城市生命线管理的物联网关键技术与应用实例_杨建栋、司农、刘经纬_9787563831913

本书通过对城市生命线管理的物联网关键技术与应用示范的总结提炼，从分析城市生命线管理现状和主要问题出发；结合物联网及其关键技术的发展情况；以城市生命线实时监测物联网应用示范为研究背景研究了物联数据专网网络选型和设计、多传感器数据融合方法和物联网应用中间件架构与组件等物联网感知设备管理、网络传输、应用支撑、算法研究等方面关键技术；并将这些技术研究成果应用到液化气监测监控物联网应用示范系统建设中进行示范应用。在城市生命线管理领域总结提炼出一套行之有效的物联网解决方案，并对于城市生命线实时监测物联网应用示范工程建设实施具有实际指导意义、为其实施建设提供一套稳定可靠的数据传输专网。

随着计算机、互联网、移动通信、云计算、大数据、人工智能等信息技术的发展，物联网技术应运而生，并被各国纳入新一轮信息技术发展战略中。近年来，中国的物联网相关产业及技术应用也得到了迅猛发展，特别是在城市管理领域。供水、排水、燃气、热力、电力和交通是城市生命线重要的基础设施和有机组成部分，生命线系统是否安全运行直接影响城市功能是否正常运转，它们是维持城市生活和生产的保障。当前，人们迫切需要应用物联网技术对城市运行体征实时监控，以提高城市生命线的管理水平和预防预测及处置能力，进而保障城市的安全平稳运行。
1研究背景
城市生命线是指城市供水、排水、燃气、热力、电力和交通等基础设施系统，这些系统是维持现代城市生产、生活的基础。随着城市居民对生活条件、文化与信息需求的不断提高，以及城市经济的快速发展,社会城市生命线系统的安全性与依赖性越来越强。实时监测城市生命线生命体征的健康状况，对保障城市安全平稳运行、保证城市居民正常生产生活、支撑领导决策都起着非常关键的作用。北京作为国际化大都市，要想成为和谐宜居的世界城市，需要满足中央对首都工作的基本要求，做好四个服务工作。而做好四个服务工作，核心是坚持高标准的要求，利用现代信息和通信技术（特别是物联网技术），不断提高城市管理工作能力和水平，这就要求实时监测城市生命线的生命体征，获得各项有效数据和指标，在应对突发事件时，能够提供基础运行数据和高峰运行数据，从而为领导决策提供基础参考。
2009年以来，物联网技术与应用在国内外引起广泛关注，北京市各级领导对此高度重视，专程对本市物联网技术应用情况进行调研，听取有关情况汇报，并做出重要批示：北京发展物联网技术与产业要优先从城市安全运行、应急管理做起。为落实市领导批示精神，市发改委会同市应急办、市经信委等部门，起草了《关于加快推进本市物联网产业发展和示范应用有关事项的意见》并上报市政府。市政府领导批示：物联网产业的发展问题由经信委研究，应急办牵头，首先在城市应急和城市生命线管理中应用。按照市领导批示和要求，全市政务物联网应用建设以城市安全运行和应急管理为突破口开展，并带动全市物联网技术应用和产业发展。
按照要求，北京市城市安全运行和应急管理物联网应用将按照1 1 N框架开展。这里，个1是指市应急指挥平台，第二个1是指市物联网应用支撑平台，N是指各部门（区县）应急物联网应用。市应急指挥平台通过市物联网应用支撑平台，汇聚接入各部门（区县）应急物联网应用的管理信息，对全市城市安全运行和应急进行全过程常态化管理，实现管得住、上得来，看得见、能整合。
2研究意义
城市生命线管理的物联网关键技术研究与应用，可以作为生命线应用工程的技术研究和应用总结。政府部门要积极推进城市生命线管理领域的物联网技术应用，以城市生命线中供水、排水、燃气、热力、电力和交通等城市生命线系统开展示范应用，将上述复杂系统进行数字化，通过传输网，综合利用信息化技术，建立有效获取、分类存储、自动处理和智能识别的城市生命线基础数据库；建立高度智能化的直接用于城市生命线运行管理、应急支撑和领导决策的信息共享和交换平台，进而为实时掌握上述资源的计划、调度、存量需求等运行信息提供便利；经分析和综合展现，为各级管理者及时准确掌握城市生命线整体运行情况提供有效服务；为相关单位提供城市生命线突发事件的预警信息，提高安全运行管理水平。
本书通过对城市生命线管理的物联网关键技术研究与应用的总结提炼，从分析城市生命线管理现状和主要问题出发，结合物联网及其关键技术的发展情况，以城市生命线实时监测物联网应用示范为研究背景，探究了物联数据专网网络选型和设计、多传感器数据融合方法、物联网应用中间件架构与组件等物联网感知设备管理、网络传输、应用支撑、算法研究等方面的关键技术，并将这些技术研究成果应用到液化气监测监控物联网应用示范系统建设中进行示范应用。笔者在城市生命线管理领域中总结提炼出一套行之有效的物联网解决方案，这对于城市生命线实时监测物联网应用示范工程的建设实施具有实际指导意义，并可为其实施建设提供一套稳定可靠的数据传输专网，提供一个高效实用的多传感器数据融合算法，提供一组普适便捷的物联网应用中间件架构、组件和算法。本书在城市生命线管理领域具有重要的应用价值和现实意义。
3研究内容
（1）物联数据专网网络选型与设计研究。面向城市生命线管理的需求，宜根据传感设备分布特点，通过比较3G技术(WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA、WMAN)、B3G技术(FDD-LTE、TD-LTE、LTE-A、IEEE 80216m)，以及Wi-Fi Mesh、McWiLL等通信技术，基于TD-LTE技术进行专网的网络设计。本书重点研究了核心网络设计、网络覆盖、网络性能设计、接入网的详细设计，以及网络安全架构。EPC核心网设计为全IP网络，力求使设计具有安全可靠、支撑路由优化和本地输出、高效的空口和系统能力、动态资源分配、自适应重传等特点。网络覆盖和网络性能设计基于Okumura-Hata模型，按照不同地域进行优化和定制研究；依托该设计方案建设的接入网络，利用波束赋形技术、同频组网和异频组网相结合的技术，可提高上下行链路的性能，同时，上下行信道具有互逆性，此互逆性解决了对感知层所获得数据的中长距离传输问题；该设计还可提供一个全覆盖、便捷、方便的接入网络，能够满足北京市各级政府对城市安全运行和应急管理的应用需求。
（2）多传感器数据融合方法研究。本书以城市生命线管理中的液化气监测系统传感设备为研究对象，围绕多传感器数据融合问题展开讨论，通过对加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、统计决策理论、证据推理、模糊推理等多传感器数据融合算法进行分析，结合液化气监测系统多传感器应用特点和控制结构，选择加权平均数据融合算法作为液化气监测系统的数据融合算法进行设计。此外，本书以液化气监测传感数据为对象，研究并设计了一套数据融合算法，并将该算法应用到液化气监测管理系统中，以液化气监测现场的二氧化碳浓度传感器为实验对象验证算法的可用性和适用性。
（3）物联网应用中间件架构及其数据处理层算法研究。物联网应用中间件是物联网应用中的关键软件部件，是衔接相关硬件设备和业务应用的桥梁。面向城市生命线管理领域需求的物联网应用中间件主要存在屏蔽异构性、实现互操作和信息预处理等方面的问题。本书重点研究普遍适用于城市生命线监测系统中的物联网应用中间件架构，该架构可实现各种标签和传感器等感知元件同应用系统之间的数据传输、数据过滤、数据格式转换，具有统一的传感信息接入标准，能够对传感信息进行身份认证和安全传输。同时，本书基于液化石油气监测系统实时采集温度、湿度、气体浓度、监控影像等海量的信息数据特点，综合各种方法的利弊，并针对当前液化石油气监控的应用特点，在旋转门压缩算法(SDT算法)的基础上，提出了一种应用中间件数据处理层改进的有损数据压缩方法(ISDT算法)，该方法可用于提高数据的压缩率和性能，此外笔者还进行了仿真实验及实际系统中的应用预研。
（4）液化气监测监控物联网应用示范。该系统是对城市生命线实时监测物联网应用示范工程的示范预研。本书从液化石油气监测存在的问题出发，以需求为导向，从系统总体架构、软件架构、网络架构、数据流程、终端和接口、系统安全等方面进行了应用示范系统的设计研究。应用示范系统建设成果是对面向城市生命线管理领域的物联网数据专网网络选型设计、多传感器数据融合技术研究、物联网应用中间件架构，以及改进的有损数据压缩方法(ISDT算法)等的物联网关键技术研究成果的验证，为进一步推广提供重要的经验。

你还可能感兴趣

我要评论