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NankaiUniversity1吴功宜吴英编著《物联网工程导论》NankaiUniversity第10章物联网应用2NankaiUniversity10.1智能电网10.1.1电力与电力系统的基本概念•电力系统结构示意图3发电厂输电站中低压线高压线配电站电线杆终端用户风力发电太阳能发电电力网络NankaiUniversity10.1.2推动智能电网发展的动力•电能需求的不断增长•地球环境的不断恶化•电网的复杂程度不断增加•电力安全的要求不断提高•提高电力资源利用率的需求不断上升4NankaiUniversity10.1.3智能电网的研究与发展•2001年美国电力科学研究院提出了“智能电网（IntelliGrid）”的观念；2003年提出了《智能电网研究框架》•2005年欧洲推出了《欧洲智能电网技术框架》，提出了超级智能电网（SuperSmartGrit）的概念•2009年我国国家电网公司提出了“坚强智能电网”的概念，并计划在2020年基本建成坚强智能电网5NankaiUniversity智能电网的特点•自愈能力•安全运行能力•兼容能力•互动能力•优化管理能力6NankaiUniversity智能电网建设的基本内容•智能电网将能源资源开发、转换、蓄能、输电、配电、供电、售电、服务，以及与能源终端用户的各种电气设备、用能设施，通过数字化和网络通信系统互联起来，使用智能控制技术使得整个系统得到优化•智能电网能够充分利用各种能源资源，特别是天然气、风力、太阳能、水力等可再生能源、核能，以及其他各种能源资源，依靠分布式能源系统、蓄能系统的优化组合，实现精确供能，将能源利用率与能源供应安全提高到一个新的水平，使得环境污染与温室气体排放减低到一个可接受的程度，使得用户成本和效益达到一种合理的状态7NankaiUniversity•物联网在智能电网中的应用8发电厂输电站地区电网监控中心高压输电线路配电站家庭用电风力发电太阳能发电工业用电办公用电国家电网监控中心物联网电能供应信息交互NankaiUniversity物联网应用示例•输变电线路检测与监控9移动通信网测控中心网络高压输电线路高压线巡检机器人绝缘子检测机器人地面手持接收装置移动通信基站网关GPS卫星GPS定位信息高压线路状态信息工程维修车电网运行状态参数自动采集电网运行状态数据传输电网运行状态数据处理电网运行状态控制电网运行状态自动感知NankaiUniversity•变电站状态监控10移动通信网测控中心网络网关智能变电站移动通信基站NankaiUniversity•配用电管理11电网电话交换网移动通信网互联网有线电视网电力公司网络家庭用户变压器智能电表数据传输220V交流电家用电器供电用电计量计费银行网络收费NankaiUniversity•智能电网的建设涉及到实现电力传输的电网与信息传输的通信网络的基础设施建设，同时要使用数以亿计的各种类型的传感器，实时感知、采集、传输、存储、处理与控制，从电能生产到最终用户用电设备的环境、设备运行状态、与安全的海量数据•物联网与云计算技术能够为智能电网的建设、运行与管理提供重要的技术支持•智能电网也必将成为物联网最有基础、要求最明确、需求最迫切的一类应用•智能电网对社会发展的作用越大，重要性越高，受关注的程度也就越高，智能电网面临的信息安全形势越严峻12NankaiUniversity10.2智能交通10.2.1智能交通的基本概念•四通八达的公路网与交通拥堵13(a)四通八达的公路交通网(b)交通拥堵NankaiUniversity智能交通的特点•环保的交通•便捷的交通•安全的交通•高效的交通•可视的交通•可预测的交通14NankaiUniversity10.2.2城市智能交通综合管理指挥系统•城市智能交通综合管理指挥系统示意图15通信服务器接警座席数据库服务器智能交通指挥系统接警大厅指挥通信服务器警用无线集群通信系统城市交通路口视频监控探头接警座席指挥长接警座席指挥中心局域网公安专网城市交通状态数据传输城市交通状态信息自动采集城市交通状态数据处理城市交通控制与管理交通指示灯与执勤交通警察NankaiUniversity10.2.3城市智能交通诱导综合信息服务平台系统•城市智能交通诱导综合信息服务平台系统工作原理示意图16交通路口信息感知交通状态数据智能处理交通道路通行控制交通路口光学视频监控探头用模式识别的方法计算出通过路口的汽车数量与车速路口地埋感应线圈车载网系统传输路口车辆数量数据感知或计算出通过路口的车辆数量数据反馈路口显示与指示灯控制信息交通信息提示牌与指示灯汽车交通警察交通路口提示牌显示与指示灯控制信息路况与交通诱导信息交警指挥信息数据挖掘与智能决策识别出通过路口的车辆数与车速计算出通过路口的车辆数、延时与通行队列长度感知通过路口的车辆数.公安专网移动互联网或移动通信网或广播电台警用无线通信系统车载网的路旁单元NankaiUniversity•交通诱导信息系统工作原理17信息采集信息处理诱导信息生成交通数据处理GIS数据库诱导信息发布车载网电视、广播公安专网驾驶员调整行车路线互联网交通控制系统NankaiUniversity•在车外诱导方式中通过交通信息显示屏发布交通诱导信息18NankaiUniversity•车内诱导方式中通过车载终端发布交通诱导信息19NankaiUniversity•数字公交站亭与数字公交站牌20数字公交站亭数字公交站牌太阳能数字公交站亭NankaiUniversity10.2.4不停车收费系统•RFID技术在ETC中的应用21NankaiUniversity10.2.5停车诱导系统22移动互联网或车载网移动通信网车位显示屏交通广播公共停车场信息服务中心停车场入口与停车位路边停车位路边咪表手机短信通知和预订停车位停车场导航地图停车场车位诱导服务停车场与车位信息发布汽车广播电台发布停车位信息显示屏显示停车位信息Web页显示停车位信息停车位信息采集停车位信息发布NankaiUniversity10.2.6车载网的研究与应用能够通过车载无线自组网实现车辆主动安全性的应用场景•突发交通事故的报警•视线盲点提醒23突发交通事故（a）十字路口（b）急拐弯处NankaiUniversity•辅助车辆驾驶24（a）前方视线有阻挡（b）突然出现超车NankaiUniversity•车载无线自组网（VANET）示意图25车载无线自组网NankaiUniversity•VANET的组成单元示意图26路旁单元RSU车载单元OBU道路路旁RSURSURSUV2VV2INankaiUniversity•VANET结构示意图27GPS卫星GPS定位信息定位导航模块车载单元(OBU)车/路通信模块车/车通信模块路旁单元(RSU)其他车载单元控制中心交通路况交通诱导信息采集与发布车内网关车辆与路况参数采集模块WiFiWiFiWiFi车内网车载网传感器数据处理模块控制器互联网路旁单元(RSU)NankaiUniversity•通过LED显示驾驶员视线盲点区域存在的潜在危险28NankaiUniversity10.2.7物联网技术在民航领域中的应用•RFID标签在航空行李托运中的应用•机场自动导航服务与带导航针的登机导航服务牌29NankaiUniversity10.3智能医疗10.3.1智能医疗的基本概念•智能医疗是将物联网应用于医疗领域，实现感知技术、计算机技术、通信技术、智能技术与医疗技术的融合，患者与医生的融合，大型医院、专科医院与社区医院的融合，将有限的医疗资源提供给更多的人共享，把医院的作用向社区、家庭以及偏远农村延伸和辐射，提升全社会的疾病预防、疾病治疗、医疗保健与健康管理水平•智能医疗必将成为物联网应用中实用性强、贴近民生、市场需求旺盛的重点发展领域30NankaiUniversity10.3.2医院管理信息化的研究与发展•智能医疗环境中的医院信息系统结构示意图31挂号处门诊科室检验科室药房手术室住院部医生工作站护士工作站院长办公室医保数据库医疗咨询与预约服务中心咨询与预约用户医院计算机网络（HIS）城市医保网区域智能医疗网络平台其他医院计算机网络家庭病房网关移动通信网M2MUNIVERSITYUNIVERSITY远程诊断中心救护车社区医院移动医生与护士工作站老年人与慢性病患者健康监控NankaiUniversity10.3.3远程医疗技术的研究与发展•第一代远程医疗技术：基于电视双向传输的远程医疗技术•第二代远程医疗技术：基于卫星通信网与和综合业务数字网的远程医疗技术•第三代远程医疗技术：基于互联网的远程医疗技术远程医疗的工作场景照片32NankaiUniversity10.3.4无线传感器网络在智能医疗中的应用•医疗监控穿戴传感器•嵌入无线传感器结点的救生衬衫33NankaiUniversity10.3.5RFID电子标签在智能医疗中的应用•RFID在药品与病人治疗过程中的应用•智能手术橱柜与智能纱布34智能手术橱柜智能纱布NankaiUniversity10.4智能物流10.4.1物流的起源与发展现代物流的发展•粗放型物流•电子化物流•电子商务的发展•物联化物流供应链管理意义下的物流流程图35零部件生产商材料与零部件采购合作生产商其他生产商材料与半成品库存材料加工与装配零件装配部件组装产品组装生产过程的部件与半成品库存产品库存产品出货运输经销商/批发商商品库存运输零售商客户供应物流生产物流销售物流供应商生产商销售商NankaiUniversity10.4.2智能物流与物联网•物联网技术覆盖智能物流运行的全过程•智能物流中“虚拟仓库”的概念需要由物联网技术来支持•智能物流运行过程的实时监控和实时决策必须由物联网来支持智能物流中物流与信息流的关系36计划采购仓储配送销售采集分析信息流物流计划智能处理NankaiUniversity•物流、信息流与资金流的关系37信息流资金流物流通过信息流促进物流的快速流动从资金快速地周转中获得更大的经济效益物流的加速流动加快了资金周转NankaiUniversity10.4.3RFID技术在智能物流中的应用•应用RFID系统的物流配送中心38多品种货物一体化管理自动分拣系统自动补货系统自动配送系统NankaiUniversity•RFID技术在汽车制造中的应用39NankaiUniversity•RFID在汽车变速箱生产中的应用40封装在塑料外壳之中的RFID标签RFID标签安装在变速箱外壳之上安装在生产线上的读写器读出RFID标签数据NankaiUniversity•RFID标签在商场与超市中的应用•未来商店—real41NankaiUniversity•手机与个人购物助理（PSA）•查询商品信息42NankaiUniversity•试听音乐•新颖的购物环境43NankaiUniversity•导购机器人44NankaiUniversity•个性化的服务45NankaiUniversity•未来商店多样的结账方式46NankaiUniversity•我国第一个“未来商店”•购物过程示意图47NankaiUniversity10.4.4智能物流系统网络体系结构•智能物流网络体系结构示意图48总公司管理网络公司外网分公司网络仓库网络配送中心网络……总公司总公司主干网分公司、仓库与配送中心数据中心网络仓库核心路由器分公司服务器仓库服务器配送中心服务器汇聚路由器汇聚路由器接入路由器1接入路由器n网关GPS卫星GPS定位信息移动通信网GIS地图配送中心车辆管理销售商店或超市网络1智能货柜智能购物车导购机器人智能收款机商品信息显示屏智能试衣镜……局域网交换机无线局域网接入点货物配送车辆销售商店或超市商店服务器销售商店或超市网络n智能查询终端智能手机与移动终端设备M2MWLAN（802.11）（802.3）IPv6VPNWeb服务器E-Mail服务器FTP服务器代理服务器互联网本地ONS服务器本地ONS服务器本地ONS服务器公司ONS服务器ONS服务器客户防火墙