接入條件的任一地點, 與自己的物聯(lián)網相連, 實現(xiàn)信息交互功能。4) 工程建設更加簡易。物聯(lián)網采用互聯(lián)網技術, 而目前互聯(lián)網已經是最成熟、應用最為廣泛的網絡技術, 其底層連接方式靈活多樣, 各家公司的不同產品只要遵循共同的標準即可實現(xiàn)互聯(lián)互通。最高層的應用也豐富多彩, 各種軟硬件應用已經瀚如煙海, 開發(fā)人員具備成熟的技術積累, 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)網技術目前還處于剛開始應用的初級階段, 但有些問題已經浮出水面, 主要有:1) 安全性問題。目前的網絡上的各種病毒、木馬攻擊已經非常普遍, 物聯(lián)網的安全問題將非常突出, 應建立一系列可靠的安全防范機制和技術措施。2) 技術標準問題。現(xiàn)在物聯(lián)網發(fā)展產業(yè)還處于初級階段, 還存在著各種問題, 比如行業(yè)標準和核心技術推廣, 缺乏協(xié)調統(tǒng)一, 技術標準繁雜嚴重阻礙它的發(fā)展。可喜的是中國物聯(lián)網標準聯(lián)合工作組已經于2010年6月8日在北京成立。物聯(lián)網標準聯(lián)合工作組由全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會等19家相關標準化組織發(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, 強化頂層設計和統(tǒng)籌協(xié)調, 加快建設資源共享、互聯(lián)互通、統(tǒng)一規(guī)范的物聯(lián)網標準體系。5. 結束語物聯(lián)網技術已經受到廣泛的重視, 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)網之后, 世界信息產業(yè)的第三次浪潮和新經濟增長的引擎。盡管它的應用還處在剛開始的初級階段, 但在智能樓宇方面卻已經初見成效。物聯(lián)網技術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