我梦寐以求的物联网/第 8 章：物联网和案例研究

物联网：案例研究

物联网 (IoT) 代表了人类与其技术之间通信方式的改变。通常，物联网预计将提供设备、系统和服务的先进连接性，超越机器对机器通信 (M2M)，涵盖各种协议、领域和应用。这些嵌入式设备（包括智能物体）的互连，预计将在几乎所有领域实现自动化，同时也使智能电网等高级应用成为可能。物联网有可能为人类生活方式的许多方面做出贡献，包括医疗保健、教育、交通和商业。在建筑物中，物联网设备可用于监控和控制各种住宅和商业建筑中使用的机械、电气和电子系统（例如，公共和私人、工业、机构或住宅）。家庭自动化系统与其他建筑自动化系统一样，通常用于控制照明、供暖、通风、空调、电器、通信系统、娱乐和家庭安全设备，以提高便利性、舒适度、能效和安全性。但物联网系统在多大程度上得到了测试和应用？以下是一些案例研究。

案例研究：桑坦德智能停车监控项目

智慧城市是指使用物联网和其他通信设备来管理其资产的城市。 其中一项资产是公共停车区域，可以对其进行交通监控和使用管理。西班牙桑坦德市政府在该市 22 个不同的区域测试了这种智能停车系统。该桑坦德智慧城市项目由几家公司和机构开发，旨在设计、部署和验证一系列传感器、执行器、摄像头和屏幕，为桑坦德市民提供有用的信息。

每个区域都配备了一个 Meshlium，这是一个收集数据传感器并将数据移动到云端的电子系统。每个区域都有不同的网络参数，创建了独立的网络，这些网络在不同的频率信道上运行，以避免相互干扰。在这个项目中，在城市的不同地点部署了 375 个 Waspmotes 来测量其上方磁场的变化（由停放在其上方的车辆引起），以检测停车位是否空闲。磁场传感器通过智能停车传感器板连接到 Waspmote。传感器本身埋在道路表面下的防水外壳中。孔洞用特定材料封闭，传感器几乎不可见。

信息定期发送到中继器，然后发送到存储数据的 Meshlium，每五分钟更新公共信息板，使市民能够在最短的时间内找到空闲的停车位。不仅如此，停车状态也更新在交互式在线地图上，以便市民在到达市中心之前查看空闲停车位。

案例研究：智能照明

智能照明系统使智慧城市能够根据时间、日期、季节和天气等变量智能地提供恰到好处的照明。通过应用这种物联网形式，用户有可能节省高达 80% 的能源，至少根据芬兰 VTT 技术研究中心的 Janne Aikio 的说法，与传统照明系统相比，至少可以节省 80% 的能源。“预测表明，智能照明将成为物联网领域的关键趋势之一，”Aikio 告诉《工程与技术杂志》。“预计未来十年对智能照明的需求将激增：到 2020 年将达到 77 亿欧元。2011 年的同期数字为 18 亿欧元。”

利用物联网概念的照明系统已经可以商用，能够与现有的建筑自动化系统集成。未来，这种智能照明系统可以通过与无线系统的集成得到改进，从而可以通过手机等设备进行控制。“智能照明系统在新建筑和翻新项目中越来越受欢迎。下一步将是将更好的传感器和新功能集成到照明系统中，这将使房间的居住者能够根据他们的行动和活动，以更高的精度和灵活性调整照明，”Aikio 解释说。

为了获得更好的效果，这种智能照明系统可以与更多功能集成，例如根据房间的功能或一天中的时间、季节和天气自动调整照明方向、功率和颜色。例如，灯可以被引导指向房间里的人，靠近窗户的照明可以根据外面的天气或温度改变颜色。此外，智能照明系统甚至可以自我更新，根据需要从网络下载灯光过滤器或“插件”。

案例研究：智能道路

物联网的应用范围很广，这要归功于其可靠的性质以及对家庭和工业安全做出积极贡献的能力。但它甚至有可能在我们在路上时对我们的生活做出积极的贡献。事实上，物联网有望积极改善我们现有的基础设施中至关重要的东西：构成我们庞大交通网络的道路。

监控系统将在未来在我们的街道上发挥重要作用，无论是为了更好地让市民了解情况，还是为了迎接自动驾驶汽车的到来。一系列传感器、电路盒和其他物联网技术将使用无线电和卫星相互集成，以实现节点之间的通信。也就是说，在这个监控系统中，有八个常见的区域需要覆盖。这八个区域基于欧洲道路和天气，尽管它们仍然适用于全球道路网络。

1. 污染： 首先是建立一个传感器网络来监控与交通相关的污染。Libelium 公司提供了一个示例，即其 Waspmote，它提供了一个微型封闭系统，该系统具有太阳能电池板、天线和传感器，可以针对每个节点进行编程。它能够使用大量网络覆盖大面积区域，从而使其易于维护，并能轻松连接到节点。至于污染，主要来自车辆排放的二氧化碳和二氧化氮。为了检测这一点，在城市交通网络中的战略地点安装了气体传感器。

2. 噪音： 接下来是监控噪音并生成噪音地图。声学传感器可以使用与污染检测讨论中提到的类似技术，将噪音映射到城市中的这些路线。系统中使用的麦克风可以捕捉噪音源，这些噪音源被转换为可用的数据，可以放置到热图中，热图显示了特定分贝值下的噪音区域。

3. 天气： 接下来是风险点之间的天气监控。需要监控的方面包括温度、湿度、降雨量以及风速和风向。带有附加雨量计和风速计的小型传感器网络充当廉价的气象站，提供实时信息，可用于提前警告驾驶员，以便他们可以选择其他更安全的路线。

4. 和 5. 洪水和结冰： 这两个代表着相同的监测点，唯一的区别在于温度：路面。洪水可以使用地面液体传感器测量。通过这些传感器，驾驶员可以被提醒有积水路段，并在选择路线时采取预防措施。至于结冰路面，可以使用来自温度和湿度传感器的日期驱动的预测应用程序来记录道路上可能形成的冰层。

6. 结构性裂缝： 对于结构性裂缝，可以使用线性位移传感器在桥梁或隧道中监测任何裂缝。除了位移监测，类似于地震多发地区建筑物中部署的振动传感器将有助于进一步监测和控制整体结构性裂缝。^[1]

7. 停车： 如前所述，车辆检测系统可以依靠磁场传感器来检测交通拥堵和停车场内车辆的存在。它安装在路面本身，配备了应对通信干扰和湿度的材料。传感器之间共享的信息与污染和噪音监测类似，数据在 Meshlium 中收集后发送到互联网网络。部署带有监控摄像头的智能停车节点可以进一步提高停车场的安全性。

8. 交通流量： 可以使用带有蓝牙和 WiFi 卡的 Meshlium 扫描仪监控车辆和行人流量，以提供交通和行人流量的估计。框架在信息如何通过互联网发送方面是相同的。在这个系统中，蓝牙和 WiFi 都将拥有自己的数据库，其中包含 IP 地址、端口、用户及其密码。此外，它可以与外部数据库同步，然后在整个网络中共享。

案例研究：智能水系统

智慧城市必须监测供水和分配，以确保公民和工业有足够的用水，并节省资金。智能水系统的目标是管理用水需求，并确保水系统中的任何损失降到最低。虽然需求得到更好地控制，但由于分配效率低下和漏水，水供应仍存在巨大损失。此类系统可以使用无线传感器网络更准确地监测其水系统，并确定其最大的漏水风险。Libelium 的智能计量传感器板包括一个水流传感器，可以检测从 0.15 到 60 升/分钟的管道流量。该系统可以定期报告管道流量测量数据，并在用水量超出预期正常范围时发出自动警报。这使得智慧城市可以识别漏水管道的具体位置，并根据可以避免的漏水量对维修工作进行优先排序。这些板上的传感器可以用作监控和响应城市地区水管泄漏的网络的一部分。传感器的战略性部署可以确保全市覆盖。传感器板的数据可以定期收集并通过无线网络发送到城市进行分析和预防措施。数据也可以直接发送到互联网，与当地社区和行业共享，以便每个人都能了解并参与城市的负责任水管理。^[5]

案例研究：使用 Meshlium 扫描仪进行智能手机检测

Meshlium 是一款 Linux 路由器，包含五个不同的无线电接口：WiFi 2.4GHz、WiFi 5GHz、3G/GPRS、蓝牙和 ZigBee。Meshlium 还可以集成 GPS 模块用于移动和车辆应用，并可以使用太阳能和电池供电。这些功能以及铝制 IP67 外壳使 Meshlium 可以放置在任何室外场所。Meshlium 附带 Manager System，这是一个 Web 应用程序，它允许快速简便地控制 WiFi、ZigBee、蓝牙和 3G/GPRS 配置，以及接收到的传感器数据的存储选项。它可以检测在无线电信道上广播的 iPhone、Android 和其他免提设备。^[6]

这项技术的总体思路是测量特定时间点存在的车辆和人员数量，从而能够研究交通拥堵的演变。为了让这个想法能够实现，用户无需执行任何操作来被检测或在网络上可见。只要其移动设备中集成的 WiFi 和蓝牙无线电处于活动状态，路由器仍然可以检测到他们的存在。用户被 Meshlium 路由器检测到的依据如下：^[6]

• 无线接口的 MAC 地址，使其能够被唯一识别；
• 信号强度 (RSSI)，它提供了设备到扫描点的平均距离；
• 移动设备的供应商 (Apple、Nokia 等)，用户连接到的接入点 (WiFi) 以及蓝牙友好名称 (未连接到接入点的用户将被识别为“自由用户”)；以及
• 设备类别 (CoD)，在蓝牙的情况下，这使得系统能够区分设备类型，增强对车辆和行人的区分。

此外，可以通过更改无线电接口的功率传输来修改覆盖区域，从而允许从几米到几十米创建不同的扫描区域（例如，研究特定街道，甚至研究整个购物中心的楼层）。

Meshlium 或其他类似的扫描仪可以专注于

1. 车辆交通检测：在这个应用中，系统能够...

• 实时监控高速公路和道路上特定点通过的车辆数量。
• 检测车辆停留的平均时间，以防止交通拥堵。
• 监控高速公路和道路上车辆的平均速度。
• 在检测到拥堵时提供替代路线的行程时间。
• 通过跟踪两个不同点的车辆时间来计算穿越道路的车辆的平均速度。

2. 购物和街道活动：类似于监控汽车交通，可以监控机场、体育场或购物中心中行人的高效流动，以改善用户体验，帮助区分好坏的访问体验。

结论

这些物联网案例研究表明物联网将如何使我们的生活更轻松、更有条理。智慧城市的基礎設施有可能改善我們的環境，帶來更安全的駕駛體驗。智慧城市也可能在公共服務方面帶來改進，包括停車位監控、天氣警報以及管理現代城市常見的廢物。當與城市整合時，物联网將允許公民更加享受他們的城市，並利用現有技術。物联网的未来可能會為現有的無線技術基礎設施帶來更多改進，使每個設備能夠通過網絡彼此共享信息，以便更好地協調和數據分析。