城市不仅需要“大脑”,“肢体”和“感官”也须健全,

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本文转载自中国建设新闻网。作者是王鹏。原标题是《智能基础设施:智慧城市的肢体与感官》。 本文由宜友智慧城第二次编辑,供读者参考。

道路和管道等城市基础设施的主要功能是在城市中运输各种“流”,并形成各种管网系统 “流量”分为几个级别。物流包括水(自来水、雨水、污水和再生水)、煤气、供热和垃圾。道路也可以归入这一类别。能量流主要是电网(虽然加热气体本质上传递能量,但实际逻辑是输送物质载体);信息流是一个广义的电信网络(有线、无线,包括有线电视等)。) 可以说,基础设施的运行逻辑决定了城市经营管理的基本模式和水平。

近年来,互联网公司开始进入城市智能转型领域,并提出“云”和“城市大脑”作为新的城市基础设施。 然而,中国城市目前的问题是,只有“大脑”、“四肢”和“感官”并不完美,这种状态无法实现真正的智能。 因此,传统基础设施的智能化改造应该是城市智能化改造的关键。

网络物理系统对于未来的基础设施运营逻辑是不可或缺的 CPS是一个集计算、网络和物理环境于一体的多维复杂系统。通过3C(通信技术、计算机技术和控制技术)的有机整合和深入合作,实现了大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。 CPS可以实现计算、通信和物理系统的集成设计,使系统更加可靠、高效和实时协作。 数字孪晶技术只是CPS的数字前提,其目的不仅是建立三维模型,实现感知控制的闭环。 城市领域最受关注的规划、建设和管理业务实际上不可能成为CPS驱动的工程逻辑闭环,因此它不是数字结对的最典型应用 作为一个工业项目,城市工程基础设施系统的转换逻辑必须是从数字结对到持续生产系统的过程

在上面提到的几个基础设施流中,信息流具有自然的信息属性,基本上是完全意义上的数据驱动操作。 此外,作为一个能量流电网,信息化程度也很高。在分布式能源、新能源汽车等各种新型智能设备的新需求驱动下,发电、输变电、配电、用电、调度等环节基本实现了智能化,从最后智能电表的普及率可以感受到这一点。 随着能源互联网和泛在电力物联网概念的相继提出,电网系统经历了从数据采集到传输控制的几轮技术升级,提出了从芯片、终端、网络、平台到人工智能的综合方案,即通过全感知和全连接实现基于全网络实时数据的毫秒级预测响应和调度能力。

电网的改造方向和路径基本上可以作为基础设施改造的蓝图。其数十亿规模的物联网和边缘计算节点、毫秒延迟要求、变压器断路器储能设备和其他生态链的升级,创造了一个全国性的基础设施实体网络和巨大的新兴市场。 然而,作为一个特殊的基础设施网络,类似的城市道路网也很早就开始了智能化改造,基本实现了分布式交通和事件监控,并开始尝试利用微观感知数据对交通灯进行全网诱导调控。 作为一个相对简单和封闭的系统,轨道交通网络一直在讨论基于CPS的完全数据驱动控制。

虽然物流网络有其自身的物理特征和拓扑结构,以及压力和重力,但基本逻辑有很多共同点,但很少一起讨论,因为它属于不同的管理部门,甚至不同的学科和专业。 无论压力管网是环状、枝状、放射状还是混合型结构,关键主管节点处都有各种压力、流量、流量等传感器指标 这些传感器一方面可以通过沿途的源压力调节和闸阀来平衡和调节整个网络的需求,另一方面可以发现大规模的事故和故障,如管道爆炸、泄漏、堵塞等。通过异常的索引。 至于重力管道,逻辑大致相反。分散源和集中末端处理或排放也依赖于中间传感器、制动泵和存储节点来平衡网络负载。 虽然各种设备大多是网络化的,由可编程控制器控制,但大部分设备的控制延时都是在分钟甚至小时级别,所以只有在发生事故级别时才能触发响应,日常问题只能粗略定位,调查可以通过经验演绎和人工配合的方式进行。

在CPS的逻辑下,在通过CIM(城市信息模型)平台维护完整管道拓扑的前提下,大量小型无线分布式传感器和边缘计算节点将整个基础设施网络转化为一套新的ICT(信息通信技术)基础设施 另外,利用实时无线远程传输终端计量仪和新型在线检测工具,理论上可以实现全息数字双系统。 另一方面,基于人工智能建模的全网动平衡调度算法可以控制各种设备在毫秒级进行调整。对于各种管道损坏和内部异常,可以进行准确定位和及时干预

这组逻辑并不复杂,但与电力和运输系统相比,地下管网极其复杂,各种管道的内部压力、腐蚀、污染等情况也不同。土层和各种管壁材料使得通信和传感领域的大多数常规方法无能为力。 可以说,管网领域的绝大多数需求尚未得到成熟的产品响应,这也是智慧城市领域最大的潜在市场。

就道路和桥梁而言,可通过各种传感器和低功率物联网实时在线监测结构安全(应变、裂缝、位移、挠度、倾角、温度和湿度、沉降)、车辆载荷(车型、车速、车辆重量、轴重、车辆长度)等关键参数。 类似的方法也可用于识别小的潜在事故,并及时干预地下管网和建筑结构等基础设施的运行状态,包括泄漏、开裂、变形、工程损坏等。 一座100米的桥梁只需要数百个各种类型的传感器,就能以数万元的成本实现完整的状态监测。

此外,分布式光纤传感技术利用光纤本身作为信号传输介质和传感单元的特性,通过连续获取振动、应变、温度等物理量沿光纤的分布,实现分布式远程测量。 分布式光纤传感技术主要包括基于干涉原理的分布式传感技术和基于瑞利、布里渊和拉曼散射机制的分布式传感技术。单独或组合使用这些技术不仅可以实现高精度和高空分辨率的传感,还可以实现多个物理参数的同时测量。它可用于结构变形、交通流、车型、管道泄漏、施工振动等几乎所有类型的监测。近年来,它已被广泛应用于基础设施监测领域。 由于现有的城市光纤通信网络可以重复使用,只需在电信运营商的机房增加一些设备,就可以以较低的成本形成覆盖整个城市的新感知网络。

此外,运营商网络很难保证城市生命线的全自动控制,因此需要一个真正的基础设施物联网网络。 然而,除了国家电网,大多数其他基础设施运营公司只运营城市规模的系统,很少有能力建设大规模的专用网络。因此,负责基础设施建设标准的相关部委应尽快介入基础设施物联网建设,真正发挥政府在未来基础设施领域的引导和引领作用,为城市的安全和可持续发展提供智能保障。

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