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智能建筑相关技术的发展动向
  • 企业:控制网     领域:工业以太网     领域:智慧城市    
  • 点击数:2500     发布时间:2009-11-24 17:18:51
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作者简介:郭维钧(1939-),男,教授,中国注册自动化系统工程师。1962年7月毕业于天津大学自动化系电力系统及自动化专业。现任北京工业大学电子信息与控制工程学院教授、建设部信息化专家委员会专家、任住房和城乡建设部科技委智能建筑推广中心副主任,2003年起担任中国建筑业协会智能建筑专业委员会副主任、专家组主任及《智能建筑》编委会主任。全国安防SAC/TC100特聘专家、中国自动化学会理事及专家委员会专家。

主持和参加过十多项科研项目,其中五项获省、部级以上科学技术成果奖和科学进步奖。1991年被国家授予北京市突出贡献专家称号,1992年开始享受政府特殊津贴。

    摘  要:
本文主要介绍了智能建筑相关技术的发展动向。首先介绍了国外智能建筑的现状,主要说明了网络建筑、IT技术的渗透、系统集成和可持续发展四个特点;接着,介绍了国内智能建筑技术现状与发展,主要从信息网络技术、通讯网络技术、综合布线系统、无线技术的发展、数字视频传输技术、工业以太网技术、火灾自动报警技术的发展和系统集成与信息融合八个方面进行介绍;最后,论文对数字家庭产业的未来进行了展望,并说明了未来数字家居重点解决的十大技术关键。
 

    关键词:
智能建筑;系统集成;数字家庭
 

    Abstract
This paper introduces development trend of Intelligent Building related technology.First of all, the paper introduces the present status of intelligent building in foreign countries,like:Network building,IT technology pervasion,System integration and Sustainable development.And then.the paper introduces the present status and development of intelligent building in our country from eight aspects:Information network technology,Communication network technology,Generic Cabling System,The development of wireless technology,Digital video transmission technology,Industrial Ethernet Technology,Automatic fire alarm technology,and System integration and information fusion.At last,a future prospect of digital interior industry is made and ten key technology of future digital home is presented.
 

   Key words
Intelligent Building;System Integration;Digital Home
 

   1
  国外智能建筑现状

    2005年11月27日至12月6日受英国IBG的邀请赴英国伦敦进行学术交流及项目考察,出席了英国IBG与建设部智能建筑专委会的学术交流会以及英国IBG与BSI共同举办的国际智能建筑研讨会,考察了Cisco、CDC公司以及BRE、University of Reading,参观了Country Hall、Blue Water、Swith Hammer智能化工程,参观了Chiswick park London节能建筑,受到了英国专家的热情接待,体会到英国等国家在理念和技术值得我们借鉴。
 

    1.1
  网络建筑

    Cisco公司的Nick Main先生介绍了通过IP网络在智能建筑中将信息整合在一起,借助于IP网络实现了语音、数据、视频的传输,使人们能在办公楼内的PC机上方便地上网,打IP电话,收看各种视频信息,特别值得一提的是参观Cisco的全球安全设施操控中心(SFOC)收获很大,SFOC可以操控90个国家400套出入口控制器和闭路监控摄像机,英国是欧洲的EMEA监控中心,可以把欧洲、非洲国家的所有分公司及办事处通过数字摄像机可以看到非洲某处犯罪作案的录像回放,特别清晰,可图像的连续性只有4帧/秒,完全可以看清作案过程,因此我感到国内安防系统追求25帧/秒的指标是浪费了资源。Dimension Data公司的Mark Griffiths先生提出网络是智能建筑的核心,网络融合是发展方向,Cisco公司提出了网络建筑、IP建筑等新理念值得我们思考!
 

    1.2
  IT技术的渗透

    目前IT技术不断渗入到IB技术中,国外有的专家把智能建筑称为IT建筑或者建筑IT。从考察中我们可以看到,英国人正在充分地应用IT的技术资源,采用网络办公的方式,节省公司的运营成本。例如Cisco公司的部分顾员采用家庭网络办公的方式,这在NICK的报告中谈到如果Cisco的全体员工都来公司办公楼上班,那么公司要增加一个新的办公楼,公司需要增加投资约4.5亿英镑。这些,是否对我们也有所启发。
 

    1.3
  系统集成

    参观访问英国CDC公司,总裁Mike Williams先生介绍了集成商应如何在建筑物中挑战多重系统——传统大楼中各种智能化的系统使用其各自专用通信网络自成一体,分离建筑物管理复杂重复,技术重叠,成本高,解决方法是利用TCP/IP通信协议进行开放、可靠宽带的信息管道建设从而实现系统整合(系统集成)这种整合要进行系统集成设计,系统界面管理,成本控制。
 

    他们的经验认为最佳的集成不仅是各子系统技术整合而且是管理流程的技术整合,人员的技术整合三方面缺一不可,伦敦市政大厦(Country Hall)实现了IP网对安防、消防、楼宇控制的系统集成,这些经验值得我们学习。
 

    1.4
  可持续发展

    关于建筑的发展有所谓“智能建筑”、“健康建筑”、“绿色建筑”、“生态建筑”等说法,不论名词如何称取。有一点是肯定的,那就是建筑的发展一定要符合可持续发展的原则。智能化系统的建设也必须服从于这一原则,可持续建筑的发展也为智能化技术的发展提出了更新、更高的要求。除满足建筑物传统意义上的安全、舒适、便捷的要求外,智能化技术还必须为建筑减少能源消耗、减少环境污染,提高运行效率提供保障。例如对于智能化围护结构的运行控制,对自然通风与自然采光调节,对个性化送风的控制,对自然能源利用系统的运行控制,以及建筑物能源智能化管理都需要智能化系统进行高度“智能”的控制。可以说,离开了智能化系统,生态建筑的生态效益就无法得到实现。但目前,在国内来说,楼宇设备自控系统(BAS)的运行状态以及所发挥的作用在所有智能化的系统中可能是问题最多,运行效果最不理想,是最为急需提高的。
 

    2
  我国智能建筑相关技术现状与发展

    随着现代计算机、控制、通信技术的不断发展及关键技术的突破,智能建筑将向着集成化、智能化、协调化方向发展。神经网络技术、专家系统和模糊逻辑控制技术已经开始应用于智能建筑,神经网络芯片和模糊芯片用于设备系统的智能控制,应用专家系统对设备进行监测、预测维护和故障诊断分析等,智能传感器和自诊断技术已用于对建筑物结构的安全、寿命提供诊断报告。基于人工智能技术和计算机网络技术,可以进一步提高智能建筑的智能控制与智能管理水平。智能建筑的发展趋势是以人为本,可持续发展、绿色、信息化与智能化结合。
 

    2.1
  信息网络技术

    《中共中央关于制定十一五规划的建议》中明确提出要“加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设,推进‘三网融合’健全信息保障体系”。数字社区网络基础将向多网融合、三网合一技术发展,在同一个网络上实现数据、音频和视频的传送。三网在技术上趋向一致,网络层上可以实现互联互通、业务层上相互渗透和交叉,各种业务层和网络层正走向功能乃至物理上的融合,整个网络正在向下一代的融合网络演进。
 

    要实现好三网合一,综合布线是基础。在进行综合布线系统规划设计时,要充分做好三网合一应用的调研工作,在物理链路上必须设计好各种应用的信息点数量和位置、足够的带宽和路由,特别是光纤的应用;在进行网络的设计时,必须做好各种应用网络之间带宽的相互关系、相互影响的分析,采用必要的技术手段如VPN、QoS及网络安全技术等来确保这些网络系统之间均不会产生相互不利的影响。
 

    2.1.1 网络宽带化
 

    为了满足日益增长的信息应用以及本身的系统集成和信息融合的需求,特别是多种信息融合已引起国家主管部门的高度重视。多种信息融合有利于优化网络结构,避免重复建设,减少投资;有利于资源集中和信息共享;有利于系统的科学管理、集中维护以及系统的发展和扩充等。智能建筑信息系统的宽带化是必然的。
 

    随着光纤成本的下降,光纤已得到广泛应用,光纤到区(楼)、光纤到户FTTH(桌面),都为智能建筑网络的光纤化创造了必要条件。
 

    从2004年开始,全国首个“光纤到户”试运行案例在武汉出现,2005年正式投入运行,实现了互联网、电话、电视三网合一。2006年底,武汉的FTTH用户达到两万户,预计到2008年武汉将有10万用户。通过光纤网的应用普及,将有利于提高数字社区、智能家居建设水平及增值服务业务的开发。目前全国各地都在开展FTTH的推广工作,如中国建筑业协会智能建筑专业委员会的试点项目南京钟山高尔夫别墅区的光纤到户工程顺利通过专家验收,首钢迁钢生活小区智能化工程采用Epon、Gpon技术实现了七栋成套式公寓、3栋招待所、1栋四层综合楼的FTTP/FTTB,成套公寓768户,招待所984房间共计12000多个信息点,实现了数据电话语音、多媒体通信、数字电视HTV、视频监控三网合一、多业务承载、规模之大在国内领先。2008年10月30日通过中国建筑业协会智能建筑专业委员会的验收和评估并获得“优质工程”称号。这是网络宽带化的主要途径,值得关注。
 

    2.1.2 下一代互联网
 

    目前所采用的TCP/IP协议版本为IPv4,IPv4面临的问题如下:IPv4地址已经贫乏,为互联网的运用带来困难;无法保证Internet语言和音像业务的实时应用;无法保证Internet可靠的安全通信。
 

    下一代互联网能改善现有的互联网遇到的安全性、可靠性、业务质量保证等,IPv6不等于下一代互联网,下一代互联网的通信协议是IPv6,其特性是:扩展地址空间、增强路由;地址自动配置,减轻管理者负担;IP数据报报头简化,可减少传输过程中的延迟,提高网络整体吐吞量;提高了网络的安全性;提高了服务质量QoS;便捷的移动IP特性。
 

    我国政府对下一代互联网给予了大力支持。我国下一代互联网的示范工程(CGNI)正在实施,采用IPv6技术建立由核心网(含城域网)、接入网、驻地网和交接中心组成的下一代互联示范网络。CGNI网络工程建设第一期覆盖全国20个城市,建立39个核心节点,2个交换中心,是世界最大规模的IPv6网络基础设施之一。我国主要电信运营商、产品供应商积极参与IPv6,网络设备、应用软件不断推出,CNGI从试验示范走向商用的目标十分明确,中国的IPv6商用时代不会很远。但是从IPv4到IPv6,两者要有个共存的阶段,要使现有的大量已安装了IPv4的主机和路由器兼容,其实现方法是双重堆栈技术、网络地址转换/协议转换技术、隧道技术。目前,我国在北京2008奥运场馆工程和大学校园网中部分已采用了IPv6技术。
 

    2.1.3  网络与信息安全
 

    据统计,截止至2006年底,我国上网用户总数已达到1.37亿,其中宽带上网用户超过1亿。随着网络技术的不断发展,网络融合的步伐加快,进一步丰富了电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗、移动信息在线等各类网上业务。
 

    我们也要清醒地认识到,网络安全问题已日趋突出,网络不安全因素正由“单一型”向“混合型”发展,如不对网络安全事件的影响面和破坏力采取积极有效的应对措施,将威胁到国家的信息安全和经济社会的健康发展。因此必须要采取切实有效的措施,不断提高网络安全应急处理能力,有效地防范和应对各种网络安全问题。目前我国在安全测评评估技术、安全存储系统技术、主动实时防护模型与技术、网络安全事件监控技术、安全态势的分析与识别体系、数据备份与可再生技术、可信计算平台项目、UTM与网络安全管理等技术方面已有实质性的突破。今后要密切追踪网络信息安全领域新技术、新应用、发展趋势,加强相关技术特别是关键核心技术的攻关力度,着力开展IPv6新的网络架构下网络安全问题的研究,推动网络信息安全产业的发展,以有效应对网络安全面临的各种挑战。
 

    2.2
  通信网络技术

    2.2.1  程控电话用户交换机
 

    由普通电话业务向ISDN综合业务交换延伸,并且可以实现与微蜂窝无线通信系统、会议电视系统、VSAT卫星通信系统等系统的互联互通;通过IP网关开放IP电话业务,提供增值业务与呼叫中心业务,能够方便构建专用交换网络及与公用通信网络互通。软交换技术的应用为网络与业务的融合提供了条件。
 

    在用户端采用xDSL、HFC、光纤接入(SMTP)、光纤+以太网络、无线接入等技术的综合业务接入,使得光纤配线网络更加接近用户。
 

    2.2.2  有线电视系统
 

    网络向宽带(1GHz)与双向(上行与下行)传输信号发展,并且在用户端实现综合业务的融合与信息处理。
 

    2.2.3  综合布线系统
 

    综合布线系统产品与应用技术在中国发展至今已将近14年了,它的技术体现在标准、产品、工程应用等方面。
 

    综合布线产品以超5类、6类、7类屏蔽与非屏蔽铜缆布线以及OM3多模光缆、单模光缆为主要潮流,支持的传输带宽为100MHz~1GMHz,网络应用的传输速率可以达到10000Mbps,其不仅是通信网络的基础设施,而且将广泛应用于监控、门禁、楼控等弱电系统。
 

    综合布线系统技术发展体现于6类及以上高端缆线与器件、7类屏蔽布线、光纤到桌面、超小型光纤连接器、高密度配线模块、电子配线管理、高阻燃线缆、工业级器件、电力布线、家居信息配线箱、适时管理软件、有线+无线混合传输、端至端整体配线+网络与通信设施、高精度测试仪表等应用领域。
 

    2.3
  无线技术的发展

    智能建筑选用无线技术是今后的发展趋势,随着Internet的无线访问、无线局域网、无线家居(如蓝牙技术)技术的成熟,近年来采用GPRS技术实现无线监控越来越普遍,甚至实现了无线数字闭路电视监控,特别是近年来出现了WiMAX技术——一种宽带无线接入技术。目前应用的无线网有两种,一种是宽带不可移动的,一种是可移动的非宽带。WiMAX技术具备了宽带移动功能,是一项能够提供高速无线宽带服务的新技术,它采用OFOM和MIMO技术,基于IEEE802.16e标准。其成本比蜂窝技术低很多,而覆盖范围比Wi-Fi大得多。WiMAX不仅能大幅度提高家庭和办公室的网络传输速度吞吐量和容量,而且能够在手持设备上实现便携和移动服务。其最大优势是能够用于蜂窝网络运营商、有线运营商、有线电视运营商以及新型运营商,对不同服务提供商提供各种应用。除此以外,WiMAX技术受到众多网络基础建设和终端设备厂商的广泛支持,而且获得了全球网络运营商的认可。由于遵循IEEE技术,可确保不同网络、不同厂商终端设备之间的互通,今后在数字城市管理、数字社区、智能化建筑群和智能建筑中都将会得到广泛应用。
 

    2.4
  数字视频传输技术

    目前,在数字城市和数字化社区中,视频传输技术基本上利用宽带传输实现了数字化传输,如视频点播系统(VOD)、会议电视系统(MTV)、可视电话系统、可视对讲系统都已大量采用数字化技术,特别是数字视频监控系统是近年来发展的新技术,是基于局域网/城域网/互联网(Internet)的新一代远程网络的视频监控系统。该技术的优势十分突出:系统利用现有的网络实现远程监控、异地监控;监控点可随时增加,不再需要为增加一个监控点重新布线;系统易于升级;具有广泛的应用前景。
 

    数字视频监控将成为主流,它将逐步实现数字化采集、数字化传输、数字化存储及显示。另外,广播系统、多媒体会议系统、有线电视系统等正实现从传统的模拟系统向数字化系统转变,数字化系统的应用必将取代模拟系统。如2008年北京奥运工程采用的数字安防监控系统已经解决了延时、抖动、马赛克等缺欠,经使用证明效果很好。
 

    2.5
  工业以太网技术

    目前,由于现场总线标准中多种总线标准同时存在,始终不能统一,我们提倡的开放性和互操作性只能在同一种总线标准下实现。因此,工控界为寻求一种统一标准的总线,建议采用TCP/IP协议的以太网。工控界认为,这种把普通以太网用到工业控制系统的网络称为“工业以太网”,而智能建筑中的楼宇自控系统目前也逐步采用工业以太网技术。
 

    工业以太网技术的优点是:基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准、协议开放、容易实现互联互通;可实现远程访问、远程诊断;网络速度快;支持冗余连接配置,数据可达性强;可扩展性强;投资成本降低。
 

    目前,工业以太网技术的实时性、可靠性、安全性、供电等问题已经得到解决。国内外已有成熟产品进入市场,有关部门现正在制定工业以太网标准。目前采用工业以太网的楼宇自控产品已经商品化,在智能建筑工程中得到应用。
 

    2.6
  火灾自动报警技术的发展

    19世纪末,第一个感温探测器的研制成功,实现了火灾自动探测。20世纪50年代初研制出离子感烟探测器,向火灾早期报警迈进了一步。20世纪90年代初,模拟分析感烟探测器的出现,可通过软件分析技术大大降低误报率。
 

    2.6.1  火灾探测器的发展
 

    如何探测初期火灾,做到早期准确报警是火灾自动报警系统发展的方向,目前已研制出了相应的智能型探测器,特点如下:
 

    (1)由单一型发展为复合类型的火灾探测器;
 

    (2)被动型探测器发展为主动型吸气式感烟探测器。特别适用于大空间强电磁环境,需要隐藏的环境;
 

    (3)接触型探测器发展为非接触型图像式火灾探测器,包括:
 

   ·视频感烟探测器:采用摄像机监控被保护场所,通过计算机对图像信号进行分析,利用特征提取对比法可早期报警,大大降低误报率。
 

   ·双波段图像火灾探测:双波段图像火灾探测器是对早期火焰进行探测,采用微光摄像机加彩色摄像机组成双波段图像火灾探测,可以进行双波段探测,可进一步达到准确报警。
 

    2.6.2  火灾自动报警系统智能化程度不断提高
 

    (1)探测智能化系统:通过CPU对系统火灾信号进行接收、传递、处理、显示、报警及联动控制。
 

    (2)主机智能化系统:将探测器输出的数字信号送至控制器,由控制器对信号通过先进的软件技术进行计算、分析、判断。
 

    (3)分布式智能系统:是以上两种系统的合成,智能化程度更高。
 

    2.6.3  当前自动报警系统是研究动态
 

    (1)开发的新型探测技术,如光声火灾控制技术、燃烧音火灾探测技术、微波探测技术等。
 

    (2)新的火灾信号处理技术,如模糊神经网络算法是一种集模糊逻辑推理的强大结构性知识表达能力与神经网络的强大自学能力于一体的技术。它是模糊逻辑推理与神经网络有机的结合体。
 

    2.7
  系统集成与信息融合

    目前,智能建筑的特点是智能化子系统多、布线复杂、信息量大、信息种类较多。一个完整的系统,除了建筑智能化系统,还包括信息化系统(即所谓的IB+IT),为了实现科学管理,实现增值服务,对系统集成的要求越来越高。
 

    系统集成与信息融合可以实现:
 

    (1)对前端内容管理:包括对Internet信息、应用系统信息提取,发布提供搜索引擎,对非结构化数据加工提取;
 

    (2)个性化展示:提供方便快捷、可视化、直观的信息服务(包括栏目、布局、风格、设置、内容选择);
 

    (3)对后台应用系统和数据的集成包括:对共享信息的内容更换、存储管理发布,实现内容的数字化集中管理共享和再利用。
 

    建筑智能化系统集成将逐渐趋于成熟,系统集成将不再是各个子系统之间简单的连接以及简单的联动。系统集成将充分利用现代计算机网络通信与信息技术,将建筑内部众多的智能化子系统,集成在一体化的高速通信网络和统一的系统平台上,实现统一的人机界面和跨系统、跨平台的管理和数据访问。建设基于统一网络平台的建筑智能化集成管理系统(IBMS),以实现信息综合管理和资源共享,从而达到建筑综合管理、指挥调度、运营与维修管理、客户服务管理、物业管理智能化的目的。任何人可在任何地方通过标准的互联网浏览器与控制网络进行交互操作,不同厂家、不同协议产品均能在一个公共平台实现集成网络的管理,集成平台将兼容各种标准通信协议,符合通用标准的硬件设备可兼容、互换。
 

    目前,我国系统集成软件产品已经取代了国外进口的产品,如西安协同的Synchro BMS、清华同方的ezONE和ezIBS、北京中创立方的InteBASE3000、太极公司的TJ-IBMS、北京三维力控IBMS专用版、浙大中控的ADV BMS、深圳太极的STJ-IBMS V2.0等。
 

    3
  数字家庭产业的未来

    3.1
  政府组织,试点推进

    近年,广东省在数字家庭推广应用方面作了有力的尝试,推出了广东省政府主导的《数字家庭行动计划》。
 

    由广东省信息产业厅提供资金支持,组织多家相关企业组建了非赢利性企业化运作机构——广东省数字家庭公共服务技术支持中心(以下简称支持中心),承担为产业合作、技术标准、产品检测、示范展示提供平台式的公共技术支持。并代表数字家庭行动计划联席会议进行政府资源协调,贯彻和执行联席会议成员单位交付的有关数字家庭建设和试点工作任务,制定数字家庭“十一五”发展规划和试点工作方案、组织数字家庭产业联盟、编制产业技术标准、开发相关专利和技术、统筹各地数字家庭试点工作和组织国内外企业参与广东省数字家庭试点建设和推广工作。

 
    广东省首先确定在南海市进行试点。按照行动计划和联席会议的要求,协调网络运营商、内容提供商、技术与产品服务提供商,实验建设为包括广电结算系统在内的多个网络之间业务互通互联提供数据结算服务的网间公共结算平台、多媒体资源库和资源管理平台。
 

    3.2
  未来数字家居将重点解决以下十大技术关键

    (1)网络双向改造技术
 

    包括Cable Modem技术、光调制传输技术等有线电视网络双向改造技术。
 

    (2)公共支撑平台建设
 

    包括网间公共结算平台、公共多媒体资源库平台和公共资源管理平台的组织、设计和建设,同时还将包括呼叫中心、体验中心等配套设施的建设工作。

    (3)电子认证技术应用

 
    在网间结算平台和机顶盒中,通过电子认证技术,实现信息内容的完整性保护、数据的保密与鉴别、用户的身份鉴别和消费行为的防抵赖等功能。
 

    (4)增强型双模机顶盒
 

    开发集成DRA、IC智能卡读卡模块、电子认证处理模块和DRA解码模块等能满足数字家庭试点服务功能需要的各种机顶盒产品。
 

    (5)数字电视遥控器
 

    设计能够提供数字电视信息化应用和互动服务控制功能、提供简易文字输入、语音输入和控制家庭摄像头等功能的遥控器。
 

    (6)数字家庭典型应用终端设备
 

    智能信息家电产品,智能移动多媒体数据终端,数字家庭益智娱乐多媒体终端,数字家庭远程医疗康护系统及设备,数字监控关键设备与应用系统,可移动的数字家庭智能终端等。

    (7)Linux技术在数字家庭中的应用
 

    基于Linux的嵌入式应用系统,基于Linux的增值服务平台等。
 

    (8)数字定位相关技术及产品研发
 

    面向家庭成员在公共场所的动态位置定位、追踪,动态信息获取和交换理论方法和关键技术,车载系统包括车载智能导航系统、车辆防盗报警系统等。
 

    (9)数字家庭网络技术标准
 

     数字家庭网络管理标准,数字家庭网络通信协议标准,数字家庭网络系统体系结构及参考模型标准等。
 

    (10)数字家庭网络设备互联互通标准
 

    数字家庭终端设备互联互通测试技术及指标研究,数字家庭异构网络自动控制标准研究,电力线网络。



                                                                ——转自《自动化博览》

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