辣椒5G智慧农业物联网大数据平台丨水肥一体化控制系统

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

物联网现已经被划分成了四个基本层次：感知层、网络层、平台层及应用层（顺序自底层向上）。其中感知层是负责信息收集和信号处理的硬件设备（终端机），如温湿度传感器。网络层顾名思义就是负责接入和传输的网络。平台层负责解决数据如何存储、检索、使用、业务规划、安全、维护、费用的。应用层负责数据的呈现及客户交互。每个层次对应着各种IT技术，例如感知层就是硬件及 *** 作系统的相关开发技术，其实现在也可以称之为嵌入式开发。

讲到物联网应用，不禁想到现在的智慧家庭、智慧城市、智慧医疗、工业40、车联网等等。物联网覆盖我们生活的方方面面，现在只是应用了一小部分地方，相信未来10-20年内，我们的生活就会因为物联网而发生质的改变。

以下应用案例是基于图扑软件(hightopo)的可视化方案所展示的大型风力发电案例：

依托于大数据技术以及对大型风力发电机整体数据挖掘分析，形成了风机远程集中监控系统。在可视化界面中能够看到，风机对环境的监控、现场风速、风向的实时数据，以及设备运行的具体情况。并且提供详细统计参数，例如年发电量、总功率、负荷率等数据，能灵活的满足用户的个人定制化需求，从而实现管理者对风电场的智能管控。

主面板可查看线框模式下的风机。可自由点选查看各个部件系统的运行状态，进行全生命周期的智慧运维。及时监测风电机组的健康状况，智能诊断风机故障并提出预警。并定期进行健康体检服务，将有效的降低风机故障发生和维修成本。成为最勤劳且具有针对性的“维修工人”

对设备整体数据可视化处理，构建风场、风机的数字生态系统。围绕管理者所需，提供总发电量、有功功率、无功功率等关键运行参数。使管理者全方位掌握发电机的运行状态，根据实时情况及时调整发电动作，最大程度上提升机组发电量、降低故障率，实现投资回报收益最大化。

对电厂来讲，针对生产过程中各种参数的监控，毫无疑问是确保安全高效运行的必要手段。这里将整个风力发电机的发电工艺直观的展现出来，对接监测过程中的各种数据，并转换为可运行的程序。通过对工艺流程的全面监控来确保电厂安全生产。

更多资料

图扑软件（Hightopo）是由厦门图扑软件科技有限公司独立自主研发，基于HTML5标准技术的Web前端2D和3D图形界面开发框架。非常适用于实时监控系统的界面呈现，广泛应用于电信网络拓扑和设备管理，以及电力、燃气等工业自动化 (HMI/SCADA) 领域。Hightopo 提供了一套独特的 WebGL 层抽象，将 Model–View–Presenter (MVP) 的设计模型延伸应用到了 3D 图形领域。使用 Hightopo 您可更关注于业务逻辑功能，不必将精力投入复杂 3D 渲染和数学等非业务核心的技术细节。

多年来数百个工业互联网可视化项目实施经验形成了一整套实践证明的高效开发流程和生态体系，可快速实现现代化的、高性能的、跨平台桌面Mouse/移动Touch/虚拟现实VR图形展示效果及交互体验。

物联网应用案例

用途范围

物联网用途广泛，遍及教育、工程机械监控、建筑行业、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。

展望未来，物联网会利用新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器、控制器等相关设备嵌入或装备到电网、工程机械、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，拥有覆盖全球的卫星，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到智慧化管理的状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与城市、山川、河流等生存环境的关系。

具体应用案例

下面列举了集中具体的应用案例，以供参考

1．  教育物联网

应用于教育行业的物联网首先要实现的就是，在适用传统教育意义的基础之上，对已经存在的教育网络中进行整合。对教育的具体的设施，包括书籍、实验设备、学校网络、相关人员等全部整合在一起，达到一个统一的、互联的教育网络。

物联网产业需要复合型人才，至少具备四方面的特征，包括掌握跨学科的综合性的知识与技能、掌握物联网相关知识与技术、掌握特定行业领域的专门知识以及具备创新实践能力。目前国内已有30余所大学开设了物联网专业。有超过400所高校建立物联网实验室。

2工程机械物联网

“工程机械物联网”是借助全球定位系统（GPS）、手机通讯网、互联网，实现了工程机械智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，使工程机械、 *** 作手、技术服务工程师、代理店、制造厂之间异地、远程、动态、全天候“物物相连、人人相连、物人相联”。

工程机械物联网目前应用广泛。以NRS物联网智能管理系统平台为例，提升原本工程机械物联网服务由“信息采集服务”向“数据咨询服务转变”。由原来的现场管理升级为远程监控，由传统的制造转变为制造服务，由原来的被动服务提升为主动服务。功能涉及信息管理，行为管理，价值管理三大方面。

信息管理：

区域作业密集度管理

故障预警及远程诊断

车辆运维主动式服务

金融按揭安全性服务

行为管理：

作业人员统计管理

作业工时效率性分析

行为与工效油耗分析

*** 作规范与工效分析

价值管理：

产品全寿命周期成本管理

行为与员工绩效管理

量本利敏感要素判断

多维大数据决策支持

以福田的农机信息管理平台为例，可以对农业所需相关机械车辆进行全球GPS定位、锁车、解锁车、设备工时查询、故障报警等 *** 作，这对促进农业生产，提高工作效率有着至关重要的作用。

3建筑行业物联网应用——塔机监控

塔机智能化的监控管理系统，主要针对检测状态、危险距离预警、故障诊断、信息回传、工程调度等方面工作。例如塔机下面危险区域禁止站人实时提示、与其他高空建筑物距离过近、超出安全距离范围、内部故障预警、诊断、实时显示额定载重量、当前风速、回转角度、当前载重等。

4建筑行业应用——商用混凝土搅拌站

对生产设备的远程诊断和远程维护已经成为当前自动化技术中的一部分。尤其对于那些错误容易诊断和容易排除的情况，派一个服务工程师到现场解决，既增加工程师的工作负荷，又花费时间。而且费用也相应增加。为了缩短故障的诊断与恢复时间，提高有经验的高级工程师的工作效率，那么远程诊断和编程就是必备的部分。例如：“商用混凝土搅拌站产品远程售后服务系统”，可以在远程实现对PLC站进行编程和调试。可是实现混凝土搅拌站的远程控制和数据监控。

值得一提的是三维虚拟仿真技术在物联网的应用，给商用混凝土搅拌站的物联网应用开创了新的时代。系统实现搅拌站与车辆实时运行状态模拟功能。以动画形式呈现搅拌站实时动态信息，其中可包括：工程名称、施工配比、搅拌站配料情况及其他原材料配料情况，搅拌站场景如下图所示。

5石油

石油行业物联网系统主要是使用监控设备和信息系统采集运输油轮数据、码头设备和环境数据、油库数据、原油管道数据等，对这些数据进行整理和分析，将原油运输各个环节的数据进行关联和分析，合理安排船期、实现计算机排罐，提高整个原油运输的效率，同时通过对相关设备和环境的监测，及时掌握设备运行情况，保证整个运输过程的安全可靠。

石油行业物联网系统的总体解决方案包括：油库监测系统、原油管道监测系统、原油管道无人机巡线系统等。

6水利

物联网在水利方面的应用主要是对闸门的液压启闭机的状态检测、远程控制、故障预警等，利用水下机器人对大坝、水库等水下状态进行状态监控、信息回传等工作。

例如：“远程信息服务系统”能够通过智能信息采集终端，将液压启闭机PLC控制器的控制信息通过物理端口（串口）采集到终端，然后通过GPRS通讯模块，利用2G/3G网络或者互联网络将信息传递到远程WEB服务器，使得远端管理人员能够实现远程感知闸门启闭的运行信息。

7城市物联网

城市物联网利用互联网的信息管理平台、二维码扫描、GPS定位等技术，是更贴近人们生活的一种应用，现在变得更加的直观。比如儿童和老人的行踪掌控、公路巡检、贵重货物跟踪，追踪与勤务派遣、个人财务跟踪、宠物跟踪、货运业、各类车辆的防盗等GPS定位、解锁车、报警提示应用。

针对环卫车辆可以对车辆进行实时进行的GPS定位、状态监控、车辆信息查询、运行状态等工作，例如：需要知道目前城市的某区有多少环卫车辆，处于什么哪个街道， *** 作员，工作情况，计划任务等，同时又可以根据实际情况进行工作调度，对故障做提前的预警，对突发情况应急处理，对重要的问题着重处理等。

8．农业物联网

农业物联网的应用比较广泛的是对农作物的使用环境进行检测和调整。例如：大棚（温室）自动控制系统实现了对影响农作物生长的环境传感数据实时监测，同时根据环境参数门限值设置实现自动化控制现场电气设备，如：风扇、加湿器、除湿器、空调、照明设备、灌溉设备等，亦支持远程控制。常用环境监测传感器包括：空气温度，空气湿度，环境光照，土壤湿度，土壤温度，土壤水分含量等传感器。亦可支持无缝扩展无线传感器节点，如：大气压力、加速度、水位监测、CO、CO2、可燃气体、烟雾、红外人体感应等传感器。

9智能家居

这方面的应用就更加的贴近人们的生活，这是关系到人们生活起居、与生命安全息息相关的应用，我们可以通过智能家居的物联网络，进行室内到室外的电控、声控、感应控制、健康预警、危险预警等，比如声控电灯、窗帘按时间自动挂起、感应器感应到煤气泄漏、空气污染指数过高、室内的光线被家具遮挡严重、室内家居摆放设计、马桶漏水、电量煤气不足报警、车库检测、室外摄像检测、未来天气预测、提醒带雨伞、生活备忘录电子智能提醒等多方面的功能应用。

当前，智慧农业、农业物联网和智能大棚控制系统被不断的提起和广泛热议。那么，这三者如何区别？这里我们重点探讨一下。
一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控：通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点，实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析，从而有针对性地投放农业生产资料，并根据需要调动各种执行设备，进行调温、调光、换气等动作，实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全：利用技术，建设农产品溯源系统，通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，实现农产品追踪、清查功能，进行有效的全程质量监控，确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节，实现全过程严格控制，使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程，从而为食品供应链提供完全透明的展现，保证向社会提供优质的放心食品，增强用户对食品安全程度的信心，并且保障合法经营者的利益，提升可溯源农产品的品牌效应。

二、农业物联网
1、定义

农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

2、应用功能

a实时监测功能

通过传感设备实时采集温室（大棚）内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据；将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台，服务服管理平台对数据进行分析处理。

b远程控制功能

针对条件较好的大棚，安装有电动卷帘，排风机，电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关；也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。

c查询功能

农户使用手机或电脑登录系统后，可以实时查询温室（大棚）内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息； 登录系统后，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等，实现有针对性的综合信息服务。

d警告功能

警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统

1、定义

深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。

智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成

整个系统主要三大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。

A、数据管理层（监控中心）：硬件主要包括：工作站电脑、服务器（电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式）； 软件主要包括： *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台（采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看）、 防火墙软件；

B、数据传输层（数据通信网络）：采用移动公司的GPRS网络传输数据，系统无需布线构建简单、快捷、稳定；移动GPRS无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点；

C、数据采集层（温室硬件设备）：远程监控设备：远程监控终端；传感器和控制设备：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等；

本教程 *** 作环境：windows10系统、DELL G3电脑。
物联网的核心技术是什么物联网技术将新一代信息网络技术进行高度集成和综合运用，实现万物相联的理想，让世界成为一个实际意义上的“整体”，成为新一轮产业革命的重要方向和推动力量。因为互联网技术，社会各方面得到了显著提升，科技也有了很多的应用空间，但是，渗透在我们生活方方面面的物联网五大核心技术，你了解吗？
一、射频识别（RFID）技术
射频识别(RadioFrequencyIdentification，简称RFID)是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。此技术拥有众多优点，无接触的自动识别、全天候、识别能力强、无接触磨损、并且能够对多个物品实现自动识别等。实现“世界想联”的理想可以依靠射频识别技术将全球范围内物品的跟踪与信息共享。
如今，RFID技术市场逐渐应用成熟，标签成本低廉，但是鉴于这项技术一般没有数据采集的功能，所以多用于甄别和属性的存储。在我国，这项技术的应用领域主要是身份z识别、电子收费和物流管理领域。
二、网络通信技术
网络通讯中包含很多技术，其中的4G通讯技术及5G通讯技术，还有非常普及的无线通讯技术及M2M技术。不同的技术应用在不同的领域，发挥出不同的作用。
在控制领域，空调4G远程控制器，就运用了4G通讯技术，远程完成对空调的控制过程，在智慧农业中的无线灌溉中，就运用了LORA无线通讯技术，完成自动化灌溉。在智能领域，通过M2M通信技术，实现人、机器和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接，使机器与机器之间能够在无人为干预的情况下进行及时的通信和 *** 作。

三、GPS技术
GPS技术又称之为全球定位系统，它是具有海、陆、空全方位实时三维导航和定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS技术可以和无线通讯技术相结合，就可以实现全球定位，在我物流智能化，智能交通中占据重要作用。据悉，最早的的GPG卫星定位系统的服役年龄即将到达，我国的北斗卫星已经开始启用。同样作为定位系统，一个即将退役，一个刚刚开始，未来的发展可期。
四、计算机技术
在物联网中，计算机技术得到了全面的普及和广泛的应用，在20世纪，计算机技术作为最先进的科学发明之一，物联网技术源于计算机技术，计算机技术依托于物联网再次发展，从而使得万物互联互通，并为社会提供了诸多方便，得到了普通的认可。在智慧农业，智慧城市，气象站监测站等设备中，传感器检测数据后上传至环境监控云平台就是运用了计算机技术。
五、传感器技术
在物联网中，计算机技术是它的大脑，通信技术是它的血管，GPS技术是它的细胞，射频识别技术是它的眼睛，传感器是它的神经系统。外界的一切信息，传感器都可以感觉到，并将感觉到的信息传递给大脑。

传感器技术在智能领域应用极广：
在测试领域：有86液晶显示温湿度变送器、工业级温湿度变送器、室内型温湿度变送器、防水壳温湿度变送器等。
在智慧农业领域：有光照二氧化碳温湿度传感器、有风速、风向传感器、有多功能百叶盒等。
在无线灌溉领域：有土壤PH值变送器、有土壤温湿度变送器、有土壤速测仪等。
物联网技术应用领域特别的广泛，几乎包揽了任何行业，在环境监测方面、在物流运输方面、在商业金融方面、在航空航天方面都遍布它的身影，或许在将来，会有更厉害的技术超越它，但现在，它依旧符合时代发展的战略需求。
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什么是“泛在电力物联网”？要建一个什么样的泛在电力物联网？

01

为什么要建泛在电力物联网？

国家电网公司在2019年两会报告中提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是要建设运营好“两网”,这里所说“两网”分别是“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。泛在电力物联网这个名词首次出现在国家电网公司的两会报告中，成为和坚强智能电网相提并论的重点工作。

首先来看国网2019年1号文件是怎么说的：在2019年1月13日发布的国家电网有限公司2019年1号文件中，排在年度重点工作首位的就是：推动电网与互联网深度融合，着力构建能源互联网。具体内容是：“持之以恒地建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网……。充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网，为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量，以及培育发展战略性新兴产业，提供强有力的数据资源支撑。承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网，相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。”

可以认为一号文件中对泛在电力物联网的定义以及在能源换联网中的重要地位作出了明确地官方解释。一号文件的重点工作之二是：培育壮大发展新动能，创新能源互联网业态。其具体内容是：研究探索利用变电站资源建设运营充换电（储能）站和数据中心站的新模式，积极推动公司通信光纤网络、无线专网和电力杆塔商业化运营，拓展服务客户新空间。大力开拓电动汽车、电子商务、智能芯片、储能、综合能源服务等新兴业务，促进新兴业务和电网业务互利共生、协同发展。一号文件的重点工作之三是：扩大开放合作共享，打造能源互联网生态圈。具体内容是：充分利用电网数据、技术、标准优势，加强与新经济和互联网企业合作，积极参与新能源、智能制造、智能家居、智慧城市等新兴业务领域的开拓建设，加快构建围绕能源互联网发展的产业链、生态圈。

从一号文件中可以看出国网未来将通过建设电力互联网发展与互联网经济相关的新业态，包括新能源、智能制造、智能家居、智慧城市等新业务。非传统领域的新业态已经和传统电网业务处于同等重要的地位，实际上，所谓所谓新能源、智能家居、智慧城市，都可以被囊括进“泛在电力物联网”。总地来看，“坚强智能电网”仍是国网业务的基本盘，坐稳输-变-配-用-售环节的既定业务范围，在增量配网试点和配售电侧改革不断深入的背景下坚守传统阵地，抵御“外部的野蛮人”，是国网今后工作的“拿分项”；而在国有企业改革走向深水区，电改大势倒逼，国网新一代领导层逐步稳定之际，提出“泛在电力物联网”概念，则是主动出击开拓新方向的求变之举，是国网今后工作的“发力点”。

国网内部对于公司发展和业务调整，有一定的共识和紧迫感，主要集中于以下几个方面：一是随着新能源发电占比升高，电网形态日趋复杂，电力潮流和电网故障演化机理不断由可预见向难以预见演变，这对电网的安全稳定运行提出了更高要求；二是电改推进、政府及社会对电价下调的要求，导致企业经营面临瓶颈；三是在互联网经济与数字经济的蓬勃发展下，社会经济形态发生着深刻变化，在改革即将进入深水区之际，如果没有做好未来这几年的发展转型，通信运营商现在面临的困境可能就是国网的明天。而借着“泛在电力物联网”的东风，继续在传统强电部门深耕，加强信息化，还是着力发展电动汽车、综合能源服务等新业务，需要一个有力的规划纲领作为指导。

02

什么是“泛在电力物联网”？要建一个什么样的泛在电力物联网？

物联网的概念由 MIT 的 Kevin Ashton在1998年首次提及，他指出将
RFID技术和其他传感器技术应用到日常物品中构造一个物联网。紧接着的第二年由 Kevin Ashton 带头建立的 Auto-ID center
对物联网的应用进行了更为清晰的描述：依靠全球 RFID 标签无线接入互联网，使得从剃须刀到欧元纸币再到汽车轮胎等数百万计的物品能够被持续地跟踪和审计。

电力行业对“物联网”的理解是：物联网是一个实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统。其实质是实现各种信息传感设备与通信信息资源的（互联网、电信网甚至电力通信专网）结合，从而形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。实体之间的协同和互动，使得有关物体相互感知和反馈控制，形成一个更加智能的电力生产、生活体系。从而衍生出泛在智能电网——基于通信技术的全业务泛在电力物联网-泛在电力物联网概念。

各国在建设现代电网的过程中都用到了物联网，但对其应用的侧重点则各有不同。在欧洲，提升供电安全性、节能减排、发展低碳经济是各国积极发展智能电网的主要原因，在这种驱动力下，欧洲电力行业对物联网的应用更倾向于清洁能源和环保方向；在日本，可再生能源接入、节能降耗和需求响应是日本发展智能电网的主要驱动力，日本电力行业对于物联网的应用主要在于对新能源发电监控和预测、智能电表计量、微网系统监控等领域；在中国，物联网技术为提高电网效率、供电可靠性提供了技术支撑，RFID技术、各类传感器、定位技术、图像获取技术等使仓库管理、变电站监控、抢修定位与调度、巡检定位、故障识别等业务实现灵活、高效、可靠的智能化应用。

目前国网对泛在电力物联网的具体定义还未形成，将传统电力生产、传输、消费的所有环节信息化，都可以称为泛在电力物联网。就目前国网的技术储备而言，增强电网的感知、通信、计算和分析能力，是其可预见的发展方向。2018年的国网信通工作会议上就提出了“打造全业务泛在电力物联网，建设智慧企业，引领具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业建设”的工作目标，并提出了建设国网-电力物联网SG-eIoT
(electric Internet of Things)的技术规划。预计将综合运用“大云物移智”等信通新技术，与新一代电力系统相
互渗透和深度融合，实时在线连接能源电力生产和消费各环节的人、机、物，全面承载并贯通电网生产运行、企业经营管理和对外客服服务等业务。在终端层表现为万物互联的连接能力，在网络层表现为无处不在、无时不有的通信能力，在平台层表现为对全景设备和数据的管控能力。在2018年国网信通工作会议上制定的规划来看，整个“SG-eIoT”系统在技术上将分为终端、网络、平台、运维、安全等五大体系，打通输电业务、变电业务、配电业务、用电业务、经营管理等五大业务场景，通过统一的物联网平台来接入各业务板块的智能物联设备，制订各类电力终端接入系统的统一信道、数据模型、接入方式，以实现各类终端设备的即插即用。

有意思的是，国网一直以来虽然没有明确喊出电力物联网的口号，却已经有了相当的技术积累。国网的信息化水平近年来也不断提升，目前国网系统接入的终端设备超过5亿只（其中47亿只电表，各类保护、采集、控制设备几千万台），规划到2030年，接入SG-eIoT系统的设备数量将达到20亿，整个泛在电力物联网将是接入设备最大的物联网生态圈；经过D5000、调控云等系统改造和升级，国调中心在电网观测、控制水平已经称得上世界先进，输电网基本做到可观、可控、能控、在控；各地配电自动化系统建设也在推进当中，规划到2020年完成全网95%的配电自动化覆盖率，各种在线监测、智能预警系统比比皆是；基于PMS20系统，主要设备的全生命周期管理在近两年内也能基本完成；通信网络建设如火如荼，无线专网、保护专网陆续上马；国网智慧车联网平台目前已经连接全社会80%的公共充电桩以及4万多辆电动汽车。想要在近年内交一份能够写出足够多亮点的成绩单，问题应该不大。

笔者认为，国家电网作为世界五百强第2的旗帜性央企，应该有更高要求拿出真正的可以定义行业发展方向的技术方案，要么具备成熟的、可复制的海外技术输出能力，被海外能源企业接纳，例如华为通信解决方案，支付宝/微信移动支付；要么具备强烈提升用户体验、能直接让用户感受代际差异的新服务水平，如高铁。就供电可靠性、电网安全稳定性等方面而言，进一步提升的空间和产生的社会效应都已有限。泛在电力物联网应该向着智慧小区/智慧城市整体能源解决方案、智慧交通整体能源供给方案、智慧能源套餐及交易模式、用户能效分析及用户画像、智能家居与用能管理等方面延伸。虽然国家电网是国内每年电气专业研究生就业的首选单位，是每年获取专利数最多的企业，甚至超越了华为，但国家电网作为一家科技公司的形象在公众心中依然没有建立起来，电力用户期待获得更多的知情权和参与感，例如得到用电诊断、科学用电方案、差异化电价信息等增值服务。在前有堵截后有追兵的行业背景下，要“建成世界一流的能源互联网企业”，只有深刻改变用户习惯，才能进一步赢得发展的先机。

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建设泛在电力物联网应规划先行

一般情况下，抛出一个战略性概念后，国网公司会在组织机构、科技研发、重点工程等方面共同发力，并使之成为今后3-5年的主要方向。按以往规律，国网的新概念往往由相关利益部门主张并提出，上升形成公司战略后由原提出部门出主力班底进行战略规划、科研投入和工程运作。新战略的实施情况，有时受制于公司其他利益部门对该战略的支持和配合力度。国网领导班子对新成立部门的支持力度、其他利益部门对新成立部门的配合力度往往关系着新战略的整体推进效果。相对于我国政府和企业过往一些实施相对成功的战略，国网的风格还有些遵循丛林法则，主要由强势部门和地方公司利益驱动，在领导层取得首肯后立即上马项目，一定程度上缺乏规划引领的顶层设计，导致重复建设、技术路线多样，虽然每年都涌现出数量众多“世界一流”的技术或工程，却难以形成合力，在国际上和社会上缺乏“中国高铁”这样的名片技术。

物联网技术虽然在电网有着广阔的应用和前景，但也面临一些发展问题。从技术上来看，感知层的传感器数据准确性、传感器在复杂环境下的故障率、数据传输的及时性、无线传输的安全性等都是亟待解决的问题。受到可靠性、成本、原有管理制度等多种因素的制约，物联网产业一直推进缓慢。制定合理的长期规划，对指导物联网在电网发展具有重要意义。

因此，国网应组织科研单位牵头，遵循目标导向，按照我国不同地区电网技术基础及资源禀赋，设定泛在电力物联网近期目标及中长期技术规划，尽快明确重点项目及技术攻关方向，集中力量突破既定关键技术。此外，利用好自身科研人才和科研力量，必要时与外部企业及科研力量联合，突破传统电力生产-科研-设备研发利益窠臼，走出电网成熟技术的舒适区，从微创新转变为模式创新，真正成长为具备全球影响、全民感受的科技巨头。

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