1 方案概述
1.1項目背景
“低碳生活”作為一種生活方式，先是從國外興起，可以理解為：減低二氧化碳的排放,就是低能量、低消耗、低開支的生活方式。如今這種生活方式已經(jīng)悄然走進中國，國內(nèi)開始積極推行“建設(shè)低碳城區(qū)，實現(xiàn)綠色發(fā)展”的行動計劃，把城市內(nèi)的公園打造成為低碳生活示范園。公園不僅為附近居民提供了休閑鍛煉的場所，也成為宣傳低碳文化、倡導(dǎo)地毯生活、展示推廣先進低碳科技成果的平臺。
1.2方案目標
針對低碳示范園場所的特點，天一眾合設(shè)計了以RFID技術(shù)為核心基礎(chǔ)，整合物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)模塊，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的示范園管理系統(tǒng)，以主動式、低成本、高性能的優(yōu)勢對示范園內(nèi)的“主要低碳景點、示范園低碳設(shè)施、示范園內(nèi)環(huán)境、植被、示范園內(nèi)人員”等內(nèi)容進行全面感知、可靠傳遞、智慧處理，同時利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展低碳互動游戲，提高公眾對低碳生活的興趣與普及，讓居民更直觀、更深入地體驗低碳生活。
2 實現(xiàn)方式
2.1傳輸方式
基站通過RFID技術(shù)接收信號信息通過WIFI，將信息傳送至總控中心，將前端感應(yīng)裝置編碼、編號和位置信息與GIS地圖結(jié)合，實時向中心、游人展示示范園內(nèi)低碳示范園理念及詳細構(gòu)成。
2.2管理方式
主控中心通過物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)對示范園內(nèi)景點情況、植被介紹、環(huán)境現(xiàn)狀、互動環(huán)節(jié)等全面掌控；主控中心通過物聯(lián)網(wǎng)展示平臺為游客提供直觀的“低碳示范園簡介、低碳景點詳細介紹、低碳設(shè)備介紹、低碳游戲互動”等低碳宣傳內(nèi)容。
2.3展示方式
LED實時展示：通過在示范園進出口的LED為游客展示示范園介紹、示范園路線、示范園內(nèi)低碳展示景點介紹及展示點當前狀態(tài)；
3 功能介紹
針對示范區(qū)中水系統(tǒng)、示范小屋、藤架區(qū)等低碳展示景點進行全面介紹，主動告知游客其核心環(huán)保理念與低碳形式展現(xiàn)。
3.1公園人數(shù)監(jiān)控統(tǒng)計
人員監(jiān)控管理主要是通過在監(jiān)管區(qū)域的進出入門口、景點、道路，以及一些必要的區(qū)域架設(shè)基站，對整個監(jiān)管區(qū)域進行有效覆蓋，再對工作人員及游客配備相應(yīng)的RFID電子標簽，每個標簽都有一個全球唯一的ID號碼，該號碼可以標識使用者的唯一身份，從而實現(xiàn)在整體區(qū)域內(nèi)眾多人員的綜合管理，如人員的定位、游覽軌跡和人數(shù)統(tǒng)計管理等。
3.2環(huán)境感知
利用傳感器感知環(huán)境特定參數(shù)，實時監(jiān)控：
● 通過溫濕度傳感器檢測空氣環(huán)境溫度、濕度值，了解測量環(huán)境的溫度、濕度狀態(tài)；
● 通過大氣壓力傳感器，檢測空氣環(huán)境中大氣的壓力狀態(tài)；
● 通過粉塵傳感器，檢測空氣環(huán)境中粉塵的污染程度；
● 通過一氧化碳傳感器，檢測環(huán)境中大氣中一氧化碳的濃度；
● 通過照度傳感器，檢測環(huán)境中光照的強度；
● 通過風速傳感器，檢測環(huán)境中風力大小/等級狀態(tài)；
● 通過風向傳感器，檢測環(huán)境中風的方向狀態(tài)；
● 通過PH檢測傳感器(水質(zhì))，檢測水塘中水質(zhì)的酸堿強度；
● 通過噪聲傳感器，檢測環(huán)境中噪音的污染程度；
● 通過PH檢測傳感器(水質(zhì))，檢測水塘中水質(zhì)的酸堿強度；
● 信號采集主機采用2×16字符液晶顯示，4按鍵控制，4LED指示燈指示工作狀態(tài)，人機界面友好易于操作；
● 信號采集主機采用大規(guī)模集成電路，減少了分立元件的數(shù)量，模塊化電源設(shè)計，并考慮對過壓與雷擊的防護；
● 信號采集主機內(nèi)嵌微單片機系統(tǒng)從硬件和軟件上均采取先進的抗干擾措施，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行；
● 信號采集主機提供1路RS485數(shù)字接口，通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室,再通過后臺軟件進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、列表顯示、制圖分析等功能。
3.3植被感知
利用傳感器感知植被特定參數(shù)，實時監(jiān)控：
● 通過二氧化碳傳感器，檢測空氣環(huán)境中二氧化碳的濃度；
● 通過照度傳感器，檢測環(huán)境中光照的強度；
● 通過風速傳感器，檢測環(huán)境中風力大小/等級狀態(tài)；
● 通過土壤含水傳感器，檢測土壤中水分的含量；
● 通過雨量傳感器，檢測降雨是雨水的降雨量；
● 通過PH檢測傳感器(水質(zhì))，檢測水塘中水質(zhì)的酸堿強度；
● 信號采集主機采用2×16字符液晶顯示，4按鍵控制，4LED指示燈指示工作狀態(tài)，人機界面友好易于操作；
● 信號采集主機采用大規(guī)模集成電路，減少了分立元件的數(shù)量，模塊化電源設(shè)計，并考慮對過壓與雷擊的防護；
● 信號采集主機內(nèi)嵌微單片機系統(tǒng)從硬件和軟件上均采取先進的抗干擾措施，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行；
● 信號采集主機提供1路RS485數(shù)字接口，通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)街行谋O(jiān)控室,再通過后臺軟件進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、列表顯示、制圖分析等功能。
3.4能源監(jiān)測
本項目的數(shù)據(jù)源是通過在線監(jiān)測、手工填報以及系統(tǒng)對傳三種數(shù)據(jù)傳輸方式得到，可以采集能耗數(shù)據(jù)、水耗數(shù)據(jù)等。其中，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸方式是通過在能耗終端安裝采集裝置，將數(shù)據(jù)傳送給能量綜合測量管理終端（以下簡稱“綜測儀”），起到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。綜測儀將收集到的數(shù)據(jù)及自身采集和計算得到的參數(shù)，通過無線傳輸連接到電腦，通過網(wǎng)絡(luò)，傳送至數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。WEB服務(wù)器通過其內(nèi)置WEB程序，將各種數(shù)據(jù)進行復(fù)雜計算，將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在一個可視化程度較高的信息平臺上。該平臺采用B/S架構(gòu)，擁有權(quán)限的管理人員，只需要擁有一臺可接入網(wǎng)絡(luò)的計算機，就可以隨 時隨地掌握公園內(nèi)的能源情況。
該平臺通過對能耗數(shù)據(jù)的采集，整理、計算、分析，主要可以實現(xiàn)四大功能。
第一，在線監(jiān)測。該平臺通過在線監(jiān)測能源數(shù)據(jù)、可以實時掌握能耗狀況、以便及時進行能源管理、最終全面提升用能質(zhì)量。
第二，統(tǒng)計分析。通過詳實可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計，進行橫向縱向能耗對比，可以清晰能源消耗結(jié)構(gòu)，從而有效促進能源管理。
第三，能效分析。平臺自動生成分析曲線，這些曲線可以有利促進能源審計。通過對曲線的分析可以充分挖掘節(jié)能潛力，展示公園節(jié)能亮點。
第四，手工填報。平臺自動生成預(yù)定義的相關(guān)能耗報表，這些報表由手工填報，包含公園內(nèi)未建立監(jiān)測點的月度耗用量。
（以上截圖為北京市用電監(jiān)測平臺截圖）
3.5軟件功能
● 數(shù)據(jù)采集模塊；
● 實時環(huán)境狀態(tài)顯示模塊（生態(tài)參數(shù)）；
● 歷史環(huán)境狀態(tài)查詢模塊（生態(tài)參數(shù)）；
● 統(tǒng)計報表模塊；
● 感知終端管理模塊；
● 基站管理模塊；
● 系統(tǒng)用戶管理模塊；
● 能源監(jiān)測。
3.6游戲互動
碳足跡：通過示范園內(nèi)的基站將園內(nèi)分為多個區(qū)域，通過游客持有碳足跡RFID卡走過的路線及距離與后臺碳排放量監(jiān)測軟件結(jié)合計算出游客碳排放量的數(shù)字，游客通過RFID碳排放量卡上的編號可通過觸摸顯示屏進行查詢，通過生動的游戲環(huán)節(jié)提高每個人對碳排放的關(guān)注度同時對希望每位游客通過步行等方式上班降低碳排放量的對整個北京環(huán)境的影響，碳足跡RFID卡可出售于游客供其家人共同感受低碳生活的樂趣。
4 系統(tǒng)組成
4.1基站
基站為智能長距離讀寫器，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息中樞設(shè)備。基站不斷采集周圍定位卡發(fā)出的射頻標識信息，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)（WIFI網(wǎng)絡(luò)）上傳至采集服務(wù)器，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供高精度、實時數(shù)據(jù)采集。主要有以下特點：
（1） 安裝靈活方便，不影響周圍環(huán)境。基站與采集服務(wù)器之間使用移動通信技術(shù)進行雙向通信，不需要鋪設(shè)電纜或者光纜，最大程度保護周圍環(huán)境不受破壞。
（2） 基站與采集服務(wù)器之間具有雙向移動數(shù)據(jù)通信功能，支持WIFI接口。
（3） 基站實現(xiàn)了RFID技術(shù)和移動通信技術(shù)的融合。
（4） 基站支持后備電池供電。
（5） 獨特的防沖撞技術(shù)使基站在同一區(qū)域一次能接收200張定位卡。即使定位卡快速移動時，數(shù)據(jù)也可以準確的傳輸。
主要技術(shù)參數(shù)
（1） 基站射頻識別范圍大，最大有效識別距離：300m；
（2） 并發(fā)容量大，同時識別接收卡數(shù)200個以上；
（3） 高速移動情況下不漏卡，支持移動速度高達80km/h
（4） 接收頻率：2.4GHz；
（5） 傳輸方式：CDMA；
（6） 發(fā)射功率：≤30dBm；
（7） 工作電壓：DC12V，110mA；
（8） 功耗：AC220V±10%，5W；
（9） 工作溫度：-25℃～60℃；
（10） 備用電池容量5Ah，可以維持基站正常工作40個小時以上；
4.2標簽
天一眾合公司的標簽是有源主動式標識卡，定時發(fā)射自身的標識信息。標識卡采用內(nèi)置電池供電。標識卡具有識別距離遠，功耗低，免維護等特點。標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進行通信。每個標簽具有全球唯一的電子編碼，附著在物體和人體上標識目標對象。主要有以下特點：
（1） 射頻發(fā)射功率小，只有-10dBm，對人體無傷害；
（2） 超長工作時間。電路采用低功耗設(shè)計，降低電路功耗，一節(jié)紐扣電池可以維持定位卡正常工作3年；
（3） 采用有源RFID技術(shù)，數(shù)據(jù)自動發(fā)送，無需喚醒機制；
（4） 定位卡支持激活和休眠模式；
（5） RFID和傳感技術(shù)的完美結(jié)合相結(jié)合。支持雙頻工作，具有低頻喚醒功能。
（6） 具有防撕報警功能。
（7） 采用高性能鋰氬電池適應(yīng)在戶外高低溫環(huán)境下工作。
天一眾合標簽
主要技術(shù)參數(shù)
（1） 接收頻率： 2.4GHz；
（2） 供電電源：紐扣電池；
（3） 工作電壓：DC3V
（4） 工作電流：射頻發(fā)射電流16mA，待機電流1μA。
（5） 工作時間：無需更換電池，3S發(fā)送一次射頻信息，工作時間可達4年以上（使用鋰氬電池）；
（6） 工作溫度：-25℃～60℃；
（7） 防護等級：IP68；
4.3軟件
4.3.1軟件結(jié)構(gòu)圖
軟件采用B/S架構(gòu)設(shè)計，采用輕量級的J2EE框架SSH進行開發(fā)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：
前臺網(wǎng)站：用戶憑借賬號和密碼進行登錄前臺網(wǎng)站，進而使用定位、用戶管理等各種功能項。
報警處理子系統(tǒng)：用于進行處理各種報警情況。
短信子系統(tǒng)：負責向相關(guān)負責人發(fā)送報警短信。
后臺管理子系統(tǒng)：進行各種基站、傳感器的維護和管理。
數(shù)據(jù)庫：存儲系統(tǒng)需求的各種數(shù)據(jù)。
采集子系統(tǒng)：用于從基站采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心。
4.3.2軟件部署圖
系統(tǒng)采用Tomcat作為web服務(wù)器，采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。為了提高性能，web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都采用集群的方式，同時數(shù)據(jù)庫還有備份服務(wù)器用于災(zāi)難恢復(fù)。采集服務(wù)器也采用集群的方式，用于緩解采集壓力。
4.3.3軟件系統(tǒng)特點
● 實用性：滿足用戶現(xiàn)實需要，解決實際問題，做細核心功能，兼顧輔助功能，實現(xiàn)快捷、可靠地布署和使用，并節(jié)省投資。
● 易用性：各項功能一目了然，滿足用戶的使用習慣，易使用、易維護、易升級，實現(xiàn)“傻瓜相機”式的操作，將實施、培訓成本和周期降到最低。
● 先進性：采用先進的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)構(gòu)化程度高，擴展性、升級性好，符合未來發(fā)展趨勢。
● 穩(wěn)定性：系統(tǒng)從底層數(shù)據(jù)庫到功能層經(jīng)過嚴格測試，數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定，功能順暢，能在不同的硬件環(huán)境中長期平穩(wěn)運行。
● 安全性：系統(tǒng)能有效防止外部各種病毒的攻擊，內(nèi)部數(shù)據(jù)具有多種備份方式，通過權(quán)限控制，具有嚴格、細致的訪問控制，保證內(nèi)部數(shù)據(jù)安全
4.3.4系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢
● 系統(tǒng)工作在2.4G公共頻段；
● 系統(tǒng)兼容性強，兼容無線傳感器國際標準
● 系統(tǒng)采用直序列擴頻技術(shù)，抗干擾能力強，對同頻段內(nèi)其他設(shè)備干擾小；
● 系統(tǒng)采用AES加密技術(shù)對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽亢桶踩?br />
● 基站體積小、帶有無線通信模塊和蓄電池，因此便于安裝，也可盡量減少對現(xiàn)有市政設(shè)施的外觀影響，必要時基站可采用太陽能取電，實現(xiàn)完全獨立安裝；
● 基站擴展性強，可集成電力線載波、CDMA、WIFI等通信模塊，也可依需求與視頻、煙感、有害氣體監(jiān)控等現(xiàn)有安防體系結(jié)合；
● 標示卡體積小、支持多頻點應(yīng)用（有源/無源結(jié)合）、使用壽命長、成本低廉，便于未來大規(guī)模推廣；
5 前景展望
物聯(lián)網(wǎng)公園低碳示范園綜合信息管理平臺的建設(shè)不僅向人們提供休閑健身的場所，還將成為普及低碳知識，展示先進低碳科技成果的平臺以及促進低碳生活社區(qū)建設(shè)的基地。低碳生活代表著更健康、更自然、更安全，返璞歸真地去進行人與自然的活動。
