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關(guān)鍵詞 煙草企業(yè);能源管理;系統(tǒng);應(yīng)用研究
伴隨著我國社會主義各項事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步,煙草企業(yè)也獲得了前所未有的發(fā)展,但是煙草工業(yè)本身的特點(diǎn)是耗能高、污染大,這些特征決定了煙草企業(yè)在發(fā)展過程中要努力提高自身的經(jīng)營與管理,利用先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)來實現(xiàn)對能源的節(jié)約,達(dá)到建設(shè)社會主義新能源社會的發(fā)展,也只有這樣才能降低煙草企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
1 煙草企業(yè)在能源管理系統(tǒng)中存在的問題
對于煙草企業(yè)的能源控制大多數(shù)采用以下方面的系統(tǒng):給排水系統(tǒng),空調(diào)制冷系統(tǒng),以及鍋爐控制系統(tǒng)等,在這些系統(tǒng)的有效運(yùn)行促進(jìn)了能源的有效利用,但是前提條件是各個系統(tǒng)之間能夠相互配合與溝通,現(xiàn)實情況是各個系統(tǒng)處于孤立運(yùn)行的狀態(tài)中,彼此間缺乏有效的信息溝通與交流,使原本有限的資源不能夠得到充分的利用,在一些特殊情況下煙草的生產(chǎn)受到影響,造成了能源的浪費(fèi),減少了企業(yè)的收益。
更重要的是,不同的機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)的機(jī)器設(shè)備來自于不同的生產(chǎn)廠家,遵循各自的規(guī)律和標(biāo)準(zhǔn),形成符合自身條件的能源控制系統(tǒng),即使通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)能夠達(dá)到彼此的聯(lián)系以及系統(tǒng)功能之間的平衡,但是這種功能由于受到地域或者時間的限制,不能被普遍應(yīng)用。
基于以上方面的問題,唯一的解決途徑就是從整體出發(fā),把握全局,研制出一個新的企業(yè)能源管理系統(tǒng),不僅能實現(xiàn)對企業(yè)能源的綜合管理,又能實現(xiàn)不同的系統(tǒng)間的信息共享。
2 煙草企業(yè)能源管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)
是在充分發(fā)揮各個系統(tǒng)獨(dú)立的功能作用的同時,達(dá)到對資源的有效利用,建立一個新的綜合性能源管理系統(tǒng),這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對所有能源系統(tǒng)的掌控,包括能源的消耗以及能源設(shè)備的應(yīng)用狀況,能夠充分發(fā)揮能源系統(tǒng)的總體優(yōu)勢和綜合調(diào)度功能。
3 煙草企業(yè)能源管理系統(tǒng)的最新開發(fā)
經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的研究,美國Wonderware 技術(shù)企業(yè)研制出了一套工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)。本著企業(yè)的實際情況,結(jié)合各個能源系統(tǒng)的工作特點(diǎn),本著高端性、實用性、以及準(zhǔn)確性等原則從企業(yè)能源管理的信息化視角,來加強(qiáng)對煙草企業(yè)的管理和運(yùn)行,企業(yè)要建立一個穩(wěn)定又實用的能源檢測與控制系統(tǒng),實現(xiàn)對能源的綜合控制與管理,達(dá)到彼此間的平衡,實行信息與資源的共享,使各個獨(dú)立系統(tǒng)間有效地配合起來,達(dá)到對資源的有效利用。
這一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作流程如下圖所示:
圖1 能源管理系統(tǒng)框架
這一能源管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集與分析,以及數(shù)據(jù)的計劃和編排等作用,而且還能夠達(dá)到與主體管理系統(tǒng)信息的傳輸與管理,也能夠主動向上級部門報告生產(chǎn)的實際效果。
建設(shè)這一系統(tǒng)首要面對的問題就是數(shù)據(jù)集成問題,這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各大系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成,在信息通訊軟件的輔助下,使各個獨(dú)立運(yùn)行的分析系統(tǒng)之間的通訊聯(lián)系,對各個獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)中的信息進(jìn)行采取和集中,并將其利用在測控系統(tǒng)中,再依照各個控制系統(tǒng)控制技術(shù)以及控制過程對控制系統(tǒng)進(jìn)行分組,與此同時,各個系統(tǒng)中所出現(xiàn)的能源信息將會被儲存在中央數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,這部分被存儲的信息大多數(shù)都是能夠發(fā)揮積極作用的有價值的信息,要想實現(xiàn)其利用價值,可以通過采用高端的信息分析工具對這部分信息進(jìn)行綜合分析,分析出其具有的價值,充分利用這些作用,達(dá)到對企業(yè)的綜合能源的控制與應(yīng)用。
這一能源管理系統(tǒng)的主要有點(diǎn)在于:在Wonderware設(shè)計建構(gòu)下,所產(chǎn)生的能源管理系統(tǒng)的性質(zhì)和功能較為高級,而且系統(tǒng)軟件的性能得到了一定程度的開發(fā),采取了確保數(shù)據(jù)不被遺失的壓縮算法,而且這一數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲容量極大,大約是商業(yè)數(shù)據(jù)庫的五十分之一,在很大程度上節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲空間。而且也極大地方便了數(shù)據(jù)信息的查詢,工作人員在不懂得相關(guān)的SQL知識的情況下也能實現(xiàn)對信息的查詢,工作人員只需具備基礎(chǔ)的計算機(jī)操作知識,因為幾乎所有的信息都已經(jīng)儲備在電腦上,只要用鼠標(biāo)一點(diǎn)擊就能夠達(dá)到復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)查詢,這種簡單性和便利性是其他同類控制系統(tǒng)不能夠達(dá)到的,而且也不需要再經(jīng)歷報表的復(fù)雜過程,因為在靈活的分析工具的控制下,企業(yè)的各個層面的領(lǐng)導(dǎo)都能夠?qū)崿F(xiàn)對自身所需信息的查詢,減少了因為數(shù)據(jù)信息多層傳輸帶來的信息失真的現(xiàn)象,在某種程度上也提高了工作效率,節(jié)省了工作時間,而且通過利用這一軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享。
4 總結(jié)
煙草企業(yè)是一個高耗能企業(yè),企業(yè)的能源管理水平直接關(guān)系到企業(yè)自身的生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益,企業(yè)要想獲得更多的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo),就要積極引進(jìn)世界先進(jìn)技術(shù),提高能源管理水平,減少能源消耗,降低企業(yè)的運(yùn)營成本,提高工作效率,加快企業(yè)相關(guān)技術(shù)設(shè)備的更新,從新的高度、新的層次達(dá)到對能源的有效利用。
參考文獻(xiàn)
[1] 余兵.制造業(yè)實時管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù).PLC&FA ,2003,No.9:2—30
[關(guān)鍵詞]工業(yè)能源;信息化;監(jiān)控系統(tǒng);實現(xiàn)原則分析
[DOI]1013939/jcnkizgsc201650036
傳統(tǒng)形式對工業(yè)能源的管理過程一般是基于人工的離線過程,而非實時的。在工業(yè)信息化飛速發(fā)展的當(dāng)前,大中型工業(yè)能源的用能企業(yè)和產(chǎn)能企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)備、生產(chǎn)工藝、控制流程等基本正在向高度自動化和高度信息化的方向發(fā)展,只能完成離線能源管理的管理系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)大部分企業(yè)高速發(fā)展的需求,因此迫切地需要實現(xiàn)對工業(yè)能源的自動化監(jiān)控,以能源最優(yōu)運(yùn)行為目標(biāo),開發(fā)企業(yè)能源運(yùn)行的在線實時管理功能。
1客觀現(xiàn)狀
我國由于能源利用率低而成為能源消耗大國,因此,在“十二五”期間,工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級的突破口和重要切入點(diǎn)之一就是工業(yè)的節(jié)能降耗,提高能源的管理和控制力度,對企業(yè)加快以節(jié)能降耗為核心的技術(shù)改造。所以實現(xiàn)能源的信息化監(jiān)控管理是一項符合我國中長期發(fā)展規(guī)劃要求的重大決策,本技術(shù)一旦實現(xiàn),可以廣泛推廣,具有顯著的節(jié)能效果,在增進(jìn)企業(yè)效益、環(huán)保節(jié)能方面具有十分重要的意義。
著眼于我國現(xiàn)階段以及未來中、長期節(jié)能發(fā)展目標(biāo),目前仍以全面管控、技術(shù)節(jié)能為主,其中采用信息化節(jié)能管理是其中非常重要的一種方式,必須從戰(zhàn)略和全局的高度,充分認(rèn)識做好工業(yè)節(jié)能工作的重要性、艱巨性和緊迫性,切實采取有效措施,大幅提高能源利用效率,突破資源環(huán)境瓶頸制約,促進(jìn)工業(yè)發(fā)展方式實現(xiàn)根本性轉(zhuǎn)變。[1]
我國積極支持和大力提倡的是以信息化節(jié)能監(jiān)控技術(shù)為核心的能源管理方式,該方式實現(xiàn)容易,結(jié)構(gòu)簡單,普及速度快,成效顯著。因此,為了更高效率地實現(xiàn)節(jié)能,不需要不斷地改進(jìn)節(jié)能方式,研發(fā)節(jié)能新技術(shù),逐步推出適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)能源領(lǐng)域的先進(jìn)的節(jié)能控制技術(shù)。
目前全球所面臨的最大問題是能源緊缺與環(huán)境惡化。放眼國際,競爭環(huán)境的變化對我國工業(yè)節(jié)能降耗構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。國際社會應(yīng)對氣候變化博弈日趨激烈,綠色貿(mào)易壁壘正在加速形成,一些發(fā)達(dá)國家對出口國產(chǎn)品的能效水平和碳足跡提出更高要求。我國制造業(yè)總體上處于產(chǎn)業(yè)價值鏈中低端,產(chǎn)品資源能源消耗高,出口將面臨巨大壓力。[2]
我國持續(xù)高速的經(jīng)濟(jì)增長成為過去幾年甚至未來全球經(jīng)濟(jì)的最大亮點(diǎn),但與此同時,我國也承受了巨大的壓力,那就是能源供應(yīng)危機(jī)及環(huán)境保護(hù)。從居室照明和采暖,以及與生活息息相關(guān)的水、電、氣、油、煤等資源,到工商業(yè)所需的電力資源,社會生活所需的各種形式的能源正在被消耗著。能夠被有效利用的能源占絕大部分,但也有大量的能源每天被浪M著,因此能源浪費(fèi)和使用效率低下是當(dāng)前亟須解決的問題。[3]節(jié)能增效已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求,越來越多的企業(yè)、機(jī)構(gòu)和個人都投身到節(jié)能降耗的工作當(dāng)中。如何能夠更好地管理和使用、控制能源是當(dāng)前的重中之重,只有通過建立信息化的智能監(jiān)控系統(tǒng)才能夠充分利用能源,達(dá)到高效節(jié)能的目標(biāo)。
2系統(tǒng)實現(xiàn)分析
我國是能源消耗大國,因此能源的高效利用和信息化管控是當(dāng)前的重點(diǎn),實現(xiàn)社會能源的有效利用需要通過建立信息化的智能監(jiān)控系統(tǒng)支撐,要實現(xiàn)智能管控,應(yīng)該從社會可行性、經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性三方面來進(jìn)行分析研究。
21社會可行性
目前,工業(yè)企業(yè)的節(jié)能情況差異非常大,能源管理水平懸殊,當(dāng)前多數(shù)企業(yè)存在能源管理問題,具體表現(xiàn)在:缺乏專門的能源管理體系和先進(jìn)的管理手段,能源管理人員水平參差不齊,行業(yè)視野有限;對能源使用的監(jiān)管不細(xì)致,找不到合理的方法,找不到或找不準(zhǔn)節(jié)能點(diǎn),沒有一個詳細(xì)的評測手段。概括地講,就是普遍存在能源信息基礎(chǔ)薄弱,能源管控技術(shù)水平不高的狀況,因而不能及時發(fā)現(xiàn)企業(yè)存在的某些環(huán)節(jié)上的能源浪費(fèi)以及存在的節(jié)能潛力。[4]
工業(yè)企業(yè)是能源消費(fèi)大戶,存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象。降低能源消耗,減少能源浪費(fèi),工業(yè)企業(yè)是重點(diǎn)。目前社會上對能源進(jìn)行管理和控制的方法技術(shù)多種多樣,但是大部分都缺乏統(tǒng)一準(zhǔn)確的用能情況監(jiān)測數(shù)據(jù)做支撐,往往僅憑經(jīng)驗來降低能耗指標(biāo),沒有做到管理和指導(dǎo)的全面性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性,造成能源的巨大浪費(fèi),因此需要建立一套科學(xué)合理的信息化能源監(jiān)控管理系統(tǒng)來減少不必要的能源損耗,并進(jìn)行有效的管控。
22經(jīng)濟(jì)可行性
對工業(yè)能源進(jìn)行信息化管理控制在我國是個新興產(chǎn)業(yè),既要考慮系統(tǒng)使用的穩(wěn)定高效,還要考慮供能企業(yè)的運(yùn)營成本及產(chǎn)品設(shè)備的升級改造,以及用能用戶的改造成本問題。
目前所采用的能源管理機(jī)制是借鑒西方經(jīng)濟(jì)國家的“合同能源管理”思想引進(jìn)并逐步發(fā)展起來的,至今已經(jīng)有十幾年的歷史,雖然沒有實現(xiàn)信息化的智能管理,但是在能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展,特別是“十二五”期間和最近幾年,國家在財稅、金融、技術(shù)等方面相繼出臺了多個支持能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策,進(jìn)一步地促進(jìn)了能源管理產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。[5]
目前能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年大幅遞增,2011年能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值更是首次突破1000億元,達(dá)到1250億元,2012年達(dá)到1653億元,同比增長32%。預(yù)計“十三五”期間,我國能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)將步入規(guī)模化發(fā)展軌道,“十二五”末能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可突破3000億元。能源管理產(chǎn)業(yè)已被國家確定為重點(diǎn)培育和發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?,拉動?jīng)濟(jì)增長前景廣闊。[6]據(jù)測算,到2015年,我國技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的能源管理潛力超過4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,可帶動上萬億元投資。
如果在此基礎(chǔ)上能夠全面地改進(jìn)目前的能源管理服務(wù)機(jī)制,實現(xiàn)全面的智能化、信息化管理控制系統(tǒng),就可以更大程度地達(dá)到能源的高效利用。
23技術(shù)可行性
目前的能源管理系統(tǒng)是在普通信息系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)模式,缺乏在能效傳輸和使用中的診斷技術(shù),且大部分基本沒有對遠(yuǎn)程設(shè)備采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能效管理力度不高,信息化程度低,節(jié)能效果不明顯。而新型的能源管理系統(tǒng)通過機(jī)理建模和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法,以用能設(shè)備、耗能工序和能量系統(tǒng)之間的關(guān)系為重點(diǎn)建立能效分析模型,確定一種新型的能源管理模型,并進(jìn)行軟件的開發(fā),能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)模式的不足,增強(qiáng)了系統(tǒng)的實用性。
由于企業(yè)工藝裝備處于落后水平,企業(yè)管理手段也沒有達(dá)到先進(jìn)水平,使得我國工業(yè)企業(yè)的能源利用效率低下。雖然經(jīng)過十幾年的不斷努力,工業(yè)能耗也有所降低,但與國際先進(jìn)水平相比我國企業(yè)的單位工業(yè)產(chǎn)品能耗仍存在較大差距,能源利用效率空間巨大,這就為能源管理系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
隨著國家能源節(jié)能政策的大力推動,企業(yè)的能源利用意識不斷提高,以及逐步上漲的能源價格和國家對工業(yè)能源使用指標(biāo)的硬性規(guī)定等,這些都為能源高效利用技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的環(huán)境,具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。
3實現(xiàn)策略
作為能源消耗主要群體的工業(yè)企業(yè),是實現(xiàn)能源高效利用的主體和重點(diǎn),國家高度重視工業(yè)能源節(jié)能技術(shù),曾先后出臺了《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級規(guī)劃(2011―2015 年)》《國務(wù)院“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》《節(jié)能減排規(guī)劃(2011―2015 年)》等,作為“十二五”全國工業(yè)能源利用的指導(dǎo)性文件。[7]我國的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化正處于深入發(fā)展階段,飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會對能源具有極大的需求,能源資源和環(huán)境約束形勢越來越嚴(yán)峻。工業(yè)發(fā)展對能源的需求繼續(xù)增加,工業(yè)和高耗能行業(yè)對國內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)率呈下降趨勢,國家對能源的節(jié)能減排約束性指標(biāo)要求工業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,傳統(tǒng)的能源資源高消耗的粗放型工業(yè)發(fā)展道路已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展,大批量的工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級為能源的高效利用提供了良機(jī)。
31系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)
系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)對能源使用信息的監(jiān)控管理,為此需要配備完善的能源計量器具,采集精確的能源使用情況數(shù)據(jù),使用合理的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),建立健全能源計量系統(tǒng),完善各項能源消耗的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)用能單位監(jiān)測的實時性、準(zhǔn)確性和完整性。[8]通過建立一套工業(yè)能源信息化管理監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一地對各項能源消耗進(jìn)行監(jiān)測和控制,及時反映用能企業(yè)能耗水平,為進(jìn)一步分析用能效率提供客觀、公正和科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為用能企業(yè)節(jié)能降耗工作提供新的動力。
32系統(tǒng)實現(xiàn)策略
實現(xiàn)系統(tǒng)的能源運(yùn)行管理包括動力能源管理、能源供應(yīng)管理、能源消費(fèi)管理。同時涉及采購、運(yùn)輸、倉儲、動力、生產(chǎn)消費(fèi)等多個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)來源于同一數(shù)據(jù)庫,各個部門圍繞統(tǒng)一的信息進(jìn)行分析和決策。利用能源測量和計量器具采集實時和非實時能源數(shù)據(jù),并建立能源信息管理專用數(shù)據(jù)庫,以便進(jìn)行后期的分析和處理。具體的實現(xiàn)策略主要包括以下幾方面。
第一,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理層采用雙機(jī)冗余的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器模式共存技術(shù);第二,針對信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及實時顯示W(wǎng)eb技術(shù),采用GPRS無線傳輸和有線技術(shù)相結(jié)合的方法;第三,對采集的用能信息進(jìn)行實時分析診斷、處理和預(yù)警;第四,實現(xiàn)集查詢、修改、刪除和控制于一體的真正面向企業(yè)管理的監(jiān)控系統(tǒng)平臺;第五,針對能源數(shù)據(jù)的采集主要分為實時和非實時兩種。實時數(shù)據(jù)來自于本項目研制的工業(yè)能源信息化管理監(jiān)控系統(tǒng)的在線采集,也可以通過安裝數(shù)字儀表設(shè)備來補(bǔ)充缺少的數(shù)據(jù),在預(yù)設(shè)的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)自動收集,并存儲到實時數(shù)據(jù)庫中,從而實現(xiàn)能效指標(biāo)的在線計算與動態(tài)分析。非實時獲取的數(shù)據(jù)可以從用能企業(yè)的計算機(jī)系統(tǒng)中獲取,或者由工作人員直接錄入到管理監(jiān)控系統(tǒng)中;第六,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用雙機(jī)冗余技術(shù)的目的是為了防止數(shù)據(jù)丟失,在一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)故障時,另一臺檢測到主機(jī)數(shù)據(jù)庫停止后自動采集并存儲數(shù)據(jù),在主機(jī)恢復(fù)后,會自動拷貝到主機(jī)數(shù)據(jù)庫中;第七,對數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的實現(xiàn),主要依靠當(dāng)今先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù),經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)布線、通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS技術(shù)的結(jié)合,通過系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及實時顯示;有的場合可以使用有線通信技術(shù)實現(xiàn),而有的條件不具備的必須采用GPRS無線傳輸技術(shù)來實現(xiàn);第八,為了保證采集的用能信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效,需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。常用的方法是將非同源的數(shù)據(jù)放在一起進(jìn)行比較,也可以和歷史數(shù)據(jù)對比來發(fā)現(xiàn)異常。對于異常的數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)一步分析并解釋原因,錯誤的數(shù)據(jù)必須剔除,以免對能效分析產(chǎn)生干擾,充分體現(xiàn)能源使用的實時性、可靠性和準(zhǔn)確性;實現(xiàn)集數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化一體的管理監(jiān)控系統(tǒng),采用統(tǒng)一的能源數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、完善的數(shù)據(jù)分析技術(shù)、豐富的報表功能、自由數(shù)據(jù)鉆取技術(shù)、靈活的算法擴(kuò)展技術(shù)、基于數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)安全技術(shù),并具有良好的接口和兼容性,市場需求巨大,前景非常廣闊。
33系統(tǒng)實現(xiàn)前景展望
系統(tǒng)著眼于實施能源消耗總量控制,將對工業(yè)發(fā)展形成硬約束。加大節(jié)能降耗力度,進(jìn)一步提高工業(yè)能源利用效率和能源生產(chǎn)率,改造提升傳統(tǒng)制造業(yè),是建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式的必然選擇。全球范圍內(nèi)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、倡導(dǎo)低碳生活越來越受到重視并逐漸成為新趨勢,大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保低碳產(chǎn)業(yè),成為搶占未來發(fā)展制高點(diǎn)的核心價值觀。[9]堅持以提升工業(yè)能源利用效率為主線,以科技創(chuàng)新為支撐,以政策法規(guī)為保障,加快淘汰落后生產(chǎn)能力,大力推進(jìn)工藝、裝備、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步,加快以節(jié)能降耗為核心的企業(yè)技術(shù)改造,強(qiáng)化重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能管理,加強(qiáng)信息通信技術(shù)在節(jié)能降耗中的應(yīng)用,必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
系統(tǒng)一經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用,首先受益的就是企業(yè),隨著企業(yè)能源節(jié)能意識增強(qiáng),必將為大多數(shù)企業(yè)所接受,最終也將帶來巨大利潤;其次可以使企業(yè)管理水平提高,可同時應(yīng)用于機(jī)關(guān)事業(yè)單位,節(jié)能效果顯著,包括對水、電、氣、熱等的監(jiān)控,一經(jīng)實施可節(jié)約大量能源,具有良好的社會和生態(tài)效益,應(yīng)用前景廣泛。
4結(jié)論
隨著原材料和人力成本上漲,我國工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)競爭以及能源節(jié)能環(huán)保的壓力日漸增長,工業(yè)企業(yè)能源管理智能化信息系統(tǒng)得到了越來越多的企業(yè)重視并正在著手建設(shè)?;谀苄Х治瞿K的工業(yè)企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件,能夠在能效分析方面增強(qiáng)企業(yè)能源管理的實用性,開拓了將來企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)的新思路,轉(zhuǎn)化開發(fā)后可有效滿足市場的需要,并且市場需求潛力巨大。
基于能效分析模塊的工業(yè)企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)適合工業(yè)企業(yè)并完全可以滿足企業(yè)能源管理需要,其技術(shù)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。該系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化后,將對節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到助推作用,同時,也將大大提高企業(yè)核心技術(shù)實力,增強(qiáng)企業(yè)發(fā)展后勁,從根本上提升企業(yè)的競爭力和節(jié)能服務(wù)水平,一經(jīng)應(yīng)用,會減少能源消耗,對社會環(huán)境起到極大的凈化作用。
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關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);Zigbee;無線;能源管理;云計算
引言
無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時代即將來臨,物聯(lián)網(wǎng)被專家及多個國家認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)浪潮之后的又一次科技革命。不管是 IBM 提出的智慧地球,還是溫總理在無錫提出的感知中國,都意味著物聯(lián)網(wǎng)將是當(dāng)下最熱門最具競爭性的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)一般需要布設(shè)現(xiàn)場總線,然后將現(xiàn)場設(shè)備連接到一臺電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并向用戶顯示界面,當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時可能需要單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器,而如果需要實現(xiàn)跨地區(qū)的遠(yuǎn)程管理,更是需要在互聯(lián)網(wǎng)上架設(shè)一臺專門的服務(wù)器,這樣,不僅需要投入服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及開發(fā)相應(yīng)的服務(wù)軟件,系統(tǒng)的維護(hù)除現(xiàn)場級設(shè)備和總線鏈路外還需要 IT部門的管理員協(xié)助維護(hù)服務(wù)器設(shè)備,避免服務(wù)器故障而造成損失。因此,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到遠(yuǎn)程能源管理系統(tǒng)中來,底層運(yùn)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場傳感器及設(shè)備,上層使用托管的云計算服務(wù),消除現(xiàn)場級布線的煩惱,使用云計算的強(qiáng)大能力,又可以消除網(wǎng)絡(luò)硬件的投入及日常的 IT維護(hù),同時可以輕松實現(xiàn)基于WEB服務(wù)的遠(yuǎn)程管理。由于本文所述的能源管理系統(tǒng)采用Digi公司提供的平臺及解決方案,因此,在系統(tǒng)具體實現(xiàn)的設(shè)計均按照Digi平臺的要求,但這并不影響借鑒和參考此平臺和解決方案來討論物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架、問題,及前景。
1 什么是物聯(lián)網(wǎng)
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義。目前國內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)也還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義,只是在大體的技術(shù)框架上做了一個概念性的表述:通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就字面意義上理解就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思:第一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通訊。從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上看,物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升,
1.2 物聯(lián)網(wǎng)的組成。物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)見下圖,它主要由三大塊組成:一,包括各類傳感器、控制器等數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備,及構(gòu)成這些設(shè)備互聯(lián)的底層傳感網(wǎng)絡(luò)組成的設(shè)備感知層。感知層中的智能終端、智能傳感器、射頻識別,以及傳感網(wǎng)絡(luò),組成了物聯(lián)網(wǎng)的底層基礎(chǔ)。二,將底層傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)用各種接入技術(shù):如以太網(wǎng)、GPRS、3G、Wi-Fi,甚至衛(wèi)星通訊等,最終接入互聯(lián)網(wǎng)。云技術(shù)強(qiáng)大的存儲、查詢、計算能力,也都?xì)w屬在這一層。三,根據(jù)客戶自身需求,利用感知數(shù)據(jù)或狀態(tài)為用戶提供有效的特定服務(wù)的應(yīng)用層。應(yīng)用層是對感知數(shù)據(jù)的一種特定形式的呈現(xiàn)。
2 能源管理系統(tǒng)設(shè)計
2.1 工作原理。本能源管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地?zé)舻闹悄芄芾?,采用基于Digi 公司的 iDigi 解決方案,感知層采用 Zigbee 無線通訊技術(shù)。由于 Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)備成本低、設(shè)備體積小、省電、網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn),非常適合廣泛應(yīng)用在智能家庭、工業(yè)控制、能源管理、醫(yī)療監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。網(wǎng)關(guān)和傳感器、智能電燈開關(guān)器組成一個 Zigbee 私域網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)相互之間的連接。網(wǎng)關(guān)可進(jìn)行本地邏輯運(yùn)算,實現(xiàn)本地智能,并通過互聯(lián)網(wǎng)與基于云計算的 iDigi 平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。用戶應(yīng)用服務(wù)程序向 iDigi 平臺發(fā)送請求,查詢并獲取 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)數(shù)據(jù),以及向 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。而用戶,只需要在任何可以接入互聯(lián)網(wǎng)的地方,使用瀏覽器訪問客戶應(yīng)用即可。
2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(1)現(xiàn)場采集執(zhí)行器:由Digi公司的 Xbee 溫度和亮度一體傳感器完成現(xiàn)場溫度和亮度的采集;基于 Digi 公司Xbee 系列模塊開發(fā)的開關(guān)控制器完成對電燈的開、關(guān)操作。
(2)本地數(shù)據(jù)處理:由Digi公司的 CPX4網(wǎng)關(guān)讀取現(xiàn)場傳感器數(shù)值,讀取開關(guān)控制器的各路開關(guān)狀態(tài),并控制開關(guān)。網(wǎng)關(guān)中運(yùn)行的Python程序還可根據(jù)條件智能的控制電燈的開關(guān),將本地數(shù)據(jù)適當(dāng)處理后,根據(jù)需要再將數(shù)據(jù)上傳至 iDigi 云平臺。
(3)iDigi云計算平臺:由 Digi 公司提供的服務(wù),是一種托管服務(wù)。提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備管理等功能。iDigi平臺存儲Zigbee 網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù),并響應(yīng)應(yīng)用服務(wù)程序數(shù)據(jù)查詢請求,轉(zhuǎn)發(fā)指令請求至網(wǎng)關(guān)操作現(xiàn)場開關(guān)控制器實現(xiàn)電燈的管理。
(4)應(yīng)用服務(wù)程序:運(yùn)行于 Google 云技術(shù)服務(wù)平臺,基于 Google App Engine 開發(fā)的 web應(yīng)用程序,具有權(quán)限的用戶在任何可以接入互聯(lián)網(wǎng)的地方,使用 Web瀏覽器登錄,即可查看該能源管理系統(tǒng)中的電燈狀態(tài),以及環(huán)境溫度、亮度信息。
2.3 硬件設(shè)計
硬件部分除了溫度、亮度傳感器采用 Digi 公司的 Xbee Sensor 系列傳感器,網(wǎng)關(guān)采用支持GPRS 和以太網(wǎng)的 ConnectPortX4 產(chǎn)品外,Zigbee 智能開關(guān)由基于 Digi 公司的 Xbee 模塊進(jìn)行設(shè)計。智能開關(guān)中的 Xbee 模塊接收來自 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的控制指令,然后輸出數(shù)字量 IO 的狀態(tài)來控制固態(tài)繼電器的開或關(guān)斷。
2.4 軟件設(shè)計
2.4.1 Zigbee 網(wǎng)關(guān)軟件。所選用網(wǎng)關(guān)支持 Python 語言編程,運(yùn)行于網(wǎng)關(guān)上的軟件程序使用 Digi 公司的 DIA設(shè)備集成應(yīng)用技術(shù)平臺。該平臺面向?qū)ο螅蓴U(kuò)展性好,可自行通過擴(kuò)展設(shè)備驅(qū)動代碼將第三方設(shè)備集成進(jìn)系統(tǒng)。該平臺下軟件運(yùn)行方式以加載設(shè)備驅(qū)動代碼的方式進(jìn)行,對特定設(shè)備、特定功能都抽象成設(shè)備驅(qū)動代碼。對電燈控制的功能抽象成一個電燈控制類,該類的控制方法流程圖。
2.4.2 應(yīng)用軟件?;?Google云技術(shù)的 App Engine 應(yīng)用程序引擎,使用 Python 語言開發(fā),后可使用域上的免費(fèi)域名來為應(yīng)用程序提供服務(wù)。
3 系統(tǒng)綜述
系統(tǒng)的實施過程幾乎不需要布線施工,現(xiàn)場采用Zigbee 無線通訊技術(shù),接入互聯(lián)網(wǎng)后運(yùn)用云計算技術(shù),又不需要基礎(chǔ)設(shè)備、不需要 IT 設(shè)備維護(hù),使得項目施工工作量減少,施工周期大幅縮短。由于 Google的云計算服務(wù)按需收費(fèi),從目前系統(tǒng)運(yùn)行情況看,沒有超出 Google App Engine 服務(wù)每個月的免費(fèi)限額,所以目前還不需要為使用 Google 云計算平臺付費(fèi),而Google 的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也不高。該系統(tǒng)經(jīng)過幾個月的運(yùn)行,授權(quán)用戶成員可隨時隨地查看監(jiān)控狀態(tài)信息,以及人為控制電燈狀態(tài),一切運(yùn)行正常,未發(fā)生不響應(yīng)或錯誤響應(yīng)等異常現(xiàn)象,證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,說明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理系統(tǒng)中可以得到很好的應(yīng)用,證明該物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架解決方案可行、可靠,且具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。
4 結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在此能源管理系統(tǒng)中取得了成功的應(yīng)用,通過設(shè)定一些閾值及條件,電燈可依照亮度傳感器的感知數(shù)據(jù)及夏令、冬令時間自行開關(guān),實現(xiàn)了物物感知、智能控制的效果,而云技術(shù)的運(yùn)用實現(xiàn)了免IT基礎(chǔ)設(shè)施的用戶應(yīng)用即時,徹底消除了 IT 設(shè)備采購周期、IT維護(hù)等因素的影響。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將使人們的生活更加便捷、更加智能化,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會越來越多的被應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也會從目前的局限于一個工廠、一棟樓宇的局域感知型物聯(lián)網(wǎng),向大范圍、眾多不同設(shè)備互聯(lián)的廣域感知型物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。但是由于當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還沒有相關(guān)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系,且物聯(lián)網(wǎng)本身的定義還存在爭論,因此,全面普及的大范圍廣域物聯(lián)網(wǎng)還有許多路要走。
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智慧家庭能源管理系統(tǒng)可按照“端”、“管”、“云”來架構(gòu)進(jìn)行部署,數(shù)據(jù)(控制)中心部署在云上,家庭“端”主要由家庭網(wǎng)關(guān),智能插座,家電等組成,數(shù)據(jù)云端通過互聯(lián)網(wǎng)與家庭端進(jìn)行相聯(lián)。智慧家庭能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1。家庭網(wǎng)關(guān)只對家庭內(nèi)部的信息進(jìn)行采集和管理,地理信息(省、市、縣、區(qū)、居住地、電力公司等信息)等進(jìn)行集中儲存和管理。數(shù)據(jù)中心建立用戶地理信息的專用數(shù)據(jù)庫,分區(qū)域、分城市、分省份對家庭用電信息進(jìn)行統(tǒng)計分析,在積累了大量的用戶歷史用電數(shù)據(jù)后,數(shù)據(jù)(控制)中心通過在內(nèi)部建立用電管理信息的數(shù)學(xué)模型,對海量用電信息的分類、分時、分地的梳理分析,建立用電管理和調(diào)度的輔助決策系統(tǒng),為地方政府、電力公司、相關(guān)企業(yè)提供有價值的電力及能源管理信息。為充分的提高數(shù)據(jù)的交換性,數(shù)據(jù)控制中設(shè)置有數(shù)據(jù)交換接口,用于在云平臺(數(shù)據(jù)控制中心)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)同電力公司服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
2智慧家庭能源管理系統(tǒng)主要功能分析
2.1家庭總用電計量本項目中家庭網(wǎng)關(guān)具有智能電表的功能,可滿足供電部門對家庭用戶用電計量進(jìn)行分析。家庭網(wǎng)關(guān)可直接向數(shù)據(jù)中心發(fā)送用電數(shù)據(jù),同時數(shù)據(jù)中心可直接為電網(wǎng)公司提供數(shù)據(jù)接口便于調(diào)用家庭用電數(shù)據(jù)。
2.2家庭單電器用電計量通過智能化的電能用戶管理系統(tǒng),使居民家庭能夠?qū)崟r、全面了解自身用電的詳細(xì)信息,有效利用和控制普通家庭中家用電器的使用時間和使用頻率,最大限度利用電網(wǎng)公司的富余電力和城市分布式太陽能光伏系統(tǒng)的有效發(fā)電電能,最大限度有序控制居民小區(qū)及家庭在電網(wǎng)公司用電高峰時的電能使用,適量降低城市電網(wǎng)在用電高峰時的負(fù)荷壓力,通過技術(shù)手段、信息共享和智能控制達(dá)到全社會共同參與節(jié)能減排的目的。
2.3家庭負(fù)荷控制對家庭內(nèi)的用電設(shè)備進(jìn)行分類管理,當(dāng)夏季用電高峰出現(xiàn)電力缺口時,一是可以限定家庭用電總量的方式來保證家庭基本用電,用電高峰時可自動切斷非必要使用電器的供電,另一種是通過限定家庭非必要使用電器來保證家庭基本用電,在限電模式下可以有效地解決拉閘限電所帶來的弊端,真正意義上實現(xiàn)家庭需求的用電設(shè)備控制。
2.4家庭電器遠(yuǎn)程控制隨著物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,居民對家用電器的遠(yuǎn)程操控的需求會相應(yīng)增長。用戶可以利用智能終端設(shè)備,通過數(shù)據(jù)中心或家庭網(wǎng)關(guān)對用戶遠(yuǎn)程控制指令信息對某個電器下達(dá)啟用、關(guān)閉的命令,并實時查看某個電器工作狀態(tài)的信息。
2.5峰谷電管理、階梯電管理建立用戶端調(diào)峰的新概念和輔助技術(shù)手段,在城市電網(wǎng)用電高峰時,用智能插座階段性地控制部分高耗電的家用電器工作,在電網(wǎng)用電低谷的區(qū)間和小區(qū)太陽能發(fā)電的高峰期通過智能插座啟動預(yù)設(shè)好的部分家用電器工作,在用電高峰來臨前完成部分家用電器的非即時用電任務(wù),實現(xiàn)在用戶端輔助電網(wǎng)削峰填谷的功能。目前的家庭都是被動的接受峰谷電的使用,用戶沒有選擇權(quán),使用時也沒有反饋功能。數(shù)據(jù)中心要設(shè)有峰谷電管理模塊,當(dāng)接到峰電負(fù)荷控制的信息時,根據(jù)事先設(shè)置的家用電器用電優(yōu)先順序,通知相關(guān)地區(qū)的家庭網(wǎng)關(guān)將一部分智能插座關(guān)閉繼電器,暫時停止一部分電器工作。當(dāng)數(shù)據(jù)中心接到谷電信息時,根據(jù)事先預(yù)約的家用電器用電用電請求,通知相關(guān)地區(qū)的家庭網(wǎng)關(guān)將一部分智能插座打開繼電器,啟動一部分電器工作。
2.6家庭用電分析利用數(shù)據(jù)中心所收集到的用戶家庭歷史用電信息,利用數(shù)據(jù)挖掘和強(qiáng)大的云平臺計算能力,數(shù)據(jù)中心可以可以提供:分析每戶各類家用電器耗電量占比;分析每戶各類家用電器用電時間的比例;分析每戶峰電和谷電的用電占比;分析每戶網(wǎng)電和區(qū)電的用電占比;不同家庭的用電模式分析;不同電器用電量占比分析;不同品牌同一種電器耗電分析。
3數(shù)據(jù)中心
智慧家庭數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)是一個運(yùn)行在云平臺上的一個獨(dú)立的系統(tǒng),是基于物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)考慮的。按照千萬級用戶接入的目標(biāo)進(jìn)行的設(shè)計,為智慧家庭用戶提供自主管理服務(wù)。數(shù)據(jù)中心的軟件的系統(tǒng)布局分為前臺管理系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)兩大部分。前臺管理系統(tǒng)主要面向居民家庭服務(wù),以便捷操作為導(dǎo)向設(shè)計,后臺管理主要為單位客戶和運(yùn)營中心操作人員服務(wù),以數(shù)據(jù)安全及系統(tǒng)安全為導(dǎo)向。在日常運(yùn)營系統(tǒng)中,按照數(shù)據(jù)挖掘分析進(jìn)行日間運(yùn)營、日終處理、月終處理、年終處理等實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)中心同時為用戶提供了采用各種主流的終端設(shè)備訪問數(shù)據(jù)中心或家庭網(wǎng)關(guān)的途徑。用戶通過短信、手機(jī)客戶端系統(tǒng)、智慧家庭門戶網(wǎng)站,了解到諸如月度末的用電清單,階梯用電限額信息,峰谷電信息或者是供電公司實時限電、停電等信息,這些信息采用主動推送或自助選擇服務(wù)的方式,由數(shù)據(jù)中心發(fā)給用戶。隨著智能手機(jī)功能不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)中心還將逐步的拓展彩信、飛信等模式供越來越多的用戶使用。
4家庭網(wǎng)關(guān)
家庭網(wǎng)關(guān)處于智慧家庭智能用電設(shè)備和位于小區(qū)內(nèi)的區(qū)網(wǎng)控制中心之間。他一方面接收區(qū)網(wǎng)控制中心的調(diào)度控制命令,一方面安裝預(yù)設(shè)程序負(fù)責(zé)智慧家庭的管理工作,通過對家庭用電情況的監(jiān)測、分析和控制服務(wù),實現(xiàn)有序用電管理和能效服務(wù)智能化的重要途徑,達(dá)到家庭智能用電、進(jìn)行家庭能源管理、實現(xiàn)智慧家庭的目的。家庭網(wǎng)關(guān)的主要功能是:實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,包括智能插座數(shù)據(jù)采集;家庭環(huán)境溫度、光照度、燃?xì)鉂舛?、煙霧濃度的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)管理和存儲,包括家庭網(wǎng)關(guān)所采集到的各種信息的保存和處理,用電分析等。用電設(shè)備控制,包括近程控制、遠(yuǎn)程控制、家庭用電模式控制、峰谷電控制和定時控制等。數(shù)據(jù)通信,包括上行到樓宇集中器、小區(qū)區(qū)網(wǎng)的上報數(shù)據(jù)和接受其的指令;下行到智能插座的數(shù)據(jù)采集指令和控制指令等。數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā),包括通過Zigbee、Wifi等方式轉(zhuǎn)發(fā)用戶和其他職能設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)。家庭網(wǎng)關(guān)邏輯架構(gòu)圖如圖2.
5智能插座
【關(guān)鍵詞】智能建筑;系統(tǒng);分析;研究
中圖分類號:TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
隨著社會的發(fā)展,近兒年來,我國的信息產(chǎn)業(yè)、電力產(chǎn)業(yè)、機(jī)電產(chǎn)業(yè)、計算機(jī)技術(shù)都得到了迅猛的發(fā)展,智能建筑是現(xiàn)代化建筑的必然產(chǎn)物,智能建筑系統(tǒng)的內(nèi)容廣泛,性能繁復(fù),通過建筑物的內(nèi)在聯(lián)系、優(yōu)秀的設(shè)計理念,供應(yīng)了一套投資合理化、效率高效化的優(yōu)雅愜意、方便迅速、安保健全的環(huán)境,這是大量的技術(shù)人員長期共同努力下的結(jié)晶。智能建筑的自動化控制系統(tǒng)也使很多人得到了保障。
一、智能建筑管理系統(tǒng)
智能建筑管理系統(tǒng)由能源管理與控制系統(tǒng)、建筑安防系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)三大部分組成,是經(jīng)過計算機(jī)運(yùn)程和控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將樓宇自控、辦公自動化、通訊與網(wǎng)絡(luò)這三大子系統(tǒng)構(gòu)成智能建筑系統(tǒng),而在這三大子系統(tǒng)中,樓宇自控系統(tǒng)占其主導(dǎo)地位,為客戶提供安心、方便、快捷、綠色環(huán)保的環(huán)境,是樓宇自控系統(tǒng)的重要責(zé)任,還要保障系統(tǒng)在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)。應(yīng)以樓宇的智動化管理為奮斗目標(biāo),將信息充分的做到資源共享,真正的實現(xiàn)正規(guī)化、合理化、安全化、綠色化的目標(biāo)。
二、能源管理及控制系統(tǒng)
能源管理及控制系統(tǒng)具有監(jiān)測、集成、操縱、圖像、警示、記錄等功能,監(jiān)測功能主要具有計算機(jī)房內(nèi)所需的溫度、鍋爐的運(yùn)行、泵的參數(shù)值、水位等等。室外空氣質(zhì)量的優(yōu)劣、不同地域的溫差、電力需要、水的開始溫度和流量等都能表明操作監(jiān)控的好壞。集成功能的設(shè)備具有預(yù)先設(shè)定功能,并通過此功能隨意進(jìn)行程序的打開及閉合。它還具備了在保證不影響智能建筑用戶的使用和運(yùn)轉(zhuǎn)時,可以具體控制時間的停止及停止時間的長度。操縱功能是障整套提供熱源、通風(fēng)、空調(diào)等的智能建筑系統(tǒng)的集中控制和調(diào)試。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之外的影響所產(chǎn)生的波動進(jìn)行的調(diào)整,這樣的調(diào)整可以促使系統(tǒng)回歸到最佳狀態(tài)。圖像功能是對空氣管理系統(tǒng)、泵循環(huán)管理系統(tǒng)、建筑區(qū)域等的劃分及描述的具有色彩的圖像監(jiān)控,這對于大多數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。例如可探訪式圖像演示,不僅可以幫助使用者詳細(xì)了解系統(tǒng),更加對新的操控者具有訓(xùn)練價值。警示功能與網(wǎng)絡(luò)的控制點(diǎn)是相連的,大部分監(jiān)測系統(tǒng)可以為每一個關(guān)鍵控制點(diǎn)便利的加設(shè)高限和低限的警示界限,一旦測到報警值大于事先設(shè)定的警戒線,操控人員就會接到需要確認(rèn)現(xiàn)場的通知,這樣的情況通常指火情、煙霧、安全防控系統(tǒng)的警示。記錄功能是打印和系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)及警報記錄的重要備案,當(dāng)某個程序加載到系統(tǒng)中進(jìn)行工作指令時,持續(xù)維護(hù)工作的指令和報告可以被打印出來,并根據(jù)歷史記錄的數(shù)據(jù)及其解析用于提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)功能是極其有效的。
三、智能建筑安全防護(hù)系統(tǒng)
智能建筑安全防護(hù)系統(tǒng)具有室內(nèi)部分和室外部分的區(qū)分,室內(nèi)部分是指紅外線監(jiān)控、緊急救援、煤氣漏氣、門閥系統(tǒng)等,將這些信息傳導(dǎo)至室內(nèi)的智能系統(tǒng)中,當(dāng)智能系統(tǒng)采集并分析好數(shù)據(jù),再將這些數(shù)據(jù)結(jié)果傳導(dǎo)至小區(qū)管理處,經(jīng)過管理處的電子系統(tǒng)進(jìn)行處理、顯示、打印,再通報給值班人員或110報警中心。室外部分是指圍墻處要設(shè)立紅外線照射系統(tǒng),這樣有不法分子翻越圍墻時,信號會傳導(dǎo)至計算機(jī)上,進(jìn)行報警。智能建筑安全防護(hù)系統(tǒng)在智能建筑中的內(nèi)含、自動化程度和自動安防系統(tǒng)都是十分新穎的,智能建筑安全防護(hù)系統(tǒng)可以提供對周邊、區(qū)域、物體等的保護(hù)工作。在其保護(hù)范圍內(nèi)的人員可以通過磁卡、鑰匙、制定鑒別身份的設(shè)備來控制建筑或限制區(qū)域的人口,只要身份被確認(rèn),系統(tǒng)可以自動給予通行。而針對不法分子的舉動,系統(tǒng)不但可以打印報告,還可以勘測到其侵人保護(hù)范圍內(nèi)的圖像顯示,這樣的防護(hù)系統(tǒng)大大的提升了保護(hù)區(qū)域內(nèi)的安全。
四、網(wǎng)絡(luò)生命支持系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)生命支持系統(tǒng)在使用過程中,定要保證暢通的運(yùn)行,如果網(wǎng)絡(luò)生命支持系統(tǒng)和建筑信息網(wǎng)絡(luò)綁定時,網(wǎng)絡(luò)生命支持系統(tǒng)必須提供能量和環(huán)境因素,這樣才能做到建筑信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行。比如說,運(yùn)行的電源突然斷電,會導(dǎo)致計算機(jī)系統(tǒng)暫停并無法使用,這樣的損失是相當(dāng)龐大的,智能建筑的研發(fā)部門必須做到使用客戶的信息系統(tǒng)的安全。不斷電系統(tǒng)是指當(dāng)停電時能夠快速頂替市電,將電力提供給設(shè)備,就如同緊急照明設(shè)備一般。但不斷電系統(tǒng)的設(shè)計更為精密,能使市電與電池或變流器之互換時間縮短,彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)或其它緊急電源斷電時間過長之缺點(diǎn),不斷電系統(tǒng)并不是停電時才可以運(yùn)轉(zhuǎn),如遇到電壓下陷、尖波、電壓突波、噪聲干擾、高(低)電壓時,足以影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電力質(zhì)量出現(xiàn)問題時,不斷電系統(tǒng)都會自動穩(wěn)壓濾除噪聲,提供設(shè)備穩(wěn)定且干凈的電源環(huán)境。由于不斷電系統(tǒng)的功能及價格較其它緊急電源供應(yīng)設(shè)備高,所以一般只用在保護(hù)重要設(shè)備,例如計算機(jī)設(shè)備、監(jiān)控儀器、消防設(shè)備、醫(yī)療儀器等,以保證計算機(jī)及各種精密儀器對電力質(zhì)量之嚴(yán)格要求。目前不斷電系統(tǒng)已被各界認(rèn)定為真正能徹底解決電源問題的必要設(shè)備。電源調(diào)節(jié)器可以不斷的調(diào)整能量流動,將電壓保持在正常水平值范圍內(nèi),因為市區(qū)電力系統(tǒng)的波動范圍值較高,所以在調(diào)整過程中必須嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)值的制度,只有這樣運(yùn)轉(zhuǎn),才可以在高溫天氣下,均衡電壓值,保證人民生活的安全。
五、結(jié)束語
就建筑管理的自動化討論,建筑師更加側(cè)重于高效節(jié)能和使用空間的彈性設(shè)定.而物業(yè)管理人員的側(cè)重點(diǎn)卻在于高效的管理和儀器自動化控制的精準(zhǔn)度上,可用戶卻對人體功效學(xué)氛圍具有更嚴(yán)格的要求。用戶的要求包含了用戶在工作區(qū)域內(nèi)的溫濕度、空氣新鮮值的設(shè)定和安全系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等。以上這些都是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的自動化管理做到的,所以,只有真正明白用戶的所要,才能更加合理的運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)、推陳出新,將好的方案運(yùn)用在新的智能建筑上,給人們提供一個真正高科技、安全、可靠、愜意、美好的環(huán)境。
【參考文獻(xiàn)】
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可口可樂公司是全球最大的軟飲料公司之一,擁有超過500個飲料品牌,每天為全球的人們提供怡神暢爽的飲品。除全球最有價值品牌可口可樂外,還擁有12個每個價值均超過10億美元的品牌,其中包括:健怡可樂、芬達(dá)、零度可樂等。
在全球,可口可樂是世界上最大的汽水、果汁、果汁飲料、即飲茶和即飲咖啡的供應(yīng)商。通過全球龐大的分銷系統(tǒng),使200多個國家和地區(qū)的消費(fèi)者每日享用超過16億杯可口可樂產(chǎn)品。同時,可口可樂長期致力于推動在全球每一個業(yè)務(wù)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,倡導(dǎo)環(huán)保與節(jié)能的理念,開展環(huán)保項目,促進(jìn)社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。
1979年可口可樂進(jìn)入中國市場,與3個瓶裝集團(tuán)合作,建立了41個裝瓶廠,累計投資40億美元??煽诳蓸分饾u成為中國家喻戶曉的國際品牌之一,在中國軟飲料品類占重要地位,其系列產(chǎn)品在中國市場是最受歡迎的軟飲料之一。
截至2009年10月,可口可樂在中國區(qū)已經(jīng)建有39家裝瓶廠。目前可口可樂中國系統(tǒng)員工已超過4萬人,間接創(chuàng)造就業(yè)崗位40萬個,社區(qū)項目累計受益8400萬人。過去5年來可口可樂在中國業(yè)務(wù)持續(xù)以兩位數(shù)速度增長,目前中國已是可口可樂全球第三大市場。
可口可樂中國系統(tǒng)在中國長期以來不遺余力地支持各種全國和地區(qū)性社會公益事業(yè)。2008年5月,可口可樂系統(tǒng)(包括可口可樂(中國)飲料有限公司,中糧可口可樂飲料有限公司,可口可樂中國實業(yè)有限公司,太古飲料)在第一時間捐資援助四川地震災(zāi)區(qū)2000多萬元人民幣之后,又再次追加8000萬元人民幣的捐款,從而使可口可樂系統(tǒng)向受災(zāi)地區(qū)的捐贈達(dá)到了1億元。
除了熱衷于公益事業(yè),我們也在響應(yīng)全球的號召,為低碳、節(jié)能、環(huán)保而不懈努力。
可口可樂公司擁有完善的水資源循環(huán)利用系統(tǒng),預(yù)計到2012年將水利用率平均值降至1.95升/升產(chǎn)品。廢水處理可100%達(dá)到可口可樂公司和中國相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目前,可口可樂與商務(wù)部、水利部、UNDP共同聯(lián)手開展了中國農(nóng)村地區(qū)水資源管理和飲用水安全項目。我們調(diào)研水源,在當(dāng)?shù)亟⑽鬯幚韽S和引用水管道,并在學(xué)校建立安全飲用水管和洗手池。
除了水資源的保護(hù),我們還啟動了可口可樂能源管理戰(zhàn)略。在生產(chǎn)中盡量減少能源消耗,并預(yù)計到2015年將可口可樂中國系統(tǒng)制造環(huán)節(jié)的平均能源利用率降至0.40兆焦耳/升產(chǎn)品。在產(chǎn)品的保鮮、制冷上,可口可樂承諾在所有新的制冷設(shè)備中100%使用不含氫氟烴隔熱材料的制冷設(shè)備,而是采用低碳環(huán)保的冷媒新技術(shù)冰箱,并逐步替代現(xiàn)有流通渠道中的冰箱,2010年前在所有新采購的制冷設(shè)備上實現(xiàn)節(jié)能40~50%;在容量大于250升的新制冷設(shè)備中安裝能源管理系統(tǒng)EMS-55和插入式技術(shù),使制冷機(jī)組提高35% 的能源使用效率,節(jié)能總量達(dá)55%。
在可口可樂的工業(yè)生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)隨處都能見到環(huán)保節(jié)能設(shè)施,比如風(fēng)力太陽能道路照明系統(tǒng)、熱動力熱水系統(tǒng),廢水和雨水的收集系統(tǒng)等。工業(yè)園區(qū)屋頂?shù)木G化設(shè)計可吸收太陽熱輻射,并把之降至最低。
2015年前,我們承諾在2008年的基礎(chǔ)上每升產(chǎn)品減少使用7%的包裝材料,并在包裝回收工藝技術(shù)上探尋更大的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:用戶側(cè);智能電網(wǎng);J2EE開源框架
作者簡介:葛佳(1981-),男,河北保定人,保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程與管理系,助教;周國亮(1978-),男,河北保定人,保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程與管理系,講師。(河北 保定 071051)
中圖分類號:TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)01-0135-02
隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)技術(shù)的推進(jìn),在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中,需要大量的智能設(shè)備。智能電網(wǎng)包括超高壓/特高壓輸電技術(shù),分布式可再生能源發(fā)電技術(shù),高低壓變配電技術(shù)和用戶側(cè)配電與能源管理系統(tǒng)。
其中智能電網(wǎng)用戶側(cè)主要包括智能電器、智能電表、智能樓宇系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)等,是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分[1]。為了更方便地紀(jì)錄和管理這些設(shè)備的使用情況,需要為每個設(shè)備配置電子標(biāo)簽,存儲設(shè)備的基本信息,比如購買日期、單價及使用注意事項等,通過射頻識別技術(shù)RFID技術(shù)獲取這些信息,從而方便快捷準(zhǔn)確地完成設(shè)備的使用情況登記。
本系統(tǒng)主要包括用電信息采集模塊和家庭能效管理模塊。系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注用電需求側(cè)管理,同時考慮將來分時電價和實時電價的實施,為實現(xiàn)“消峰填谷”,最終實現(xiàn)節(jié)能減排。
一、系統(tǒng)的主要功能
項目設(shè)計為一個智能電網(wǎng)用戶側(cè)綜合管理平臺,提高用戶能源的使用效率和智能化水平。系統(tǒng)通過智能電表,智能插座及智能電器收集家庭的用電信息;系統(tǒng)通過傳感器收集信息,對一些電器進(jìn)行自動控制,比如根據(jù)濕度傳感器收集的信息,自動打開和關(guān)閉加濕器;根據(jù)將來可能實行的錯峰電價,為用戶設(shè)計合理經(jīng)濟(jì)的用電模式等。用戶可以通過移動設(shè)備(手機(jī)、平板電腦等)和互聯(lián)網(wǎng)獲取各個智能電器的用電信息,并分析用戶的用電模式是否合理,給出合理建議,同時可以通過移動終端和網(wǎng)絡(luò)控制各個智能設(shè)備。具體來說主要內(nèi)容包括:
(1)信息感知技術(shù),通過溫度、濕度、光照等傳感器采集室內(nèi)的溫度、濕度等信息,數(shù)據(jù)通過無線通信方式輸入智能終端和計算機(jī),計算機(jī)可以實時監(jiān)控這些信息,從而可以判斷房間是否發(fā)生火災(zāi)等不安全情況。
(2)電能采集,通過無線通訊或?qū)拵лd波通信的方式收集各種智能電器的用電信息,并通過網(wǎng)站和手機(jī)等移動終端出來,供用戶查詢,能夠分析用戶的用電習(xí)慣,給出合理化建議。
(3)家用電器智能控制,根據(jù)無線傳感器收集的室內(nèi)溫、濕度信息和各種電器用電信息,對智能電器進(jìn)行自動控制,比如當(dāng)濕度達(dá)到一定閾值后自動啟動或關(guān)閉加濕器;對普通電器通過智能插座進(jìn)行控制。根據(jù)家用電器的不同耗電特性及分時電價等信息,為家用電器設(shè)定合理的用電模式。
(4)基于RFID設(shè)備使用記錄管理,為每個設(shè)備配置電子標(biāo)簽,記錄設(shè)備的基本信息及使用情況記錄,通過讀寫器獲取并寫入信息,同時將這些信息保存到計算機(jī)中。
(5)計算機(jī)與各種硬件設(shè)備之間的接口程序編寫,獲取和控制各種硬件設(shè)備,需要了解各種接口的規(guī)范和使用說明,進(jìn)而完成對這種硬件的控制。
(6)智能終端控制系統(tǒng),通過智能手機(jī)查看傳感器的感知信息和家用電器的用電信息,以圖形或表格等形式為用戶生成報表,并可以對各種家用電器進(jìn)行控制,設(shè)備管理系統(tǒng)的客戶端,智能終端可以手機(jī)或平板電腦。
(7)網(wǎng)站綜合管理平臺,與功能(6)相似,是智能終端控制的網(wǎng)絡(luò)版。
二、投資回報分析
智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能設(shè)備監(jiān)測、控制和管理系統(tǒng)系統(tǒng)的投資效益主要在于節(jié)能減排,提高現(xiàn)有電力資源的利用率,消峰填谷。
每個家庭前期投入2000元到3000元,每年收益為300元,通過分時電價及合理化建議,則10年可以收回成本,對用電量大的用戶可以由更高的收益率評價投資效益的動態(tài)分析法。
凈現(xiàn)值法是將項目在考察期內(nèi)各年發(fā)生的收入和支出折算為項目期初的值的代數(shù)和[2]。計算公式:
NPV=-K+(B1-C1)/(1+i)+(B2-C2)/(1+i)+…+(Bn- Cn)/(1+i)n + L/(1+i)
通過凈現(xiàn)值可以直接比較整個項目期內(nèi)全部的成本與效益,而且它是以貼現(xiàn)為基礎(chǔ)的,考慮了時間因素,從而克服了投資回收期及投資報酬率這兩種方法在評價投資醒目效益方面的缺陷。如果某個項目的凈現(xiàn)值大于0,則該項目是可行的,否則,項目就不可行,應(yīng)予拒絕。
一個標(biāo)準(zhǔn)家庭計劃支出基本建設(shè)資金3000元,每年收益為300元,計算時所用的貼現(xiàn)率為8%,5年后其殘值為3000元。在項目期5年之內(nèi),這項投資的效益折成現(xiàn)值應(yīng)為:P=300 /(1+8%)1 +300 /(1+8%)+ 300 /(1+8%)3 + 300 /(1+8%)+ 300 /(1+8%)5 + 3000 /(1+8%)= 3759(元)
項目期投資費(fèi)用折成現(xiàn)值為:3000(元)
項目的凈現(xiàn)值為:NPV = 3759- 3000 = 759(元)
當(dāng)貼現(xiàn)率為6%時,這項投資的凈現(xiàn)值為759元,凈現(xiàn)值大于零。所以,這個投資方案是可行的。
三、技術(shù)路線及實現(xiàn)方案
為了保證系統(tǒng)低耦合、高內(nèi)聚的特點(diǎn),系統(tǒng)采用分層實現(xiàn),層與層之間設(shè)計接口進(jìn)行相互訪問,某層的改變不會影響其它層,從而保證層內(nèi)高內(nèi)聚,層間低耦合。系統(tǒng)主要分為三層,從下到上依次為:
硬件訪問層:通過智能電表、傳感器和智能插座等硬件設(shè)備實時或以一定頻率采集各種信息,并將這些信息插入到數(shù)據(jù)庫中。
業(yè)務(wù)處理層:業(yè)務(wù)層是一個承上啟下的中間層,從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù),并為表示層提供數(shù)據(jù);同時接受表示層的請求,并處理請求或發(fā)送到硬件;采用了J2EE技術(shù)搭建的五層體系結(jié)構(gòu):表示層、控制層、服務(wù)層、持久層和模型層,并且使用Spring Ioc機(jī)制對各層進(jìn)行組織。
系統(tǒng)表示層:以各種友好的方式展示用戶需要查看的數(shù)據(jù),并為用戶提供合理化的建議。它提供用戶交互界面。使用多個包含單顯示頁面的用戶部件,復(fù)雜的Web頁面可以展示來自多個數(shù)據(jù)源的內(nèi)容,并且網(wǎng)頁人員、美工能獨(dú)自參與這些Web頁面的開發(fā)和維護(hù)。本層使用Struts2開發(fā)。
系統(tǒng)安全使用Spring Security2機(jī)制,去掉permission,支持resources分組,并支持從resource分組中生成菜單。
系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)根據(jù)主要功能,劃分為4個模塊。
(1)用電信息采集模塊。模擬電力公司的用電信息采集過程,主要功能有:實時或以一定頻率收集每個用戶的智能電表數(shù)據(jù),包括用電量、電壓、電流等;電力公司可以方便地瀏覽每個用戶的用電信息;以短信的方式通知用戶某些緊急情況;用戶登錄后可以訪問自己的用電信息,并完成繳費(fèi);瀏覽自己家庭的設(shè)備信息,并通過網(wǎng)絡(luò)對家庭設(shè)備進(jìn)行控制;了解家庭環(huán)境信息。為了方便客戶使用,系統(tǒng)設(shè)置Android的手機(jī)或平板電腦客戶端,Android系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)站,通過HTTP獲取。
(2)家庭能效管理和控制模塊。實時監(jiān)控各種電器的用電情況;對各種電器進(jìn)行控制;依據(jù)分時或?qū)崟r電價信息為用戶制定合理的用電模式。這里的主要設(shè)備如表1所示。
(3)基于RFID的資產(chǎn)管理模塊。通過RFID技術(shù)跟蹤各種電器設(shè)備的使用情況;記錄設(shè)備的資產(chǎn)情況;在這里使用航天金卡的電子標(biāo)簽通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。
(4)硬件訪問模塊。針對各項設(shè)備提供硬件設(shè)備的訪問接口。
四、結(jié)束語
智能電網(wǎng)是當(dāng)前全球電力工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn),引領(lǐng)了電網(wǎng)的未來發(fā)展方向,涉及從發(fā)電到用戶的整個能源轉(zhuǎn)換和輸送鏈。本文對于其中的用電側(cè)的用戶管理提出了一整套的設(shè)計方案。它將再造電網(wǎng)的信息回路,構(gòu)建用戶新型的反饋方式,推動電網(wǎng)整體轉(zhuǎn)型為節(jié)能基礎(chǔ)設(shè)施,提高能源效率,降低客戶成本,減少溫室氣體排放,創(chuàng)造電網(wǎng)價值最大化的能力。
參考文獻(xiàn):
五年前,IBM敏銳地發(fā)覺“智慧”的發(fā)展趨勢,并將智慧城市的概念帶入中國。這一概念不僅符合中國的城市化發(fā)展趨勢,也符合中國政府重視民生的政策,因而在中國得到迅速推廣。
“智慧”的“自轉(zhuǎn)”與“公轉(zhuǎn)”向人們闡述了技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,即人人都會成為“智慧”的推動者?,F(xiàn)實也很樂觀,國內(nèi)ICT領(lǐng)域的多數(shù)企業(yè),甚至傳統(tǒng)家電企業(yè)都在為智慧城市添磚加瓦,推動部分新概念的落地:智慧園區(qū)、智慧社區(qū)、智慧家庭,不一而足。
放眼全球,智慧城市的廣泛建設(shè)帶來很多先進(jìn)經(jīng)驗,而眾多的國際企業(yè)成為傳遞經(jīng)驗的踐行者。IBM作為智慧城市的引領(lǐng)者自不必提,而來自日本的NEC也是中國智慧城市建設(shè)進(jìn)程中的一個重要角色。
作為一家有百年歷史的ICT企業(yè),NEC是日本較早倡導(dǎo)智慧城市的企業(yè)之一。據(jù)NEC信息系統(tǒng)(中國)有限公司總經(jīng)理中井汪杰介紹,NEC于1977年首次提出“C&C”(Computing&Communication)的偉大構(gòu)想,預(yù)見了計算機(jī)與通信融合的大趨勢,這也是NEC所倡導(dǎo)的“以物聯(lián)網(wǎng)與云計算支撐智慧城市建設(shè)”的雛形。在日本,NEC參與了數(shù)量眾多的智慧城市項目建設(shè),積累了豐富的行業(yè)管理模式和系統(tǒng)構(gòu)筑經(jīng)驗。作為文化相近的東方友鄰,日本的智慧城市戰(zhàn)略及實施經(jīng)驗對中國來說極具參考價值。
他山之石,可以攻玉
在日本,智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)的概念存在多年,日本制定了“e-Japan/u-Japan/i-Japan”等系列國家信息化戰(zhàn)略來推進(jìn)國家ICT建設(shè),最終建成無縫的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),并以此為基礎(chǔ)制定了“電子政務(wù)”、“醫(yī)療保健”和“教育人才”三大發(fā)展戰(zhàn)略,激活產(chǎn)業(yè)和地域的活性并培育新興產(chǎn)業(yè),從而體現(xiàn)以人為本,創(chuàng)造使國民安心和有活力的社會。
1. 個人信息管理
“i-Japan”戰(zhàn)略有一個核心內(nèi)容——“國民個人電子文件箱”,其目的是讓國民管理自己的信息資料,通過互聯(lián)網(wǎng)安全可靠地完成工資支付等各種手續(xù),達(dá)成信息共通并對其進(jìn)行綜合管理,使國民享受一站式的電子政務(wù)服務(wù)。NEC的云計算共通核心服務(wù)系統(tǒng)、信息共享平臺等已在日本的長崎市、橫濱市、富士市等幾十個城市和區(qū)域?qū)搿?/p>
2. 數(shù)字醫(yī)療
目前東京的電子病歷系統(tǒng)在各類醫(yī)院已經(jīng)得到普及。電子病歷系統(tǒng)整合了各種臨床信息系統(tǒng)和知識庫,能提供病人的基本信息、住院信息和護(hù)理信息,為護(hù)士提供自動提醒,為醫(yī)生的診療活動提供幫助。此外,醫(yī)院還通過無線網(wǎng)絡(luò)和移動設(shè)備實現(xiàn)了醫(yī)生移動查房和護(hù)士床旁操作。
目前日本的醫(yī)療信息化建設(shè)基本實現(xiàn)了診療過程的數(shù)字化、無紙化和無膠片化。其中,NEC不僅參與日本各大醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)的構(gòu)筑,還發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢,推動醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間以及醫(yī)院和社區(qū)之間的信息共享,促進(jìn)區(qū)域醫(yī)療服務(wù)網(wǎng)的發(fā)展。
3.節(jié)能減排
日本在2007~2008年間迅速展開了對智能城市構(gòu)成要素的可再生能源與電動汽車等一系列相關(guān)要素的試點(diǎn)實驗,并于2010年正式開始建設(shè)包含各要素在內(nèi)的綜合智能社區(qū)。在官民聯(lián)手建設(shè)智能社區(qū)聯(lián)盟的同時,日本也在橫濱市、北九州市、豐田市、京阪奈科學(xué)城這4個地方開始了試點(diǎn)實驗。
NEC在2012年提出了強(qiáng)化收集及分析“大數(shù)據(jù)”的業(yè)務(wù)方針,并成立了專門針對能源的分析組。在何時何地,何種裝置生產(chǎn)或消耗多少電力,這些信息正可謂大數(shù)據(jù)。NEC致力于將自己的數(shù)據(jù)分析技術(shù)充分應(yīng)用于電力領(lǐng)域。
以上是日本智慧城市建設(shè)中關(guān)于政務(wù)、醫(yī)療和能源三個領(lǐng)域的概括。從關(guān)系民生的細(xì)小之處中不難看出,“以人為本”的智慧城市建設(shè)正是創(chuàng)建和諧社會的基礎(chǔ),而NEC正在將這些經(jīng)驗帶到中國。
智慧“武器” 民生為本
NEC于三年前啟動智慧城市戰(zhàn)略,其核心思想是圍繞民生的五大問題:安心安全、節(jié)能環(huán)保、交通物流、醫(yī)療養(yǎng)老以及教育,建立一種能夠應(yīng)對城市變化的機(jī)制,創(chuàng)造一個安心舒適的居民生活環(huán)境。據(jù)中井汪杰介紹,NEC致力于在城市的各項功能中,通過云計算和物聯(lián)網(wǎng),將人流、物流、信息流整合利用,實現(xiàn)城市的高效運(yùn)營。
NEC(中國)從2012年起將智慧城市作為公司新業(yè)務(wù)發(fā)展的重中之重,立足中國國情,基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,將日本先進(jìn)的智慧解決方案引入中國并服務(wù)于中國日新月異的城市現(xiàn)代化建設(shè)。NEC積累了大量基于物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)智慧解決方案,包括智能安防/生物識別、節(jié)能環(huán)保、智能交通/物流、智能醫(yī)療/養(yǎng)老、防災(zāi)應(yīng)急等等,它們組成了NEC攻城拔寨的智慧“武器”。目前NEC在中國重點(diǎn)推進(jìn)安防/應(yīng)急、節(jié)能環(huán)保、養(yǎng)老、物流等方案。
智慧安防——人臉識別/指紋識別
NEC的圖像識別技術(shù)、狀態(tài)不變性分析等先進(jìn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對圖片、視頻和指紋的智能分析,廣泛應(yīng)用于智慧安防領(lǐng)域。目前,NEC人臉識別及指紋識別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在澳門海關(guān)和香港海關(guān)的通關(guān)認(rèn)證中。在中國大陸,NEC與本地伙伴合作將其導(dǎo)入到國家司法考試的身份認(rèn)證中。
2011年,NEC為安徽省建設(shè)完成的千萬級指掌紋自動識別系統(tǒng),是目前為止中國最大規(guī)模的指掌紋系統(tǒng),平均30秒即可完成一枚現(xiàn)場指紋查詢比對工作。新系統(tǒng)啟動后不到一年的時間,查破案件數(shù)量大幅增長,是2001年以來安徽歷年平均破案數(shù)量的10倍以上。目前,安徽全省共建設(shè)了NEC指紋自動識別系統(tǒng)終端系統(tǒng)2300多套。今后,該系統(tǒng)還可進(jìn)行擴(kuò)容,最大可存儲5000萬人捺印指紋數(shù)據(jù),從而大大提高系統(tǒng)對跨省作案案件的查破能力。
此外, NEC還將人臉識別技術(shù)與獨(dú)特的視像處理技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用于流通行業(yè),以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部人員和顧客的偷竊行為或者提前識別VIP客戶,革新購買體驗,增加營業(yè)額。
智慧養(yǎng)老
——老年公寓智慧管理系統(tǒng)
中國正走向老齡化社會,但養(yǎng)老的理念和實踐都非常落后。NEC在日本有著多年提供醫(yī)療和養(yǎng)老院智慧解決方案的成功經(jīng)驗。從2011年開始,NEC與北京匯晨養(yǎng)老機(jī)構(gòu)管理有限公司合作,開發(fā)出包括移動化服務(wù)管理、實時數(shù)據(jù)挖掘、基于云的數(shù)據(jù)分享、智能人員定位等特點(diǎn)的智能老年公寓管理解決方案。
智慧能源
——樓宇能源管理系統(tǒng)(BEMS)
建筑物八成以上的耗電來自空調(diào)或照明,NEC樓宇能源管理系統(tǒng)通過在建筑中安裝大量的溫濕度及影像傳感器,對空調(diào)和照明進(jìn)行能耗控制,實現(xiàn)對大型建筑的分布式能源管理。
此外,在清潔能源方面,NEC擁有世界領(lǐng)先的鋰電池技術(shù),目前已成功運(yùn)用于新能源汽車中,日產(chǎn)的Leaf電動車采用NEC的鋰電池曾創(chuàng)下單次充電續(xù)航185公里的記錄。NEC高性能電池還可應(yīng)用于家庭儲能系統(tǒng),從而解決由于太陽能、風(fēng)能的不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的能源浪費(fèi)問題,實現(xiàn)清潔能源的有效利用。
智慧物流——智能冷鏈管理系統(tǒng)
NEC的智慧物流解決方案包括:停車場智能管理系統(tǒng)、冷鏈管理系統(tǒng)、電動車Telematics系統(tǒng)、物流倉儲管理系統(tǒng)、移動車牌識別系統(tǒng)等。目前,NEC已將日本先進(jìn)的智能冷鏈管理系統(tǒng)引入中,并成功地用于醫(yī)藥流通領(lǐng)域。
民生一直是NEC智慧城市戰(zhàn)略關(guān)注的重點(diǎn),中井汪杰表示,在防災(zāi)應(yīng)急、醫(yī)療養(yǎng)老和節(jié)能環(huán)保方面,NEC不只是建立一個物理的系統(tǒng),更重要的是帶來了一整套的經(jīng)驗,而這些經(jīng)驗只有通過長期的實踐才能得來。以防災(zāi)應(yīng)急為例,日本這個地震頻繁的國家在震后應(yīng)急通信方面積累了許多寶貴經(jīng)驗。中井汪杰舉了個例子,在東京都廳聯(lián)絡(luò)災(zāi)情有專門的屋子,政府設(shè)立專門的接線員與各個區(qū)進(jìn)行電話聯(lián)絡(luò)。政府對這些接線員有個特殊要求:必須住在步行五分鐘可回到聯(lián)絡(luò)室的范圍內(nèi)。這是由于一旦發(fā)生嚴(yán)重的地震,現(xiàn)代化的交通中斷,移動通信癱瘓,只有步行和固定電話是可靠的——這是只有NEC才能提供的經(jīng)驗。
把脈癥結(jié) 實現(xiàn)智慧
中國的智慧城市事業(yè)已從前期“概念導(dǎo)入”進(jìn)行到“規(guī)劃和試點(diǎn)”階段,截至目前,政府已經(jīng)完成193個智慧城市試點(diǎn)規(guī)劃。在中井汪杰看來,未來中國的智慧城市建設(shè)有兩個重要趨勢:一是“從方案規(guī)劃到深化應(yīng)用”,二是“從單純信息化建設(shè)轉(zhuǎn)向通過智慧城市建設(shè)來帶動本地的產(chǎn)業(yè)升級”。同時他也看到,目前仍然存在信息孤島的問題,這是中國智慧城市建設(shè)的一大障礙。他說:“各部門已經(jīng)進(jìn)行了多個信息化系統(tǒng)的建設(shè),但系統(tǒng)間缺乏關(guān)聯(lián),且可能邏輯順序混亂,信息化投入達(dá)不到最優(yōu)化的統(tǒng)籌運(yùn)作的效果?!倍@個障礙最終還要依靠政府的力量去破除。
關(guān)鍵詞:智慧城市;建設(shè)模式;發(fā)展趨勢
一、 引言
城市地區(qū)人口高度集中將帶來許多新的服務(wù)需求和挑戰(zhàn),包括:環(huán)境質(zhì)量、交通管理、治安監(jiān)控、飲水安全、就業(yè)市場、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、教育機(jī)會等等。同時,隨著全球人口增長并逐漸轉(zhuǎn)移到核心城市,城市在技術(shù)、企業(yè)、政府、資源消耗及生活質(zhì)量等層面所扮演的角色及影響力越來越重要。因此,近年來"智慧城市"成為全球城市發(fā)展的新趨勢,通過互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造全新的智能型城市,提升居民生活水平并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。隨著物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動寬帶網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一輪信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,城市信息化發(fā)展向更高階段的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。本文回顧全球開展智慧城市實踐的相關(guān)文獻(xiàn)及案例,從探討智慧城市的內(nèi)涵入手,繼而分析其建設(shè)模式和典型案例,并探析可能的發(fā)展趨勢,以供智慧城市建設(shè)者參考。
二、 何謂智慧城市
1. 智慧城市的概念。2008年全球金融危機(jī)的爆發(fā)和蔓延為智慧城市的發(fā)展帶來重大機(jī)遇,美國IBM公司在其年度論壇活動中首次提出“智慧地球”的新理念,旨在運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)建構(gòu)新的世界運(yùn)行模式,并提出智慧城市需高度感知化(Instrumented)、互聯(lián)化(Interconnected)、智慧化(Intelligent)能力,透過信息化手段實現(xiàn)資源優(yōu)化配置及城市高效管理。這一創(chuàng)新理念引發(fā)了社會各方的廣泛關(guān)注, 但何謂“智慧城市”仍缺乏統(tǒng)一的定義。在討論“智慧城市”的內(nèi)涵時,常因城市目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)形態(tài)、專業(yè)領(lǐng)域和地區(qū)特性等差異而存在不同的詮釋。
綜合而言,智慧城市是運(yùn)用智能化手段整合各方資源、實現(xiàn)信息共享,協(xié)同政府、企業(yè)、居民,建立政府治理能力更為完善、城市運(yùn)營更為高效、城市發(fā)展更為綠色低碳、城市生活更為方便宜居的城市創(chuàng)新發(fā)展模式。
2. 智慧城市的內(nèi)涵。智慧城市具備兩層內(nèi)涵:一是以人為本,打造良好人居環(huán)境;二是提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的感知能力、城市運(yùn)作的協(xié)同能力、城市管理的反應(yīng)能力、城市政府的服務(wù)能力、城市的經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型能力、城市資源智能化配置和共享能力,以及城市空間布局的科學(xué)項目能力。此外,智慧城市建設(shè)除積極運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高市民生活質(zhì)量外,也應(yīng)不斷減輕環(huán)境負(fù)擔(dān),保持可持續(xù)發(fā)展。
智慧城市是顛覆人們傳統(tǒng)的生活方式,革新生活理念,重塑以科技和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧化生活。其本質(zhì)是以科技和通信技術(shù)為基礎(chǔ),有效解決城市居民生活中的不便、不合理之處。智慧城市并非是使城市變成各種新技術(shù)的試驗場,而是利用技術(shù)去滿足城市居民需求,從而創(chuàng)造整體的價值。其核心驅(qū)動力是通過深度的城市信息化來滿足城市發(fā)展轉(zhuǎn)型和管理方式轉(zhuǎn)變的需求
三、 智慧城市建設(shè)模式分析
綜觀各國智慧城市發(fā)展,從城市類型的角度,智慧城市包含“新建城市”和“建成城市”,從建設(shè)主導(dǎo)方的視角,又可劃分為“國有部門推動”和“私有部門推動”。本文進(jìn)而將智慧城市建設(shè)模式劃分為“職能升級型”、“國家主導(dǎo)型”、“大企業(yè)驅(qū)動型”、“公司參與型”和“公眾參與型”5種類型。這5種類型僅作為大致區(qū)分,并非互斥,且每一種智慧城市項目可能包含數(shù)種建設(shè)模式類型。
1. 職能升級型。智慧城市發(fā)展不僅針對新建城市,對于建成城市的轉(zhuǎn)型升級,如改善交通、提升政府服務(wù)、城市更新、節(jié)能減碳、可持續(xù)發(fā)展等方面也具有重要意義,同時城市轉(zhuǎn)型過程中也將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級。職能升級型多為政府部門推動,主要針對建成城市轉(zhuǎn)型升級,比較著名的案例有:比利時科爾特賴克智慧城市實踐項目、荷蘭阿姆斯特丹Citynet項目、美國舊金山Tech Connect項目、紐約城區(qū)聯(lián)盟計劃、加拿大多倫多數(shù)字城市、我國天津生態(tài)城、無錫生態(tài)城等。
以比利時智慧城市建設(shè)為例,比利時科爾特賴克市政府從智能化政府觀點(diǎn)來定義智慧城市,并于2011年成立ICT部門,通過一系列智慧城市實踐方案,如:智慧城市試點(diǎn)1777方案,推出市民專線服務(wù);智慧城市試點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)連接方案,將城市網(wǎng)絡(luò)與3個高校校園網(wǎng)絡(luò)連接起來,并提供無線網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)服務(wù);智慧城市試點(diǎn)門戶框架方案,建立城市入口網(wǎng)站提供快速、有效、便利的關(guān)鍵公共服務(wù),并公開地理信息系統(tǒng),達(dá)到聯(lián)結(jié)市民、地方政府以及訪客服務(wù);2014年科爾特賴克市政府再度推出即停即走(Park&Go)智能停車感應(yīng)方案,獲得比利時智慧城市獎。
日本的住宅能源管理系統(tǒng)(HEMS)和大樓能源管理系統(tǒng)(BEMS)也是職能升級型智慧城市建設(shè)的典型案例?;诖_保能源安定供給、環(huán)境適合性、活動市場機(jī)制的能源政策原則,日本政府于2002年研究制定《能源基本計劃》,作為日本智慧社區(qū)建設(shè)的重要衡量指標(biāo)。在社區(qū)能源管理中,一方面運(yùn)用以家用太陽能發(fā)電為代表的再生能源,另一方面也注重節(jié)能的同時必須無損生活的舒適性。住宅能源管理系統(tǒng)(HEMS)能有效根據(jù)能源供需狀況、供能設(shè)備、蓄電設(shè)備與家電等能源需求設(shè)備,實現(xiàn)能源供需的最適平衡。與此同時,住戶可以通過HEMS的顯示器,查看“可視化”的能源消費(fèi)進(jìn)度,直觀感受能源使用量、價格與環(huán)境之間的關(guān)系,產(chǎn)生節(jié)能減碳的意識,營造新形態(tài)的生活。大樓能源管理系統(tǒng)(BEMS)的概念與BEMS相似。根據(jù)日本《能源白皮書》,商用大樓的能源消耗位列前四的分別為辦公室、旅館、包括超市及便利店在內(nèi)的零售商店、醫(yī)院。然而商用大樓的能源消耗依據(jù)用途的不同而有著差異化的能源需求形態(tài)。因此,能源控制的手段和對象須針對不同類別特性、不同應(yīng)用層面開展,并根據(jù)能源需求側(cè)的需求,構(gòu)建商業(yè)模式。例如在有經(jīng)濟(jì)誘因的間接調(diào)控方面,實踐案例有京阪奈地區(qū)的中小大樓群管理系統(tǒng)、北九州地區(qū)的從業(yè)人員參與型節(jié)能系統(tǒng)、橫濱市的超市模式、京阪奈地區(qū)的旅館模式;在無經(jīng)濟(jì)誘因的直接調(diào)控方面,實踐案例包括橫濱市的活用既有基礎(chǔ)設(shè)施模式、活動車載蓄電池模式、北九州地區(qū)的運(yùn)用浮動電價的大樓調(diào)控、醫(yī)院模式等。
2. 國家主導(dǎo)型。智慧城市需要導(dǎo)入大量技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)甚至是高新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其所帶來的龐大基礎(chǔ)建設(shè)商機(jī),都與未來各國產(chǎn)業(yè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。因此,主要國家及經(jīng)濟(jì)體都以國家戰(zhàn)略層次來主導(dǎo)相關(guān)實施方案的推動。例如,美國奧巴馬政府將IBM“智慧地球”視為國家戰(zhàn)略,投入大量資源在信息化醫(yī)療看護(hù)項目之上;再如歐盟以國家力量推動針對生活環(huán)境及服務(wù)的智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃,以及21世紀(jì)以來亞洲各國所提出的國家主導(dǎo)型建設(shè)項目,包括日本u-Japan計劃、韓國u-Korea、u-Seoul計劃、阿聯(lián)酋瑪斯達(dá)爾計劃、我國智慧武漢、智慧深圳,以及我國臺灣地區(qū)的e-Taiwan、m-Taiwan、u-Taiwan計劃等。本文以歐盟歐洲智慧城市倡議項目、阿聯(lián)酋的瑪斯達(dá)爾計劃、韓國u-Seoul計劃為例進(jìn)行說明。
在歐洲,由歐盟主導(dǎo)推動的智慧城市項目,包括:第一,“歐洲智慧城市倡議”將城市智能化轉(zhuǎn)型著重在建筑、加熱與冷卻、電力及交通運(yùn)輸?shù)?個基本應(yīng)用領(lǐng)域,項目出4個領(lǐng)域的大型示范運(yùn)用期限與目標(biāo),讓技術(shù)通過示范應(yīng)用的實際成效驗證,被歐洲各城市采納;第二,“智慧城市與社區(qū)歐盟創(chuàng)新伙伴計劃”聚焦于產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的創(chuàng)新,通過強(qiáng)化新型能源、交通及通訊服務(wù)等模式,解決需求側(cè)的問題。同時,也協(xié)助與建立未來所需要的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。
中東阿拉伯聯(lián)合酋長國推動的瑪斯達(dá)爾計劃于2008年動工,計劃中的瑪斯達(dá)爾城坐落在阿布扎比東南,面積約6平方公里,預(yù)定于2020年~2025年完成,總投資額超過180億美元。整座城市預(yù)計可容納1 500家廠商、5萬居民及6萬名通勤者?,斔惯_(dá)爾計劃由國家主導(dǎo),目標(biāo)為打造全球首座綠色能源智慧城市,城市區(qū)域內(nèi)將完全實現(xiàn)零碳排放量、零廢棄物,并采用以再生及清潔能源為動力的無污染汽車,垃圾及廢水均可回收再利用,區(qū)內(nèi)飲用水將由太陽能發(fā)電站供電的海水淡化廠提供。該建設(shè)方案通過建立經(jīng)濟(jì)特區(qū)的方式,提供免稅優(yōu)惠,吸引世界環(huán)保企業(yè)創(chuàng)立再生能源研究中心,期望未來發(fā)展成為世界新能源技術(shù)領(lǐng)先者及輸出國。
韓國政府認(rèn)為寬帶信息產(chǎn)業(yè)將是下一波產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn),韓國必須在u-City的各項寬帶信息服務(wù)占有領(lǐng)導(dǎo)地位,同時促使城市更具國際競爭力,因此提出u-Seoul計劃。該計劃目標(biāo)為建立一個讓民眾擁有高質(zhì)量生活以及干凈且具有吸引力的城市,具體包括4項推動策略:即時服務(wù)、客制服務(wù)、智慧服務(wù)及整合服務(wù)。即時服務(wù)主要內(nèi)容為提供實時交通信息、市民行動信息服務(wù)、幼童定位等服務(wù);客制服務(wù)為依據(jù)旅客或民眾個人需求,提供例如首爾市觀光與文化、遠(yuǎn)距醫(yī)療、教育服務(wù)等信息;智慧服務(wù)主要為提供民眾智能交通系統(tǒng)、污染自動監(jiān)測、先進(jìn)的街燈等服務(wù)等服務(wù);整合服務(wù)主要內(nèi)容為提供城市整合觀測系統(tǒng)、公共設(shè)施管理系統(tǒng)等。
3. 大企業(yè)驅(qū)動型。智慧城市所帶來的龐大基礎(chǔ)建設(shè)商機(jī),讓許多國際大型企業(yè)積極布局,宣傳充滿高科技基礎(chǔ)建設(shè)及服務(wù)的智慧城市形態(tài),獲得許多房地產(chǎn)開發(fā)商、全球信息科技公司及政府支持,試圖從零打造充滿高科技基礎(chǔ)建設(shè)及服務(wù)的都市。本文以思科、日本電器公司(NEC)、日立集團(tuán)為例進(jìn)行說明。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司思科認(rèn)為智慧城市能夠智慧運(yùn)轉(zhuǎn),其關(guān)鍵在于讓各種設(shè)備、設(shè)施能夠聯(lián)網(wǎng)并傳回感測信息進(jìn)行分析。因此,網(wǎng)絡(luò)平臺是智慧城市重要基礎(chǔ)。思科提出智慧城市萬物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及霧運(yùn)算,疏解M2M(Machine to Machine)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)及云端運(yùn)算壓力。思科智慧城市相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于韓國仁川自由經(jīng)濟(jì)區(qū)、荷蘭阿姆斯特丹及西班牙巴塞羅那等城市。此外,思科還成立了“智慧+互聯(lián)城市組織”,邀請包括舊金山、阿姆斯特丹、首爾、伯明翰、漢堡、馬德里等眾多城市參與。
日本電器公司(NEC)認(rèn)為城市的建設(shè)分為成長階段、成熟階段和重構(gòu)階段,NEC提供五大主要技術(shù):感應(yīng)、認(rèn)證、監(jiān)測、控制與云端運(yùn)算,將人、交通、信息、能源等四層的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)加以整合,通過分析,正確預(yù)測出未來城市的變化,對城市的進(jìn)化與居民生活提供最完善的保障。NEC智慧城市相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于日本筑波市以及南非民政事務(wù)總署的電子化政府等。
日本日立集團(tuán)關(guān)于智慧城市的基本觀點(diǎn)為利用信息科技,銜接能源、水、交通及醫(yī)療等城市基礎(chǔ)環(huán)境,實現(xiàn)人與地球的和諧相處,包括沒有能源?費(fèi)的環(huán)保生產(chǎn)、提供恰到好處的居家生活、幫助不同年齡人群相互學(xué)習(xí),以及順暢的高效移動模式,讓生活充滿喜悅。日立智慧城市相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于日本千葉市和沖繩、美國夏威夷智慧電網(wǎng)、我國的天津生態(tài)城等。
4. 公司參與型。企業(yè)以單獨(dú)或聯(lián)盟方式參與協(xié)助各國政府探索及建設(shè)智慧城市的建設(shè)模式亦頗為常見,如IBM研究院協(xié)助美國迪比克市發(fā)展智慧可持續(xù)計劃、葡萄牙Living Plan IT公司推動Plan IT Valley計劃、我國天一眾合協(xié)助發(fā)展智慧佛山計劃、SAM投資興建阿聯(lián)酋迪拜網(wǎng)絡(luò)城市等都是著名的實踐案例。本文以美國迪比克市發(fā)展智慧可持續(xù)計劃、葡萄牙Plan IT Valley項目為例說明。
美國迪比克市于2008年被命名為“最適宜居小城市”,總?cè)丝诩s6萬。該市2009年9月與IBM研究院合作,發(fā)展“智慧可持續(xù)迪比克市”,共同打造美國首個智慧城市,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、分析軟件和數(shù)據(jù)傳遞裝置等高新技術(shù)讓市政府和市民實時監(jiān)測和調(diào)整用水、用電天然氣、公共交通、公共服務(wù)等信息,以打造節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展城市。
葡萄牙Living Plan IT公司于2011年提出并主導(dǎo)Plan IT Valley項目,試圖打造一個生態(tài)智慧城市。Plan IT Valley項目試圖通過模塊化建筑技術(shù)?低感測網(wǎng)絡(luò)的安裝成本,并借由工程與運(yùn)營流程的創(chuàng)新,建設(shè)成本較傳統(tǒng)方法節(jié)省30%,工期提早30%。該項目獲頒2012年世界經(jīng)濟(jì)論壇科技先驅(qū)獎。
5. 公眾參與型。城市由政府、企業(yè)與民眾組成,因此,以人為本,納入開放數(shù)據(jù)、信息分享以及公眾力量開始受到重視,公眾參與逐漸成為各國智慧城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。比較常見的方式是信息共享模式,由政府提供城市各項運(yùn)作信息,再由民間、產(chǎn)業(yè)發(fā)掘需求,創(chuàng)造智慧城市公共服務(wù)的潛在商機(jī),成為另一股提升智慧城市發(fā)展的新力量,例如:美國紐約市政府舉辦手機(jī)應(yīng)用程序Big Apps競賽、波士頓推出手機(jī)應(yīng)用程序APP讓公眾參與治理、巴西發(fā)展群眾通報城市中無障礙空間問題工具、聯(lián)合國與IBM合作開發(fā)公眾參與工具等。
美國紐約市政府在2010年利用2萬美金總獎金,舉辦紐約市手機(jī)應(yīng)用程序大賽,吸引多達(dá)85組隊伍參加,更有效率地使用紐約市數(shù)據(jù)庫,3年內(nèi)創(chuàng)造235套公共服務(wù)應(yīng)用程序,合計60處官方及民間單位參與,并成功促使紐約市民及旅客運(yùn)用政府?dāng)?shù)據(jù)資源。
波士頓市政府認(rèn)為城市最大的傳感器來源是每位市民的手機(jī)。因此,波士頓市積極設(shè)計推出各種手機(jī)應(yīng)用程序,讓市民能夠參與城市治理,例如:2009年推出“市民連接(Citizens Connect)”就是讓每位市民能夠?qū)⒃诔鞘兴吹降膯栴}(如街頭涂鴉、路面坑洞等)拍照上傳至相關(guān)政府部門,讓問題獲得最有效的解決。
四、 智慧城市發(fā)展趨勢
國際調(diào)查機(jī)構(gòu)IDC的報告指出,全球已經(jīng)啟動或興建中的智慧城市達(dá)一千個,未來每年將會以復(fù)合增長率20%的速度成長,而在2025年之前,全球經(jīng)濟(jì)重要城市將會有大幅度的調(diào)整,預(yù)期2010年~2025年間,我國大陸及港澳臺地區(qū)均名列全球最具活力的城市之中,合計對全球經(jīng)濟(jì)成長貢獻(xiàn)將提升28%,將成為智慧城市建設(shè)的重要新興發(fā)展地區(qū)。
本文借由全球智慧城市的發(fā)展趨勢,探析世界脈動與未來發(fā)展方向:
1. 借由公私合營(PPP)模式,高度提升行政服務(wù)效率。美國佐治亞州的桑迪斯普林斯市借由公私合營(PPP)的方式,將行政業(yè)務(wù),大量外包給民間企業(yè),當(dāng)?shù)卣腹?名公務(wù)人員,通過市民滿意度調(diào)查機(jī)制,及時掌握外包質(zhì)量,提升市政操作效率。
2. 基于醫(yī)療、健康與自然共生等層面,提供舒適居住環(huán)境。我國海南省利用東岸萬泉河中洲上的樂島,建設(shè)成長期療養(yǎng)觀光地區(qū),同時出于環(huán)境問題的考慮,規(guī)定在中州及河川兩岸區(qū)域只能行駛電動車,以及通過太陽能發(fā)電或電力發(fā)電系統(tǒng)創(chuàng)造的再生能源,以建設(shè)一個適合市民居住的宜居新城鎮(zhèn)。
3. 提供社群層級而非個人化的服務(wù)。行政服務(wù)主要是以社群為單位,但隨著能源、交通運(yùn)輸、健康醫(yī)療等各種服務(wù)平臺的扁平化,今后各種服務(wù)可能延伸發(fā)展出結(jié)合新產(chǎn)業(yè)的新服務(wù)系統(tǒng)與新生活方式。
通過上述的趨勢可以了解到未來智慧城市的發(fā)展,會朝向多元尺度、多樣層面的方向進(jìn)行,而借由引入數(shù)字化神經(jīng)系統(tǒng),引領(lǐng)城市通過各接口了解多元信息,加以整合分析并回饋應(yīng)用于城市建設(shè),由單一的個體衍生至群體,達(dá)到有效協(xié)調(diào)系統(tǒng)間的運(yùn)作,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的價值。
五、 結(jié)論與建議
縱觀全球智慧城市的建設(shè)模式,已經(jīng)完成城市基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建造,正從數(shù)字科技網(wǎng)絡(luò)的鏈接功能,邁向智能環(huán)境的創(chuàng)新應(yīng)用階段。借由這些創(chuàng)新應(yīng)用讓使用者體驗“智慧城市”優(yōu)質(zhì)的生活模式,以創(chuàng)造新的生活文化風(fēng)貌。我國的智慧城市建設(shè)已形成了良好的局面,但同時也面臨諸多挑戰(zhàn),技術(shù)和產(chǎn)品受制于人,標(biāo)準(zhǔn)缺乏核心競爭力,城市項目與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)不同步,業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼共享機(jī)制不健全等。在未來的智慧城市建設(shè)中,相關(guān)政府部門應(yīng)積極與企業(yè)、學(xué)界深入合作,充分利用市場資源,創(chuàng)新開發(fā)模式和產(chǎn)品模式,積極推進(jìn)建立技術(shù)更新,助力智慧城市的發(fā)展。
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