基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)研究

高 波，李兆澤，王兵銳，郗紀(jì)開(kāi)，王希平，左仲善，李文才*

（1.河北水利電力學(xué)院，河北 滄州 061001；2.河北省高校水利自動(dòng)化與信息化應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心，河北 滄州 061001；3.河北省高校交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)智化應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心，河北 滄州 061001；4.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

面對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展要求，我國(guó)多個(gè)城市踐行綠色低碳循環(huán)發(fā)展模式，主動(dòng)加入雙智、雙碳智慧城市建設(shè)隊(duì)列。滄州市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)近年來(lái)呈現(xiàn)出了清潔能源取代部分化石能源的發(fā)展趨勢(shì)，取得了十分顯著的綠色、低碳和節(jié)能發(fā)展化發(fā)展效益。因此，滄州市的智慧城市建設(shè)需要以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧社區(qū)、智慧園區(qū)及智慧城市安全建設(shè)的目標(biāo)。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市建設(shè)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)的重要技術(shù)

智慧城市建設(shè)中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是重要的結(jié)構(gòu)組成，智慧城市所涵蓋的公共服務(wù)領(lǐng)域眾多，涉及能源、交通及行政等多個(gè)方面，除了需要堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以外，同時(shí)還需要結(jié)合應(yīng)用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧城市的科學(xué)構(gòu)建。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)

物質(zhì)基礎(chǔ)支持是智慧城市建設(shè)必不可少的條件之一。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)便是這一重要的物質(zhì)條件。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)涵蓋4個(gè)層次，一是感知層，二是網(wǎng)絡(luò)層，三是平臺(tái)層，四是應(yīng)用層，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次均與智慧城市能源服務(wù)相對(duì)應(yīng)，是各項(xiàng)服務(wù)的承載主體。

1.3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵樞紐平臺(tái)

智慧城市構(gòu)建中，還需要以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為關(guān)鍵樞紐平臺(tái)。其可與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)相結(jié)合，建立1個(gè)能源整合利用及信息共享的平臺(tái)，從而為智慧城市的感知能力增強(qiáng)、資源共享水平強(qiáng)化及應(yīng)用能力提升提供有力支持。

2 以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的智慧城市建設(shè)內(nèi)容

在能源領(lǐng)域結(jié)合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本內(nèi)涵，是指基于電力行業(yè)，通過(guò)新型信息技術(shù)應(yīng)用，有效連接電力用戶、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、電工裝備企業(yè)及相關(guān)設(shè)備，在大范圍的信息交互及信息共享基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化方式實(shí)施管理，通過(guò)提升能源生產(chǎn)、消費(fèi)及相應(yīng)設(shè)備制造過(guò)程的安全性與高效性，進(jìn)而基于電網(wǎng)企業(yè)平臺(tái)、有效利用資源優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)城市建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在滄州市的智慧城市建設(shè)中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在共享、供能、用能、家居、出行和服務(wù)6個(gè)方面的智能化發(fā)展。

2.1 實(shí)現(xiàn)智慧共享，融合共用能源設(shè)備及城市基礎(chǔ)設(shè)施

滄州市的智慧城市建設(shè)中，要通過(guò)智慧共享實(shí)現(xiàn)，豐富路燈桿的功能作用，增加輸電塔的用途，需要擴(kuò)大城市監(jiān)控范圍，強(qiáng)化城市環(huán)境檢測(cè)水平，并使無(wú)線熱點(diǎn)覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。智慧共享實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要應(yīng)用到光伏技術(shù)等新型能源技術(shù)，將之結(jié)合應(yīng)用于公交站、公共垃圾箱、城市路面或是公共座椅等基礎(chǔ)性公共設(shè)施建設(shè)之中，還可打造集變電、充換電及數(shù)據(jù)收集處理于一體的集成化站場(chǎng)。

2.2 實(shí)現(xiàn)智慧供能，構(gòu)建低碳化與高效化供能體系

為解決當(dāng)前滄州市能源短缺的現(xiàn)狀，滄州市逐步接入了多種新型能源發(fā)電網(wǎng)絡(luò)，如分布式發(fā)電、集中式發(fā)電等，并且需要通過(guò)可行性策略進(jìn)一步提高城市能源利用效率。因而，需要以電網(wǎng)為支持，構(gòu)建一個(gè)具備多個(gè)能源主體協(xié)同控制的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電源、儲(chǔ)能及電網(wǎng)等各能源主體的合理協(xié)調(diào)與有效控制，并構(gòu)建一個(gè)能源交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、光能、水資源、熱能和天然氣等多種能源的有效互換，進(jìn)而通過(guò)多種能源優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)利用，為智慧城市的構(gòu)建提供充足化且多樣化的能源。

2.3 實(shí)現(xiàn)智慧用能，打造集智能化感知及多種能源整合利用的用能系統(tǒng)

智慧城市構(gòu)建的過(guò)程中，需要在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)支持下，在熱能、電能及天然氣等能源標(biāo)準(zhǔn)有效收集的基礎(chǔ)上，基于傳感設(shè)備利用，構(gòu)建智慧能源建筑，并打造直流樓宇等具有代表性的智能用能形態(tài)，以此為低碳運(yùn)輸、無(wú)煤生產(chǎn)及電氣生活等低碳節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)需要加快滄州市全流域岸電設(shè)備建設(shè)步伐，為港口污染物排放量降低提供支持。還需要加快虛擬化電廠建設(shè)速度，基于市場(chǎng)機(jī)制制定與實(shí)施的背景下，層次化利用不同種類的能源，并發(fā)揮出能源互補(bǔ)效用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧用能。

2.4 實(shí)現(xiàn)智慧家居，營(yíng)造綠色節(jié)能、舒適便捷的家居生活環(huán)境

滄州市應(yīng)加快識(shí)別負(fù)荷類智能電表的研發(fā)推廣速度，將智慧管理系統(tǒng)引入到居民家中，通過(guò)用能系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析與合理調(diào)控能效利用情況，以便于降低建筑耗能總量，從而減少家庭能源應(yīng)用成本。同時(shí)，需要加強(qiáng)電能、水能、天然氣及熱能資源計(jì)量表數(shù)據(jù)查詢及繳費(fèi)功能的優(yōu)化方式，可在家庭中安裝能源路由器，進(jìn)而打造綠色、節(jié)能的家居生活環(huán)境。

2.5 實(shí)現(xiàn)智慧出行，開(kāi)展靈活與全覆蓋的電動(dòng)汽車充電服務(wù)

打造智能車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在城市內(nèi)廣泛建設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)備，通過(guò)電動(dòng)汽車充電服務(wù)優(yōu)化，提高居民的充電感受，增強(qiáng)充電服務(wù)的高效性與便利性。深入開(kāi)發(fā)大功率無(wú)線充電技術(shù)、電動(dòng)汽車及電網(wǎng)雙向互動(dòng)技術(shù)，在這些新技術(shù)支持下，提升電動(dòng)汽車能源供應(yīng)及需求之間的平衡性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧出行。

2.6 實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)，建設(shè)智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)

在電力能源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，拓展能效診斷業(yè)務(wù)，為用戶提供節(jié)能改造及運(yùn)行托管等服務(wù)，確保企業(yè)及個(gè)人用戶能效提升需求的有效滿足。還應(yīng)設(shè)置新型服務(wù)業(yè)務(wù)，如能源審計(jì)等，以便強(qiáng)化城市能源資源合理配置的水平。滄州市還應(yīng)積極推進(jìn)電能、水資源及天然氣資源計(jì)量表的整合，基于多表合一工程推進(jìn)集中采集不同的能源利用數(shù)據(jù)，進(jìn)而創(chuàng)建集數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行維護(hù)和抄表繳費(fèi)于一體的新型服務(wù)模式。

3 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧城市建設(shè)路徑

3.1 科學(xué)打造智慧城市社區(qū)

智慧社區(qū)是指基于現(xiàn)代化科技信息技術(shù)，利用綜合管理平臺(tái)全面收集、有效整合與統(tǒng)一管理區(qū)域內(nèi)所有地理環(huán)境、人或物的信息，進(jìn)而為社區(qū)居民提供豐富的公共服務(wù)及商業(yè)服務(wù)資源。智慧城市社區(qū)的打造，充分體現(xiàn)了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其包含多個(gè)方面的建設(shè)內(nèi)容，在多方協(xié)作之下，構(gòu)建一個(gè)立體化的智慧社區(qū)形式（如圖1所示）。

圖1 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的立體化智慧社區(qū)形式

3.1.1 引入“社區(qū)大腦”構(gòu)建模式

滄州市智慧城市構(gòu)建過(guò)程中，可借鑒其他城市目前所應(yīng)用的“社區(qū)大腦”模式，在社區(qū)精細(xì)化管理模式中融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)，打造一個(gè)綜合性的社區(qū)管理平臺(tái)，利用此平臺(tái)實(shí)施非機(jī)動(dòng)車停放管理，針對(duì)獨(dú)居老人開(kāi)展生命體征監(jiān)測(cè)，也可用于巡查社區(qū)街道，基于多項(xiàng)社區(qū)管理職能整合增強(qiáng)社區(qū)管理的智能性與集中性。

3.1.2 安裝配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置

基于配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置的安裝與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰用電，即在社區(qū)用電量較低時(shí)儲(chǔ)備電能資源，進(jìn)而在用電高峰時(shí)將儲(chǔ)備電能釋放出來(lái)，通過(guò)智能化用電方式引入提高社區(qū)電能資源供應(yīng)能力。

3.1.3 打造智慧社區(qū)管理平臺(tái)

可打造一個(gè)集政務(wù)管理、居民信息管理和街道治理于一體的智慧社區(qū)管理平臺(tái)，在一個(gè)端口錄入居民信息后，可在整個(gè)平臺(tái)上隨時(shí)查詢與利用相關(guān)信息。同時(shí)，居民還可基于此平臺(tái)完成在線購(gòu)物或繳納水費(fèi)、電費(fèi)和煤氣費(fèi)等，通過(guò)家庭綜合服務(wù)整合增強(qiáng)智慧社區(qū)服務(wù)體驗(yàn)。

3.1.4 推行大數(shù)據(jù)行動(dòng)計(jì)劃

在智慧城市構(gòu)建時(shí)，還可基于大數(shù)據(jù)技術(shù)及云存儲(chǔ)技術(shù)支持智能化管理公租房，或是應(yīng)用門禁或智能終端APP軟件，實(shí)現(xiàn)智能安防，從而增強(qiáng)智慧社區(qū)的安全性。

3.2 合理建設(shè)智慧城市園區(qū)

城市智慧園區(qū)建設(shè)的過(guò)程中，需要以目前所掌握的信息技術(shù)及通信技術(shù)為支持，在智能終端傳感器的應(yīng)用下感知園區(qū)場(chǎng)所，基于數(shù)據(jù)平臺(tái)分析與調(diào)控?cái)?shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)部資源有效整合，結(jié)合園區(qū)內(nèi)部應(yīng)用需求自動(dòng)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能化管理，進(jìn)而增強(qiáng)園區(qū)管理的科技性與現(xiàn)代性，確保高效與優(yōu)質(zhì)管理目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而構(gòu)建協(xié)調(diào)管理、長(zhǎng)效發(fā)展的立體化智慧園區(qū)。智慧園區(qū)的構(gòu)建如圖2所示。

圖2 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的立體化智慧園區(qū)

3.2.1 構(gòu)建立體能源網(wǎng)

在當(dāng)前園區(qū)內(nèi)設(shè)置的配電網(wǎng)基礎(chǔ)上融合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，并運(yùn)用分布式思想設(shè)置電站，結(jié)合建設(shè)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)更加立體的能源網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)用電結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，增強(qiáng)電網(wǎng)的智能化控制效果，構(gòu)建一個(gè)綠色節(jié)能的智慧園區(qū)。

3.2.2 打造綜合性園區(qū)管理云平臺(tái)

在多層應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，圍繞智能中樞這一核心，構(gòu)建一個(gè)契合園區(qū)管理的覆蓋范圍更廣的綜合性管理云平臺(tái)，在傳感器支持下全面收集與整合利用火災(zāi)、安保及照明等各方面信息，24 h不間斷監(jiān)控園區(qū)內(nèi)部辦公區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)效的園區(qū)管理?？稍谄脚_(tái)建立下，統(tǒng)籌規(guī)劃與管理園區(qū)活動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)活動(dòng)信息存儲(chǔ)與管理，提升園區(qū)內(nèi)部信息溝通交流順暢性，增強(qiáng)園內(nèi)管理的智能性。

3.2.3 優(yōu)化管理系統(tǒng)功能

綜合性管理云平臺(tái)應(yīng)涵蓋智慧辦公管理系統(tǒng)，以便于有效統(tǒng)一各企業(yè)的應(yīng)用軟件，可順暢接入手機(jī)、Ⅰ－PAD和PC等多個(gè)智能終端。同時(shí)，物業(yè)管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)收集與監(jiān)控園區(qū)出入人員及車輛的信息，實(shí)現(xiàn)各個(gè)企業(yè)物流信息的集中匯總與存儲(chǔ)，基于智能化系統(tǒng)強(qiáng)大的分析功能，對(duì)物流配送流程進(jìn)行合理優(yōu)化，進(jìn)而節(jié)約物流成本，并實(shí)現(xiàn)物流配送效率的有效提升。

3.3 積極推進(jìn)智慧城市安全建設(shè)

3.3.1 加強(qiáng)實(shí)體安全

實(shí)體安全建設(shè)方面，需要強(qiáng)化公共安全、加強(qiáng)安全及應(yīng)急管理，并針對(duì)交通安全、醫(yī)療衛(wèi)生安全等各個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)安全建設(shè)。例如，公共安全建設(shè)方面，需要在數(shù)據(jù)收集與匯總的基礎(chǔ)上展開(kāi)智能化管理，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)化地的監(jiān)控交通運(yùn)營(yíng)狀況，監(jiān)測(cè)公共衛(wèi)生狀況。而應(yīng)急管理過(guò)程中，則需要在終端監(jiān)測(cè)措施的應(yīng)用下，同步結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)高效與精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析與處理，精準(zhǔn)分析出突發(fā)性問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)這些問(wèn)題的自動(dòng)化應(yīng)對(duì)與處理。城市配電網(wǎng)管理過(guò)程中，也可基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，在智能感知模塊支持下，全面化檢測(cè)配電網(wǎng)的應(yīng)用安全，同時(shí)，還可實(shí)時(shí)化與全面化監(jiān)測(cè)各個(gè)建筑及工業(yè)企業(yè)的用電狀況，進(jìn)而通過(guò)覆蓋范圍廣泛、監(jiān)督內(nèi)容全面的配電服務(wù)開(kāi)展，為城市居民的安全生活提供保障?；诜涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)的城市配電網(wǎng)建設(shè)如圖3所示。

圖3 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的城市配電網(wǎng)建設(shè)

3.3.2 強(qiáng)化信息安全

除了實(shí)體安全強(qiáng)化之外，還需要注重于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息安全，要確保所有泛在電力物聯(lián)網(wǎng)信息收集傳送與利用所應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行安全，這是由于智慧城市建設(shè)中所應(yīng)用的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)具有信息密度大、數(shù)據(jù)體量大且數(shù)據(jù)種類多的特征，因而數(shù)據(jù)傳送過(guò)程是否安全決定著智慧管理的最終效果。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息涵蓋城市信息、個(gè)人用戶信息2大類別，其中部分信息具有較高的保密要求，為防止用戶個(gè)人隱私信息或城市重要信息泄露，需要在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、智慧城市構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程中采取可行性的信息安全防護(hù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

在智慧城市構(gòu)建過(guò)程中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，特別是在5G無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)誕生以后，其應(yīng)用空間更為廣泛。基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智慧城市，應(yīng)從智慧共享、智能供能、智慧用能、智慧家居、智慧出行和智慧服務(wù)6個(gè)方面著手，要積極構(gòu)建智慧社區(qū)、智慧園區(qū)，并加強(qiáng)智慧城市安全建設(shè)，通過(guò)智慧社區(qū)智能化服務(wù)優(yōu)化、智慧園區(qū)企業(yè)效率提升及智慧城市建設(shè)安全提高3個(gè)方面，驅(qū)動(dòng)智慧城市的優(yōu)質(zhì)打造。在此過(guò)程中，建設(shè)單位應(yīng)與政府部門及相關(guān)企業(yè)展開(kāi)順暢溝通與交流，通過(guò)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)分享、行業(yè)信息交流，防止出現(xiàn)試驗(yàn)建設(shè)重復(fù)問(wèn)題。與此同時(shí)，還要將實(shí)用性提升作為建設(shè)重點(diǎn)，應(yīng)靈活應(yīng)用新技術(shù)，且要以安全建設(shè)作為重點(diǎn)，以便于保障泛在電力物聯(lián)網(wǎng)信息的傳送與利用安全，從而為安全、高效的智慧城市建設(shè)提供可靠保障。