淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

文｜江蘇南工建設(shè)工程有限公司 宋 慧 陳俊樺 陳 曉

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)自1999年被美國麻省理工學(xué)院的Auto-ID中心提出以來，發(fā)展迅速。利用二維碼、射頻識(shí)別（RFID）、各類傳感器件/敏感器件等技術(shù)和設(shè)備，使物體與互聯(lián)網(wǎng)等各類網(wǎng)絡(luò)相連，獲取無處不在的現(xiàn)實(shí)世界的信息，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的信息交互，支持智能的信息化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息基礎(chǔ)設(shè)施與物理基礎(chǔ)設(shè)施的全面融合，最終形成統(tǒng)一的智能基礎(chǔ)設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后的又一次產(chǎn)業(yè)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的顛覆性革命，而是通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)全新的通信模式轉(zhuǎn)變，同時(shí)通過這樣的融合也必定會(huì)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出改進(jìn)和提升的要求，以及催生出一些新的技術(shù)。

研究表明，到2020年，世界上“物物相連”的業(yè)務(wù)量，將達(dá)到人與人通信業(yè)務(wù)量的30倍；企業(yè)級(jí)machine to machine 市場(chǎng)將從2009年的210億美元增長(zhǎng)至2013年的680億美元。三年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信總量達(dá)到5000億GB，大部分通信數(shù)據(jù)來自物聯(lián)網(wǎng)。中國無線傳感器網(wǎng)相關(guān)市場(chǎng)未來將以超過200%的年平均復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，于2015年后達(dá)到百億規(guī)模。中新網(wǎng)南京9月6日電“去年南京物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)年銷售收入達(dá)到了310億元，同比增長(zhǎng)50%以上，占江蘇全省總量的四分之一?！?009年8月7日，溫家寶總理在江蘇無錫調(diào)研的時(shí)候，提出了“感知中國”中心，目前國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的基本布局：北京（京津冀及三北地區(qū)）以物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)應(yīng)用為主導(dǎo)；上海（江浙滬長(zhǎng)三角地區(qū)）以電子標(biāo)簽大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈為主導(dǎo)；深圳（珠三角地區(qū)）以讀寫器的生產(chǎn)和研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈為主導(dǎo)。

2 智能建筑概述

智能建筑是利用系統(tǒng)集成的方式，將現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和現(xiàn)代建筑藝術(shù)有機(jī)的優(yōu)化組合，向業(yè)主提供一個(gè)投資合理，具有安全、高效、舒適、便利和靈活的建筑環(huán)境。智能建筑誕生于20世紀(jì)80年代，第一幢智能大廈于1984年在美國哈特福德（Hartford）市建成。隨后的幾十年中，世界各地的智能化建筑方興未艾。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)：美國智能建筑近萬幢，日本新建的大樓60%是智能建筑。中國的智能化建筑起步于90年代，起步雖晚但是發(fā)展很快。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能建筑技術(shù)影響無處不在，當(dāng)前智能建筑包括了20～30 個(gè)子系統(tǒng)，其中建筑設(shè)備監(jiān)控、安防、一卡通等已經(jīng)構(gòu)成ITP/IP 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的集成融合子系統(tǒng)，已經(jīng)是準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)或已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)。但這些已知的智能化建設(shè)只是局部滿足了業(yè)主和物業(yè)服務(wù)的需求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性是制約其發(fā)展的主要因素，少量新型技術(shù)的應(yīng)用偶爾起到點(diǎn)綴的作用，更多的只是成為銷售宣傳的噱頭，這并非真正意義上的智能化建筑。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑上的應(yīng)用，我們關(guān)鍵是要思考：系統(tǒng)能否擴(kuò)展；系統(tǒng)與系統(tǒng)之間能否關(guān)聯(lián)；人與系統(tǒng)之間的結(jié)合程度；整個(gè)系統(tǒng)是靜態(tài)模式還是動(dòng)態(tài)模式。

3 智能建筑系統(tǒng)的構(gòu)建

智能建筑的范圍很大，包括醫(yī)院、酒店、辦公樓、銀行、住宅等，各種不同的建筑類型對(duì)智能化的要求是不一樣的，各自包含的專用子系統(tǒng)差別比較大，所以構(gòu)建智能建筑系統(tǒng)框架的時(shí)候先考慮選擇其中的通用系統(tǒng)部分，如安防子系統(tǒng)、公共設(shè)施子系統(tǒng)、電器管理子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理子系統(tǒng)、信息處理與控制中心等。

3.1 安防子系統(tǒng)

安防子系統(tǒng)主要通過感知網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑的周邊安全、住戶防盜、災(zāi)害和突發(fā)事件的防護(hù)。

（1）周邊安全

圖1 小區(qū)周邊安全系統(tǒng)布置圖

在建筑周邊圍墻上安裝統(tǒng)一編碼的紅外感應(yīng)器、紅外監(jiān)控?cái)z像頭等設(shè)備，利用無線網(wǎng)絡(luò)和傳感網(wǎng)絡(luò)將信息傳給信息處理與指揮中心，圖1是小區(qū)周邊安全系統(tǒng)的布置圖。當(dāng)物體翻越圍墻，感應(yīng)器可以很快的感應(yīng)到，紅外監(jiān)控?cái)z像頭無論是白天或者黑夜，各種天氣中都能很快捕捉該物體，同時(shí)將報(bào)警信息通過信息處理與指揮中心傳到保安人員的手持終端上，終端通過系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備編號(hào)就知道具體的位置，同時(shí)通過視頻可以看到是動(dòng)物或者雜物還是人翻越圍墻，然后進(jìn)行處理。同時(shí)保安的對(duì)講機(jī)中可植入RFID智能芯片，建筑物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可將保安巡邏區(qū)域、時(shí)長(zhǎng)、路線等重要信息寫入并通過物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芸刂行牡臄?shù)據(jù)庫。管理者可以從中心服務(wù)區(qū)上獲取保安工作的實(shí)時(shí)信息，及時(shí)了解其工作情況，提高建筑保安服務(wù)的配置和管理的效率。

（2）防盜管理

在搭建好建筑物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)后，每一位業(yè)主須配置一張基于RFID技術(shù)的無線身份證。該卡為有源卡，電池使用壽命3～5年，是建筑業(yè)主的身份識(shí)別卡，在智能建筑功能實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以將業(yè)主的基本物業(yè)信息錄入其中：業(yè)主姓名、樓號(hào)、房號(hào)、車輛信息等，這些信息可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行交互。

業(yè)主在進(jìn)入建筑大門及所住樓宇時(shí)不需要出示證件、刷卡或者按密碼，系統(tǒng)會(huì)直接讀取業(yè)主隨身攜帶的身份卡信息，如果確認(rèn)信息為建筑業(yè)主，門禁會(huì)自動(dòng)為業(yè)主打開。移動(dòng)巡邏的保安可以配置一臺(tái)手持設(shè)備，通過該設(shè)備，保安可以識(shí)別50m內(nèi)的所有攜帶身份卡的業(yè)主信息，對(duì)于沒有攜帶卡片的人保安可以上前詢問，以免外來閑雜人員混入建筑。對(duì)于外部人員，系統(tǒng)在圖像比對(duì)失敗后自動(dòng)跟蹤并提示保安實(shí)施監(jiān)控。人員進(jìn)入樓道單元時(shí)，樓道視頻監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)獲取來人的圖像特征，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到信息處理與指揮中心數(shù)據(jù)庫，通過比對(duì)，如果不是該樓道住戶人員且無住戶帶領(lǐng)，系統(tǒng)自動(dòng)警示，保安人員必須馬上上前詢問。智能門禁裝置與戶內(nèi)紅外探測(cè)器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)防盜監(jiān)控，當(dāng)用戶利用鑰匙或者門卡正常開門或者關(guān)門時(shí)，可以選擇性的激活戶內(nèi)紅外探測(cè)器。因此，在戶內(nèi)紅外探測(cè)器激活的情況下，無論非法人員通過任何途徑進(jìn)入戶內(nèi)，報(bào)警信息都會(huì)通過無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)向信息處理與指揮中心發(fā)送報(bào)警信息。

（3）防災(zāi)管理

業(yè)主離家前設(shè)定的安防報(bào)警系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)：對(duì)特定的閥門（例如煤氣、水閥門）或開關(guān)（某些電器開關(guān)）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)被截?cái)啵苑乐挂蛲涥P(guān)爐灶或水龍頭造成火災(zāi)或者浪費(fèi)水資源的情況發(fā)生，業(yè)主回家后該系統(tǒng)將自動(dòng)解除。圖2為防災(zāi)管理室內(nèi)布置圖，如果發(fā)生火、燃?xì)庑孤┖吐╇姡瑹熿F探測(cè)器裝置、燃?xì)馓綔y(cè)器裝置和漏電裝置的報(bào)警信號(hào)會(huì)自動(dòng)通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳往物管控制中心，并啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)動(dòng)裝置，消防系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)防御裝置，同時(shí)，指揮中心通過災(zāi)情的嚴(yán)重程度向附近住戶發(fā)出警報(bào)。

圖2 防災(zāi)管理室內(nèi)布置圖

（4）突發(fā)事件管理

通過在室內(nèi)安裝緊急呼救裝置、室內(nèi)地面探測(cè)裝置等與中心和區(qū)域醫(yī)院及警局相連，當(dāng)有突發(fā)重病、突發(fā)事件或者盜賊闖入時(shí)，通過地面探測(cè)裝置和緊急呼救裝置向中心和有關(guān)部門呼救。

老人或者殘疾人士只需要攜帶一塊外觀時(shí)尚美觀的“手表”，可以自動(dòng)監(jiān)控心跳、血壓等人體健康重要指標(biāo)數(shù)據(jù)，這些消息可以通過物聯(lián)網(wǎng)傳送到社區(qū)醫(yī)院，醫(yī)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)病人的健康指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。如果出現(xiàn)異常情況，醫(yī)院可以及時(shí)為業(yè)主提供健康保障服務(wù)。在有急救請(qǐng)求的時(shí)候，還可以按下手表上的呼叫按鈕，呼叫人的位置信息會(huì)及時(shí)傳送到社區(qū)醫(yī)院、物業(yè)監(jiān)控中心，通知醫(yī)護(hù)人員予以幫助或急救。

圖3 公共設(shè)施管理布置圖

3.2 公共設(shè)施子系統(tǒng)

公共設(shè)施子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)公共設(shè)施的管理，例如對(duì)公共停車位、停車庫、游泳池、球館、公園、電梯、排水、配電公共設(shè)施的當(dāng)前使用量進(jìn)行監(jiān)控。使用RFID技術(shù)，在入口處安裝一個(gè)射頻接收器，按照統(tǒng)一編號(hào)對(duì)每個(gè)用戶發(fā)放一個(gè)射頻卡，當(dāng)用戶使用公共設(shè)施的時(shí)候，射頻接收器接收射頻卡信息，從而統(tǒng)計(jì)當(dāng)前設(shè)施的使用情況，然后將信息傳遞到信息中心反饋到查詢用戶的手中。這樣，能有效地提高公共設(shè)施的使用率，同時(shí)，也方便用戶能找到可以使用的公共設(shè)施，圖3為小區(qū)內(nèi)的公共設(shè)施管理布置圖。

利用RFID技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，業(yè)主車輛可以實(shí)現(xiàn)無需通車刷卡，無障礙進(jìn)出門禁。對(duì)于進(jìn)入車輛，系統(tǒng)可以對(duì)車輛的智能車牌及業(yè)主的智能身份卡進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，如匹配成功，車輛門禁將自動(dòng)放行，并能根據(jù)自動(dòng)生成提示或歡迎信息，顯示在入口處的LED屏幕上（或者音響播報(bào)語音）。利用車載系統(tǒng)從車庫傳感器網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)搜索建筑內(nèi)空車位，引導(dǎo)戶主到最適合的車位，同時(shí)指揮中心也可以看到每臺(tái)車輛的停放位置。對(duì)于外來車輛，攝像自動(dòng)識(shí)別記錄車輛號(hào)碼牌外，還需要人工登記訪客身份并領(lǐng)取來訪智能身份卡，系統(tǒng)放行進(jìn)入。當(dāng)車輛駛出建筑時(shí)候，監(jiān)控系統(tǒng)同樣對(duì)車牌號(hào)和駕駛員進(jìn)行圖像比對(duì)，如果為內(nèi)部車輛且是對(duì)應(yīng)車主時(shí)放行，否則報(bào)警，對(duì)外來車輛，進(jìn)出車牌號(hào)和駕駛員必須對(duì)應(yīng)。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，能有效地減少用戶尋找空停車位的時(shí)間，提高車庫利用率，減少建筑內(nèi)車流量，也提高了建筑安全，同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)汽車防盜。

在排水配電等公共設(shè)施監(jiān)控時(shí)，將統(tǒng)一編號(hào)的傳感器和相應(yīng)的水流檢測(cè)裝置、電力監(jiān)控裝置布控到相應(yīng)的設(shè)施中，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，傳感終端自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，信息處理與指揮中心就可以通過報(bào)警信號(hào)判斷具體位置和故障原因，然后實(shí)施修護(hù)。

3.3 電器管理子系統(tǒng)

將家電安裝無線傳感裝置連接到傳感器網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)中，能實(shí)現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制。例如，在下班回家之前，在辦公室啟動(dòng)家中對(duì)空調(diào)、廚具等設(shè)備的使用，當(dāng)我們回到家時(shí)候，屋內(nèi)已經(jīng)達(dá)到一個(gè)適宜的溫度，同時(shí)廚具設(shè)施已經(jīng)為我們準(zhǔn)備了豐富的晚餐。當(dāng)家里有小孩或者老人的時(shí)候，攝像機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控能讓我們從幾公里或者幾十公里之外，對(duì)他們的情況了如指掌。

3.4 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理

通過安裝在業(yè)主家中的智能探頭，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解室內(nèi)溫度、天然氣濃度等信息，且可以根據(jù)用戶的設(shè)置、習(xí)慣，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；如有異常信息，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，可大大降低建筑安全事故發(fā)生的幾率。通過安裝在建筑各處的監(jiān)控探頭，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的了解建筑的溫度、噪聲等環(huán)境信息，信息傳輸?shù)轿锕苤行姆?wù)器上，并可以顯示在建筑的電子物業(yè)信息公布欄中。

3.5 信息處理與控制

信息處理中心是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的核心，它由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和顯示人機(jī)操作系統(tǒng)構(gòu)成。以上各個(gè)子系統(tǒng)通過信息處理與控制中心聯(lián)系在一起，中心通過計(jì)算機(jī)設(shè)備與保安控制終端聯(lián)網(wǎng)、相應(yīng)的應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)組成控制網(wǎng)絡(luò)。

4 智能建筑展望

物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑就目前來說還是一個(gè)全新的概念，正處于發(fā)展的初始階段，缺乏國家的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，需要政府各部門的支持，同時(shí)還依賴于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國民總體素質(zhì)的提高，由此可見，前途任重而道遠(yuǎn)。江蘇省編制了2009～2012年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，打造“一個(gè)產(chǎn)業(yè)核心區(qū)（無錫）、兩個(gè)產(chǎn)業(yè)支撐區(qū)（蘇州、南京）、全省應(yīng)用示范先行區(qū)”，以相對(duì)成熟的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域和項(xiàng)目為切入點(diǎn)，建設(shè)智能工業(yè)、智能環(huán)保、智能交通等十大示范工程，為智能建筑的發(fā)展指明了方向。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將從2010年之前的單個(gè)物體間互聯(lián)，發(fā)展到2010～2015年物與物之間和傳感器的互聯(lián)，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑將實(shí)現(xiàn)半智能化無線傳感網(wǎng)及全智能化傳感網(wǎng)。因此，我們只有抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，才能找出一條適合我國國情的智能化發(fā)展道路。

1 張公忠.物聯(lián)網(wǎng)與智能建筑[J].智能建筑與城市信息，2011年1月.

2 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2010[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010年3月.