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内蒙古自治区智慧综合杆系统集成解决方案项目应用案例

来源:智慧杆网 时间:2022-03-30 16:00:13

项目简介

1、项目需求:

          为了实现对城市节能、环保、气象、安防、交通、公共设施运行等书记信息的监测、采集和分析,成为生态城城市运行的“智慧眼”和"城市大脑“,助力升级生态城的智慧体验。

2、产品功能:

         智慧综合杆解决方案,高度集成了WIFI设备、单灯控制器、智能摄像头、5G微基站、LED显示屏、一键报警、双向语音、RFID接收器、电动车充电桩等,以及空气质量、道路水位、噪声、风力风向等多种传感器于一体。

 

          在空气监测方面,智慧综合杆可实时监测国标六项空气环境质量数据,当环境数据超出系统设置的阈值时,综合运行管理平台系统会自动实现报警功能,并对污染物成分、来源、成因和运动趋势进行科学分析,为污染治理和预防提供可靠依据。在安防方面,智慧综合杆通过360°高清摄像头可实现人脸识别、行为识别、车辆识别、车牌照识别、可疑物体识别等功能,通过双向语音播报系统实现报警和定位功能。智慧综合杆上的电子屏可实时发布公众服务信息、应急预警信息。同时,智慧综合杆还可以实现车辆行驶监测、违章停车监测、道路积水检测等多种功能。
智慧综合杆示意图

3、技术方案

          本次方案开创性地提出“一路一网一平台“智慧城市建设理念,以对城市部件的节能、智能升级为切入点,运用云存储、云计算和大数据技术,构建开放性、全兼容的智慧城市基础物联网软硬件大数据管理平台,对城市海量数据进行规范化组织、梳理和分析,对节能、环保、安防、应急、交通、民生等城市各领域的精准化管理和资源的集约化利用,有效降低城市能耗、减少环境污染、消除安全隐患、提升综合竞争力,实现对城市管理的科学化、智能化。

 

        智慧城市基础物联网是智慧城市价值链体系的基础和核心枢纽,为进一步实现智慧城市提供了可拓展、可延伸的开放性软件、硬件平台。

(1) 一路:基于智慧综合杆网的开放式硬件平台

         路灯在城市中的分布具有均匀性、密布性和稳定供电等天然特性,因此成为城市物联网天然的感知平台,基于路灯网络建设物联网,避免了智慧城市基础传感网络的重复建设。智慧综合杆,对传统的路灯进行升级和改造,使节能率达到了60%以上,集成了单灯控制器、LED显示屏、智能摄像头、报警按钮、双向语音广播、通讯微基站、WIFI、电动汽车充电桩等设备,以及RFID接收器、空气质量、道路水位、噪声、风力风向等多种传感器,能够快速、稳定地进行多维度城市数据的采集和安全传输,形成开放性、全兼容的物联网硬件平台,可以无限扩展第三方传感器设备的接入,共享终端传感数据信息,避免“信息孤岛“。

 

(2)一网:基于光纤和多种无线传输方式的传输平台

          沿着路灯的强电网络同时铺设光纤,并通过集成在智慧综合杆上的WIFI、微基站和LoRaZigBee等无线传输设备,形成一张完整的数据采集和双向通讯的智慧城市基础物联网。

 

(3)一平台:专业物联网大数据管理平台

          叁仟智慧城市管理平台,是基于地理信息系统之上的专业物联网大数据管理平台,平台运用云存储、云计算和大数据技术,可对多维度的海量数据进行规范化组织、梳理、挖掘和分析,对节能、环保、安防、应急、民生、经济活动等各种需求做出智能响应和评估,实现对各领域的精确化管理和资源的集约化利用。

 

4、系统平台

         叁仟智慧城市物联网综合管理平台是基于智慧综合杆物联网感知集成单元的城市大数据综合管理平台。系统平台利用智慧综合杆为城市时空大数据采集的入口,对海量多源异构的物联网数据进行了深度分析,挖掘城市事件潜在的时空分布规律和成因,同时融合了人工智能辅助决策支持能力,为各业务部门进行资源合理调度、专项事件处理提供科学的决策支撑。

 智慧综合杆系统架构

         “智慧城市物联网综合管理平台“具有以下技术特点:

(1)广泛采集物联网数据,标准化数据通讯协议

           平台以智慧综合杆为城市时空大数据采集的入口,利用智慧综合杆上集成的各种物联网感知设备,以及通过5G、LoRa、NB-IoT物联网边缘计算网关,广泛采集物联网信息,基于城市基础通信网络,接入空中层、地表层、地下层的海量多源异构物联网感知设备,实现城市万物的泛在感知。平台实现了现行物联网的标准协议和接口,可以实现海量多源异构的物联网数据的对接。满足城市管理中对不同业务进行管理的需求。

 

(2)多维数据自由组合,自定义城市事件,阻力城市管理效率提升

          在城市管理中,管理者有自己所关心的城市事件,这些城市事件可以解析为不同种类的物联网数据的组合。在“智慧城市物联网综合管理平台“中,用户可以在事件自定义系统中,根据自己的管理经验、管理习惯结合当地的特色,将物联网数据进行自由组合,定义自己所关心的各类城市事件。平台会根据定义后的城市事件智能的对采集到的物联网数据进行关联分析,提供实时的告警信息和科学的决策指导。帮助城市管理者及时发现问题、解决问题。对物联网资产形成动态的追踪管理。

 

(3)基于大数据态势感知的安全保护系统

          基于大数据技术平台,对全面的安全信息进行集中采集、存储和分析,在满足国家法规和行业规范要求的基础上,利用人机交互分析、智能分析引擎和可视化等手段,结合丰富的威胁情报,对面临的外部攻击、内部违规行为进行检测,建立快速有效的威胁检测、分析、处置能力和全网安全态势感知能力,使得信息安全可知、可见、可控。

5、运营模式

业主自营

6、应用效果

        基于智慧综合杆的新型智慧城市项目,将安防、环保、交通、城管、应急等行业应用集成到一个统一的智慧城市综合管理平台中。利用多维度数据采集和大数据分析能力,有效的解决了城市中的各种难点、痛点问题,受到了业主的一致好评。
智慧综合杆杆设施功能搭配表

项目特色

1、 平台优势:

(1)数据接入

          平台的数据接入系统基于智慧综合杆网关设备进行数据解析,可以灵活的将多种类型的数据格式和协议解析为标准格式的数据类型,通过物联网标准协议传输到系统平台,存储在时序数据库中,提供百万级时序数据秒级写入,高压缩比低成本存储、预降采样、插值、多维聚合计算,查询结果可视化功能,解决由于设备采集点数量巨大,数据采集频率高,造成的存储成本高,写入和查询分析效率低的问题。在提高系统性能和效率的同时,大大节省了投入成本。

 

(2)数据处理

        平台的事件处理系统基于SOP(标准作业流程)将复杂的事件处理程序总结为在当前条件下最优化的操作程序设计,将关键控制点进行细化、量化和优化,达到节省时间、减少资源浪费的目的。同时平台的事件自定义系统可以更加灵活的对事件告警信息和事件处理流程进行自定义控制,相对于普通的SOP更兼具前瞻性和自适应性的特点。

 

(3)数据共享

           平台的数据开放系统基于API智能软件网关建立API生态,将API开放给合作伙伴、开发者,实现企业核心能力的货币化,同时使API能够适配多端,如:移动、互联网、物联网,实现系统前后端分离,避免多个场景多套API,大幅度降低管理运维成本。

 

2、创新之处

         人工智能的视频识别技术、城市大数据模拟仿真、多维度物联网联动响应、城市多维度综合信息分析、物联网区块链通用部署架构。

3、可借鉴的经验

         采用多种组网方式,包括光纤PON组网、4G、LoRa、NB-IoT等,满足不同应用场景下的数据传输的需求。

 

项目评价与建议

      评价:该道路智慧灯杆应用极大地利于道路、人流监测,不受人员密度影响的前提下大大降低了人力物力等消耗,人脸识别方面与公安系统联网后有利于黑名单抓拍等,通过报警、通讯双向通话对老人小孩也起到实时保护作用,智慧灯杆可以降低其反应时间并查看现实状态,符合“节能、环保、人性化服务“的初衷。

      建议:因该项目位于生态城,道路较窄,在杆下充电遇上高峰时期将会造成道路拥堵,同时会出现违章停车状况,建议在未来二次开发及全部铺盖过程中更加合理化利用。



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一、前言        随着世界能源危机的加剧,各国都在寻求解决能源危机的办法,一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用;另一条是寻求新的节能技术,降低能源的消耗,提高能源的利用效率。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源,太阳能作为一种巨量可再生能源,每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时,随着太阳能光伏技术的发展和进步,太阳能灯具产品在环保节能的优势,太阳能路灯、太阳能庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模,太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。      全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出,节能和环保是中国实现社会经济可持续发展急需解决的问题。每年照明消耗电能约占全部电能消耗的12%~15%,作为能源消耗的大户,必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。据我国国家绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示,我国照明用电每年在3000亿度以上,道路照明用电量占1/3如用太阳能取代,这相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。二、国家政策    中国光伏发电产业起步于20世纪70年代,经过30多年的努力,迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”和“送电到乡”等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下,我国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底,全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦,2008年太阳能电池的产量达到了200万千瓦。2008下半年以来,金融风暴危及到中国,光伏企业深受影响:订单减少,多晶硅价格下降。这次金融危机的影响是深远的,但太阳能以其独特的优势,决定了它的发展趋势并没有也不可能改变。此次金融危机,对正处于行业洗牌阶段的太阳能产业来说,并不一定是件坏事,反而对促进产业的快速升级具有现实意义。另外中央实行的一些措施都着眼于拉动内需、拉动农村经济发展、拉动中小企业发展,对太阳能热利用行业发展非常有益。   在金融危机形势下,2009年3月中国出台了“太阳能屋顶计划”,2009年7月21日财政部、科技部、国家能源局联合宣布在我国正式启动“金太阳”示范工程。这些政策将推动国内太阳能发电市场的发展,在我国政府强有力的政策引导下,光伏产业不仅让国内企业看到了机遇,而且已经吸引了世界的目光。中国科学院党组已正式批准启动实施太阳能行动计划,该计划以2050年前后太阳能作为重要能源为远景目标,并确定了2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年规模利用三个阶段目标,太阳能产业在中国市场发展前景广阔。      无论是现在还是将来,太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。同时,使用太阳能也是一个明智的选择。如果使用太阳能电池板为您的电器供电,在收到每个月的电费单时,您就能体会到这一点。另外,太阳能是环保的选择——如果您知道使用太阳能将为您的孩子留下一个更环保的美好世界,您一定会感到自豪。三、太阳能路灯的优势1、市电照明路灯安装复杂:市电照明路灯工程中有复杂的作业程序,首先要铺设电缆,这里就需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试,如任何一条线路有问题,则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便:太阳能路灯安装时,不用铺设复杂的线路,只要做一个水泥基座,然后用不锈钢螺丝固定就可。2、市电照明路灯电费高昂:市电照明路灯工作中需要支付固定高昂的电费,并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换,维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费:太阳能路灯是一次性投入,几乎无任何维护成本,长期受益。3、市电照明路灯存在安全隐患:市电照明路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。 农村太阳能路灯没有安全隐患:太阳能路灯是超低压产品,运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势:绿色环保。 4、综上对比所述,太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。四、太阳能路灯照明系统设计 1、太阳能路灯的组成       太阳能路灯由以下几个部分组成:太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及支架。2、工作原理介绍        太阳能路灯是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板,白天接收太阳辐射能并转化为电能输出,经过充放电控制器储存在蓄电池中,夜晚当照度逐渐降低至5lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右,充放电控制器侦测到这一电压值后动作,蓄电池对灯头放电。蓄电池放电12小时后,充放电控制器动作,蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是控制路灯打开和关闭,同时保护蓄电池,延长蓄电池使用寿命。 3、系统设计3.1、总体设计       根据《工业企业照明设计标准》和《城市道路照明设计标准》的规定,厂区道路主干路平均照度12lux,均匀度0.35,次干路平均照度8lux,均匀度0.35,支路平均照度5lux,均匀度0.3。设计时充分考虑到冬天日照时间短,我们采取多项措施保证全年100%的亮灯率。具体有以下几个方面:A、我们加大了太阳能电池板的输出功率,常规情况下90W的光源,太阳能电池板选用150WP*2可正常工作。为了保证全年100%的亮灯率,我们针对这个项目加装市电互补的功能,可以实现电池欠压的情况下自动切换成市电供电。B、结合梯次电池的单块电芯的容量和电压,我们配比了单块116AH电芯,做成6串1并的电池组,实际标准容量为22.2v116ah。设计效果1.照度水平照度最大值为20Lux;水平照度最小值为5Lux;水平照度平均值为12Lux;2.显色指数:80以上;3.色温: 4000K。3.2、 太阳能电池组件设计          太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分,也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。在太阳光充足、日照好的东西部地区,采用多晶硅太阳能电池为好,因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区,采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。由于佛山地区平均日照短的特性(经计算平均照时数约为3.8H/天),综合对比和当地地理环境分析我们采用单晶硅太阳能电池板,太阳能组件选用总功率数300WP的太阳能电池组件,保证连续阴雨都能正常亮灯。以充分发挥其性能,保证系统的稳定性。3.3、太阳能控制器设计        无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。控制器不仅延长蓄电池的使用寿命,且对它的充电放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,控制器还具备温度补偿功能。同时太阳能控制器还要具有路灯控制功能,具有光控、时控、市电互补功能,并具有夜间自动切控负载功能,便于阴雨天延长路灯工作时间。3.4、物联网模块       太阳能系统增加4G物联网模块,实现对控制器的远程读取、控制,并保存灯具数据,并实现故障报警等功能。3.5、灯杆及支架 (1) 倾角设计       为了让太阳能电池组件在一年中接收到尽可能多的太阳辐射能,我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。 关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨,近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为重庆地区,选定太阳能电池组件支架倾角为30度。 (2) 抗风设计       在太阳能路灯系统中,结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块,一为电池组件支架的抗风设计,二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析:A、太阳能电池组件支架的抗风设计         依据电池组件厂家的技术参数资料,太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s(相当于十级台风),根据非粘性流体力学,电池组件承受的风压只有365Pa。所以,组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以,设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。 B、路灯灯杆的抗风设计 采用旧灯杆改造,不做阐述。(3)表面处理 采用旧灯杆改造,不做阐述。3.6、防雷接地:    LED路灯的工作电压一般为12V或24V,属安全电压,不做电气保护接地。六、太阳能灯具和普通灯具的投资比较     按照太阳能市电互补,按使用寿命10年进行分析对比。见下表:        通过以上分析得知:太阳能一次性投入略高于普通灯具,但在运行成本及维护上大大节省。太阳能路灯除储电池外整体可用25年,10年后太阳能路灯的经济效益更为可观,并且完全符合节能减排的国家相关政策,并为子孙后代造福。
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2023.01.14
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