物联网感知对象种类多样,监测数据需求较大,感知节点常被部署在空中、水下、地下等人员接触较少的环境中,应用场景复杂多变。 因此,一般需要部署大量的感知层节点才能满足全方位、立体化的感知需求;
感知层在同一感知节点上大多部署不同类型的感知终端,如稻田监测系统,一般需要部署用以感知空气温度、湿度、二氧化碳含量以及稻田水质等信息的感知终端。 这些终端的功能、接口以及控制方式不尽相同,导致感知层终端种类多样、结构各异;
从硬件上看,由于部署环境恶劣,感知层节点常面临自然或人为的损坏;从软件上看,受限于性能和成本,感知节点不具备较强的计算、存储能力,因此无法配置对计算能力要求较高的安全机制,最终造节点安全性能不高问题的出现。
从攻击方式上看,感知层的安全威胁可以分为物理攻击、身份攻击和资源攻击。
感知节点应用场景复杂多样,易于受到自然损害或人为破坏,导致节点无法正常工作。
因缺乏监管,终端设备被盗窃、破解,导致用户敏感信息泄露,影响系统安全。
攻击者非法获取用户身份信息,并冒充该用户进入系统,越权访问合法资源或享受服务。
攻击者替换原有的感知层节点设备,系统无法识别替换后的节点身份,导致信息感知异常。
攻击者恶意占用信道,导致信道被堵塞,不能正常传送数据。
攻击者通过不停向节点发送无效请求,占用节点的计算、存储资源,影响节点正常工作。
攻击者截获各种信息后重新发送给系统,诱导感知节点做出错误的决策。物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面,因此,“物联网”被称为是继计算机和互联网之 后的第三次信息技术革命。信息时代,物联网无处不在。由于物联网具有实时性和交互性的特点,因此 ,物联网的应用领域主要有如下。
1、城市管理
(1)智能交通(公路、桥梁、公交、停车场等)物联网技术可以自动检测并报告公路、桥梁的“健康状 况”,还可以避免过载的车辆经过桥梁,也能够根据光线强度对路灯进行自动开关控制。
在交通控制方面,可以通过检测设备,在道路拥堵或特殊情况时,系统自动调配红绿灯,并可以向车主 预告拥堵路段、推荐行驶最佳路线。
在公交方面,物联网技术构建的智能公交系统通过综合运用网络通信、GIS地理信息、GPs定位及电子控 制等手段,集智能运营调度、电子站牌发布、IC卡收费、ERP(快速公交系统)管理等于一体。通过该系 统可以详细掌握每辆公交车每天的运行状况。另外,在公交候车站台上通过定位系统可以准确显示下一 趟公交车需要等候的时间;还可以通过公交查询系统,查询最佳的公交换乘方案。
停车难的问题在现代城市中已经引发社会各界的热烈关注。通过应用物联网技术可以帮助人们更好地找 到车位。智能化的停车场通过采用超声波传感器、摄像感应、地感性传感器、太阳能供电等技术,第一 时间感应到车辆停入,然后立即反馈到公共停车智能管理平台,显示当前的停车位数量。同时将周边地 段的停车场信息整合在一起,作为市民的停车向导,这样能够大大缩短找车位的时间。
(2)智能建筑(绿色照明、安全检测等)
通过感应技术,建筑物内照明灯能自动调节光亮度,实现节能环保,建筑物的运作状况也能通过物联网 及时发送给管理者。同时,建筑物与GPs系统实时相连接,在电子地图上准确、及时反映出建筑物空间地 理位置、安全状况、人流量等信息。
(3)文物保护和数字博物馆
数字博物馆采用物联网技术,通过对文物保存环境的温度、湿度、光照、降尘和有害气体等进行长期监 测和控制,建立长期的藏品环境参数数据库,研究文物藏品与环境影响因素之间的关系,创造最佳的文 物保存环境,实现对文物蜕变损坏的有效控制。
(4)古迹、古树实时监测
通过物联网采集古迹、古树的年龄、气候、损毁等状态信息。及时作出数据分析和保护措施。
在古迹保护上实时监测能有选择地将有代表性的景点图像传递到互联网上,让景区对全世界做现场直播 ,达到扩大知名度和广泛吸引游客的目的。另外,还可以实时建立景区内部的电子导游系统。
(5)数字图书馆和数字档案馆
使用RFID设备的图书馆/档案馆,从文献的采访、分编、加工到流通、典藏和读者证卡,RFD标签和阅读 器已经完全取代了原有的条码、磁条等传统设备。将RFID技术与图书馆数字化系统相结合,实现架位标 识、文献定位导航、智能分拣等。
应用物联网技术的自助图书馆,借书和还书都是自助的。借书时只要把身份z或借书卡插进渎卡器 里,再把要借的书在扫描器上放一下就可以了。还书过程更简单,只要把书投进还书口,传送设备就自 动把书送到书库。同样通过扫描装置,工作人员也能迅速知遭书的类别和位置以进行分拣。
2、数字家庭
如果简单地将家庭里的消费电子产品连接起来,那么只是—个多功能遥控器控制所有终端,仅仅实现了 电视与电脑、手机的连接,这不是发展数字家庭产业的初衷。只有在连接家庭设备的同时,通过物联网 与外部的服务连接起来,才能真正实现服务与设备互动。有了物联网,就可以在办公室指挥家庭电器的 *** 作运行,在下班回家的途中,家里的饭菜已经煮熟,洗澡的热水已经烧好,个性化电视节目将会准点 播放;家庭设施能够自动报修;冰箱里的食物能够自动补货。
3、定位导航
物联网与卫星定位技术、GSM/GPRS/CDMA移动通讯技术、GIS地理信息系统相结合,能够在互联网和移 动通信网络覆盖范围内使用GPs技术,使用和维护成本大大降低,并能实现端到端的多向互动。
4、现代物流管理
通过在物流商品中植入传感芯片(节点),供应链上的购买、生产制造、包装/装卸、堆栈、运输、配 送/分销、出售、服务每—个环节都能无误地被感知和掌握。这些感知信息与后台的GIS/GPS数据库无 缝结合,成为强大的物流信息嘲络。
5、食品安全控制
食品安全是国计民生的重中之重。通过标签识别和物联网技术,可以随时随地对食品生产过程进行实时 监控,对食品质量进行联动跟踪,对食品安全事故进行有效预防,极大地提高食品安全的管理水平。
6、零售
RFID取代零售业的传统条码系统(Barcode),使物品识别的穿透性(主要指穿透金属和液体)、远距离 以及商品的防盗和跟踪有了极大改进。
7、数字医疗
以RFID为代表的自动识别技术可以帮助实现对病人不问断地监控、会诊和共享医疗记录,以及对医 疗器械的追踪等。而物联网将这种服务扩展至全世界范围。RFID技术与信息系统(HIS)及药品物流系统的融合,是医疗信息化的必然趋势。
8、防入侵系统
通过成千上万个覆盖地面、栅栏和低空探测的传感节点,防止入侵者的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性 入侵。上海机场和上海世界博览会已成功采用了该技术。
据预测,到2035年前后。中国的物联网终端将达到数千亿个。随着物联网的应用普及,形成我国的物联 网标准规范和核心技术,成为业界发展的重要举措。解决好信息安全技术,是物联网发展面临的迫切问题。
根据我的预测未来物联网的市场潜力非常巨大,现在各大公司巨头也已经开始布局物联网市场了,所以掌握物联网核心技术是非常有益的!!物联网的日益普及给人们带来了诸多便利,但随着大量的物联网应用落地随之也带来了很多安全风险。
提起物联网设备,我们就能想到智能化,智慧城市,智慧家居,智慧医疗,智慧养殖等等,都给生活带来了便利,但是物联网设备也有一个极其引人担心的一个问题,就是安全问题。当一切都智能后,伴随的危机风险将更大。安全漏洞一旦遭受到恶意攻击,会引发严重问题,导致一系列设备都罢工宕机。
物联网安全与之紧密联系的就是物联网设备的支出和回报问题,这是个永恒的议题。
使用物联网设备带来的优势是不言而喻的,它在无形中简化了很多业务以及人工成本,从采集数据到数据分析再到价值挖掘和提高运营效率,作用是巨大的。但是同时也存在着风险,就是物联网的安全漏洞,对于很多企业来说,使用物联网设备都有一定的担忧,也造成了物联网应用落地化并没有特别快速的普及。
出现这种冷热交替化的情况原因就很简单了,企业一方面想要拥抱物联网,走上风口,另一方面就是新的东西出来,就总不是那么成熟,有一些时间需要走,物联网攻击事件也有爆出。其实只要有了安全意识,做长期的潜在回报准备,在物联网实施过程中,从一开始就应该注重安全性,并将其作为规划布局中的关键任务之一。从初始阶段就在系统中加入安全设计,比在开发周期接近尾声时或者在漏洞已经出现或公开之后再采取措施,更加经济有效。
此外,物联网安全,挑战无处不在物联网的迅速增长和商用普及,导致物联网市场出现碎片化困局,缺乏明确、统一的标准。而定义物联网设备的标准和架构,要通过数十项持续、不同的举措来进行,企业自然会疲于应对眼前出现的挑战。设备管理,用户管理,数据传输管理,数据管理。
1,设备管理:设备管理顾名思义就是定义设备相关信息,如设备类型、设备属性等。注:定义设备的类型,一般由设备的制造商来定义,一种设备类型最重要的是关联到一套独有的数据解析方法,数据的存储方法,已经设备规格等数据,也只有设备的制造商才可以编辑有关设备类型的数据,而设备的使用者只能浏览设备类型的相关信息。
2,组织管理:在物联网卡平台中,所有的设备、用户、数据都是基于组织的管理的。用户管理:用户是基于一个组织下的人员构成,每个组织下面都有管理员角色,管理员可以为其服务的组织添加不同的用户,并分配每个用户不同的权限。注:一个用户也可以属于多个不同的组织,并且扮演不同的组织。
3,数据传输管理,定义针对一类型设备的数据传输协议,基本格式是:每一个设备都有唯一的序列号,但没有固定格式(因为每个制造商有自己的编码格式);命令码一般采用2位数字编码00~99;而数据部分是此条报文,所包含的数据部分,每个协议可以定义不同的解析方式,比如服务器在收到数据包后,会根据预先定义好的解析方式解析数据字段,并按照规则存储。
4,(1)权限管理,数据的权限是至关重要的。(2)大数据,物联网数据是一个海量的数据,我们可以根据这些数据来实现数据的可视化分析。(3)数据的导出,用户可以导出数据到本地做分析。
通过上述介绍我们知道,物联网卡管理平台由设备管理、用户管理、数据传输管理与数据管理四个板块构成,各个板块负责各,自数据查询、管理,通过网络系统与通信技术的彼此连接共同组建物联网卡平台系统,实现数据的即时连接查询。我们表示,物联网卡管理平台的出现是物联网技术发展到一定阶段的必然产物,也是物联网卡得以批量连接硬件设备的基础,通过物联网卡管理平台管理物联卡,对物联网卡发展趋势大有裨益。1我国城市生命线工程安全运维管理现状
为了保障城市生命线工程安全运行,我国部分城市相关部门采取了一定的监控措施。以上海为例,为了有效减少爆管或是漏水情况,上海浦东威立雅自来水公司在所辖部分区域水管内安装了流量仪;为了确保用电安全,上海电力建立了远程监控预警系统;为确保生命线工程的安全,上海市由国土资源管理部门和轨道交通企业合作建设了全球首个地面沉降监测网络——上海市轨道交通沉降基准网。
由于现有煤气、自来水地下管道、供电和通信线路等部分设施老化,加上违章施工和使用不当及偷盗、人为破坏等问题,造成煤气泄漏燃爆和大口径水管爆裂、通信供电线路中断等事故时有发生。城市生命线工程安全运维管理还存在一些薄弱环节,城市公共安全风险和隐患日益增多,原因主要有:
1)城市生命线工程相关的管理部门众多,运行监测信息获取、公共安全风险和隐患监测等无法在一个平台上统一管理;
2)各部门独立的管理平台系统往往互不相通、自成体系,形成信息孤岛,导致信息和资源无法共享;
3)突发事件应急指挥技术支撑系统的智能分析和辅助决策水平亟需进一步提高。因此,作为智慧城市以及城市公共安全的重要组成部分,城市生命线工程的安全保障要依靠预防加控制,必须采取有效的监控和预警。
2物联网和bim技术在城市建筑安全生命线运维管理中的适用性
从国内外研究现状来看,城市生命线工程的研究主要集中在地震震害分析、风险评估、应急管理等方面。1991年美国麻省理工的Kevin教授首次提出物联网(TheInternetofThings)的概念,是指将利用RFID等传感技术随时随地获取物体的信息,然后通过各种网络与互联网的融合,将信息实时准确地传递出去,最后利用云计算、模糊识别等智能计算技术,对海量数据信息进行分析和处理,从而对物体实施智能化控制。
近年来,国内外陆续开展了物联网在供热、供气和供水等方面的应用研究,并在此基础上将物联网与GIS相结合,提出基于物联网和GIS的基础设施管理系统。目前关于城市生命线工程方面的研究主要存在以下问题:
1)将物联网技术单独应用在某一类生命线工程中,尚无建立统一的运维应急管理框架以及各部门间的协同响应机制;
2)物联网与三维GIS的融合从一定程度上解决了运维阶段发生事故时管道线路的定位问题,在利用三维动态模拟不同管线之间以及管线与建筑物之间的具体关系和影响问题时,必须将设计施工等信息录入模型,需大量的手动输入,造成数据信息丢失严重。
建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)的出现不仅可整合城市生命线工程的图形化及非图形化资料,提供虚拟实境模型,并纳入流程的观念,降低规划、设计、施工、运维各阶段转移工程资料的信息遗漏问题。国际标准组织于2006年提出了CGB(CAD-GIS-BIM)架构,并制定相关技术标准以达到整合宏观与微观空间信息,并进行交换与交互 *** 作,提供城市数字化、救灾等相关应用。
事实上,BIM是三维GIS发展的新趋势,是一种应用于工程设计、建造、运行和维护管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项目所具有的真实信息,并在项目全生命周期过程中为各方主体提供信息协同、共享和传递,具有可视性、可模拟性等特点。BIM是物联网应用的基础数据模型,而物联网作为互联网的有效延伸,包含并兼容了互联网所有的应用和资源。城市生命线工程运维安全管理以其多领域、多主体、多目标等特征,成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台,是实现智慧城市的重要发展方向,如图1所示。
3基于物联网和BIM的城市建筑安全生命线运维管控平台设计
31设计目标
本系统采用以公共安全科技为核心,以物联网、bim技术为支撑,以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线,软硬件相结合,通过对城市生命线工程的实时动态监控,旨在突发事件应急管理等提供科学决策的技术平台。生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库,实现统一化管理,最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据,技术体系如图1所示。
陈兴海,等•基于物联网和BIM的建筑安全运维管理应用研究本系统按照城市生命线工程建设与运行信息的采集、传输、分析和应用(简称“感、传、知、用”)四个环节展开,以标准规范与运行管理、信息安全为保障,分为感知、网络和应用三个层面,确保各单位相关数据互联互通和资源共享,如图2所示。其中,感知层主要利用射频识别等感知设备,即把传感器分别安装到生命线工程及相邻建筑物的关键部位,实时获取位置距离、力学性能、运行参数等感知信息;网络层主要通过各类相关网络,特别是有线宽带和无线宽带专网的建设和应用,对感知信息进行安全可靠传输;应用层主要是运用云计算、云存储等技术,对获取的物联网信息进行共享整合、智能分析和处理控制,通过有效的运行管理模式,服务城市统一应急管理科学决策。
32系统主要功能
模块根据生命线工程监测预警与应急管理系统的特征和目标,并结合供水、供气管道、电力、通讯线路,桥梁结构监测等类型分析,城市生命线工程安全运维管控平台系统应包括工程信息共享平台、监测数据管理、三维模拟与漫游、健康诊断与安全评估与应急预警管理的五大功能模块。
33技术架构
331工程信息共享平台通过制订相关标准,在设计施工阶段形成BIM的基础上,开展城市生命线工程相关各单位物联网感知设备和管理对象的编码服务,收录生命线工程的基本信息,包括工程名称、地理位置、项目规模、建造日期、主要设备材料信息、参建单位相关资料,以及动态监测测点布置、传感器类型、参数设定等内容。
332监测数据管理系统能够通过传感器实时采集工程结构健康安全数据信息,利用网络将获取的信息传输到BIM数据库中进行位置定位,然后存储在云计算网络服务器中,用户可以实时共享查询所需信息。
333三维模拟与漫游系统可以根据用户的选择范围生成三维浏览图,从不同角度观察生命线工程的空间位置、相互关系等信息,通过改变参数来模拟生命线工程综合网络的变化情况。
334健康诊断与安全评估针对不同生命线工程的特点,当监控系统发现监测数据有异常情况时,通过预先设置的阀值来判断生命线工程的安全运行状况,超过设置的安全设计值将会触发调用服务器中的历史数据进行健康诊断与安全评估,并整合各单位工程的相关业务信息,实现智能分析研判,同时将分析结果存入数据库中。
335应急预警管理根据健康诊断与安全评估系统模块的研判,应急预警管理系统具有制定生命线工程的维护管理方案、启动城市联动防灾应急预案,以及提供城市防灾指挥数据支持等功能。基于物联网和BIM的城市生命线工程安全运维管控平台通过上述五大系统功能模块,全面对工程结构和管线安全运维状况开展在线动态实时监测,系统维护人员和各相关部门可以通过平台提供的客户端查询各个系统功能模块的工作状态和监测对象的实时工共享信息,协同对工程出现的异常状态做出及时科学决策。
随着经济社会的快速发展以及城市化进程的不断推进,城市公共安全风险和隐患逐步增多,作为智慧城市的重要组成部分,基于物联网的城市建筑安全生命线工程运维管理平台在城市管理中的地位也日益凸显,它能发挥不断提高城市安全运行和应急管理能力。通过本文研究,主要得到以下成果:
(1)针对城市生命线工程运维安全管理多领域、多主体、多目标等特征,成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台,是实现智慧城市的重要发展方向;
(2)采用以公共安全科技为核心,以物联网、BIM技术为支撑,以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线,软硬件相结合,通过生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库,实现统一化管理,最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据;
(3)根据生命线工程监测预警与应急管理系统的特征和目标,并结合供水、供气管道、电力、通讯线路,桥梁结构监测等类型分析,提出了城市生命线工程安全运维管控平台系统五大功能模块的技术架构。
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