公園低碳管理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方案

　　1 方案概述 

　　1.1項(xiàng)目背景 

　　“低碳生活”作為一種生活方式，先是從國外興起，可以理解為：減低二氧化碳的排放,就是低能量、低消耗、低開支的生活方式。如今這種生活方式已經(jīng)悄然走進(jìn)中國，國內(nèi)開始積極推行“建設(shè)低碳城區(qū)，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展”的行動(dòng)計(jì)劃，把城市內(nèi)的公園打造成為低碳生活示范園。公園不僅為附近居民提供了休閑鍛煉的場(chǎng)所，也成為宣傳低碳文化、倡導(dǎo)地毯生活、展示推廣先進(jìn)低碳科技成果的平臺(tái)。

　　1.2方案目標(biāo) 

　　針對(duì)低碳示范園場(chǎng)所的特點(diǎn)，天一眾合設(shè)計(jì)了以RFID技術(shù)為核心基礎(chǔ)，整合物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)模塊，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的示范園管理系統(tǒng)，以主動(dòng)式、低成本、高性能的優(yōu)勢(shì)對(duì)示范園內(nèi)的“主要低碳景點(diǎn)、示范園低碳設(shè)施、示范園內(nèi)環(huán)境、植被、示范園內(nèi)人員”等內(nèi)容進(jìn)行全面感知、可靠傳遞、智慧處理，同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展低碳互動(dòng)游戲，提高公眾對(duì)低碳生活的興趣與普及，讓居民更直觀、更深入地體驗(yàn)低碳生活。 

　　2 實(shí)現(xiàn)方式 

　　2.1傳輸方式 

　　基站通過RFID技術(shù)接收信號(hào)信息通過WIFI，將信息傳送至總控中心，將前端感應(yīng)裝置編碼、編號(hào)和位置信息與GIS地圖結(jié)合，實(shí)時(shí)向中心、游人展示示范園內(nèi)低碳示范園理念及詳細(xì)構(gòu)成。

　　2.2管理方式 

　　主控中心通過物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)對(duì)示范園內(nèi)景點(diǎn)情況、植被介紹、環(huán)境現(xiàn)狀、互動(dòng)環(huán)節(jié)等全面掌控；主控中心通過物聯(lián)網(wǎng)展示平臺(tái)為游客提供直觀的“低碳示范園簡(jiǎn)介、低碳景點(diǎn)詳細(xì)介紹、低碳設(shè)備介紹、低碳游戲互動(dòng)”等低碳宣傳內(nèi)容。

　　2.3展示方式 

　　LED實(shí)時(shí)展示：通過在示范園進(jìn)出口的LED為游客展示示范園介紹、示范園路線、示范園內(nèi)低碳展示景點(diǎn)介紹及展示點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)；

　　3 功能介紹 

　　針對(duì)示范區(qū)中水系統(tǒng)、示范小屋、藤架區(qū)等低碳展示景點(diǎn)進(jìn)行全面介紹，主動(dòng)告知游客其核心環(huán)保理念與低碳形式展現(xiàn)。

　　3.1公園人數(shù)監(jiān)控統(tǒng)計(jì) 

　　人員監(jiān)控管理主要是通過在監(jiān)管區(qū)域的進(jìn)出入門口、景點(diǎn)、道路，以及一些必要的區(qū)域架設(shè)基站，對(duì)整個(gè)監(jiān)管區(qū)域進(jìn)行有效覆蓋，再對(duì)工作人員及游客配備相應(yīng)的RFID電子標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)全球唯一的ID號(hào)碼，該號(hào)碼可以標(biāo)識(shí)使用者的唯一身份，從而實(shí)現(xiàn)在整體區(qū)域內(nèi)眾多人員的綜合管理，如人員的定位、游覽軌跡和人數(shù)統(tǒng)計(jì)管理等。

　　3.2環(huán)境感知 

　　利用傳感器感知環(huán)境特定參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控：

　　● 通過溫濕度傳感器檢測(cè)空氣環(huán)境溫度、濕度值，了解測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度狀態(tài)； 

　　● 通過大氣壓力傳感器，檢測(cè)空氣環(huán)境中大氣的壓力狀態(tài)；

　　● 通過粉塵傳感器，檢測(cè)空氣環(huán)境中粉塵的污染程度；

　　● 通過一氧化碳傳感器，檢測(cè)環(huán)境中大氣中一氧化碳的濃度；

　　● 通過照度傳感器，檢測(cè)環(huán)境中光照的強(qiáng)度；

　　● 通過風(fēng)速傳感器，檢測(cè)環(huán)境中風(fēng)力大小/等級(jí)狀態(tài)；

　　● 通過風(fēng)向傳感器，檢測(cè)環(huán)境中風(fēng)的方向狀態(tài)；

　　● 通過PH檢測(cè)傳感器(水質(zhì))，檢測(cè)水塘中水質(zhì)的酸堿強(qiáng)度；

　　● 通過噪聲傳感器，檢測(cè)環(huán)境中噪音的污染程度；

　　● 通過PH檢測(cè)傳感器(水質(zhì))，檢測(cè)水塘中水質(zhì)的酸堿強(qiáng)度；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)采用2×16字符液晶顯示，4按鍵控制，4LED指示燈指示工作狀態(tài)，人機(jī)界面友好易于操作；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)采用大規(guī)模集成電路，減少了分立元件的數(shù)量，模塊化電源設(shè)計(jì)，并考慮對(duì)過壓與雷擊的防護(hù)；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)內(nèi)嵌微單片機(jī)系統(tǒng)從硬件和軟件上均采取先進(jìn)的抗干擾措施，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運(yùn)行；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)提供1路RS485數(shù)字接口，通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室,再通過后臺(tái)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、列表顯示、制圖分析等功能。

　　3.3植被感知 

　　利用傳感器感知植被特定參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控：

　　● 通過二氧化碳傳感器，檢測(cè)空氣環(huán)境中二氧化碳的濃度；

　　● 通過照度傳感器，檢測(cè)環(huán)境中光照的強(qiáng)度；

　　● 通過風(fēng)速傳感器，檢測(cè)環(huán)境中風(fēng)力大小/等級(jí)狀態(tài)；

　　● 通過土壤含水傳感器，檢測(cè)土壤中水分的含量；

　　● 通過雨量傳感器，檢測(cè)降雨是雨水的降雨量；

　　● 通過PH檢測(cè)傳感器(水質(zhì))，檢測(cè)水塘中水質(zhì)的酸堿強(qiáng)度；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)采用2×16字符液晶顯示，4按鍵控制，4LED指示燈指示工作狀態(tài)，人機(jī)界面友好易于操作；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)采用大規(guī)模集成電路，減少了分立元件的數(shù)量，模塊化電源設(shè)計(jì)，并考慮對(duì)過壓與雷擊的防護(hù)；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)內(nèi)嵌微單片機(jī)系統(tǒng)從硬件和軟件上均采取先進(jìn)的抗干擾措施，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運(yùn)行；

　　● 信號(hào)采集主機(jī)提供1路RS485數(shù)字接口，通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室,再通過后臺(tái)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、列表顯示、制圖分析等功能。

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　　3.4能源監(jiān)測(cè) 

　　本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)源是通過在線監(jiān)測(cè)、手工填報(bào)以及系統(tǒng)對(duì)傳三種數(shù)據(jù)傳輸方式得到，可以采集能耗數(shù)據(jù)、水耗數(shù)據(jù)等。其中，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式是通過在能耗終端安裝采集裝置，將數(shù)據(jù)傳送給能量綜合測(cè)量管理終端（以下簡(jiǎn)稱“綜測(cè)儀”），起到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。綜測(cè)儀將收集到的數(shù)據(jù)及自身采集和計(jì)算得到的參數(shù)，通過無線傳輸連接到電腦，通過網(wǎng)絡(luò)，傳送至數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。WEB服務(wù)器通過其內(nèi)置WEB程序，將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在一個(gè)可視化程度較高的信息平臺(tái)上。該平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，擁有權(quán)限的管理人員，只需要擁有一臺(tái)可接入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)，就可以隨 時(shí)隨地掌握公園內(nèi)的能源情況。

　　該平臺(tái)通過對(duì)能耗數(shù)據(jù)的采集，整理、計(jì)算、分析，主要可以實(shí)現(xiàn)四大功能。

　　第一，在線監(jiān)測(cè)。該平臺(tái)通過在線監(jiān)測(cè)能源數(shù)據(jù)、可以實(shí)時(shí)掌握能耗狀況、以便及時(shí)進(jìn)行能源管理、最終全面提升用能質(zhì)量。

　　第二，統(tǒng)計(jì)分析。通過詳實(shí)可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行橫向縱向能耗對(duì)比，可以清晰能源消耗結(jié)構(gòu)，從而有效促進(jìn)能源管理。

　　第三，能效分析。平臺(tái)自動(dòng)生成分析曲線，這些曲線可以有利促進(jìn)能源審計(jì)。通過對(duì)曲線的分析可以充分挖掘節(jié)能潛力，展示公園節(jié)能亮點(diǎn)。

　　第四，手工填報(bào)。平臺(tái)自動(dòng)生成預(yù)定義的相關(guān)能耗報(bào)表，這些報(bào)表由手工填報(bào)，包含公園內(nèi)未建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)的月度耗用量。

（以上截圖為北京市用電監(jiān)測(cè)平臺(tái)截圖）

　　3.5軟件功能 

　　● 數(shù)據(jù)采集模塊；

　　● 實(shí)時(shí)環(huán)境狀態(tài)顯示模塊（生態(tài)參數(shù)）；

　　● 歷史環(huán)境狀態(tài)查詢模塊（生態(tài)參數(shù)）；

　　● 統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊；

　　● 感知終端管理模塊；

　　● 基站管理模塊；

　　● 系統(tǒng)用戶管理模塊；

　　● 能源監(jiān)測(cè)。

　　3.6游戲互動(dòng) 

　　碳足跡：通過示范園內(nèi)的基站將園內(nèi)分為多個(gè)區(qū)域，通過游客持有碳足跡RFID卡走過的路線及距離與后臺(tái)碳排放量監(jiān)測(cè)軟件結(jié)合計(jì)算出游客碳排放量的數(shù)字，游客通過RFID碳排放量卡上的編號(hào)可通過觸摸顯示屏進(jìn)行查詢，通過生動(dòng)的游戲環(huán)節(jié)提高每個(gè)人對(duì)碳排放的關(guān)注度同時(shí)對(duì)希望每位游客通過步行等方式上班降低碳排放量的對(duì)整個(gè)北京環(huán)境的影響，碳足跡RFID卡可出售于游客供其家人共同感受低碳生活的樂趣。

　　4 系統(tǒng)組成 

　　4.1基站 

　　基站為智能長距離讀寫器，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息中樞設(shè)備?；静粩嗖杉車ㄎ豢òl(fā)出的射頻標(biāo)識(shí)信息，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)（WIFI網(wǎng)絡(luò)）上傳至采集服務(wù)器，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供高精度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。主要有以下特點(diǎn)：

　　（1） 安裝靈活方便，不影響周圍環(huán)境?；九c采集服務(wù)器之間使用移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行雙向通信，不需要鋪設(shè)電纜或者光纜，最大程度保護(hù)周圍環(huán)境不受破壞。

　?。?） 基站與采集服務(wù)器之間具有雙向移動(dòng)數(shù)據(jù)通信功能，支持WIFI接口。

　　（3） 基站實(shí)現(xiàn)了RFID技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的融合。

　?。?） 基站支持后備電池供電。

　?。?） 獨(dú)特的防沖撞技術(shù)使基站在同一區(qū)域一次能接收200張定位卡。即使定位卡快速移動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)也可以準(zhǔn)確的傳輸。

　　主要技術(shù)參數(shù)

　?。?） 基站射頻識(shí)別范圍大，最大有效識(shí)別距離：300m；

　?。?） 并發(fā)容量大，同時(shí)識(shí)別接收卡數(shù)200個(gè)以上；

　　（3） 高速移動(dòng)情況下不漏卡，支持移動(dòng)速度高達(dá)80km/h 

　　（4） 接收頻率：2.4GHz；

　?。?） 傳輸方式：CDMA；

　?。?） 發(fā)射功率：≤30dBm；

　?。?） 工作電壓：DC12V，110mA；

　?。?） 功耗：AC220V±10%，5W；

　?。?） 工作溫度：-25℃～60℃；

　?。?0） 備用電池容量5Ah，可以維持基站正常工作40個(gè)小時(shí)以上；

　　4.2標(biāo)簽 

　　天一眾合公司的標(biāo)簽是有源主動(dòng)式標(biāo)識(shí)卡，定時(shí)發(fā)射自身的標(biāo)識(shí)信息。標(biāo)識(shí)卡采用內(nèi)置電池供電。標(biāo)識(shí)卡具有識(shí)別距離遠(yuǎn)，功耗低，免維護(hù)等特點(diǎn)。標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。每個(gè)標(biāo)簽具有全球唯一的電子編碼，附著在物體和人體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。主要有以下特點(diǎn)：

　　（1） 射頻發(fā)射功率小，只有-10dBm，對(duì)人體無傷害；

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　?。?） 超長工作時(shí)間。電路采用低功耗設(shè)計(jì)，降低電路功耗，一節(jié)紐扣電池可以維持定位卡正常工作3年；

　　（3） 采用有源RFID技術(shù)，數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送，無需喚醒機(jī)制；

　?。?） 定位卡支持激活和休眠模式；

　?。?） RFID和傳感技術(shù)的完美結(jié)合相結(jié)合。支持雙頻工作，具有低頻喚醒功能。

　?。?） 具有防撕報(bào)警功能。

　　（7） 采用高性能鋰氬電池適應(yīng)在戶外高低溫環(huán)境下工作。

　　天一眾合標(biāo)簽 

　　主要技術(shù)參數(shù)

　　（1） 接收頻率： 2.4GHz；

　?。?） 供電電源：紐扣電池；

　?。?） 工作電壓：DC3V

　?。?） 工作電流：射頻發(fā)射電流16mA，待機(jī)電流1μA。

　?。?） 工作時(shí)間：無需更換電池，3S發(fā)送一次射頻信息，工作時(shí)間可達(dá)4年以上（使用鋰氬電池）；

　?。?） 工作溫度：-25℃～60℃；

　?。?） 防護(hù)等級(jí)：IP68；

　　4.3軟件 

　　4.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖 

　　軟件采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用輕量級(jí)的J2EE框架SSH進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：

　　前臺(tái)網(wǎng)站：用戶憑借賬號(hào)和密碼進(jìn)行登錄前臺(tái)網(wǎng)站，進(jìn)而使用定位、用戶管理等各種功能項(xiàng)。

　　報(bào)警處理子系統(tǒng)：用于進(jìn)行處理各種報(bào)警情況。

　　短信子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)向相關(guān)負(fù)責(zé)人發(fā)送報(bào)警短信。

　　后臺(tái)管理子系統(tǒng)：進(jìn)行各種基站、傳感器的維護(hù)和管理。

　　數(shù)據(jù)庫：存儲(chǔ)系統(tǒng)需求的各種數(shù)據(jù)。

　　采集子系統(tǒng)：用于從基站采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心。

　　4.3.2軟件部署圖 

　　系統(tǒng)采用Tomcat作為web服務(wù)器，采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。為了提高性能，web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都采用集群的方式，同時(shí)數(shù)據(jù)庫還有備份服務(wù)器用于災(zāi)難恢復(fù)。采集服務(wù)器也采用集群的方式，用于緩解采集壓力。

　　4.3.3軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 

　　● 實(shí)用性：滿足用戶現(xiàn)實(shí)需要，解決實(shí)際問題，做細(xì)核心功能，兼顧輔助功能，實(shí)現(xiàn)快捷、可靠地布署和使用，并節(jié)省投資。

　　● 易用性：各項(xiàng)功能一目了然，滿足用戶的使用習(xí)慣，易使用、易維護(hù)、易升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“傻瓜相機(jī)”式的操作，將實(shí)施、培訓(xùn)成本和周期降到最低。

　　● 先進(jìn)性：采用先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)構(gòu)化程度高，擴(kuò)展性、升級(jí)性好，符合未來發(fā)展趨勢(shì)。

　　● 穩(wěn)定性：系統(tǒng)從底層數(shù)據(jù)庫到功能層經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定，功能順暢，能在不同的硬件環(huán)境中長期平穩(wěn)運(yùn)行。

　　● 安全性：系統(tǒng)能有效防止外部各種病毒的攻擊，內(nèi)部數(shù)據(jù)具有多種備份方式，通過權(quán)限控制，具有嚴(yán)格、細(xì)致的訪問控制，保證內(nèi)部數(shù)據(jù)安全

　　4.3.4系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　● 系統(tǒng)工作在2.4G公共頻段；

　　● 系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，兼容無線傳感器國際標(biāo)準(zhǔn)

　　● 系統(tǒng)采用直序列擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)同頻段內(nèi)其他設(shè)備干擾小；

　　● 系統(tǒng)采用AES加密技術(shù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽亢桶踩?

　　● 基站體積小、帶有無線通信模塊和蓄電池，因此便于安裝，也可盡量減少對(duì)現(xiàn)有市政設(shè)施的外觀影響，必要時(shí)基站可采用太陽能取電，實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立安裝；

　　● 基站擴(kuò)展性強(qiáng)，可集成電力線載波、CDMA、WIFI等通信模塊，也可依需求與視頻、煙感、有害氣體監(jiān)控等現(xiàn)有安防體系結(jié)合；

　　● 標(biāo)示卡體積小、支持多頻點(diǎn)應(yīng)用（有源/無源結(jié)合）、使用壽命長、成本低廉，便于未來大規(guī)模推廣；

　　5 前景展望 

　　物聯(lián)網(wǎng)公園低碳示范園綜合信息管理平臺(tái)的建設(shè)不僅向人們提供休閑健身的場(chǎng)所，還將成為普及低碳知識(shí)，展示先進(jìn)低碳科技成果的平臺(tái)以及促進(jìn)低碳生活社區(qū)建設(shè)的基地。低碳生活代表著更健康、更自然、更安全，返璞歸真地去進(jìn)行人與自然的活動(dòng)。