物聯網:力推低碳經濟
2009年以來,在經濟和信息技術兩個不同的領域產生了兩個熱點話題,引起人們的普遍關注,一是低碳經濟,二是物聯網。兩者雖然是不同的領域,卻有著必然的聯系。物聯網作為信息化的一種新的技術手段,可以通過對物質世界的感知和智能管理,發揮降低能耗、節約資源和提高效率的作用,因而成為發展低碳經濟的得力工具。中國電信作為一個負責任的國有通信企業,積極采取措施,一方面在本企業開展節能降耗;另一方面,利用通信網絡的能力和信息技術的創新,與相關行業合作,不斷探索,充分發揮信息技術特別是物聯網在低碳經濟中的作用。
“低碳”(lowcarbon)是指較低的溫室氣體(二氧化碳為主)排放。低碳經濟是指在可持續發展的理念指導下,通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段,盡可能地減少對煤炭、石油等高碳能源的消耗,減少溫室氣體排放,實現經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。低碳經濟的實質是實現低能耗、低污染、低排放的經濟發展模式,已經成為發達國家在后工業化時代關注可持續發展的共同選擇。美、歐、日等發達國家和地區都相繼通過法案,提出旨在減排的國家目標和管理措施。聯合國也確定2008年“世界環境日”的主題為“轉變傳統觀念,推行低碳經濟”,并在2008年~2009年連續召開世界氣候大會,謀求世界各國在發展低碳經濟上達成共識。
我國是發展中大國,經濟發展過分依賴于能源資源的消耗,導致碳排放總量不斷增加、環境污染日益加重,已經嚴重影響到經濟增長的質量和發展的可持續性,因此我國發展低碳經濟顯得格外迫切。2009年12月18日,中國政府在哥本哈根會議上第一次對全世界公開承諾量化減排指標,決定到2020年單位國內生產總值溫室氣體排放量比2005年下降40%~45%。要實現這一目標,必須借助于新的技術手段和創新管理方式。
物聯網利用二維碼、RFID、各類傳感器等設備,通過互聯網等各類異構網絡,獲取現實世界無處不在的信息,實現機器與機器之間、機器與人之間高效的信息交互方式,支持高智能的信息化應用,最終實現智能ICT基礎設施與物理基礎設施的全面融合。物聯網推動低碳經濟主要體現在三個方面。
首先是物質世界的信息數字化。這包括對信息和數據的采集獲取,然后通過數模轉換技術將物質世界豐富多彩的信息轉變成為可以電子傳輸的“0”、“1”信號,最后通過有線、無線網絡對數字信號進行傳送與存儲等。通過傳感器、RFID等物聯網技術可以隨時隨地獲取信息,極大地豐富了人們觀察世界的手段和方式,節省了人力和設備投入,提高了經濟效率。例如,對山體滑坡的監控就是一種典型的物聯網應用,通過在山體上安裝傳感器和通信模塊,可以把山體發生物理位移變動的狀態數據及時準確地傳送到國土或災害管理部門的主機上,進行數據的統計分析和對比,從而對滑坡自然現象作出預報并采取應對措施。物聯網實現的對物質世界的信息數字化過程,不僅擴展了人類對自然界的認識,也大大降低了獲取和傳遞信息的能耗。
其次是對物體控制的遠程化。物聯網技術借助互聯網和現代通信網的泛在化,對物體的控制可跨地域達到任何有需求的地方,包括后臺計算機系統與前端數字終端的雙向互動、遠程通信、自動控制等技術的融合和應用。遠程控制類的應用更能體現節能減排的功效,更適用于點多面廣、資產分布廣泛的部門,特別是對于油田、礦山、海島、偏遠地區等地廣人稀地區的設施的數據采集,如石油采油機、電力設施、野外移動基站、燈塔、公路設施、農業等。這類應用同樣因為節省大量人力和資源投入而有效減少了碳排放。例如數字油田的采油系統,通過在采油機上安裝的傳感器對油井的溫度、壓力、出油、注水以及井區環境進行實時檢測并實現自動控制,不僅從前端機傳送出大量感知到的數據,還能對油井運行狀態進行遙控,簡化了人工操作的繁雜流程。
再次是對物質世界的管理智能化。智能化管理通過云計算或軟件技術對大量龐雜的數據進行分析和模擬,最終得出智能化的解決方案并自動控制實施,提高了決策效率和精準程度,避免大量資源的無效耗費,從而達到節能減排的效果。比如智能交通中的動態汽車流量預測和行進路線規劃;運用智能管理技術指揮城市交通,指導每一輛車在交通繁忙時都能及時獲得最佳行進路線,最大限度地減少路面行駛時間,從而減少油耗和尾氣排放量。
物聯網的本質是信息技術應用泛在化。對于任何物體,在任何地點、在任何時間都可以用互聯網的方式連接,將他們納入人類的管理范疇。物聯網的泛在化性質為低碳經濟發展提供了強有力的支撐。通過物聯網在智能交通、智能電網、智能建筑、智能家居、智能環保、智能農業、移動電子商務等多個方面的應用,人類將能夠借助物聯網以更加精細和動態的方式管理生產生活,從而推動低碳經濟的發展。現階段,中國電信在九大領域開發的物聯網應用,為低碳經濟的發展作出了較大的貢獻。
智能交通
實現低碳出行將物聯網技術應用于交通系統,比較典型的應用是流量監測、不停車收費系統(ETC系統)、車輛監控、停車位和車聯網等。
交通流量監控:通過埋藏在城市主干道路口的成千上萬個檢測線圈,定時收集和感知區域內車輛的速度、車距、道路占有率等信息,從而為路口交通信號控制提供精確的輸入信息。通過給終端節點安裝溫濕度、光照度、氣體檢測等多種傳感器,還可以進行路面狀況、能見度、車輛尾氣污染等檢測。系統的自動化大大減少了交管部門的人力投入,提高了道路通行能力。據研究,當道路不暢時,駕駛者需要頻繁地踩油門踩剎車,而每次加減速的燃油消耗是平常耗油的3倍。如果我們將平均車速由每小時20公里提高到每小時30~40公里,平均油耗可以降低20%~40%。
ETC系統:車輛在通過收費站時,通過車載RFID標簽實現車輛識別、信息寫入(入口)并自動從預先綁定的IC儲值卡或銀行賬戶上扣除相應資金(出口)。據測算,使用ETC通過高速公路收費道口時,單車油耗和尾氣排放可以降低約50%,同時道口通行能力提升4~6倍。如果以一位車主每周使用ETC車道20次(入口和出口各10次)計算,每年可節省時間約14小時。同樣以一位車主每周使用ETC車道20次計算,每年則可節油約15.3升。以上這些數據都是ETC實現低碳減排、綠色通行的最好證明。
智能停車位管理系統:根據IBM的估算,在美國洛杉磯的一個普通社區,居民每天上下班都要找車位,每年全市車輛為此所繞行的道路可以繞地球38圈,由此可想所耗費的汽油和能源是多么巨大。而物聯網則能很好地解決這一問題。利用物聯網技術對停車場車位進行動態監控,每停進一輛車,停車場內的傳感器通過超聲波、攝像或者地感震動方式將車位占用信息及時反饋到公共停車智能管理平臺,顯示當前的停車位數量。市民可以通過手機或電腦實時了解目的地車位情況,選擇出行方式和地點,從而大大減少能耗和碳排放。中國電信已在廣東省東莞市推出了相應的應用。
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車聯網:車聯網就是建立以車為節點的信息系統,利用物聯網技術,將每輛汽車作為一個信息源,通過無線通信手段連接到網絡中,進而實現對車輛和交通的智能管理。車聯網包括車輛信息的獲取、車輛信息的分發處理、車輛獲得外部綜合信息等三方面的應用。應用車聯網可以實現多方面的收益:交通管理部門以極低的成本真正實現車輛、道路的全國統一管理。所有車輛實時在線,無論是本地汽車駛到外地,還是外地汽車駛來本地,管理部門都可以在網絡上獲得所需的車輛信息。通過對路口路段汽車數量、車速等數據的分析,實時動態流量管理,駕駛員可以通過車載智能終端實時收集路面車輛車況信息,對車輛行駛速度和路線進行調整。4S店可隨時了解車輛異常狀態和位置,及時進行保養或搶修。
智能物流系統
流通環節的節能控制據中國物流權威機構推算,我國物流成本占GDP的比重每降低1個百分點,則可以在貨物運輸和倉儲等方面節能降耗1000億元以上,可以增加1300億元左右的社會效益。中國電信開發的“物流E通”服務平臺,就是借助無線視頻監控、RFID等物聯網技術,實現車輛位置服務、視頻監控、綜合辦公等功能,提高了物流管理的效率和效益。
智能樓宇
建筑節能新手段建筑業是全球僅次于工業的第二大能源消耗產業。在建筑物中,可以采用更為智能的技術來監控照明、供暖和通風系統。僅就美國而言,此舉可以將商用建筑行業每年支出的能源費用降低近30%。而在全球,智能化建筑每年可減少16.8億噸碳排放。
智能樓宇應用項目,就是通過物聯網智能網關將通信與傳感控制網結合起來,可以把樓宇類能耗、自來水、廢棄物排放、污水排放等各類數據匯聚起來,傳輸到綜合應用平臺上進行統計,作出節能減排的分析判斷,從而提出優化能耗的建議并進行控制,使得樓宇的能耗能夠顯著降低,最多的情況下能降低20%。
低碳生活
百姓生活中的節能在百姓生活中,應用物聯網的RFID和傳感器技術也能開發豐富的低碳應用。例如目前發展迅速的手機移動支付、手機二維碼、家庭網關等應用。
將RFID芯片與手機SIM/UIM卡結合起來開發的“手機一卡通”業務,突破了傳統手機僅能在通信網絡中使用的瓶頸,極大地擴展了手機使用的范圍,成為真正意義上的互聯網手機。這種手機與金融、公交、校園、民生等多個行業的RFID應用相結合,可替代傳統的消費卡,在超市、商場、餐飲、娛樂、加油站等場所進行刷卡消費,也可作為一種特殊的市民卡,拿著它乘坐公交、地鐵,交納水費、電費,出入公園、圖書館等公共場所。該卡更可以逐步實現全國乃至世界漫游,突破了傳統行業消費卡的地域限制。
手機二維碼是將電子二維碼技術應用于手機。按照一定的編碼規則編寫,像馬賽克似的二維碼背后蘊藏著豐富的信息。用手機的攝像頭輕松一拍,“馬賽克”立刻被解碼成豐富的信息:擁有者、網址、材料情況、價格、促銷信息、是否具備認證等一應俱全,清楚明晰。二維碼技術為我們的生活帶來很多便利。例如,電子電影票就是以短信方式把一條二維條碼發送到消費者的手機上。當消費者進電影院的時候,把這條二維條碼的圖片調出來在入口處的條碼掃描儀上照一下,就可以入場看電影了。手機二維碼的出現大大減少了實體物質的使用和消耗,例如紙張、印刷品、包裝物等,實現了低碳生活。中國電信的“翼支付”已在這一領域推出了許多新的應用。
智能農業
降低農業生產能耗物聯網在農業上的應用目前主要體現在溫室大棚管理、農機具管理、糧食倉儲、水利灌溉和農產品溯源等方面。其中溫室大棚管理成為當前最大的亮點。
作為農業高產的重要手段,大棚種植、大棚養殖以其前所未有的速度在全國蓬勃發展。在溫室大棚生產、管理過程中,農民需要通過采用綜合環境控制策略,實時了解農產品的生長狀態,創建和季節無關的農作物生長適宜環境,從而實現農作物高效、優質、低耗的工業化生產方式。中國電信與黑龍江農墾局共同推出“智能大棚應用”,通過實時采集溫室內溫度、濕度、光照、土壤含水量等環境參數,實現對農業綜合生態信息的自動感知。同時通過布置視頻傳感器,可以實時采集到大棚內的視頻信號,通過無線控制器實現遠程控制,包括制風機、天窗、遮陽布、外遮陽、水簾、灌溉設施等。目前該系統已經應用于黑龍江建三江農場。農民用手機即可查看大棚作物的生長狀況,隨時隨地進行通風、灌溉和微噴等操作,為現代化大農業的精準作業作出了貢獻。
智能環保
提高監管效率“感知環境、智能環保”是物聯網在環境保護領域應用的效果。智能環保通過布設在水體、陸地、空氣中的傳感設施及太空中的衛星,對水體水源、大氣、噪聲、污染源、放射源、廢棄物等重點環保監測對象的狀態、參數、位置等進行多元化監測感知,并結合3G、寬帶和軟件技術,實現對海量數據的傳輸、存儲和挖掘,實現遠程控制和智能管理。
中國電信的“環保e通”已為環保部門提供對污染源、環境質量、核輻射等點源進行數據采集、視頻監控,實現監測數據與監控視頻的融合應用,提升了環保監管能力,幫助政府監管部門實現減排目標。目前已在福建、湖北、寧夏、江西等18個省份應用。
綠色網絡
通信過程中的節能發展綠色網絡是通信業自身的任務。ICT行業的碳排放量已經占到全世界碳排放量的2%,相當于全世界航空運輸業的碳排放量,也相當于汽車二氧化碳排放量的四分之一,而且今后幾年ICT能耗將年增5%,因此該行業本身的節能減排任務十分艱巨。2009年我國通信行業耗電量達到290億千瓦時,其中通信基站耗電量已占45%,成為未來節能降耗的首要部分。運用傳感器技術對機房內溫濕度、壓力、煙霧等情況進行實時監測,自動控制,實現智能化通風、換熱,可實現有效節能。
智能電網
減少電能傳輸損耗目前約有30%的電能在傳輸過程中損耗。如果采用信息通信技術加強對電網的監控管理,有望大大減少傳輸中電能的損耗。2009年2月,新一屆美國政府將智能電網項目作為其綠色經濟振興計劃的關鍵性支柱之一。研究數據顯示,現代化的數字電網將使美國能耗降低10%,溫室氣體排放量減少25%,并節省800億美元新建電廠的費用。中國也在研究制定智能電網發展規劃。電信運營商開發的基于物聯網的“智能電網”應用主要體現在居民遠程抄表、大用戶監控、臺區監控等方面。
防災減災
預防災害減少損失近年來山洪泥石流、滑坡等地質災害頻發。為盡可能減少突發性地質災害造成的人民生命和財產損失,更好地服務于國家防災減災工作,中國電信與合作伙伴共同開發了基于物聯網的地質/山洪災害監測預警系統,通過有線、無線網絡結合傳感器網絡,對降雨量、水庫閘壩水位等進行遠程實時監測,結合氣象、水文和國土信息,提供警戒值預警預報,提供災前預警、救災中的安全保障和災后的研究分析服務。
目前該系統已經服務于國土資源部地質災害專業監測部門,并在2009年和2010年的汛期中發揮了重大作用,為湖南、四川、陜西等地的地質災害管理部門提供了快速及時的第一手數據,為政府組織人員轉移和減少損失提供了準確的數據。2009年7月25日,湖南省懷化市發生了千年一遇的特大山洪災害,地處懷化市的洪江市與洪江區在地理位置上緊密相連,同為縣級單位,在這場洪災中都遭受了暴雨的侵襲,應用了山洪監測預警系統的洪江市群眾提前轉移,無一傷亡,而沒有使用這套系統的洪江區出現了人員傷亡,損失慘重。