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    IoT技术助力智慧建筑


    作者:转自智能建筑   |   发布时间:2019-04-24   |   点击数:663

    进入21世纪以来,随着物联网、大数据、云计算等新技术在建筑领域的大规模应用,智慧建筑的技术形态也发生了不小的变化。新的智慧建筑的总体结构是由云计算、大数据、物联网和移动互联基础设施等共同构成的,如图1所示。

       1)物联网为智慧建筑提供感官,包括视觉、听觉、感觉和执行控制能力,实现了虚拟世界和真实世界的连接。

        2)云计算、物联网平台、大数据和业务应用构成了大脑,通过感官收集的原始数据,经过物联网平台转化为有价值的信息,之后经过大数据分析计算,转化为可支撑决策的依据,并最终通过业务应用实现一定的功能。

        3)移动互联网和传统互联网提供了多种形式的人机交互方式,例如Web、手机APP等。

    最近几年,大家都能清晰地感受到,可以联网的终端类型越来越多。从家居的角度来说,智能门锁、智能电视、智能扫地机器人、智能电饭锅等新产品层出不穷.从出行的角度来看,出现了可以联网防盗的电动车、共享单车、智能汽车。

    下面我们将集中于智慧建筑的一个细分领域,重点介绍基于传感器的室内定位技术:

        LBSLocation Based Service,基于位置的服务)已经成为人们生活中经常使用甚至必不可少的一种服务,基于此也涌现了大量的刨新业务和企业.位置信息日益成为互联网时代最关键的业务数据和大数据基础。室外定位技术,GPS已经成为事实上的行业标准,得到广泛使用,我国推出的北斗导航系统也成为后起之秀,呈现并驾齐驱的势头。而人员在室内的活动时间占到80%以上,随着智能终端的普及、可穿戴设备的快速发展,室内定位技术越来越受到关注并拓展出很多应用场景和解决方案。其中低功耗蓝牙定位、RFID定位和UWB定位等物联网定位技术更是其中的主流技术。表1是几种最常见的定位技术的对比情况。

        一般来说,定位系统主要由无线定位基站、无线局域网、服务器、定位引擎等几部分组成。定位基站在接收到标签信号后,经过计算,将数据传送给服务器。定位引擎通过计算显示出入员的位置,并通过电子地图显示具体位置,服务器获取了相关人员的位置信息,可根据业主或客户的具体需求提供相应的信息。

        新华三推出的定位方案中使用了自研的T300系列室内型物联网接入终端,它是新华三自主研发的新一代物联网接入模块。T300模块的外型时尚美观,通过内置插卡的方式可支持蓝牙、RFIDUWB等全制式的物联网协议,可作为手环、传感器等智能终端的物联网网关,通过无线APIoT端口进行供电及提供数据传输,可广泛应用于教育、医疗、生产车间等场景。T300有灵活的物联网扩展接口,采用mini PCIE接口,支持第三方物联网厂家插卡的接入。

    T300系列模块支持串行部署,每个链式结构最多可串接10T300系列模块,即最多可扩展1 0种物联网制式的信号。可根据实际物联网业务需求灵活,解决多物联网业务接入以及高并发问题,将用户业务融合管理,提供统一业务管理系统。

    T300系列模块包含2RJ45端口,上行端口通过物联网AP进行供电和数据回传,下行端口为串接T300模块供电,第一个T300M主模块到最后一个T300模块的距离最长可达100m。每个串行的链式纠构的第一个模块必须为T300M,后续串接的模块全部接T300模块。

        2是新华三推出的基于T300模块的定位系统架构图。

        下面将分别介绍几种基于不同物联网协议的室内定位技术。

        1)基于低功耗蓝牙的定位技术

        低功耗蓝牙是蓝牙技术联盟设计的一种个人局域网技术,相较于经典蓝牙,低功耗蓝牙能够在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。

         蓝牙Beacon定位系统是近年发展起来的基于低功耗蓝牙技术的定位技术,是一种较典型的客户端定位技术。定位网络由若干iBeacon低功耗蓝牙信号模块组成,智能终端侦听这些iBeacon的信号,并获取相应模块IDRSSI信息上报给定位引擎,定位引擎根据RSSI信息和对应lD位置计算出终端的位置。由于低功耗蓝牙模块的成本低廉,而且一般是有源无线部署,不需要连接网络和交流电,可以比较方便地进行密集部署。定位精度视iBeacon部署密度而变化,所以要达到实用的定位精度,就要部署大量的iBeacon模块。当在一些大型公共区域部署时,必然带来管理维护难的问题。通过在新华三的T300模块中内置蓝牙模块的方式,可以有效管理iBeacon,检测iBeacon是否在线,电量、信号是否正常等,降低管理维护难度。通过现场工勘并合理部署iBeacon模块后,蓝牙定位的精度可达到3~5米。

        导航业务是LBS的核心业务之一 ,在很多场景特别是公共环境都有应用,例如大型商超内寻店、大型机场内寻找登机口、大型医院内导诊、大型图书馆内寻书等。

        2)基于RFID的定位技术

        RFID技术又称无线射频识别,使用这种技术可通过无线电讯号识别特定目标,而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

    RFID定位的基本原理是,通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),采用接收信号强度、近邻法等确定标签所在位置。RFID技术的作用距离短,一般最长几十米,且不具有通信能力。但它可以在很短时间(毫秒级)内得到定位信息,且RFID标识的体积比较小、造价比较低,同时具备其非接触和非视距等优点,在医院、管廊、大型工厂等场景下有不少应用案例。具体实施过程中,布设阅读器和天线需要有大量的工程实践经验,对设备厂商的交付能力有较高要求。一般来说,在对现场进行工勘并合理部署阅读器的情况下,RFID的定位精度可达到3-5米。

    RFID技术在医疗行业的应用已经非常广泛,如移动护理、婴儿防盗、贵重医疗资产管理以及人员定位等。已婴儿防盗系统为例,在婴儿身上佩戴可发射出射频信号且对人体无害的智能电子标签,标签定时发射具有唯ID的信息给婴儿防盗系统,系统据此对婴儿所在位置进行实时监控和追踪,还可对企图盗窃婴儿的行为及时报警提示。提供新生儿出生至出院全程监护,有效防止新生儿偷盗,有效防范新生儿抱错以及实时监控及追踪新生儿信息。

      婴儿防盗系统的硬件设备部署示意图如图3所示。

     3)基于UWB的定位技术

         UWB是一种新兴的无线通信技术,它具有高速、低成本和低功耗的特点,它的信号是带宽大于500MHz或基带带宽和载波频率的比值大于0. 2的脉冲信号( UWBWG2001),具有很宽的频带范围,可用于室内精确定位。例如工业自动化、传感器网络、家庭/办公自动化、机器人运动跟踪等。UWB信号的特点说明它在定位上具有低成本、抗多径干扰、穿透能力强的优势,所以可应用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪,能够提供1米以内的定位精度。

        国内很多大型热电厂、化工厂内都采用了UWB高精度定位系统,在它的基础上实现了如下功能:电厂人员定位、巡检人员轨迹回放、电厂关键设备定位、突发情况一键报警、设置重要区域电子围栏。

         综上所述,新华三可提供针对不同场景、满足不同定位精度要求的多样化定位解决方案,且已积累了大量的实际交付经验,可协助百行百业的客户快速上线部署定位系统,提高内部管理水平。

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