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物联网技术在智慧城市和智能建筑中的应用与思考

北极星智能电网在线  来源:千家智客  作者:龚仕伟  2019/11/19 13:30:31  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:物联网并不等于5G,在5G之前物联网就已经存在。5G的应用让万物互联成为了可能。在智能建筑方面,5G给建筑行业智能化应用普及带来了机会,大量自带物联网接入的设备设施推向市场,原来只用在高端楼宇的智能化应用,如建筑设备监控、安全监控、能源管理,开始有条件在既有建筑上实施。

目前,物联网在很多生活场景中都有应用,像智能家电、共享经济、智慧保洁、停车场管理、电力监控、会议系统、智慧消防、智慧环保、远程医疗、在线中医、过程监控、机器人等。还有近期的一些典型的应用,建筑能源计量、智能照明、城市智慧路灯、人员和资产定位、设施安全监测、智慧市政。

从技术对比看,传统智能化系统层次架构相对复杂,实施界面多,适应性相对低,集成的演示意义多过实际,物管自行运维难度大,存在为智能而智能的嫌疑。物联网操作系统技术架构则相对简化,部署灵活,迭代快速,解决通信管道覆盖能力不足及资费问题,能确保通信可靠,数据安全。

在物联网时代,智慧城市和智能建筑特征主要表现在:规模化运行及AI平台,弱关联,生态化。智能建筑在工程模式上也发生了变革,建筑智能化集成模式由工程商主导转变为解决方案提供商或行业运营商主导。

无论是智能建筑还是智慧建筑,最终都是要形成一个节能低碳的生产、生活方式,让用户觉得更加便利和幸福,也让运营更加高效和安全。

以下是广东省建筑设计研究院智慧城市与建筑智能化技术研究中心总工程师龚仕伟先生在第20届中国国际建筑智能化峰会的《物联网技术在智慧城市和智能建筑中的应用与思考》主题演讲:

今天非常荣幸有机会来到这里,跟大家分享我们在行业中的体会。我简单地介绍一下广州省建筑设计研究院,我们院是全国最早开展勘察设计单位之一。建院于1952年,我本人是从2003年毕业之后就一直在设计研究院工作到现在,这么多年一直从事建筑行业设计方面的工作。

物联网技术是最近的一个热点,物联网分成无线和有线两种技术,无线又分成远距离和近距离,远距又分为免费和收费的阶段。现在物联网谈得比较多的是LoRa、NB-IOT。NB-IOT、eMTC刚好落在5G这个频段里面。

物联网与5G的关系

物联网不等于5G,在5G之前物联网就一直存在,有线技术也属于物联网技术。

5G的应用包括三部分,实际上物联网只是其中一部分。(1)宽带业务,5G应用宽带可以很快地下载电影或者是看3D视频。(2)窄宽带业务,窄带的业务才是物联网的业务,窄带业务可以承载海量物联网数据的传输,速率可以达到一兆。(3)低延时业务,可用于自动驾驶上。

5G不等于物联网,在5G的承载下,在1平方公里上可以有100万个无线连接。通过低功耗的技术以及互联平台简化的连接方式,就可以在5G上实现万物互联。以前的物联网,要做到万物互联难度是非常高的,现在在5G时代,万物互联的能力就凸显出来了。

为什么现在要炒5G的概念,特别是在智慧建筑方面,我认为5G会给建筑行业带来智能化应用普及的机会。这个普及不仅是说在新建的建筑里普及,还指普及到既有的旧建筑中。随着5G的落地,楼宇自控、人脸识别、指纹识别、人工智能技术可以在现有的旧建筑项目上应用。

2000年提出互联网概念以来,QQ、淘宝悄然普及;2005年推出RFID概念,开始在生产、流通中普及。2008年IBM推智慧地球的概念,导航、定位也普及开来。到2014年,智能家居,智能电视、智能门锁、智能音响也开始普及。再到2017年又推智慧城市这个概念,远程抄表、人脸识别开始普及。现在, 5G给我们带来的普及,就是在所有建筑中普及智能化应用。建筑业发展的十三五规划要求在新建的建筑和既有建筑物改造中推广和普及智能化应用,还有就是装配饰建筑。智能化建筑和装配饰建筑,对于智能化的普及是相辅相成的。

目前物联网有哪些方面的应用?

•智能家电,智能家电已经非常普及,一般是单品功能叠加手机的控制动能,这样的设备更多是培养用户,最终会过渡到5G的物联网。

•共享经济,例如共享单车,就是基于NB-IOT和GPRS的自行车锁,还有LoRa/NB-IoT物联网车位锁、门锁。采用电池供电,支持几年的寿命,主要用于共享车位、共享会议室、无人酒店这些场合。

•智慧保洁,基于4G的物联网垃圾桶可以远程监控状态,分类回收,类似快递柜独立运营方式。物联网垃圾桶基于LoRa、NB-IoT的通信方式,对垃圾进行满溢和温度检测,按需收集,云平台自动规划垃圾回收车的路线,通过大数据分析,分析出最佳的回收方式。

•停车场管理,基于LoRa/NB-IoT的物联网车位地磁,可以对户外车位占用状况进行监测,并接入停车场管理系统,适用于路边、地面停车。这几年城市道路边的停车位已开始普及。

•电力监控,基于NB-IoT的物联网空开,厂家可以对常规电力参数检测、漏电/温度/接线/平衡监测、负荷报警、大数据管理等,这些产品把检测和传统设备做在一块,几乎取代掉空开和三摇系统,未来在智慧路灯这块可能获得比较好的应用。

•会议系统,基于物联网方案的会议系统,所有的设备通过POE的端口直接联到交换机上,最主要的特点是无论功能、需求怎么变化,都可以基于网络进行灵活的组态。

•智慧消防,火灾探测器和报警按钮通过NB-IoT的方式联到城市级的监测中心,用于火灾隐患识别和预警,这种特别适合用在大量老旧建筑中。

•智慧环保,基于NB-IoT的污染源监测终端可以对污染源进行检测,比如颗粒物浓度PM10/PM2.5、扬尘、噪声、水质。现在在在工地、码头仓库、河流已经有成熟的案例应用。

•远程医疗,基于蓝牙的监护终端,可以对孕妇的胎心、体重、血压等健康数据在线监测,把数据传输给后台之后进行分析和预警。

•在线中医,实际上就是一个大数据的应用,基于4G宽带的中医诊疗终端,可以远程号脉、远程看舌苔,适用于医院及家庭。

•过程监控,过程监控是对于医院行业的应用,基于LoRa、蓝牙的物联网洗手液盒,可以监控洗手次数。比如说麻省理工附属医院,他们要求护士进入病房前要洗一次手,离开病房时再洗一次手。怎么让医院管理方对护士的行为监测到位,就是通过这样的物联网设备进行监测。

•机器人,基于WIFI、4G宽带的机器人适用于保安巡逻、物联输送、交通枢纽、会展、酒店,还有就是医院的场合,比如,手术室材料设备的输送。

最近设计的一些比较典型的物联网应用

• 家居智能,以往智能家居会采用有线式的,后来出现了WIFI、Zigbee、蓝牙等各类家庭终端设备,产品类型有照明、空调、窗帘控制、影音控制、安防监控等。随着物联网的发展,出现了免布线,免机电配合的智能家居的设备,它的使用也非常的灵活,根据需要增加和减少设备,这个实际上和全屋智能是另外一条路线——单品智能家居,单品的智能家居是物联网进入大规模应用的开端。

• 建筑能源计量,采用基于LoRA的物联网水表、电表和气表,它在后台的管理还是和传统能源抄表系统区别不大,但是它优势在于可以灵活根据未来租户的划分或是分析需要设置表计,也可以在旧建筑上进行实施。表计的计量是未来能源互联网时代重要的前奏。把能源计量做好普及之后,下一步就是就是能源互联网的时代。

• 智能照明,基于电力载波的物联网灯具,最新的互联网灯具可以免布线,直接取代非物联网的灯具,免控制线还减少了专业间配合界面,做到最简单化,这将是未来物联网灯具发展的趋势。还可以做更加丰富的控制功能,精细化感应控制,比如走到停车场,某一位置灯就会自动打亮,灯与灯可以互相通信。同时还有停车引导功能,只要沿着灯光亮的地方走就可以。

• 城市智慧路灯,基于电力载波、Zigbee、GPRS的物联网单灯控制,前几年已经开始流行。车库物联网单灯也是从路灯单灯转化过来的,车流、车速亮度感应控制,电力参数检测,跟车联网融合。

• 人员和资产定位,典型的就是物联网手环,手环可以对人的行为进行管控,越界报警,同时可以对人的体征做检测。比较适合用于看守所、医院、养老、儿童活动中心需要特殊看护的人身上。

• 设施安全检测,主要是通过物联网手段对大型基建设施的沉降、倾斜、位移、加速度、应力进行监测和预警。

• 智慧市政,基于NB-IoT的下水道井盖,实时监测井盖的移位与倾斜,发现井盖异常开启后及时上报监控平台,通知相关人员立即处理,在无数的智慧城市方案中都见过。

传统智能化系统和物联网操作系统的技术对比

这是一个烟囱式+盖帽子式的集成架构,每一个系统都是一个烟囱,最低层的设备进行联网,通过网关和交换机,到上面的服务器工作站,再上面来一个盖帽子式的集成。

传统智能化系统的架构

这种架构相对复杂,实施界面很多。BA就牵扯到弱电跟水、暖三个界面的要求,适应性相对来说比较低,在工程设计阶段就已设计好,但是智能化跟需求有很大的关系,在运营阶段需求一直在变化,这种架构做好之后无法适应日后的变化。还有一个顶层的集成也是意义多过实际,很多集成放在那里没有真正的产生作用,这样就导致整个系统运维的难度非常大。以前就存在为了智能而智能,用这种架构把智能建筑做出来,但有没有真正发挥作用就是另一回事了。

物联网的技术架构我认为可能会出现两种:一是端-管-云,二是端-边-云的架构。

所谓端-管-云是通过硬件终端进行通信管道到云服务平台的联系,这个是我心目当中最理想的架构,也是腾讯、华为、阿里非常认同的架构,未来应该会往这个方向发展,但目前它有一个缺点是平台和管道的资费比较大,通信可靠性上还是存在一些问题。

现在用端-边-云进行过度,中间增加一个边缘计算设备(网关)。现在的WIFI设备里面连接着很多照片存储的设备,这个设备一方面解决了通信管道覆盖能力不足以及资费的问题,另外可以把一些联动场景放在边缘设备完成。为了确保数据及隐私的安全,智能家居不希望把信息都放在云上,边缘计算设备就取代了云的作用。

关于物联网操作系统,与Windows操作系统做个类比,我们在用电脑的时候,不需要关注CPU跟内存如何去通信,接口是怎么样的,实际上Windows操作系统屏蔽掉了人与硬件之间的接口。相应的在智能建筑上,物联网操作系统屏蔽掉人和终端智能化设备之间的接口,你只需要知道这些设备是做什么用,设备之间需不需要做联动和集成。这样我们就可以专注开发使用APP的场景,不需要像以前一样要懂很多底层的技术。

物联网时代,智慧城市和智能建筑的技术特征

一是规模化运行及AI平台,5G物联网可以在一平方公里进行100多万个设备的连接,如果资费下降到非常便宜,很多传感控制可以物联网来实施,同时结合建筑工业化也就是装配式建筑应用。5G物联网为规模化运行提供了很好的条件,规模化运行又给平台提供了海量的数据,海量数据又支撑了大数据和人工智能的运行。

未来会产生越来越多的物联场景,比如说精准分析、路况预报。我经常带小孩到附近一个草坪去玩,最近一个周末手机会告诉我去到这个草坪的路况是怎么样的,它通过对我这段时间的行为分析出了我出行的规律。在智慧建筑里可以用在设备运行对比分析预警及预测性维护、历史行为分析及场景自学习等。

二是弱关联,解决以往的智能化终端设备与建筑基础设施之间的实施界面很多现象。

上面图是早期做智能家居时的架构图,简简单单的灯要从控制箱引出无数的强大电线来。当年做智能家居很多业主是非常谨慎的,这么复杂的架构不知道出了问题该找谁,他们希望像买家电一样,买来就能用,坏了也知道找谁。现在物联网就减少了专业之间的配合,关联性越来越弱。这种弱关联也是符合城市和建筑工业化建造的趋势,工业化建造就是要减少专业之间的关联性,避免先工程上扯皮的发生。

三是生态化,物联网设备这么多,最终会走向生态化,我认为有两种生态化的路线。(1)在同一个技术体系下的开放生态,比如说BAT基于其平台做的设备互联互通,BAT自己并不生产这些设备,他们去外面交朋友,让他们的朋友来生产相应的设备,这个设备是基于他们的生态做研发。(2)在同一品牌封闭的生态化,比如说全屋的智能和全屋家电,这种场景体验更加细腻。一个设备已经买回来,通上电以后就会自动寻找这个家的网络中其他相关联的设备,同时把相关的场景搭建好了。这两种生态我把它比喻成安卓跟苹果之间的技术比较。

物联网对工程模式上的影响

以前建筑智能化集成模式由工程商主导,未来将会由编程解决方案的提供商或者是行业运营商主导。传统集成商不掌握核心技术,他们只擅长承揽工程,也就是说很依赖厂家去解决问题,他们在技术上不如厂家,在安装上又不如传统的装修、基建的公司。在物联网产业化趋势下,整个建筑智能化系统架构趋于简化,采购实施模式趋于简单,集成商的作用变弱。部分厂家具备开始一定的集成能力,比如供货、安装调试。对于我们设计院,在传统行业中也面临着转型,未来是不是还需要做设计都不一定,我们也在想方设法做咨询,做基于解决方案的设计。

物联网对智能建筑标准的影响

标准方面的影响,大家接触得比较多的智能建筑标准是GB50314—2015这本,这本从2000版、2006版到2015版都比较注重系统和硬件配置,2015版以后智能建筑设计标准更多体现的是目标指导。智能建筑发展到今天非常迫切地需要智能(智慧)建筑评价标准,去评价建筑的智商。

最后思考

(1)数据安全

手机读懂用户的能力越来越强,未来智慧城市和智慧建筑也更加懂人和客观世界。未来智慧设备会知道你的东西、位置、想法、习惯、财务、健康甚至你的亲人和亲人的位置,这是非常可怕的事情。在技术方面可以通过边缘及设备进行解决,还有区块链的技术,现在也是热点话题。

(2)理解智慧建筑

我认为智慧建筑,一是通过物联网增强建筑的感知和调整能力,相当于人的神经和肌肉。二是通过AI增强预测能力,相当于人的大脑。最让人担心的是做一些伪智慧建筑,就是把智能建筑的智能简单换成智慧,换汤不换药,还是以烟囱式的系统把它重新包装推向市场,这对于行业绝对是伤害。无论是智能建筑还是智慧建筑,最终都是要形成一个节能低碳的生产、生活方式,令用户觉得更加便利和幸福,也让运营更加高效和安全,这是智慧智能的目的。

智慧让大家担心AI会不会取代人类,它不会取代人类,而是解放生产力,两次工业革命都没有让技术取代掉人类,第三次工业革命也不会让技术取代掉人类。解放生产力之后,我们可以向宇宙进发,可以探索世界也可以探索内心世界。


原标题:物联网技术在智慧城市和智能建筑中的应用与思考

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