项目基本信息

“智慧城市的推手—物联网演示沙盘”是河北省科学技术研究与发展计划科普专项项目。项目编号：13K50314D，项目负责人：李明亮。

展教品介绍

2009年，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念，认为IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行业中，其典型应用之一是把各类传感应器嵌入到诸如电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等物体中，并使其普遍连接形成物联网。2009年8月7日，温家宝总理到无锡物联网产业研究院考察。提出“感知中国”的战略方向。自此物联网的概念逐步走入人们的生活。物联网成为继计算机、互联网之后的第三次信息大革命时代的重要技术。在政府、企业和群众的热情期盼中，物联网的探索已经成为国策。在这样的背景之下，如何推动政府及公众对物联网的认知，如何使更多的人了解物联网技术，如何体现物联网的核心技术与行业应用的关系成为技术界关注的焦点。本项目一方面利用沙盘模型及展板结合的形式生动直观、深入浅出的展现物联网行业应用，物联网的相关技术，使公众切身体会物联网；另一方面该展示项目包含物联网多种核心技术展示，使决策者和技术公司总体规划提供依据。

由于我国物联网起步较晚，为了使国家政府的决策者及公众对物联网快速掌握物联网的相关概念，为了迅速学习、普及物联网基础知识，深切体会物联网技术带给日常生活带来的影响，同时为了更好地支持和配合国家在物联网技术及产业方面的推广政策，本项目选择了和公众活动密切相关的智慧城市作为物联网技术展示及产业应用的切入点，通过搭建应用场景的方式对智慧城市中物联网技术进行展示。

项目实施以“技术更好地为人类生活服务”为原则，面向智慧城市的决策者和公众两类角色，因此项目的意义主要体现以下两个方面：

一方面：城市决策者通过对展品的观摩，能更好地把握物联网关键技术为现在城市带来的机遇，智体会慧城市在城市信息数据采集，能源优化利用，城市低碳目标的实现方面的作用，使其可以在一个融合各类数据的平台上获取信息并作出部署，为确立决策方向、提高决策效率及准确性提供依据。

另一方面：公众通过对展品的观摩，认识智慧城市给大家生活带来的舒适、安全、便捷，从中更好地体会物联网技术的概念，提升对物联网的兴趣，为建设现实中的智慧城市增砖添瓦。

总之，本展教品以普及公众对物联网的认知为目的，选择了物联网的典型应用领域之一——智慧城市通过沙盘向公众展示物联网相关技术在智慧城市中的应用。本展品包含智慧城市沙盘，通过沙盘及展板的介绍，公众对物联网将会有全面的认识。

本智慧城市展教平台包括沙盘和展板。沙盘展示了有线和无线两个应用子系统。沙盘中的硬件配合相关软件实现两个系统的功能。各个子系统均包含了物联网的三个主要层次：感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器以及传感器网构成，它是物联网识别物体，系统设置压电传感器，RFID传感器，5自由度惯性测量模块，薄膜电位计，单轴陀螺仪，压力传感器，颜色传感器等，各传感节点采用ZIGBEE网络实现互联。

网络层包括各种有线或无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。该层的主要设备包括通信网关设备M2M-IOT网关、ZIGBEE无线网关。

应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，它与行业需求结合,实现物联网的智能应用。利用软件提供的可视化的用户界面，能对沙盘中的模块信息进行搜集，还可以对沙盘中的对象进行控制。

1 系统整体架构

系统整体架构图1所示。

2 有线子系统技术架构

有线子系统由三部分组成：有线监测及控制部分、扩展接口模块及M2M-IOT网关，系统框图如图2所示。其中有线监测及控制部分与扩展接口、扩展接口与M2M-IOT网关均通过有线方式进行互联。该子系统可以实现雨量监测、车流量监测、水流速监测、路灯控制、山体滑坡控制、大坝开关控制、桥梁弯曲度监测、楼宇灯光控制、楼宇电梯控制等功能。

有线监测及控制部分由各种传感器和执行机构构成，属于物联网的感知层。

扩展接口模块使用Easyio30p，是一个高性能的、多协输人输出控制器。与现场设备接口包括8路数字输入8路通用输入8路继电器输出，2路开路集电极脉冲输出4路模拟输出，与网络层接口包括嵌入式10/100 Mbps以太网端口等。它的软件方面支持sedona Framework，在linux操作系统之上运行sedona程序，该架构提供用于底层设备开发、部署、集成和管理的完整软件平台。sedona Framework可以为任何设备分配控制和管理的功能，使其完全具备智能和连接网络的能力。系统集成者可以基于sedona Frameqork方便的开发自己的应用。在本系统中用于连接感知层的各种传感器模块及控制模块。可以实现采集数据、数据处理及对各种执行机构的控制。

M2M-I0T网关仍然是一个支持sedona Framework架构的智能网关设备，同时可以方便实现与应用层软件的接口。

3 无线子系统技术架构

无线子系统由三部分组成：无线节点、无线网关和移动终端，如图3所示。无线节点与无线网关、无线网关于移动终端之间均通过无线方式进行互联。

沙盘中布置了一系列智能节点，这些智能节点由传感器和微处理器构成，可以实现现场数据采集以及节点间数据通信。智能节点包括山体滑坡监测节点，用于监测山体是否出现山体滑坡；智慧电力节点，用于监测是否有高压线是否剧烈晃动及是否结有冻雨；智能家居节点，门禁刷卡及智能安防；雨量监测及河流预警节点，监测水库雨量及是否超出警戒水位；智慧交通节点，监测车流量及车通过桥时是否超过桥梁承载压力；环境监测节点，用于氧气浓度、二氧化碳浓度、环境噪声值、温湿度值、有害气体等监测；智慧节能节点，用于光照强度的监测；物体定位节点，通过节点的位移实现物体的定位；公共设施安防节点，通过一系列智能传感器实现安防功能。这些智能节点可以体现物联网中物体具有智能的典型特征，是传感器技术、微处理器技术、通信技术的有机结合。

无线网关包括GSM/3G模块及Zigbee模块。Zigbee模块用于与智慧城市沙盘各智能节点实现数据的交互。Zigbee技术是物联网技术的重要组成部分，可以实现低成本低功耗的无线应用。GSM/3G模块用于与移动终端与沙盘中的子系统进行交互，以便可以在远程通过GSM/3G移动网络对系统实施监测和控制。

4 系统软件架构

该展教品采用模块化设计思想，智慧城市中的各智慧感知模块可作为单独的科教展品，智慧城市可以根据用户的需求模块化为智慧交通、智慧校园、智慧社区等。此展教品可以全部或部分复制应用至其他开设物联网专业的学校，使学生在学习专业前先对物联网技术进行体会，以增强学习的兴趣和增加学习、从事物联网专业技术工作的兴趣，也可以应用至物联网科研院所、城市规划、售楼沙盘等公益及商业领域，使公众感受物联网带来的快捷、舒适、安全的现代生活，因此具有广阔的应用领域及巨大的推广价值。

项目选择和公众切身相关的智慧城市作为物联网技术及产业的切入点，搭建应用场景，对智慧城市中物联网技术进行展示。项目实施以“技术更好地为人类生活服务”为原则。城市决策者通过对展品的观摩，更好地把握物联网关键技术为现在城市带来的机遇，使其可以在一个融合各类数据的平台上获取信息并作出部署，提高决策效率及准确性。同时，可以更好地引导决策者积极配合国家对物联网技术及产业的推广计划。公众通过对展品的学习，认识智慧城市带给大家的舒适安全便捷生活，更好地体会物联网技术的概念及优势，为建设现实中的智慧城市增砖添瓦。

总而言之，该展品在使公众体会物联网技术带给大家的舒适、快捷和环保生活的同时，使得决策者和公众能够更好地支持和配合国家在物联网技术及产业方面的大力推广战略。