本章简介

第1章我们介绍了物联网的概念，并对物联网架构进行了简要的介绍。本章将从物联网的实际应用出发，详细介绍外一些典型的物联网实践，借此让大家对物联网有个更深入的认识。

2.1   物联网应用的典型案例

2.1.1  广东虎门大桥组合式收费系统

广东虎门大桥位于珠江入海口，是一条连接珠江三角洲东西两翼、日均车流量 3万辆次的交通枢纽。

为了提高通行效率，特别是为公共汽车等经常往返的固定线路运营单位提供更加方便、快捷的服务，在虎门大桥收费主站的两个方向各安装了一条 ETC车道，并辅以 MTC 车道和“两片式标签+双界面CPU卡”结构的车载单元，形成以采用开放收费机制的组合式收费系统。

1．系统结构

虎门大桥的收费广场为双向 32 车道（每个方向 16 车道） 。其中，内侧 16、17 车道为军、警专用无障碍免费车道；15、18 车道为 ETC 车道；14、19车道为 MTC人工备用车道，是在原有现金和非接触 IC 卡收费车道基础上增加组合式收费系统的非接触刷卡终端而成的（该新增终端与原有非接触 IC 卡终端不兼容） ；外侧 1~13和 20~32车道仍采用原有现金或非接触 IC 卡刷卡方式收费。

组合式收费系统的软硬件总体模板包含收费车道、收费站和管理中心 3 个层次，而以硬盘录像机为核心的车道监控系统则为一个独立于收费系统且纵贯收费车道、收费站和管理中心和车道监控系统。

（1）收费车道。与组合式收费有关的收费车道为 ETC 车道和 MTC 人工备用车道，其中 ETC 车道包含车道计算机、车道控制器、天线与天线控制器、自动栏杆、车辆检测器、车道通行灯、费额显示器和声光报警器等；MTC 车道则是在不做任何改动的原有收费车道上增加两台专用非接触 IC 卡读卡器（收费终端）而成，以充分利用车道原有设施。

（2）收费站。进行收费和车流数据的通信、保存和查询，包括收费站服务器、管理工作站和各种数据传输接口等。

（3）管理中心。进行数据汇总和与用户服务有关的账户管理、密钥管理及 IC 卡与标签的发放等工作，包含中心服务器、用户工作站和发卡机等。

（4）车道监控系统。字符叠加器将车道计算机提供的收费数据等信息，叠加显示于车道摄像机。重新插入信息传输卡，再次导入信息，标签才生效。

2．运营模式

运营模式及特点有以下 3 点： 

（1）双界面 CPU 卡（记账卡）和标签由虎门大桥有限公司发行，用户在申请办理时，需交纳一定数量的保证金，以降低管理方运营风险；同时给用户一定优惠，以弥补其预付金的利息损失。

（2）用户将记账卡插入安装于车辆挡风玻璃上的标签，即可在 ETC 专用车道享受不停车收费服务；当ETC 车道进行故障维护时，可拔卡在 MTC 备用车道的非接触读卡机上“刷卡”付费，从而保证系统运行的可靠性。

（3）后台结算系统处理每天的收费数据、打印报表，并在规定的时间段内统计用户的通行费，从用户账户划转。

2.1.2  黑龙江智能农业系统

1．系统概述

黑龙江智能农业系统通过安装空气温湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度等传感器实时监测农业现场内的环境参数，之后由程序后台进行分析，与事先设置的系统规则进行对比，从而智能启动通风设施和滴灌设施，实现农业的精细化管理。

系统部署的主要设备有：光照传感器、空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、前置机、边缘网关、控制执行设备、3G无线网络传输设备等。

2．系统功能

该智能农业系统包含3套功能子系统，以网页形式提供给用户使用，下面分别介绍。

1）用户操作子系统

本子系统实现的功能有以下6点。

（1）用户登录时的身份验证功能。只有输入正确的用户名和密码才可以登录并使用该系统。

（2）视频功能。系统能够显示现场布置的各摄像头中的内容，并可以远程控制摄像头。

（3）报警功能。能够判断各类数据是否在正常范围内，如果超出正常范围，则报警提示，并填写数据库中的错误日志。

（4）报警处理功能。用户如果已经注意到某报警，可以标记报警提示，系统会在数据库中记录为已处理。

（5）智能展示功能。可以直观地展示传感器采集的数据，包括实时显示现场温湿度等数据的分布和每种数据的历史数据。

（6）阈值设置功能。可以设置各种传感器的阈值，即上下限，系统判断数据的合法性即根据此阈值。

2）用户管理子系统

本子系统实现的功能有以下3点。

（1）用户登录时的身份验证功能。只有输入正确的用户名和密码才可以登录并使用该网站。

（2）用户密码管理。提供用户修改当前设置的密码的功能。

（3）查看授权设备。提供用户查看自己被授权设备清单的功能。

3）系统管理子系统

本子系统实现的功能有以下4点。

（1）客户管理。主要包括以下几方面。

添加客户：必须通过业务管理平台添加后，客户才有权利进入视频监控系统。客户注册信息是通过邮件获取，密码皆为MD5加密，管理员无法获得客户密码。对于违约和未缴费客户，管理员可以通过设置客户进入黑名单，禁止该客户登录平台。取消黑名单，该客户可以再次进入系统。

删除客户：客户被删除后，则不能再登录到视频监控系统。

在线客户：管理员可以查询出哪些客户在线，统计客户的在线信息，以方便运营和管理。

（2）设备管理主要包括以下几方面。

添加设备：必须通过业务管理平台添加后，设备才有权利进入视频监控系统。

删除设备：设备被删除后，则不能再注册到视频监控系统。

在线设备：管理员可以查询哪些设备在线，统计设备的在线信息，以方便运营和管理。

（3）设备权限主要包括以下几方面。

客户和设备建立权限：客户和设备原本没有权限关系，若客户要远程查看某一设备的信息，必须先获取授权才行。

客户和设备权限改变：客户和设备之间有多种权限，系统默认对视频设备只有视频连接和查看远程录像的权限。系统支持默认的权限定义，企业可以根据实际情

况选择默认权限。管理员和私有设备所属客户可以对已经授权设备进行不同权限设备设置，以更好和更安全地控制远程设备。

删除设备权限：对于违约或者未缴费客户，管理员可以删除他们对栽设备的权限。删除后，若客户正在观看该设备，会立即被停止连接。

（4）会话管理。可强制断开会话，管理员可以通过这一功能实现异常连接或者错误客户的连接。

3．系统架构

本系统主要分为农业大棚现场、数据传感器、控制系统和业务平台四层架构。

农业大棚现场主要负责现场环境参数的采集和设备智能控制，数据采集主要包括农业生产所需的光照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤含水量等数值。

数据传感器的数据上传采用无线ZigBee模式，具有部署灵活、扩展方便等优点，用户访问采用3G无线访问方式。

控制系统由边缘网关、执行设备和相关线路组成，通过边缘网关可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等。

业务平台负责功能展示，主要功能包括视频监测、空间/时间分布、历史数据、错误报警和远程控制五个方面。

2.1.3  中关村软件园智能楼宇系统

中关村智能楼宇节能改造项目是结合IPv6技术和物联网技术的楼宇节能项目，通过改造照明系统、空调系统来挖掘节能潜力。当今楼宇中，空调是电耗大户，而长明灯现象也随处可见，因此，解决上述两种能源的浪费将极大地促进节能减排的实施及其目标的实现。

为满足中关村软件园绿色环保、智能控制的迫切需求，天地互连充分利用其自身优势和在业界的地位，联合数十家外知名企业、大学、研究机构、组织，充分发挥产学研用的优势和互补性，在软件园部署实施了集成网络设备、无线传感器、照明及控制设备、楼宇空调控制设备、智能电表、IP摄像机、平台模块、数据测量、可视化软件等代表当前世界先进水平的通信、网络、硬件、软件等产品及综合解决方案，如图2-1所示。

图2-1  中关村软件园智能楼宇系统示意图

1．走廊、电梯间的照明系统改造

将传统照明器具替代为目前先进的LED照明设备，亮度为原来的两倍而输出功率只有原来的1/3，大幅减少了耗电量。同时，配以高效稳定的照明控制设备，通过红外人感无线传感器实时感应人流变动和光线亮度，然后再根据系统预设的阈值进行判定，及时自动控制灯具开关，改变了以往24小时长明状态，有效降低了电耗，避免了不必要的能源流失。照明系统改造中涉及的设备主要有：光照传感器、人感传感器、电流传感器、采集控制一体设备、网络设备等。

2．机房的空调系统改造

对于机房的空调系统改造，要求能够保持机房24小时恒温恒湿（按照规定的温湿度）状态，同时有效实现耗电量的减少。通过在机房关键位置部署灵敏可靠的温湿度无线传感器和无线接收机来收集相关数据，将无线接收机接收的数据发送给BACNet 网关，BACNet网关将数据解析上传至互联网供用户访问或控制。空调主板上安装智能控制芯片，通过485通信线缆连接至BACNet网关。在已改造的空调供电线路中安装智能电表，实时监测空调能耗并通过BACNet网关上传至互联网。而空调控制设备通过网关及时进行通信，实现空调数字自动化和智能优化控制，对耗电量比重约为1/2的机房用电量的减少发挥了重要作用。空调系统改造中涉及的设备主要有：温度传感器、湿度传感器、接收机、BACNet 网关、智能电表等。楼宇改造照明系统示意图如图2-2所示。

图2-2  楼宇改造照明系统示意图

3．技术亮点

该系统的技术亮点如下。

（1）基于IPv6技术：确保网络高速有效、安全可靠。

（2）智能控制：通过各种传感器和控制设备，可及时有效监控，实现智能管理。

（3）数据采集：及时精准采集各种数据，为制订应对策略提供实时参考信息。

（4）统计计量：通过智能电表实现远程抄表，避免产生不必要的管理运营成本。

（5）远程操作：无须亲临现场也可有效分析，轻松实施各种应对策略。

（6）可视化操作界面：人性化界面实时掌控新动态。

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