基于物联网技术的智慧楼宇系统探究

基于物联网技术的智慧楼宇系统探究

刘畅

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摘要：智慧楼宇系统是运用物联网技术设计实现的一个智慧楼宇解决方案.具体来说，即：通过传感器，实时获取楼宇内重点目标的状态信息，并传输到综合管理中心.若监测到异常信号，就及时反映给管理人员或自动采取应对措施.利用智慧楼宇系统，可以实现智慧化智能化管理、控制和监测楼宇，达到降低能耗、保障公共安全的目的。

关键词：智慧楼宇；物联网；传感器

一、物联网与智慧楼宇概述

1.1物联网概述

物联网Internet of Things（IoT）是国外学者在1999年研究射频识别时提出的一个概念。在2005年，国家电信联盟发布了相关报告标准，明确了国内对物联网的概念和意义。物联网的应用主要通过RFID红外传感器、GPS等前端设备，按照制定好的协议，通过有线或无线的方式将采集的数据与网络进行衔接，进而有效进行信息交换和通信，达到智能化识别、定位、跟踪等目的。

此外，物联网的核心以及基础主要依赖于互联网。物联网的技术架构可以分为三层：感知层、网络层、应用层。

①感知层。主要应用RFID技术、传感器技术、网络技术等方式，通过传感器对前端数据进行收集工作。②网络层。通过将传感器技术与通信技术两者进行有效结合，将收集到的信息进行可靠传送，进而实现广泛的互联功能。③应用层。由各种应用系统组成，实现对采集数据的统计和分析，方便用户进行扩展应用。

1.2智慧楼宇概述

不同国家地区对于智慧楼宇的概念和定义也不同，我国智慧楼宇研究人员对其定义是：利用系统集成的方法，将智能型计算机技术、通信技术、信息技术与建筑设计技术有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的最优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要且具有安全舒适、高效便利的现代化楼宇建筑。智慧楼宇在智能建筑的基础上，更加强调环境友好、资源高效利用和能源效率，这些构成了绿色楼宇的基本内容。特别是随着无线通信网络技术和各种终端设备智能化、数字化、移动化的高速发展，人们可以随时随地远程监控楼宇各子系统的运行，为充分实现智慧楼宇的绿色环境、资源高效利用和能耗管理创造了必要条件。特别是基于物联网的技术架构体系将成为智慧楼宇的基础网络架构，使得楼宇的设备与设备之间、人与设备之间的交互创造了充分可能。

二、物联网技术应用于楼宇智能化系统的优势分析

第一，推动楼宇管理系统的升级。对于物联网传感器而言，其安装与维护的难度更低，且可以实现更强大、可扩展和低功耗的物联网连接，达到全面掌握楼宇功能和分布式资产的效果。同时，物联网无线连接的使用还为网络架构注入了巨大的灵活性，可以结合现实需求添加新的传感器，实现楼宇管理系统的功能升级。

第二，实现更大的效用节约。能源效率一直是楼宇管理系统实施的主要动机，而物联网技术的应用可以实现更大的效用节约。实践中，物联网传感器可以实现按需微区域设备控制，从而获取更高的能源效率。第三，全方位视图设施管理。在物联网技术的支持下，依托无线传感器进行楼宇现实情况的检测成为现实。无线传感器使楼宇内业主能够全方位了解其物业运营情况，包括设施建设、设备状况、废物管理和消防安全等。

三、物联网技术在楼宇智能化系统中的具体应用探究

3.1智能楼宇安防监控系统

安防监控是安全防范的核心，主要是对各区域进行实时监控。监控系统的主要目的在于防盗、防范意外和人身侵害，起到管理威慑作用，防患于未然。此外，从现代化管理的角度出发，监控系统在实现安全防范的同时，也能在管理方面发挥作用。

基于物联网的智能楼宇安防监控系统总体架构一般同样分为感知层、网络层和应用层三层结构。其在智能楼宇安防监控系统中的作用如下：

基于物联网的智能楼宇安防监控系统三层结构

感知层工作在整个架构的最底层，是安防监控系统的核心部分，也是采集环境信息的关键部分。感知层主要包括两部分，一是感应器件，二是感应器网络。监控系统中的感应器件主要有：红外传感器、烟雾传感器、玻璃破碎探测器、运动侦测摄像头、声音传感器等，能采集外部环境中的异常数据。感应器网络是由各个感应器节点组成的网络，一般包括RFID网络、WSN 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）、WMSN 无线多媒体传感器网络（Wireless Multimedia SensorNetworks）等，其通信距离较短，能采集，处理、分析和传送各种环境或监测对象的信息，包括包括温度、震动、烟雾、噪声、位置、移动物体等等标量数据和视频、音频、图像等多媒体信息。

网络层需要融合多种网络通讯技术，其主要作用是将感知层采集的各类信息通过网络技术传输到应用层。智能楼宇的物联网网络层可以基于以太网结构设计，这样一来可以充分利用楼宇中已经建设好的基础承载网络设备设施，二来当需要增加设备时也可以通过增加IP 来标识，具有较好的可扩展性，能使布控的区域更加灵活和广阔。此外，感知层中采集的大量数据可能需要存储备份，如视频监控数据，可以采用云计算服务器或者数据磁盘阵列。

应用层是智能楼宇监控物联网与安防管理员的接口。应用层将网络层传输的各类监控数据与安防监控业务需求结合，安防管理人员可以通过各类智能设备终端及其应用及时查看监控动态数据资源，实时接受报警信息。各类智能终端有PC、平板电脑、智能手机、监控电视墙等，在楼宇各个节点的传感器感知到环境异常或非法入侵时，智能终端能及时接受到报警信息，供安防管理人员快速、准确决策。

实际应用中应对智能楼宇中各监控场所和重要设备设施进行评估，对其进行分类分级，采取不同级别的监控策略。对个楼层确定重点监控场所，不留死角。对安防级别高的重点场所边界，采用红外传感器进行布防，并可采用球形摄像机24 小时无死角采集视频信息；采用运动侦测探头及时传输画面变化异常的报警视频信息。并根据实际需要，在重点监控区域安装声纹识别或语音识别传感器. 对重点办公房间门口、楼梯出入口、走廊过道采用红外摄像机实时监控，并存储视频信息备份。对公共场所、禁烟区、或存在易燃易爆物品的场所，密集安装烟雾传感器。在玻璃门窗3 米内安装玻璃破碎探测器等，监控玻璃被震动或袭击的异常情况。

3.2智能楼宇出入管理系统

在传统的楼宇管理系统中，除了安装监控设备之外，还在小区/楼宇出入口引入信息登记管理，实现对楼宇内业主安全的更好维护。但是，这样的方式存在一定缺陷，最显著的就是无法对身份伪造问题进行避免。而通过在其中应用物联网技术就能够避免这一问题的发生，推动楼宇管理系统向着智能化的方向发展。依托物联网技术，可以在楼宇管理系统中引入RFID射频识别技术，在射频信号反射、空间耦合传播的支持下，自动识别目标对象，不需要人员相接触，核查速度更快，且不易被伪造，拥有更高的安全性。基于RFID射频识别技术的楼宇出入管理系统主要由读写器、中间件、电子标签构成，当目标被识别后，相应信息会存入电子标签中，并在读写器的支持下，实现射频信号的发送；应用系统对采集到的信息进行整合、分析，形成最终决策。总体来说，在楼宇智能化管理系统中应用物联网技术，能够达到提升出入人员与车辆信息确认准确程度的效果。

3.3智能楼宇水电控制系统

智慧楼宇系统利用物联网技术，监测楼宇内水电安全状态，并统计分析相关数据.即利用智能空气开关、智能控制阀门，来监控多维度（时间与空间）的水电使用状态，进行能耗管理.物联网后台则基于数据分析，利用可视化图形展示功能，反映水电使用情况，让监控人员可以清晰地观察到楼宇内水电使用状态.该系统可以不间断地监测水电线路运行工况，一旦出现异常，即能发出报警信号，提示监控者迅速找到故障部位，将风险排除。

3.4智能消防系统

对智能消防工作而言，消防部门可以通过互联网连接到现场的服务器，当接收到智慧楼宇中发出的火灾信息时，便能够第一时间做出消防准备。另外，统一管理平台也能在计算机系统中构建出楼宇的三维模型，并且在模型中准确标注出各个火灾检查传感器的位置。做到发生火灾时，可以按照不同传感器发出的信息找寻到火源，接着制定正确的灭火方案，保障人员疏散和开展救援方案，使用有效的方式对火灾进行管控，减少人员伤亡和财产损失。

3.5智能家居系统

智能家居系统是最能够体现楼宇系统智能化的子系统，主要涵盖8个功能模块，包括：居住环境控制模块、室内照明设施控制模块、室内安全防护模块、日常娱乐模块、家庭能量（三表抄送）管理模块、背景音乐模块、信息处理模块、自动化控制与管理模块。在物联网技术的支持下，这些功能模块均可以配置独立的通信网络，且能够实现相互连接，保证楼宇智能化系统对其展开统一性控制，全面监测智能家居设备的运行情况。

相比于传统的智能家居系统而言，基于物联网技术的智能家居系统不需要进行有线连接，拥有无线通信连接的灵活性与便利性特点。同时，通过应用物联网技术，智能家居系统还可以与外部物理网的无线控制应用系统实现有效连接，促使业主对智能家居系统展开远程监管控制成为现实，为楼宇业主提供更智能、便捷的服务。

结语：

综上所述，物联网技术已经得到全球各个国家的重视，它必将是我国网络的主要发展方向。智慧楼宇是未来物联网技术发展的重要领域。虽然我国的物联网技术还处于摸索阶段，但随着科学技术的发展，物联网技术将会得到更广泛应用，融入物联网技术的智慧楼宇性能也会得到提升。

参考文献：

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[2]刘风，孙中诺.低功耗广域物联网在智慧楼宇能耗管理系统中的应用[J].电脑知识与技术，2021，17(10):242-243+248.

[3]李凌冬，金华，孙先利，李亮.基于边缘计算和优先级分类的智慧楼宇网关设计[J].现代电子技术，2021，44(6):67-71.