張公忠，中國建筑業(yè)協(xié)會智能建筑專業(yè)委員會專家工作組副主任、清華大學計算機科學與技術(shù)系教授。80～90年代期間主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用的研發(fā)工作，負責承擔了該領(lǐng)域若干項國家級重大科技攻關(guān)項目的研制任務(wù)，曾獲得國家科技進步獎一項和多個部委級科技進步獎，并榮獲國務(wù)院三委一部聯(lián)合表揚獎。90年代中期至今，一直參與智能建筑領(lǐng)域的工作，其中包括國家大劇院、中華世紀壇、中關(guān)村西區(qū)、奧運場館、多個航站樓等國內(nèi)重大建筑智能建筑化工程的設(shè)計、評審、驗收和咨詢工作。并參與了智能建筑行業(yè)的若干個重要標準、規(guī)范、導則等的制定和評審工作。30年來，曾發(fā)表重要論文數(shù)十篇，作為主編正式出版的著近20部。
中國將近四億個家庭，近十年來，隨著最大規(guī)模的城市數(shù)字化建設(shè)，全球最大規(guī)模的住宅建設(shè)市場發(fā)生在中國。隨著國內(nèi)住宅建設(shè)的發(fā)展，智能社區(qū)和智能家居的市場急劇發(fā)展，可以認為，全球最大的智能社區(qū)和智能家居市場也在中國出現(xiàn)。
近幾年來，國內(nèi)中產(chǎn)及中產(chǎn)以上階層的人數(shù)迅速增長，人們越來越追求安全、舒適、便捷、綠色的高質(zhì)量生活和工作環(huán)境。同時，信息通信、傳感控制技術(shù)急劇發(fā)展，也提供了高質(zhì)、價廉的社區(qū)和家居智能化產(chǎn)品和系統(tǒng)。
隨著智能社區(qū)和家居行業(yè)的逐步規(guī)范化，國內(nèi)已經(jīng)形成相當規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈。目前國內(nèi)已存在多個有關(guān)智能家居的產(chǎn)業(yè)集團，以及百余家自主產(chǎn)品供應(yīng)商和300余家系統(tǒng)集成商。眾多外國的產(chǎn)品也紛紛登陸中國，提供了技術(shù)先進、高端的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，在中國龐大的家居市場中取得了一定的份額。
國家“十二五”規(guī)劃中，要大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用鎖定智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境與安全檢測、工業(yè)與自動化控制、醫(yī)療健康、精細農(nóng)牧業(yè)、金融與服務(wù)業(yè)和國防軍事十大應(yīng)用領(lǐng)域。
智能社區(qū)是數(shù)字城市，或目前正在發(fā)展的智慧城市涉及生活的最基本的單元。可以認為，智能社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在未來國家發(fā)展的歷程中，特別是在建設(shè)智慧城市的大潮中會獲得大好的市場機遇。
1智能社區(qū)組成、功能和技術(shù)特征
1.1智能社區(qū)組成
一個社區(qū)中一般存在著數(shù)百上千個家居單元，并包括了居民活動和社區(qū)管理的公共區(qū)域。在家居單元中，從20年前的電燈、電話、電視、普通家電等一般設(shè)備發(fā)展到現(xiàn)在的三防（防火、防盜、防燃氣泄漏）、三電（信息家電、生活家電、娛樂家電）、節(jié)能環(huán)保、居家保健護理、遠程監(jiān)控等設(shè)施。
公共區(qū)域中包括了公共場、會、所；也包括了安防、消防、供水、供配電、供暖、空調(diào)等公共設(shè)備；還包括了停車場、綠化、環(huán)保、醫(yī)療保健等公共設(shè)施；物業(yè)管理、業(yè)主管委會、社區(qū)服務(wù)等也是必要的機構(gòu)或功能。智能社區(qū)的組成如圖1所示。包括智能家居（家庭智能化）、公共區(qū)域智能化兩部分，其中智能家居是智能社區(qū)的核心。
公共區(qū)域智能化
在一個智能社區(qū)中存在成百上千個獨立的智能家居，根據(jù)不同住宅類型或住戶的個性需求，配置有所差異。對于公共區(qū)域智能化，眾多的智能化子系統(tǒng)需要集成到一個智能化集成平臺上進行綜合的管理和監(jiān)控，構(gòu)成公共區(qū)域智能化集成系統(tǒng)。
在整個智能社區(qū)中，TCP/IP以太網(wǎng)是信息的骨干網(wǎng)；電話網(wǎng)與電視網(wǎng)分別連接社區(qū)中的電話和電視終端；互聯(lián)網(wǎng)一般由以太網(wǎng)（或電視網(wǎng)或電話網(wǎng)）接入；移動互聯(lián)網(wǎng)則直接與3G移動終端連接。
1.2智能社區(qū)的類型和分檔
住區(qū)類型一般包括普通住區(qū)/中高檔住宅樓/聯(lián)體別墅/低密度別墅四種類型。不同的住區(qū)類型,對于智能化的需求是有區(qū)別的，例如普通住宅與豪華的低密度別墅的需求差別就較大，因此滿足需求所配置的功能必須要分檔，功能的差別也涉及智能化設(shè)備投資的大小。智能社區(qū)分檔(按功能)，目前在行業(yè)中有兩種常用的分檔方式：一種是按一星級/二星級/三星級分檔（見《居住小區(qū)智能化系統(tǒng)建設(shè)要點與技術(shù)導則2003》，《數(shù)字社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用導則（討論稿）2011》）；另一種是按普及型/提高型/增強型/超前型分檔（見《居住區(qū)數(shù)字系統(tǒng)測評標準(報批稿)2011》）。
1.3智能家居功能（按最高檔）
最高檔功能包括安全、綠色（節(jié)能與環(huán)保）、保健、家電四大部分。具體的功能有室溫自動感應(yīng)控制、人體特征感應(yīng)控制、室內(nèi)空氣質(zhì)量探測自動控制、緊急事件（盜、火、燃氣泄漏、病危等）報警、視頻監(jiān)控、燈光/窗簾智能控制、家電智能控制、可視對講室內(nèi)終端、電視/電話/互聯(lián)網(wǎng)終端等。
1.4智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
不同檔次的智能家居，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有所區(qū)別的，最高檔的智能家居必須具有家居智能控制器。
家居智能控制器是智能家居的核心設(shè)備，每個住宅單獨配置，它連接了家居網(wǎng)，家居網(wǎng)由住宅中有線或無線的短距離通信網(wǎng)絡(luò)組成。家居智能控制器通過家居網(wǎng)對安全、綠色、保健和家電四部分有關(guān)的設(shè)備進行管理、監(jiān)控，并采集設(shè)備的數(shù)據(jù)以及感知設(shè)備的異常信息（例報警）。家居智能控制器又直接連接社區(qū)中以太網(wǎng)，并通過以太網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，以便每個家居與物業(yè)管理或遠程主管部門溝通，并享受社區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用服務(wù)。住戶通過監(jiān)控屏以手動（或遙控器）對連接家居網(wǎng)上的設(shè)備進行管理和監(jiān)控。遠程住戶可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)了解自己家居中的狀況，并監(jiān)控一些設(shè)備。至于家居中一般的電視和電話終端，若無特殊功能要求，則直接經(jīng)家居接線盒分別連接公共電視網(wǎng)和電話網(wǎng)。
1.5公共區(qū)域智能化功能（按最高檔）
最高檔功能包括安全、綠色(節(jié)能與環(huán)保)、設(shè)備管理、物業(yè)管理、應(yīng)用服務(wù)五大部分，具體功能有一卡通、可視對講、防盜、火災(zāi)報警、周界入侵防范、公共廣播、遠傳表、建筑設(shè)備管理、VOD點播、公共照明控制、停車場管理、環(huán)境監(jiān)測、景觀控制、物業(yè)管理、社區(qū)應(yīng)用服務(wù)等。
1.6公共區(qū)域智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于智能社區(qū)的公共區(qū)域智能化的功能多而繁雜，每一項功能一般對應(yīng)一個子系統(tǒng)，絕大部分子系統(tǒng)要進行管理和監(jiān)控，因此需要配置一個智能化集成平臺，構(gòu)成公共區(qū)域智能化集成系統(tǒng)，對集成的子系統(tǒng)進行綜合的管理和監(jiān)控。
傳統(tǒng)的公共區(qū)域智能化集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。該集成系統(tǒng)由TCP/IP以太網(wǎng)支撐，主要包括管理層、控制層和設(shè)備層三個層次。子系統(tǒng)常用的集成方式如下所述：像建筑設(shè)備（包括空調(diào)、供配電、電梯、給排水等）一類子系統(tǒng)的管理和監(jiān)控，其控制器（1-m）一般要通過現(xiàn)場控制總線或短距離網(wǎng)絡(luò)；也有一類子系統(tǒng)設(shè)備（例環(huán)保監(jiān)測、火災(zāi)報警、景觀控制等）可直接連接控制器(1-n)；有一些子系統(tǒng)（例安防、一卡通、停車場等）由其控制主機連接控制器（1-k，一般為OPC）；還有一些子系統(tǒng)可直接在TCP/IP以太網(wǎng)上運行（虛擬子系統(tǒng)）。
管理層上主要包括PC終端、服務(wù)器、存儲器、交換機、路由器以及管理軟件等軟硬件設(shè)備，對安全、綠色、設(shè)備、物業(yè)和服務(wù)五大部分所屬各個子系統(tǒng)進行綜合管理和監(jiān)控。
1.7智能社區(qū)的物聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)特征
在整個智能社區(qū)中，配置了諸多的控制器和相當數(shù)量具有傳感/執(zhí)行器的設(shè)備，在智能社區(qū)的管理和監(jiān)控中，運行了大量的傳感/控制信息，這些運行傳感/控制信息的系統(tǒng)被稱為“物聯(lián)系統(tǒng)”。因此可以認為，在智能社區(qū)中，事實上已經(jīng)存在了大量的物聯(lián)子系統(tǒng)，涉及傳感/控制信息的物聯(lián)子系統(tǒng)約占全部子系統(tǒng)的90%以上。
智能社區(qū)中涉及物件安裝（或連接）傳感器的子系統(tǒng)，有建筑設(shè)備管理：溫度/濕度/壓力/流量/功率/位置/接觸等；視頻監(jiān)控：CCD/GPS等；防盜報警：雙鑒/門磁/窗磁/震動/生物特征識別等；火災(zāi)自動報警：煙感/光感等；一卡通：RFID/接觸式智能卡/條碼識別等；智能照明：紅外/聲感等；環(huán)保監(jiān)測：CO/CO2/甲醛等。
2智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
2.1物聯(lián)網(wǎng)的核心價值與目標
近十余年來，繼互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用全面展開后，在全球三化（工業(yè)化、信息化、城市化）的推動下，有關(guān)傳感/控制系統(tǒng)的應(yīng)用迅速發(fā)展，要求其應(yīng)用和運行的環(huán)境從信息孤島走向“群”和“遠”的環(huán)境。即不僅在基層，更重要的在“群”和“遠”的應(yīng)用環(huán)境（園區(qū)、城市、全行業(yè)、全國、全球）中，實現(xiàn)傳感信息的采集和感知，傳感/控制信息的傳輸、存儲、處理和互動，傳感/控制信息的管理和監(jiān)控，傳感/控制信息的資源共享與公共服務(wù)四大方面的應(yīng)用。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用目標是:集成和融合相關(guān)“物聯(lián)行業(yè)”，近期是構(gòu)建智慧城市，遠期是智慧中國，乃至智慧地球。
2.2智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)
在智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)中，包括了感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個層次和公共技術(shù)四部分組成。
感知層體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是與一般互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用差異和擴展的技術(shù)特點，該層由兩個子層組成：“小區(qū)域傳感/控制/現(xiàn)場互動”及“具有傳感/執(zhí)行器的物件”。“小區(qū)域傳感/控制/現(xiàn)場互動”子層一般包括了工控現(xiàn)場總線和短距離有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)，“具有傳感/執(zhí)行器的物件”子層說明了傳感和被控制的物件必須具有傳感器和（或）執(zhí)行器（物件自帶或外接），物件包括了設(shè)備、設(shè)施、材料、動植物和人體等。
目前智能社區(qū)中的子系統(tǒng)，絕大部分建立在TCP/IP以太網(wǎng)平臺上，因此社區(qū)內(nèi)部各子系統(tǒng)集成，以及擴展到行業(yè)集成，乃至融入智慧城市集成提供了較為順暢的技術(shù)條件。在智能社區(qū)應(yīng)用體系架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層包括了以太網(wǎng)、wifi、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等組成的IP網(wǎng)絡(luò)平臺以及它們所支持的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議。
對于應(yīng)用層，為了適應(yīng)智能社區(qū)中所有的物聯(lián)系統(tǒng)，中間件子層是必需的。為了使得傳感/控制信息的應(yīng)用從孤島順暢地走向“群”和“遠”的環(huán)境，即不僅在孤島中集成，而且有利于行業(yè)集成，并融入智慧城市，物聯(lián)子系統(tǒng)采用WebServers的B/S訪問模式是必要的。
而公共技術(shù)則包括了信息安全、系統(tǒng)管理和標識等內(nèi)容。
2.3智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。感知層包括了家庭范圍的家居網(wǎng)及其連接的具有傳感/執(zhí)行器的家居內(nèi)的物件；內(nèi)嵌WebServer功能的家居智能控制器部分功能與互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP以太網(wǎng)組成了網(wǎng)絡(luò)層；PC終端和PC遠程終端以B/S訪問模式及其所連接的WebServers功能組成了應(yīng)用層，住戶移動終端既能B/S，也可以C/S模式訪問。
在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，核心部件是內(nèi)嵌WebServer功能的家居智能控制器，它既具有傳統(tǒng)的家居智能控制器的功能，又是一個虛擬的WebServer，還是一個虛擬的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中起到承上繼下的作用。
2.4公共區(qū)域智能化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
公共區(qū)域智能化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示，本圖實際上表示了公共區(qū)域智能化子系統(tǒng)集成的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。圖7的說明與3.3節(jié)基本類似，區(qū)別在于存在兩類內(nèi)嵌WebServer的控制器，控制器1-n所連接的感知層不需要現(xiàn)場總線或短距離網(wǎng)絡(luò)，直接連接具有傳感/執(zhí)行器的物件。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖4）中連接子系統(tǒng)主機的控制器1-k在本圖的結(jié)構(gòu)中不需要了。
2.5智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)
智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)架構(gòu)如圖8所示。其網(wǎng)絡(luò)層仍是智能社區(qū)中的TCP/IP以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和（或）移動互聯(lián)網(wǎng)。應(yīng)用的訪問模式主要是B/S。這樣的架構(gòu)有利于城市中所有的智能社區(qū)大集成，從而進一步與其他物聯(lián)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)集成構(gòu)成智慧城市。
3結(jié)束語
智能社區(qū)是未來智慧城市最后1公里/100米/10米的基層單元；也是城市中充分體現(xiàn)“以人為本”最廣泛的基層單元。智能社區(qū)包括智能家居和公共區(qū)域智能化兩部分，根據(jù)不同功能需求，可分為3-4個檔次。不論智能家居，還是公共區(qū)域智能化系統(tǒng)，事實上已經(jīng)是基于傳感/控制技術(shù)的“物聯(lián)系統(tǒng)”。
建設(shè)智慧城市為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用展現(xiàn)了龐大的市場，在我國建設(shè)智慧城市的大潮中，智能社區(qū)走向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)的步伐會越來越快。美、歐盟、日、韓等國家都宣布了智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃，可以認為，我國與他們處在同一個起跑線上。
智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)是智慧城市基礎(chǔ)單元之一，要建設(shè)智慧城市，必需首先落實智能社區(qū)和其他“物聯(lián)行業(yè)”物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展；特別要發(fā)展符合國情的自主創(chuàng)新的產(chǎn)品和系統(tǒng)。國家“十二五”規(guī)劃，“新一代信息技術(shù)”為智能社區(qū)和各個“物聯(lián)行業(yè)”可持續(xù)發(fā)展、自主創(chuàng)新、融入智慧城市提供了技術(shù)支撐。
可以展望，未來5-10年，正是智能社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智慧城市建設(shè)大發(fā)展時期。技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級和發(fā)展、市場拓展將會展現(xiàn)極大的機遇。
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