基于泛在電力物聯網技術的智慧城市建設研究

高 波，李兆澤，王兵銳，郗紀開，王希平，左仲善，李文才*

（1.河北水利電力學院，河北 滄州 061001；2.河北省高校水利自動化與信息化應用技術研發中心，河北 滄州 061001；3.河北省高校交通基礎設施數智化應用技術研發中心，河北 滄州 061001；4.內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010）

面對社會可持續發展要求，我國多個城市踐行綠色低碳循環發展模式，主動加入雙智、雙碳智慧城市建設隊列。滄州市能源消費結構近年來呈現出了清潔能源取代部分化石能源的發展趨勢，取得了十分顯著的綠色、低碳和節能發展化發展效益。因此，滄州市的智慧城市建設需要以泛在電力物聯網技術為支撐，進而實現智慧社區、智慧園區及智慧城市安全建設的目標。

1 泛在電力物聯網與智慧城市建設的內在關聯

1.1 泛在電力物聯網是智慧城市建設的重要技術

智慧城市建設中，泛在電力物聯網是重要的結構組成，智慧城市所涵蓋的公共服務領域眾多，涉及能源、交通及行政等多個方面，除了需要堅強智能電網以外，同時還需要結合應用泛在電力物聯網進而實現智慧城市的科學構建。

1.2 泛在電力物聯網是智慧城市建設的物質基礎

物質基礎支持是智慧城市建設必不可少的條件之一。而泛在電力物聯網便是這一重要的物質條件。泛在電力物聯網涵蓋4個層次，一是感知層，二是網絡層，三是平臺層，四是應用層，每一個網絡層次均與智慧城市能源服務相對應，是各項服務的承載主體。

1.3 泛在電力物聯網是智慧城市建設的關鍵樞紐平臺

智慧城市構建中，還需要以泛在電力物聯網作為關鍵樞紐平臺。其可與堅強智能電網相結合，建立1個能源整合利用及信息共享的平臺，從而為智慧城市的感知能力增強、資源共享水平強化及應用能力提升提供有力支持。

2 以泛在電力物聯網技術為支撐的智慧城市建設內容

在能源領域結合應用物聯網是泛在電力物聯網的基本內涵，是指基于電力行業，通過新型信息技術應用，有效連接電力用戶、電網企業、發電企業、電工裝備企業及相關設備，在大范圍的信息交互及信息共享基礎上，利用數字化方式實施管理，通過提升能源生產、消費及相應設備制造過程的安全性與高效性，進而基于電網企業平臺、有效利用資源優勢，驅動城市建設及經濟發展。在滄州市的智慧城市建設中，泛在電力物聯網的應用主要體現在共享、供能、用能、家居、出行和服務6個方面的智能化發展。

2.1 實現智慧共享，融合共用能源設備及城市基礎設施

滄州市的智慧城市建設中，要通過智慧共享實現，豐富路燈桿的功能作用，增加輸電塔的用途，需要擴大城市監控范圍，強化城市環境檢測水平，并使無線熱點覆蓋范圍進一步擴大。智慧共享實現過程中，需要應用到光伏技術等新型能源技術，將之結合應用于公交站、公共垃圾箱、城市路面或是公共座椅等基礎性公共設施建設之中，還可打造集變電、充換電及數據收集處理于一體的集成化站場。

2.2 實現智慧供能，構建低碳化與高效化供能體系

為解決當前滄州市能源短缺的現狀，滄州市逐步接入了多種新型能源發電網絡，如分布式發電、集中式發電等，并且需要通過可行性策略進一步提高城市能源利用效率。因而，需要以電網為支持，構建一個具備多個能源主體協同控制的網絡，實現電源、儲能及電網等各能源主體的合理協調與有效控制，并構建一個能源交換平臺，實現風能、光能、水資源、熱能和天然氣等多種能源的有效互換，進而通過多種能源優勢的互補利用，為智慧城市的構建提供充足化且多樣化的能源。

2.3 實現智慧用能，打造集智能化感知及多種能源整合利用的用能系統

智慧城市構建的過程中，需要在泛在電力物聯網支持下，在熱能、電能及天然氣等能源標準有效收集的基礎上，基于傳感設備利用，構建智慧能源建筑，并打造直流樓宇等具有代表性的智能用能形態，以此為低碳運輸、無煤生產及電氣生活等低碳節能環保目標的實現奠定基礎。同時需要加快滄州市全流域岸電設備建設步伐，為港口污染物排放量降低提供支持。還需要加快虛擬化電廠建設速度，基于市場機制制定與實施的背景下，層次化利用不同種類的能源，并發揮出能源互補效用，進而實現智慧用能。

2.4 實現智慧家居，營造綠色節能、舒適便捷的家居生活環境

滄州市應加快識別負荷類智能電表的研發推廣速度，將智慧管理系統引入到居民家中，通過用能系統應用實時監測分析與合理調控能效利用情況，以便于降低建筑耗能總量，從而減少家庭能源應用成本。同時，需要加強電能、水能、天然氣及熱能資源計量表數據查詢及繳費功能的優化方式，可在家庭中安裝能源路由器，進而打造綠色、節能的家居生活環境。

2.5 實現智慧出行，開展靈活與全覆蓋的電動汽車充電服務

打造智能車聯網平臺，在城市內廣泛建設電動汽車充電設備，通過電動汽車充電服務優化，提高居民的充電感受，增強充電服務的高效性與便利性。深入開發大功率無線充電技術、電動汽車及電網雙向互動技術，在這些新技術支持下，提升電動汽車能源供應及需求之間的平衡性，進而實現智慧出行。

2.6 實現智慧服務，建設智慧能源綜合服務平臺

在電力能源數據的基礎上，拓展能效診斷業務，為用戶提供節能改造及運行托管等服務，確保企業及個人用戶能效提升需求的有效滿足。還應設置新型服務業務，如能源審計等，以便強化城市能源資源合理配置的水平。滄州市還應積極推進電能、水資源及天然氣資源計量表的整合，基于多表合一工程推進集中采集不同的能源利用數據，進而創建集數據采集、運行維護和抄表繳費于一體的新型服務模式。

3 基于泛在電力物聯網技術的智慧城市建設路徑

3.1 科學打造智慧城市社區

智慧社區是指基于現代化科技信息技術，利用綜合管理平臺全面收集、有效整合與統一管理區域內所有地理環境、人或物的信息，進而為社區居民提供豐富的公共服務及商業服務資源。智慧城市社區的打造，充分體現了泛在電力物聯網的技術優勢，其包含多個方面的建設內容，在多方協作之下，構建一個立體化的智慧社區形式（如圖1所示）。

圖1 基于泛在電力物聯網的立體化智慧社區形式

3.1.1 引入“社區大腦”構建模式

滄州市智慧城市構建過程中，可借鑒其他城市目前所應用的“社區大腦”模式，在社區精細化管理模式中融合應用大數據，打造一個綜合性的社區管理平臺，利用此平臺實施非機動車停放管理，針對獨居老人開展生命體征監測，也可用于巡查社區街道，基于多項社區管理職能整合增強社區管理的智能性與集中性。

3.1.2 安裝配網儲能裝置

基于配網儲能裝置的安裝與應用，實現錯峰用電，即在社區用電量較低時儲備電能資源，進而在用電高峰時將儲備電能釋放出來，通過智能化用電方式引入提高社區電能資源供應能力。

3.1.3 打造智慧社區管理平臺

可打造一個集政務管理、居民信息管理和街道治理于一體的智慧社區管理平臺，在一個端口錄入居民信息后，可在整個平臺上隨時查詢與利用相關信息。同時，居民還可基于此平臺完成在線購物或繳納水費、電費和煤氣費等，通過家庭綜合服務整合增強智慧社區服務體驗。

3.1.4 推行大數據行動計劃

在智慧城市構建時，還可基于大數據技術及云存儲技術支持智能化管理公租房，或是應用門禁或智能終端APP軟件，實現智能安防，從而增強智慧社區的安全性。

3.2 合理建設智慧城市園區

城市智慧園區建設的過程中，需要以目前所掌握的信息技術及通信技術為支持，在智能終端傳感器的應用下感知園區場所，基于數據平臺分析與調控數據參數，進而實現園區內部資源有效整合，結合園區內部應用需求自動響應實現智能化管理，進而增強園區管理的科技性與現代性，確保高效與優質管理目標實現，進而構建協調管理、長效發展的立體化智慧園區。智慧園區的構建如圖2所示。

圖2 基于泛在電力物聯網的立體化智慧園區

3.2.1 構建立體能源網

在當前園區內設置的配電網基礎上融合泛在電力物聯網，并運用分布式思想設置電站，結合建設數據中心，構建一個結構更加立體的能源網絡，從而實現用電結構的合理優化，增強電網的智能化控制效果，構建一個綠色節能的智慧園區。

3.2.2 打造綜合性園區管理云平臺

在多層應用的基礎之上，圍繞智能中樞這一核心，構建一個契合園區管理的覆蓋范圍更廣的綜合性管理云平臺，在傳感器支持下全面收集與整合利用火災、安保及照明等各方面信息，24 h不間斷監控園區內部辦公區、倉儲區，進而實現高質效的園區管理。可在平臺建立下，統籌規劃與管理園區活動，并實現活動信息存儲與管理，提升園區內部信息溝通交流順暢性，增強園內管理的智能性。

3.2.3 優化管理系統功能

綜合性管理云平臺應涵蓋智慧辦公管理系統，以便于有效統一各企業的應用軟件，可順暢接入手機、Ⅰ－PAD和PC等多個智能終端。同時，物業管理系統可實時收集與監控園區出入人員及車輛的信息，實現各個企業物流信息的集中匯總與存儲，基于智能化系統強大的分析功能，對物流配送流程進行合理優化，進而節約物流成本，并實現物流配送效率的有效提升。

3.3 積極推進智慧城市安全建設

3.3.1 加強實體安全

實體安全建設方面，需要強化公共安全、加強安全及應急管理，并針對交通安全、醫療衛生安全等各個領域展開安全建設。例如，公共安全建設方面，需要在數據收集與匯總的基礎上展開智能化管理，實時、動態化地的監控交通運營狀況，監測公共衛生狀況。而應急管理過程中，則需要在終端監測措施的應用下，同步結合大數據技術，通過高效與精準的數據分析與處理，精準分析出突發性問題，并實現這些問題的自動化應對與處理。城市配電網管理過程中，也可基于無線網絡傳感技術的科學應用，在智能感知模塊支持下，全面化檢測配電網的應用安全，同時，還可實時化與全面化監測各個建筑及工業企業的用電狀況，進而通過覆蓋范圍廣泛、監督內容全面的配電服務開展，為城市居民的安全生活提供保障。基于泛在電力物聯網的城市配電網建設如圖3所示。

圖3 基于泛在電力物聯網的城市配電網建設

3.3.2 強化信息安全

除了實體安全強化之外，還需要注重于泛在電力物聯網的信息安全，要確保所有泛在電力物聯網信息收集傳送與利用所應用基礎設施的運行安全，這是由于智慧城市建設中所應用的泛在電力物聯網具有信息密度大、數據體量大且數據種類多的特征，因而數據傳送過程是否安全決定著智慧管理的最終效果。泛在電力物聯網的信息涵蓋城市信息、個人用戶信息2大類別，其中部分信息具有較高的保密要求，為防止用戶個人隱私信息或城市重要信息泄露，需要在泛在電力物聯網建設、智慧城市構建的整個過程中采取可行性的信息安全防護措施。

4 結束語

在智慧城市構建過程中，泛在電力物聯網發揮了關鍵作用，特別是在5G無線移動通信網絡誕生以后，其應用空間更為廣泛。基于泛在電力物聯網技術構建智慧城市，應從智慧共享、智能供能、智慧用能、智慧家居、智慧出行和智慧服務6個方面著手，要積極構建智慧社區、智慧園區，并加強智慧城市安全建設，通過智慧社區智能化服務優化、智慧園區企業效率提升及智慧城市建設安全提高3個方面，驅動智慧城市的優質打造。在此過程中，建設單位應與政府部門及相關企業展開順暢溝通與交流，通過建設經驗分享、行業信息交流，防止出現試驗建設重復問題。與此同時，還要將實用性提升作為建設重點，應靈活應用新技術，且要以安全建設作為重點，以便于保障泛在電力物聯網信息的傳送與利用安全，從而為安全、高效的智慧城市建設提供可靠保障。