物聯(lián)網(wǎng)助力中國低碳經(jīng)濟發(fā)展
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一、中國發(fā)展低碳經(jīng)濟面臨的形勢
低碳(lowcarbon)是指較低的溫室氣體(二氧化碳為主)排放。而低碳經(jīng)濟是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的一種經(jīng)濟發(fā)展形態(tài)。低碳經(jīng)濟的實質(zhì)是實現(xiàn)低能耗、低污染、低排放的經(jīng)濟發(fā)展模式，已經(jīng)成為發(fā)達國家在后工業(yè)化時代關(guān)注可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。美歐日等發(fā)達國家都相繼通過法案，提出減排的國家目標和管理措施。聯(lián)合國也確定2008年“世界環(huán)境日”的主題為“轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念,推行低碳經(jīng)濟”，并在2008、2009連續(xù)召開世界氣候大會，謀求世界各國在發(fā)展低碳經(jīng)濟上的共識。
我國是發(fā)展中大國，經(jīng)濟發(fā)展過分依賴化石能源資源的消耗，導(dǎo)致碳排放總量不斷增加、環(huán)境污染日益加重等問題，已經(jīng)嚴重影響到經(jīng)濟增長的質(zhì)量效益和發(fā)展的可持續(xù)性。因此我國發(fā)展低碳經(jīng)濟更顯得十分必要。在2009年12月18日，新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(nèi)生產(chǎn)總值溫室氣體排放比2005年下降40%—45%。要實現(xiàn)這一艱巨目標必須借助于新的技術(shù)手段和創(chuàng)新管理方式。中國電信做為一個負責(zé)任的國有通信企業(yè)，積極采取措施，一方面在本企業(yè)開展節(jié)能降耗;另一方面，利用通信網(wǎng)絡(luò)的能力和信息技術(shù)的創(chuàng)新，與相關(guān)行業(yè)合作不斷探索，充分發(fā)揮信息技術(shù)特別是物聯(lián)網(wǎng)在低碳經(jīng)濟中的作用。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在低碳經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用
物聯(lián)網(wǎng)是指利用二維碼、RFID、各類傳感器等設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)等各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及其聯(lián)網(wǎng)，獲取無處不在的現(xiàn)實世界的信息，實現(xiàn)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(yīng)用，最終實現(xiàn)智能ICT基礎(chǔ)設(shè)施與物理基礎(chǔ)設(shè)施的全面融合。物聯(lián)網(wǎng)推動低碳經(jīng)濟主要體現(xiàn)在三個方面：一是物質(zhì)世界的信息數(shù)字化;二是對物體控制的遠程化;三是對物質(zhì)世界的管理智能化。
(1)物質(zhì)世界的信息數(shù)字化。這包括對信息和數(shù)據(jù)的采集獲取，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)將物質(zhì)世界豐富多彩的信息轉(zhuǎn)變成為可以電子傳輸?shù)摹?”、“1”信號，最后通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字信號進行傳送與存儲等過程。通過傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)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(jié)省了人力和設(shè)備投入，提高效率。例如，山體滑坡的監(jiān)控就是一種典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，通過將在山體上安裝傳感器和通信模塊，可以把山體發(fā)生物理位移變動的狀態(tài)數(shù)據(jù)及時準確的傳送到國土或災(zāi)害管理部門主機上，然后進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和對比，從而對滑坡自然現(xiàn)象進行預(yù)報和采取應(yīng)對措施。而傳統(tǒng)的檢測方法則是派車派專人上山收集數(shù)據(jù)，由于受到環(huán)境和人的行為限制取樣范圍有限，即增加經(jīng)濟投入和能耗，又不準確及時。物聯(lián)網(wǎng)所能提供的對物質(zhì)世界的信息數(shù)字化過程不僅擴展了人類對自然界的認識和管理，同時也大大降低獲取和傳遞信息的能耗。
(2)對物體控制的遠程化。以往對物體的控制大多數(shù)本地化、局域化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代通信網(wǎng)的泛在化實現(xiàn)對物體的控制可跨地域達到任何有需求的地方。這包括后臺計算機系統(tǒng)與前端數(shù)字終端的雙向互動、遠程通信、自動控制等技術(shù)的融合和應(yīng)用。遠程控制是數(shù)據(jù)采集之后的后續(xù)措施，即在被檢測目標相關(guān)數(shù)據(jù)送到計算中心后，經(jīng)自動或人工指令，通過遠程通信的方式對終端發(fā)出指令，實現(xiàn)打開、關(guān)閉或自動修復(fù)等功能。遠程控制類的應(yīng)用更能體現(xiàn)節(jié)能減排的功效，更適用于點多面廣、資產(chǎn)分布廣泛的部門，特別是對于油田、礦山、海島、偏遠地區(qū)等地廣人稀地域設(shè)施的數(shù)據(jù)采集，如石油采油機、電力設(shè)施、野外移動基站、燈塔、公路設(shè)施、農(nóng)業(yè)等。這類應(yīng)用同樣因為節(jié)省大量人員和資源投入而有效減少碳排放。例如，數(shù)字油田的采油系統(tǒng)，通過對采油機安裝的傳感器能對油井的溫度、壓力，出油、注水以及井區(qū)環(huán)境進行適時檢測并實現(xiàn)自動控制，不僅從前端機傳送出大量感知到的數(shù)據(jù)，還能對油井運行狀態(tài)進行遙控。改變了人工操作的繁雜流程，即節(jié)省了大量人力物力，又提高了采油效率。
(3)對物質(zhì)世界的管理智能化。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更高的層次是智能管理。從物質(zhì)世界獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后要對被控制的終端和系統(tǒng)進行程序化的管理。管理流程引入輔助決策方法、專家系統(tǒng)、模擬仿真、智能識別等技術(shù)實現(xiàn)智能管理功能。管理智能化對大量龐雜的數(shù)據(jù)通過云計算或軟件技術(shù)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。智能管理提高了決策效率和決策的精準程度，避免大量資源的無效耗費和無用的功耗，從而達到節(jié)能減排的效果。比如智能交通中的動態(tài)汽車流量預(yù)測和行進路線規(guī)劃;運用智能管理技術(shù)指揮城市交通流暢，指導(dǎo)每一輛車在交通繁忙時都能及時獲得最佳行進路線，最大限度的減少路面行駛時間，從而減少了油耗和尾氣排放量。
三、物聯(lián)網(wǎng)助力低碳經(jīng)濟的主要領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是信息技術(shù)應(yīng)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(lián)網(wǎng)的方式互聯(lián)，納入人類管理的范疇。物聯(lián)網(wǎng)的泛在化性質(zhì)為低碳經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的支撐作用。通過物聯(lián)網(wǎng)在智能交通、智能電網(wǎng)、智能建筑、智能家居、智能環(huán)保、智能農(nóng)業(yè)、移動電子商務(wù)等等多個方面應(yīng)用，人類將能夠借助物聯(lián)網(wǎng)以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從而助力低碳經(jīng)濟的發(fā)展。
1、智能交通—實現(xiàn)低碳出行
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于交通系統(tǒng)，比較典型的應(yīng)用是流量監(jiān)測、不停車收費系統(tǒng)(ETC系統(tǒng))、車輛監(jiān)控、停車位和車聯(lián)網(wǎng)等。
(1)交通流量監(jiān)控，通過埋藏在城市主干道路口的成千上萬個檢測線圈，可以定時收集和感知區(qū)域內(nèi)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。此外，通過給終端節(jié)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(tǒng)的自動工作大大減少了交管部門的人力投入，提高了道路通行能力。據(jù)研究，當(dāng)?shù)缆凡粫硶r，駕駛者需要頻繁地踩油門又踩剎車，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30到40公里，平均油耗可以降低20%-40%。
(2)不停車收費系統(tǒng)(即ETC系統(tǒng))，就是車輛在通過收費站時，通過車載RFID標簽實現(xiàn)車輛識別、信息寫入(入口)并自動從預(yù)先綁定的IC儲值卡或銀行賬戶上扣除相應(yīng)資金(出口)，是國際上正在研究開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費系統(tǒng)。據(jù)測算，使用ETC通行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(jié)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(jié)油約15.3升。以上所有這些數(shù)據(jù)都是ETC實現(xiàn)低碳減排、綠色通行的最好證明。
(3)智能停車位管理系統(tǒng)。根據(jù)IBM的估算，在美國洛杉磯的一個普通美國社區(qū)，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(lián)網(wǎng)則能很好地解決這一問題。利用傳感網(wǎng)技術(shù)對停車場車位進行動態(tài)監(jiān)控，每停進一輛車，停車場內(nèi)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(dāng)前的停車位數(shù)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。中國電信已在東莞市有了相應(yīng)的應(yīng)用。
(4)車聯(lián)網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)就是建立以車為節(jié)點的信息系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將每輛汽車作為一個信息源，通過無線通信手段連接到網(wǎng)絡(luò)中，進而實現(xiàn)對車輛和交通的智能管理。車聯(lián)網(wǎng)包括車輛信息的獲取、車輛信息的分發(fā)處理、車輛獲得外部綜合信息等三方面的應(yīng)用。應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)多方面的收益：(1)交通管理部門以極低的成本真正實現(xiàn)車輛、道路的全國統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)上獲得所需的車輛信息;通過對路口路段汽車數(shù)量、車速等數(shù)據(jù)的分析，實時動態(tài)流量管理;(2)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，對車行駛速度和路線進行調(diào)整。(3)4S店可隨時了解車輛異常狀態(tài)和位置，及時進行保養(yǎng)或搶修。
2、智能物流系統(tǒng)—流通環(huán)節(jié)的節(jié)能控制
據(jù)中國物流權(quán)威機構(gòu)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、倉儲方面節(jié)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(fā)的“物流E通”服務(wù)平臺，就是借助無線視頻監(jiān)控、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)車輛位置服務(wù)、視頻監(jiān)控、綜合辦公等功能，提高了物流管理的效率和效益。
3、智能樓宇—建筑節(jié)能新手段
建筑業(yè)是全球僅次于工業(yè)的第二大能源消耗產(chǎn)業(yè)。在建筑物中，可以采用更為智能的技術(shù)來監(jiān)控照明、供暖和通風(fēng)系統(tǒng)。僅就美國而言，此舉可以將商用建筑行業(yè)每年的能源費用降低近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(yīng)用項目，就是通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)將通信與傳感控制網(wǎng)融合起來，可以把樓宇類能耗、自來水、廢棄排放、污水排放等各類數(shù)據(jù)匯聚起來，傳輸?shù)骄C合應(yīng)用平臺上做分析和統(tǒng)計，進行節(jié)能減排的分析判斷，從而提出優(yōu)化能耗的建議和控制，使得樓宇的能耗能夠顯著降低，最多的情況下能降低20%。
4、智能電網(wǎng)—提高電能效率
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(shù)加強對電網(wǎng)的監(jiān)控管理，有望大大減少傳輸中損耗的電能。2009年2月，新一屆美國政府將智能電網(wǎng)項目作為其綠色經(jīng)濟振興計劃的關(guān)鍵性支柱之一。研究數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)代化的數(shù)字電網(wǎng)將使美國能耗降低10%，室氣體排放量減少25%，并節(jié)省800億美元新建電廠的費用。中國也在研究制定智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃。
電信運營商開發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的“智能電網(wǎng)”應(yīng)用主要體現(xiàn)在居民遠程抄表、大用戶負控、臺區(qū)監(jiān)控等。居民小區(qū)抄表是指通過抄表集中器和采集器，將若干小區(qū)電表集中一處，統(tǒng)一上報給主站系統(tǒng)平臺，監(jiān)測小區(qū)居民電能表數(shù)據(jù);大用戶負控是指使用智能電表，通過遠程傳輸，實時的監(jiān)測專變的工作狀態(tài)和用電量。臺區(qū)監(jiān)控則是電力局通過智能儀表和遠程傳輸手段，遠程實時的監(jiān)測臺變的工作狀態(tài)的系統(tǒng)平臺。通常監(jiān)測臺變負荷、油溫、電壓、電流、是否偷漏電等數(shù)據(jù)監(jiān)測。
5、智能農(nóng)業(yè)—降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗
物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用目前主要體現(xiàn)在溫室大棚管理、農(nóng)機具管理、糧食倉儲、水利灌溉和農(nóng)產(chǎn)品溯源等方面。其中溫室大棚管理成為當(dāng)前最大亮點。
作為農(nóng)業(yè)高產(chǎn)重要手段，大棚種植、大棚養(yǎng)殖以其前所未有的趨勢在全國得以蓬勃發(fā)展。在溫室大棚生產(chǎn)、管理過程中，農(nóng)民需要通過采用綜合環(huán)境控制策略，實時了解農(nóng)產(chǎn)品的生長狀態(tài)，創(chuàng)造和季節(jié)無關(guān)的農(nóng)作物生長適宜環(huán)境，從而實現(xiàn)農(nóng)作物高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的工業(yè)化生產(chǎn)方式。中國電信與黑龍江農(nóng)墾局共同推出“智能大棚應(yīng)用”，通過實時采集溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤含水量等環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)對設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動感知。同時通過布置視頻傳感器可以實時采集到大棚內(nèi)的視頻信號。在采集數(shù)據(jù)的同時，通過部署無線控制器，實現(xiàn)了圍繞農(nóng)業(yè)示范應(yīng)用的遠程功能控制功能，包括控制風(fēng)機、天窗、遮陽布、外遮陽、水簾、灌溉設(shè)施等。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于黑龍江建三江農(nóng)場。農(nóng)民運用手機即可查看大棚作物生長狀況，遙控通風(fēng)、灌溉和微噴等操作都能隨時隨地掌控，為現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的精準作業(yè)做出貢獻。減少了損耗、節(jié)約了勞動力。
6、智能環(huán)?！岣弑O(jiān)管效率
“感知環(huán)境、智能環(huán)保”是物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用的效果。智能環(huán)保是通過布設(shè)在水體、陸地、空氣中的傳感設(shè)施及太空中的衛(wèi)星，對水體水源、大氣、噪聲、污染源、放射源、廢棄物等重點環(huán)保監(jiān)測對象的狀態(tài)、參數(shù)、位置等進行多元化監(jiān)測感知，并結(jié)合3G、寬帶和軟件技術(shù)實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)遠程控制和智能管理。
中國電信的“環(huán)保e通”，已為環(huán)保部門提供對污染源、環(huán)境質(zhì)量、核輻射等點源進行數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻的融合應(yīng)用，提升環(huán)保監(jiān)管能力，幫助政府監(jiān)管部門實現(xiàn)減排目標。目前已在福建、湖北、寧夏、江西等18省應(yīng)用。
7、防災(zāi)減災(zāi)—預(yù)防災(zāi)害減少損失
近年來山洪泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。為盡可能減少突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害造成的人民生命和財產(chǎn)損失，更好的服務(wù)于國家防災(zāi)減災(zāi)工作，中國電信與合作伙伴共同開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的地質(zhì)/山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，對降雨量、水庫閘壩水位等進行遠程實時監(jiān)測，結(jié)合氣象、水文和國土信息，提供警戒值預(yù)警預(yù)報，提供災(zāi)前預(yù)警、救災(zāi)中的安全保障和災(zāi)后的研究分析服務(wù)。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)服務(wù)于國土資源部地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測部門，并在2009、2010年汛期中發(fā)揮了重大作用，為湖南、四川、陜西等地地質(zhì)災(zāi)害管理部門提供了快速及時的第一手數(shù)據(jù)，為政府組織人員轉(zhuǎn)移和減少損失提供了準確依據(jù)。2009年7月25日湖南懷化市暴發(fā)千年一遇特大山洪災(zāi)害，地處懷化市的洪江市與洪江區(qū)在地理位置上緊密相連，同為縣級單位。在這場洪災(zāi)中都遭受了暴雨的侵襲。應(yīng)用了山洪監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的洪江市群眾提前轉(zhuǎn)移，無一傷亡，而沒有使用這套系統(tǒng)的洪江區(qū)出現(xiàn)了人員傷亡，損失慘重。
8、綠色網(wǎng)絡(luò)—通信過程中的節(jié)能
發(fā)展綠色網(wǎng)絡(luò)是通信業(yè)自身的任務(wù)。前面提到，ICT行業(yè)的碳排放量已經(jīng)占到全世界排放量的2%，相當(dāng)于全世界航空運輸業(yè)的碳排放量，也相當(dāng)于汽車二氧化碳排放量的1/4，而且今后幾年ICT能耗將年增5%，因此其本身的節(jié)能減排任務(wù)也十分艱巨。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也能很好的解決這一問題。比如2009年我國通信行業(yè)耗電量達到290億度，其中通信基站耗電量已占45%，成為未來節(jié)能降耗首要部分。運用傳感器技術(shù)對機房內(nèi)溫、濕度、壓力、煙霧等情況進行實時監(jiān)測，自動控制實現(xiàn)智能化通風(fēng)、換熱，可實現(xiàn)有效節(jié)能。
9、低碳生活—百姓生活中的節(jié)能
在個人生活和家庭生活中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的RFID和傳感器技術(shù)也能開發(fā)廣泛的低碳應(yīng)用。例如目前發(fā)展迅速的手機移動支付、手機二維碼、家庭網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用。
將RFID芯片與手機SIM/UIM卡結(jié)合開發(fā)的“手機一卡通”業(yè)務(wù)，突破了傳統(tǒng)手機僅僅能在通信網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)手機。這種手機與金融、公交、校園、民生等多個行業(yè)的RFID應(yīng)用相結(jié)合，可替代傳統(tǒng)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;可作為一種特殊的市民卡乘坐公交、地鐵，繳納水費、電費，出入公園、圖書館等公共場所;可變成一張購物消費卡，在成千上萬家聯(lián)盟商戶刷手機消費，更可以逐步實現(xiàn)全國乃至世界漫游，突破傳統(tǒng)行業(yè)消費卡的地域限制。
手機二維碼是將電子二維碼技術(shù)應(yīng)用于手機。按照一定的編碼規(guī)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(wǎng)址、材料情況、價格、促銷信息、是否具備認證等，一應(yīng)俱全，清楚明晰。二維碼技術(shù)為我們的生活帶來很多的便利。例如，電子電影票就是以短信方式把1條二維條碼發(fā)送到你手機。當(dāng)你進電影院時候，把這條二維條碼的圖片調(diào)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(xiàn)大大減少了實體物質(zhì)，例如紙張、印刷品、包裝物等的消耗，實現(xiàn)低碳生活。中國電信的“翼支付”已在這一領(lǐng)域開拓了許多新的應(yīng)用。
以上僅是目前物聯(lián)網(wǎng)在節(jié)能減排中的一些典型應(yīng)用。展望未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和成本降低，物聯(lián)網(wǎng)將更加廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)和生活，為低碳經(jīng)濟的發(fā)展貢獻更大的力量。
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