您现在所在位置首页 » 公司资讯 » 行业新闻 » 行业聚焦»江苏无锡示范区正式发布首届物联网十大应用案例

江苏无锡示范区正式发布首届物联网十大应用案例

发表日期:2014.02.10

七、“悟莘科技”:为大型基础设施“实时把脉”

    长期以来,大型基础设施的老化和安全问题困扰各国政府和业主单位。无锡悟莘科技有限公司近年来探索构建具有原创自主知识产权,超低功耗人工智能无线传感网络系统,成功攻克大型基础设施结构安全监测难题。该系统成功应用于无锡长江路一号桥的监测和预警,让冰冷无声的钢筋混领土与轻巧智能的芯片合二为一,只需随时轻点鼠标,就可以得到数据全面的基础设施结构安全体检表。“悟莘监测系统”为土木业界应用物联网技术,实时把脉大型基础设施、服务公共安全,提供了成功范例。

    悟莘原创技术攻克大型基础设施结构安全监测难题

    近年来,国内外大型公共基础设施安全事故时有发生,设施老化问题是引发事故的重要原因之一,建立大型公共基础设施的结构安全监测预警系统,消除公共安全隐患已刻不容缓。

    当前,国内外的大型基础设施结构安全监测方法主要有人工监测、有线监测和无线监测三种。人工监测是目前国际上运用最多的方法。无论西方还是我国,大型基础设施监测一直依靠大规模的人力测量完成,不仅耗费大、精度低,更无法对系统数据进行全天候分析,对突发情况的反应、处理及预警能力较弱。同时,对于地下铁、高架桥等基础设施,人工方式难以有效监测。

    有线传感网络监测系统,由众多有线传感器和基站构成,传感器收集基础设施的变化数据。为保障电源与信号的传递,需铺设大量长距离线路,加大了系统建设成本和后期维护费用。更重要的是,安装过程易对基础设施造成二次损坏。因此,有线传感装置难以大面积、大密度安装,导致漏报、误报现象严重。

    近年来,物联网技术蓬勃兴起,为大型基础设施实时监测提供了全新的技术路径。据无锡悟莘科技有限公司董事长吴俨博士介绍,无线传感网络由大量密集、随机分布、可自由移动的传感器节点组成,能量由电池或绿色能源提供。每个节点都具有感应、采集、处理数据和相互无线通信的能力,把监测的实时信息通过网关接入互联网,传至后台信息系统分析处理。

    “不同于有线网络系统,无线传感网采用无基站移动通信方式,具有成本低、无限拓展、实时监测等明显优势,逐渐成为大型基础设施监测的主流方式。”吴俨说,目前,常用无线监测方式主要有传统的ZIGBEE协议传感系统和WISENMESHNET协议传感系统。

    ZIGBEE技术是一种近距离、低功耗、低速率、高可靠的无线通讯技术,广泛应用于物联网产业链。然而,普适性意味着专业性欠佳,该系统过于强调信息传递安全性,带来数据冗余、效率较低、能量浪费、网络寿命短暂等问题。

    WISENMESHNET无线传感网络协议是针对地下空间结构安全监测的难点开发,如:无市电、维护和安装时间有限、不能共享原有系统资源等。“基于WISENMESHNET无线传感网络协议的结构安全监测与预警系统具有无源、无线、无间断、无维护、无二次破坏等‘五无’技术,兼具高预警可靠性和低成本低能耗,适用于随时随地随想对基础设施形变、裂缝、位移进行监测。”吴俨说。

    “悟莘WISENMESHNET系统”包括悟莘各类传感支点、网关和平台中心三部分。传感支点由悟莘科技集成MEMS感知技术,兼具有电源管理、休眠和通信功能,可由1节标准工业1号电池供电,网关适用蓄电池、新能源等多种供电方式,无需外接电源且安装便捷,无二次结构破坏。在1毫瓦(0分贝)的超低发射功耗条件下,支点之间可视通信距离达1000米,是传统无线传感器的8倍。网关通过GPRS和3G技术将支点信息及时反馈到悟莘平台中心,实现无线传输。

    据无锡悟莘科技有限公司首席运营官时国坚介绍,“悟莘系统”注重系统功耗、数据到达率和全网生命周期三大指标。悟莘传感支点采用MEMS整合技术,体积小、功耗低、精度高,发射功率1毫瓦,能耗仅为传统点的1/10。整个协议采用多种算法、策略优化和协同分析,目前数据传输丢包率小于5‰,远远优于传统技术的2-3%。此外,悟莘系统采用能量均衡管理,强调各支点同时“工作”、同时“睡觉”,且自由选择余电较大的支点进行数据传输,保证全系统效率最大和能量一致,方便统一更换电池。截至目前,按照15分钟采集频率,全网生命周期已超过60个月,到期仅需更换电池,基本勿用维护。

    英国剑桥大学计算机系教授、无线传感网络专家Ian Wassell教授认为,悟莘无线网络传感技术成本低、安装密度高,可实现全方位、准确的感知和实时快捷的数据传输,能够为用户收集和提供大量精准重要的建筑结构信息。

    “长江路一号桥无线监测系统”优势明显

    2010年5月,由悟莘科技提供并安装调试的无锡新区长江路一号桥桥梁无线传感监测系统正式投入使用,成为我国物联网产业的又一成功应用示范。

    无锡新区长江路一号桥建成于1997年,位于新区中心长江路主干道,长约30米,宽21米。无锡新区建设环保局局长黄海清介绍说,长江路一号桥兼具多种市政功能,北侧为供气管道,承担着无锡新区1/4I供气,右侧为城市供水管道,桥底为蓝藻环保监测点。“如果该桥出现问题,产生的影响绝非是交通堵塞”。

    据勘察,近年来长江路一号桥有明显沉降,桥墩方向出现最大宽度10厘米的横向贯穿性裂痕。然而与传统监测相比,该桥周围障碍多,施工环境繁杂,无线信号复杂。无锡悟莘科技有限公司依托物联网WISENMESHNET技术,构建了“无锡新区长江路一号桥桥梁无线传感监测系统”,对大桥桥体的温度、湿度、倾斜度、位移量等物理参数进行全方位实时监控,确保桥梁安全。

    首先,系统在桥体关键部位设置了多种岩土工程类传感器采集支点,安装了20余个基于WISENMESHNET协议的超低功耗无线倾角传感器、震动传感器、位移传感器、裂缝传感器、温湿度传感器,用于监测桥墩的裂缝、倾斜和环境温湿度。

    相对于传统无线传感器,悟莘无线传感器安装方便,只需四颗螺丝或胶粘固定。据时国坚介绍,该无线监测系统安装时间仅用时3天。此外,倚靠自主研发、集成创新,单个传感器成本不到1万元,价格略低于传统设备,但后期维护费用远小于后者。

    “传统无线传感器生命周期一般在24个月以下,而悟莘生命周期是其两倍到三倍以上,更换电池成本,人工费用明显低于传统方式。”时国坚说。

    与传统无线组网技术相比,长江路一号桥无线监测系统表现出突出的低耗能和智能组网特征。结合桥梁类基础设施特征,该系统对无线传感网络进行优化,传感器结合更灵活、维护更便捷、使用更便利。全网收集一次信息,仅需10秒钟。同时,系统信号传输过程中进行AES数据加密,保证信号的安全性。

    调研显示,整个系统对众多现代科技的高度整合集成,从常规的电子设计、精密加工、无线通讯、网络安全,到智能网状网络协议、高精度物理传感器,高端纳米技术、微能源再生技术,均在系统中有效融合应用。加之对桥梁、水利、地质、土壤等传统学科认知的高度浓缩,并将这些认知数字化地镶嵌入基础硬件、软件中形成“智慧”分析能力,“悟莘系统”实现了真正意义的准确预警。

    “悟莘监测系统”的最终监测数据,可呈现在互联网上的悟莘监测网页。授权用户可登录该网页,查阅长江路一号桥无线监测系统的运行情况。既可调阅年度数据,亦可实时查阅当时情况。此外,通过悟莘系统数据分析和仿真模拟,用户可直观了解大桥健康状况。

    通过有效的监测与分析,悟莘科技向相关政府部门实时反馈大桥工况与状态,及时采取支护加固等措施,或对周边扰动较大的因素进行有效干预。目前,根据“悟莘监测系统”的监测数据和预警分析,无锡市已准备对长江路一号桥实施整体拆除。

    无锡新区建设环保局局长黄海清说,长江路一号桥桥梁无线传感监测系统,拥有高预警、高可靠、低成本,低能耗,无源能量供应等明显优势。“悟莘系统让冰冷无声的钢筋混领土与轻巧智能的芯片合二为一,只需随时轻点鼠标,就可以得到数据全面的基础设施健康体检表,对于政府科学决策、维护公共安全至关重要。”

    “悟莘监测系统”市场磁铁效益逐步凸显

    调研显示,悟莘监测系统是以无线传感网络技术为核心的智慧数字感知系统。未来有望广泛用于桥梁、隧道、煤矿、铁路、管道等大型基础设施的实时监测,其快捷安装、高精采集、稳定运行、无源供电、无线传输的卓越品质,以及超前预警能力与良好的性价比,令业界瞩目。

    据介绍,WISENMESHNET协议是我国自主研发的物联网无线传感领域网络层标准。截至目前,基于该协议标准的“悟莘监测系统”已获剑桥知识产权1份、国家发明专利2项、实用新型专利6项、国内商标24项、马德里国际商标1项。

    这一系统已成功应用于英国伦敦、北京地铁、沪昆高铁、城市轨道交通地下空间结构安全智慧感知与控制系统973项目。2013年内将应用到新疆高铁站、无锡地铁试点、上海地铁12号线、新加坡地铁等。同时,作为伦敦地铁项目的延续,无锡悟莘已和英国岩土签订1000万分销协议,应用于全球岩土行业安全监测。

    据吴俨介绍,“悟莘系统”将通过实验 → 试点 → 示范 → 市场复制 → 标准制定,形成磁铁效应,实现市场的高位可持续增长。

    目前,“悟莘监测系统”的实验、试点环节已顺利完成,应用示范环节正加快推进。WISENMESHNET协议可向其他硬件平台移植,随着市场推广与系统整合,针对不同领域的众多悟莘监测系统将实现高度集成,有步骤地衍生、复制出“中国古建筑结构安全监测物联网”、“中国高架桥结构安全监测预警物联网”、“中国地下铁结构安全监测预警物联网”等分物联网平台,最终形成大型基础设施监测与预警的行业标准。

    初步预计,悟莘科技2013年将实现销售收入1500万元,利润200万元,2015年将实现销售收入4500万元,利润1300万元。未来,悟莘科技拟和第三方监测公司合作提供无线传感系统解决方案;与同济大学共同打造安全监测数据运营中心,为中小桥梁和城市高架桥系统做诊断服务;为传感器公司定制无线传感解决方案;建立检测、监测、预警、维护的一体化商业模式。(新华社分析师 李玮)

    企业简介:无锡悟莘科技有限公司于2010年10月,由剑桥大学电子计算机系吴俨博士在无锡国家传感园成立。悟莘科技是全球物联网行业中专注于原创自主知识产权的WISENMESHNET®超低功耗人工智能无线传感网络协议开发和应用的创新型企业,公司立足于WISENMESHNET®无线网状网协议与行业高精度传感器应用研究相结合,致力于低碳健康智慧的无线传感网络整体解决方案提供,把WISENMESHNET所带来的巨大社会价值、经济效益应用于与人民生活和生命财产息息相关的重要领域。目前,悟莘技术已成功应用于英国伦敦、北京地铁、沪昆高铁、城市轨道交通地下空间结构安全智慧感知与控制系统国973项目。

    案例简述:无锡新区长江路一号桥建成于1997年,位于新区中心长江路主干道,兼具多种市政功能,北侧为供气管道,右侧为城市供水管道,桥底为蓝藻环保监测点。据勘察,长江路一号桥已有明显沉降、桥墩裂痕等问题。2010年5月,由悟莘科技提供并安装调试的无锡新区长江路一号桥桥梁无线传感监测系统正式投入使用,该系统通过对大桥的温度、湿度、倾斜度、位移量等物理参数进行全方位实时监控,确保桥梁安全。长江路一号桥桥梁无线传感监测系统,拥有高预警、高可靠、低成本,低能耗,无源能量供应等明显优势,对于政府部门辅助决策起到至关重要的作用。目前,根据“悟莘系统”的监测数据和预警分析,无锡市已准备对长江路一号桥实施整体拆除。

八、中科怡海:“37个感知点”确保太湖无锡水域无湖泛

    “太湖天下秀”,太湖素有未曾雕琢的自然美。然而,近年来太湖面临蓝藻之虞,如何科学有效治理太湖蓝藻问题成为各界关注的焦点。中科怡海高新技术发展江苏股份公司“感知太湖 智慧水利”智能监测系统,依托无锡水利局信息中心指挥控制平台,应用物联网技术,以感知点为触角、3G无线网络为神经、中央处理平台为大脑,实现智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理服务。2010年该应用案例建立以来,有效监测管理太湖水质,太湖未出现大面积湖泛,为我国水环境治理提供了成功范本。

    “感知太湖 智慧水利”系统破题蓝藻治理难

    蓝藻是一种结构简单的单细胞生物。一方面,它是众多水生生物的食物,保证了生物的多样性。另一方面,蓝藻大量繁殖会耗尽水中氧气,造成鱼类的死亡,产生恶臭,影响水质,带来不利影响。

    2007年,太湖蓝藻大面积爆发,形成湖泛,不仅气味刺鼻,也影响到无锡居民的日常用水,引发社会各界高度关注,如何有效治理蓝藻成为焦点话题。

    然而,造成蓝藻爆发的根本成因尚未定论,因此问题难以彻底解决。当前,国内外处理蓝藻问题的方法主要分为物理、化学、生物三大种类。

    化学方法主要是在水中投放相关化学用剂,达到直接或间接杀死蓝藻的目的。然而,由于不同水体的成分大不相同,且环境变量影响大,一些化学品在杀死蓝藻的同时亦会杀死其他水生生物,甚至产生有害物质,存在化学药物二次污染的风险。生物方法采用种植水生植物或投放微生物,来控制蓝藻湖泛的发展和爆发。但这一方法作用周期较长,且易对原有生态平衡造成危害。

    “太湖是无锡市饮用水来源地,化学与生物方法风险太大。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司董事长陆波说,随着近年来物联网技术的纵深发展,物理方式智能化解决蓝藻问题成为可能。

    据陆波介绍,中科怡海“感知太湖,智慧水利”系统基于无锡水利局信息中心现有指挥控制平台,利用物联网技术对蓝藻进行感知和智能车船调度,实现相关业务数据的集中管理,构建具有智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理及服务系统。

    其中,中科怡海“蓝藻传感器”分布于湖面、沿岸和入湖河道,实现对太湖蓝藻情况的实时感知,获取的信息通过信息专网汇入到系统的“大脑”——中央管理平台。

    信息专网包括面向固定设置的自适应多址接入、高速接入方案和面向移动目标的移动网络覆盖与卫星网路定位导航技术。它将保障整个系统任意两点间的双向信息交流和从顶至下的远程可操控性。

    中央平台根据数据模型计算得出爆发湖泛的可能性,一旦某一水域出现警报,平台将会依据数据计算,自动发出指令调动打捞船,并引导它进入指定地点进行打捞工作,真正实现了实时监控、智能预警及智能调度。

    “与国外同行相比,中科怡海系统极大地减少了建设成本。欧美等国为追求精度,往往不计成本地在湖中广泛部署传感器。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司技术总监马恩恩说,而中科怡海在对无锡区域太湖湖流、风向、地理位置进行科学计算后,仅在易发生蓝藻聚集爆发的区域安装部署了37个感知点。其中沿岸23个,湖面3个,藻水分离站8个,资源化利用基地3个。

    调研发现,国外蓝藻专用传感器成本在50万元左右,虽然该传感器监测蓝藻精度达90%以上,但监测范围只有3.14平方米左右同时大量的布置传感器易造成“设备污染”。而“中科怡海系统”一个集成感知站点仅有40万元左右,精度达到85%。同时依托后台数据模型,37个感知点的监测范围可覆盖6亿平方米的太湖水面,平均1个点可达1621.6万平方米,性价比出众。

    “系统建立以前,我们需要雇人每天对太湖进行水陆两次巡逻监控,耗时耗力,还存在安全隐患。”无锡市水利局副局长邹永明说,“系统建立后,不仅省下每年100多万的人力成本,还可以实现连续不间断的实时监控。”

    “海计算”技术感知太湖零距离

    杨湾藻水分离站位于无锡太湖水域“喇叭口”附近。由于地形特殊,每年蓝藻繁殖最旺盛的季节,大批蓝藻会随水流聚集到此处,极易形成湖泛。

    杨湾藻水分离站监控室内,值班人员正通过巨型屏幕墙对各个监测点进行实时监控。当切换到三山观测站点时,一台形似“火星车”的设备出现在屏幕中。

    “这就是我们的蓝藻传感器。”中科怡海高新技术发展江苏股份公司陆波董事长介绍说,“水上部分,是一个集成了太阳能电池板、光学摄像头、设备控制主板以及3G无线传输设备的智能前端平台。水下部分,是一根白色的管子,上面安装了六种精密的探头,能够实时感知太湖水质硝酸盐、PH值、溶解氧等六项重要指标的变化。”这台多功能“火星车”,融合了多项高科技设备和中科怡海创新技术。

    “火星车”的眼睛不仅是一个视频监控设备,同时它安装了光学感知芯片,具有光学识别的功能。“蓝藻数量多少,人肉眼就能分辨。因此,我们加入了视频系统。该系统基于模式识别的自适应蓝藻爆发智能感知方法,采用图像处理与模式识别的相关技术对拍摄的水面照片进行处理分析,从而得出蓝藻爆发的相关概率,形成了感知太湖的第一层触觉神经。”

    淹没在水下的六大传感器则是“火星车”的鼻子与舌头,他们深入“第一现场”的数据采集,使得整套系统结论更加精确。当视频监控设备以及传感器设备得到第一手信息后,“海计算”开始介入。与云计算的后端处理相比,“海计算”指的是智能设备的前端处理,是一种简单、可依赖的互联网需求交互模式。

    安装在“火星车”上的控制主板是负责“海计算”的专门设备。陆波董事长介绍说,“通过‘海计算’对收集到的信息进行自主分析,再将有效的信息通过网络传入主服务器,大幅减轻主服务器的压力,降低传输成本,提高工作效率。”

    据悉,采取传统人工取水、实验室化验的办法测量蓝藻,需要12个小时才能得出结论。而蓝藻从临界值到全面爆发一般只需2个小时左右,这导致在危机爆发前难以采取必要的措施进行排查。而通过“海计算”和3G无线网络测量时间大幅减少,相关数据每半小时即可更新一次,为预防湖泛发生争取了至少一个半小时的宝贵时间。

    如此智能高效的系统,具体操作却非常简单。“我们建立了专门的管理系统网站,通过输入用户名与密码,用户可以对整套系统进行远程监管。用户也可以使用手机客户端或者直接发送短信进行监管。”陆波打开了手机中的APP应用,应用首页显示不同感知站点的名称,以及其监测范围内的蓝藻爆发指数。点击任意站点,可以得到站点监测水域内的位置、温度、PH值、电导率、溶解氧等一系列更详细的信息。用户还可以点击视频接口,查看实时的视频监控图像。

    “蓝藻爆发指数是中科怡海通过多年信息收集,结合庞大数据模型分析得出的。若指数超过40%,我们就会通过终端系统调动打捞船开往指定地点进行打捞作业”,马恩恩说,“这样的打捞点一共有61处,每艘打捞船都装有专门的GPS定位系统。终端系统会根据每艘船与打捞地点的位置做出智能选择,指挥最近的打捞船前往打捞。打捞结束后,终端系统还将根据具体实际情况,指挥打捞船驶往相应的藻水分离厂‘卸货’。”

    据悉,蓝藻可以直接固定大气中的氮,而氮可提高土壤肥力,帮助作物增产。太湖蓝藻体内含氮量高达10%左右,1立方米蓝藻可生产4公斤氮,相当于8公斤尿素。因此,藻水分离出的蓝藻将被运往化肥厂加工成液体化肥,实现变害为宝。“自2010年系统建立以来,太湖水质连年好转。”邹永明说。

    “感知系列”产品前景广阔

    调研显示,“感知太湖 智慧水利”系统是依托前端传感设备与后台数据模型共同搭建的智慧数字感知系统,填补了我国基于物联网技术,综合治理蓝藻湖泛问题领域的空白。

    目前,该项目已入选国家水利部“水生态系统保护与修复中央试点(示范)项目”。“感知太湖 智慧水利”系统已走出无锡,走出太湖,在安徽巢湖、苏州、江阴长江流域等多个地区推广应用。

    据了解,该系统整合了众多研究机构、监测设备厂商、GIS厂商、中间件厂商,实现从标准制定到设备设计再到维护升级的全过程产业链。

    同时,该系统有效控制蓝藻湖泛的发生,带动了水利、环保、旅游等相关产业发展。该系统的应用成功还形成一个新的物联网湖泊治理产业,对江苏物联网产业跨越发展起到重要推动作用。

    据介绍,作为中科怡海“智慧城市”建设中的一部分,“感知太湖”系统中的多个模块,可以运用到防汛抗旱、水质水文监测管理、水资源管理、智能车船调度等重要领域,技术推广、延伸前景广阔。(新华社分析师 朱程)

    企业简介:中科怡海高新技术发展江苏股份公司依托于中科院强大的科研平台,积极引进国际一流技术专家,致力于传感器网络研究、物联网行业解决方案顶层架构的研发、实施与应用推广,现已形成“智慧环保”、“智慧城建”、“智慧水利”、“智慧教育”、“智慧会务”等自主产权的物联网整体解决方案和核心传感器产品。近年来,中科怡海承建了“感知太湖智慧水利”国家物联网示范工程、“感知环境智慧环保”国家物联网示范工程,承担了国家863项目等一系列国家、省市课题研究项目。中科怡海拥有世界领先的研发成果与专利产品,部分应用获得国家相关部委的认可,正在率先建立相关行业的物联网应用国家标准。

    案例简介:2007年,太湖“蓝藻事件”引发各方高度关注。中科怡海高新技术发展江苏股份公司充分运用物联网技术,于2010年开始在太湖分批建设“感知太湖 智慧水利”物联网蓝藻智能监测。该系统基于无锡水利局信息中心现有指挥控制平台,利用物联网技术对蓝藻进行感知和智能车船调度,实现相关业务数据的集中管理,构建具有智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理及服务系统。自项目建成以来,有效提高太湖水域监管部门的决策水平及工作效率,大幅降低蓝藻监管成本,太湖水质连年好转。

 «   1   2   3   4   5   »