我夢寐以求的物聯網/第 8 章：物聯網和案例研究

物聯網：案例研究

物聯網 (IoT) 代表了人類與其技術之間通訊方式的改變。通常，物聯網預計將提供裝置、系統和服務的先進連線性，超越機器對機器通訊 (M2M)，涵蓋各種協議、領域和應用。這些嵌入式裝置（包括智慧物體）的互連，預計將在幾乎所有領域實現自動化，同時也使智慧電網等高階應用成為可能。物聯網有可能為人類生活方式的許多方面做出貢獻，包括醫療保健、教育、交通和商業。在建築物中，物聯網裝置可用於監控和控制各種住宅和商業建築中使用的機械、電氣和電子系統（例如，公共和私人、工業、機構或住宅）。家庭自動化系統與其他建築自動化系統一樣，通常用於控制照明、供暖、通風、空調、電器、通訊系統、娛樂和家庭安全裝置，以提高便利性、舒適度、能效和安全性。但物聯網系統在多大程度上得到了測試和應用？以下是一些案例研究。

案例研究：桑坦德智慧停車監控專案

智慧城市是指使用物聯網和其他通訊裝置來管理其資產的城市。 其中一項資產是公共停車區域，可以對其進行交通監控和使用管理。西班牙桑坦德市政府在該市 22 個不同的區域測試了這種智慧停車系統。該桑坦德智慧城市專案由幾家公司和機構開發，旨在設計、部署和驗證一系列感測器、執行器、攝像頭和螢幕，為桑坦德市民提供有用的資訊。

每個區域都配備了一個 Meshlium，這是一個收集資料感測器並將資料移動到雲端的電子系統。每個區域都有不同的網路引數，建立了獨立的網路，這些網路在不同的頻率通道上執行，以避免相互干擾。在這個專案中，在城市的不同地點部署了 375 個 Waspmotes 來測量其上方磁場的變化（由停放在其上方的車輛引起），以檢測停車位是否空閒。磁場感測器透過智慧停車感測器板連線到 Waspmote。感測器本身埋在道路表面下的防水外殼中。孔洞用特定材料封閉，感測器幾乎不可見。

資訊定期傳送到中繼器，然後傳送到儲存資料的 Meshlium，每五分鐘更新公共資訊板，使市民能夠在最短的時間內找到空閒的停車位。不僅如此，停車狀態也更新在互動式線上地圖上，以便市民在到達市中心之前檢視空閒停車位。

案例研究：智慧照明

智慧照明系統使智慧城市能夠根據時間、日期、季節和天氣等變數智慧地提供恰到好處的照明。透過應用這種物聯網形式，使用者有可能節省高達 80% 的能源，至少根據芬蘭 VTT 技術研究中心的 Janne Aikio 的說法，與傳統照明系統相比，至少可以節省 80% 的能源。“預測表明，智慧照明將成為物聯網領域的關鍵趨勢之一，”Aikio 告訴《工程與技術雜誌》。“預計未來十年對智慧照明的需求將激增：到 2020 年將達到 77 億歐元。2011 年的同期數字為 18 億歐元。”

利用物聯網概念的照明系統已經可以商用，能夠與現有的建築自動化系統整合。未來，這種智慧照明系統可以透過與無線系統的整合得到改進，從而可以透過手機等裝置進行控制。“智慧照明系統在新建築和翻新專案中越來越受歡迎。下一步將是將更好的感測器和新功能整合到照明系統中，這將使房間的居住者能夠根據他們的行動和活動，以更高的精度和靈活性調整照明，”Aikio 解釋說。

為了獲得更好的效果，這種智慧照明系統可以與更多功能整合，例如根據房間的功能或一天中的時間、季節和天氣自動調整照明方向、功率和顏色。例如，燈可以被引導指向房間裡的人，靠近窗戶的照明可以根據外面的天氣或溫度改變顏色。此外，智慧照明系統甚至可以自我更新，根據需要從網路下載燈光過濾器或“外掛”。

案例研究：智慧道路

物聯網的應用範圍很廣，這要歸功於其可靠的性質以及對家庭和工業安全做出積極貢獻的能力。但它甚至有可能在我們在路上時對我們的生活做出積極的貢獻。事實上，物聯網有望積極改善我們現有的基礎設施中至關重要的東西：構成我們龐大交通網路的道路。

監控系統將在未來在我們的街道上發揮重要作用，無論是為了更好地讓市民瞭解情況，還是為了迎接自動駕駛汽車的到來。一系列感測器、電路盒和其他物聯網技術將使用無線電和衛星相互整合，以實現節點之間的通訊。也就是說，在這個監控系統中，有八個常見的區域需要覆蓋。這八個區域基於歐洲道路和天氣，儘管它們仍然適用於全球道路網路。

1. 汙染： 首先是建立一個感測器網路來監控與交通相關的汙染。Libelium 公司提供了一個示例，即其 Waspmote，它提供了一個微型封閉系統，該系統具有太陽能電池板、天線和感測器，可以針對每個節點進行程式設計。它能夠使用大量網路覆蓋大面積區域，從而使其易於維護，並能輕鬆連線到節點。至於汙染，主要來自車輛排放的二氧化碳和二氧化氮。為了檢測這一點，在城市交通網路中的戰略地點安裝了氣體感測器。

2. 噪音： 接下來是監控噪音並生成噪音地圖。聲學感測器可以使用與汙染檢測討論中提到的類似技術，將噪音對映到城市中的這些路線。系統中使用的麥克風可以捕捉噪音源，這些噪音源被轉換為可用的資料，可以放置到熱圖中，熱圖顯示了特定分貝值下的噪音區域。

3. 天氣： 接下來是風險點之間的天氣監控。需要監控的方面包括溫度、溼度、降雨量以及風速和風向。帶有附加雨量計和風速計的小型感測器網路充當廉價的氣象站，提供即時資訊，可用於提前警告駕駛員，以便他們可以選擇其他更安全的路線。

4. 和 5. 洪水和結冰： 這兩個代表著相同的監測點，唯一的區別在於溫度：路面。洪水可以使用地面液體感測器測量。透過這些感測器，駕駛員可以被提醒有積水路段，並在選擇路線時採取預防措施。至於結冰路面，可以使用來自溫度和溼度感測器的日期驅動的預測應用程式來記錄道路上可能形成的冰層。

6. 結構性裂縫： 對於結構性裂縫，可以使用線性位移感測器在橋樑或隧道中監測任何裂縫。除了位移監測，類似於地震多發地區建築物中部署的振動感測器將有助於進一步監測和控制整體結構性裂縫。^[1]

7. 停車： 如前所述，車輛檢測系統可以依靠磁場感測器來檢測交通擁堵和停車場內車輛的存在。它安裝在路面本身，配備了應對通訊干擾和溼度的材料。感測器之間共享的資訊與汙染和噪音監測類似，資料在 Meshlium 中收集後傳送到網際網路網路。部署帶有監控攝像頭的智慧停車節點可以進一步提高停車場的安全性。

8. 交通流量： 可以使用帶有藍牙和 WiFi 卡的 Meshlium 掃描器監控車輛和行人流量，以提供交通和行人流量的估計。框架在資訊如何透過網際網路傳送方面是相同的。在這個系統中，藍牙和 WiFi 都將擁有自己的資料庫，其中包含 IP 地址、埠、使用者及其密碼。此外，它可以與外部資料庫同步，然後在整個網路中共享。

案例研究：智慧水系統

智慧城市必須監測供水和分配，以確保公民和工業有足夠的用水，並節省資金。智慧水系統的目標是管理用水需求，並確保水系統中的任何損失降到最低。雖然需求得到更好地控制，但由於分配效率低下和漏水，水供應仍存在巨大損失。此類系統可以使用無線感測器網路更準確地監測其水系統，並確定其最大的漏水風險。Libelium 的智慧計量感測器板包括一個水流感測器，可以檢測從 0.15 到 60 升/分鐘的管道流量。該系統可以定期報告管道流量測量資料，並在用水量超出預期正常範圍時發出自動警報。這使得智慧城市可以識別漏水管道的具體位置，並根據可以避免的漏水量對維修工作進行優先排序。這些板上的感測器可以用作監控和響應城市地區水管洩漏的網路的一部分。感測器的戰略性部署可以確保全市覆蓋。感測器板的資料可以定期收集並透過無線網路傳送到城市進行分析和預防措施。資料也可以直接傳送到網際網路，與當地社群和行業共享，以便每個人都能瞭解並參與城市的負責任水管理。^[5]

案例研究：使用 Meshlium 掃描器進行智慧手機檢測

Meshlium 是一款 Linux 路由器，包含五個不同的無線電介面：WiFi 2.4GHz、WiFi 5GHz、3G/GPRS、藍牙和 ZigBee。Meshlium 還可以整合 GPS 模組用於移動和車輛應用，並可以使用太陽能和電池供電。這些功能以及鋁製 IP67 外殼使 Meshlium 可以放置在任何室外場所。Meshlium 附帶 Manager System，這是一個 Web 應用程式，它允許快速簡便地控制 WiFi、ZigBee、藍牙和 3G/GPRS 配置，以及接收到的感測器資料的儲存選項。它可以檢測在無線電通道上廣播的 iPhone、Android 和其他擴音裝置。^[6]

這項技術的總體思路是測量特定時間點存在的車輛和人員數量，從而能夠研究交通擁堵的演變。為了讓這個想法能夠實現，使用者無需執行任何操作來被檢測或在網路上可見。只要其移動裝置中整合的 WiFi 和藍牙無線電處於活動狀態，路由器仍然可以檢測到他們的存在。使用者被 Meshlium 路由器檢測到的依據如下：^[6]

• 無線介面的 MAC 地址，使其能夠被唯一識別；
• 訊號強度 (RSSI)，它提供了裝置到掃描點的平均距離；
• 移動裝置的供應商 (Apple、Nokia 等)，使用者連線到的接入點 (WiFi) 以及藍牙友好名稱 (未連線到接入點的使用者將被識別為“自由使用者”)；以及
• 裝置類別 (CoD)，在藍牙的情況下，這使得系統能夠區分裝置型別，增強對車輛和行人的區分。

此外，可以透過更改無線電介面的功率傳輸來修改覆蓋區域，從而允許從幾米到幾十米建立不同的掃描區域（例如，研究特定街道，甚至研究整個購物中心的樓層）。

Meshlium 或其他類似的掃描器可以專注於

1. 車輛交通檢測：在這個應用中，系統能夠...

• 即時監控高速公路和道路上特定點透過的車輛數量。
• 檢測車輛停留的平均時間，以防止交通擁堵。
• 監控高速公路和道路上車輛的平均速度。
• 在檢測到擁堵時提供替代路線的行程時間。
• 透過跟蹤兩個不同點的車輛時間來計算穿越道路的車輛的平均速度。

2. 購物和街道活動：類似於監控汽車交通，可以監控機場、體育場或購物中心中行人的高效流動，以改善使用者體驗，幫助區分好壞的訪問體驗。

結論

這些物聯網案例研究表明物聯網將如何使我們的生活更輕鬆、更有條理。智慧城市的基礎設施有可能改善我們的環境，帶來更安全的駕駛體驗。智慧城市也可能在公共服務方面帶來改進，包括停車位監控、天氣警報以及管理現代城市常見的廢物。當與城市整合時，物聯網將允許公民更加享受他們的城市，並利用現有技術。物聯網的未來可能會為現有的無線技術基礎設施帶來更多改進，使每個裝置能夠透過網路彼此共享資訊，以便更好地協調和資料分析。