1.前言
多年来，在无线通信技术方面，一直比较注重 WLAN物联网技术的研究，这可以理解为一种以Wi- Fi、蓝牙、ZigBee、Z-wave等技术为代表的覆盖范围较小的物联网。而随着科学技术的进步，低功耗广域网(LPWAN)技术逐渐出现在人们的视野当中，例如:NB-loT、LoRa、Sigfox、eMTC。窄带物联网(Narrow Band Internet of Things NB-loT)因其具有覆盖广、功耗低、大连接、低成本等特点，已从众多技术中脱颖而出。其在应对多种复杂多变、需求特殊的场所中具有显著的技术优势和应用价值。
2.传统园区的智能化建设情况
根据GB50314-2015《智能建筑设计标准》中规定，智能化系统工程的设计要素一般包括公共安全系统、信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管传统宽区智理系统、智能化集成系统、机房工程等。
而在传统园区的智能化建设中，其智能化系统工程建设往往包含如图1所示的子系统。并且根据项目应用需求，进行延伸性系统功能配置。这些智能化子系统的建设往往采用WLAN网络 RS485总线、CAN总线、RS-232协议等技术方式进行组网，系统在灵活性、扩展性、功能性等方面还有进一步提升和优化的空间。
图1 传统园区智能化系统配置示意图
3.园区智慧化建设的痛点分析
笔者在多年从事大型园区设计中发现，建设方除了园区安防、信息通讯、机电管理等基本智能化建设要求外，往往在园区信息化应用、智慧化管理、智慧指挥调度、人机交互应用等方面提出更多、更高的要求，希望通过园区智慧化建设，将项目建设成具有融合、智慧、创新、绿色的现代化园区。为园区的招商引资、经营服务、经济创收、树立典范提供新的动力。
图2 园区智慧化建设痛点及解决方案分析图
图2所示恰恰是现代园区在建设、管理和应用需求的痛点，也是智能化从业者需要不断发掘和解决的问题。
4.NB-loT的背景与特点分析
NB-loT作为物联网的一个重要分支，其构建于蜂窝网络，是loT领域一种新兴的技术。它可支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被称作低功耗广域网(LPWAN)，具有覆盖广、功耗低、大连接、低成本等特点，可直接部署于WLAN、GSM、UMTS TD-LTE网络，具备强大的部署灵活性和扩展性。
表1 NB-IOT的应用场景及应用领域
(1)广覆盖:NB-loT覆盖能力可达164dB，比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益，可覆盖到建筑单体、地下室、地下管道等信号难以到达的地方。
(2)低功耗:NB-loT仅需约180kHz的带宽，并采用更简化的通信协议，大幅度提升终端的待机时间，待机时间可达3年以上。
(3)大连接:每个小区可以支持5万个以上的终端，可轻松解决区域性物联用量需求。
(4)低成本:近年来我国NB-loT模组价格大幅下降，2020年天翼电信终端有限公司江苏分公司NB-loT模组集中采购结果显示，最低中标价格为13.47元，NB-loT模组进入20元时代，与 GSM模组持平。
5NB-loT的应用场景列举
目前NB-loT应用主要集中在ToB场景的垂直行业，比如公共设施、环境保护、交通运输等行业。
随着NB-loT网络升级和覆盖水平提高，NB-loT终端产品将不断向C端市场扩展，实现更广泛的场景应用，如表1所示。
6.现代园区中NB-loT的应用
下文将针对现代园区的功能需求和应用特点，着重阐述几项NB-loT的应用。
6.1NB-IoT智能停车
随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，汽车保有量持续增长，“停车难”在各个场所时常发生。在大型园区中，通过建设高效合理的室外路侧停车系统(图3)，提高停车周转率，是提高园区交通通行效率和提升便民服务品质的重要手段。
应用方式如下:
(1)在路侧停车位下方安装NB-loT地磁车位探测器和车位指示灯。利用地磁车位探测器对车位占用状态进行采集。
(2)在每个停车区域的过道安装一对摄像头，用于识别车辆号码，感知每辆车的位置。当车辆进入停车区域后，通过诱导屏信息自行寻找停车位。当车辆进入每个分区的必经路口时，设置在该路口的摄像头会拍摄进入该分区的车辆号牌信息，然后将这些数据信息发送至停车管理系统，用于车辆的基本分区定位功能。
图3 NB-IOT智能停车
(3)通过APP+云平台，提供车位预约、线上支付、车位监视等服务。
(4)通过安装短距通信设备(如RFID，BLE)，使用APP进行停车路线导航。
6.2NB-IoT智慧路灯
路灯管理的建设是智慧园区的一个重要组成部分。以往在路灯管理方面，通常依靠人力开关、巡检和维护，存在节能效果差、运维响应不及时、智能化水平低等弊端。
采用基于NB-loT技术的智慧路灯系统，通过在每个路灯上装载NB-oT模组，利用通信运营商的NB- loT网络，与园区管理平台融合，实现对每个路灯/回路的开关控制、亮度检测、自动控制调节、运行状态监测、能效分析评估等功能，如图4所示。
图4 NB-IOT智慧路灯
具体功能如下:
(1)支持多种灯光控制策略模式。例如全亮、全灭、分段开关、隔杆开关。
(2)支持根据环境光照参数自动调节路灯亮度降低能耗。
(3)支持用电安全保护。具备短路、断电保护功能。
(4)支持故障报警侦测功能。利用GPS定位，可精准确定故障路灯所在位置。
(5)支持实时路灯状态监测功能。采集路灯的电压、电流、功率、耗电量等数据。
(6)支持多样化管理应用。可通过园区综合管理平台、PC客户端、手机APP端、小程序实时监控路灯信息，查看历史数据和分析报告，随时操作管理。
6.3NB-loT智能井盖
在园区建设中产生大量的监测井、过线井，但因其数量多、布局分散、环境复杂、产权多样，缺乏有效的监控和管理手段(人工巡查)，养护效率低下。各地频繁出现井盖丢失，“吃人井盖”、伤人事故、火灾、溢水、有毒气体泄露事故时有发生，威胁路人和行车的安全。
采用基于NB-loT技术的智能井盖系统，通过在每个井盖下装载NB-loT模组，利用通信运营商的NB- loT网络，与园区管理平台融合，实现对井盖丢失、移位倾斜、井内溢水、井内有毒气体泄漏进行实时侦测，如图5所示。
图5 NB-IOT智能井盖
具体功能如下:
(1)倾斜角及加速度传感器:当井盖被打开(产生15”以上倾角可设置)以及发生位移(有加速度产生)能及时发送报警信息至平台和责任人手机APP。
(2)多功能探测器:水位超限、火灾、环境温度、有毒气体检测(如CH4、CO、H2S等)，超限发出预警信息。
(3)多样化监控管理方式:园区综合管理平台、PC客户端、手机APP端、小程序实时监测告警。
(4)养护历史数据和分析报告。
6.4 NB-loT环境监测
现代园区通常配套有大面积的室外空间，如广场、景观绿化、水系、湖泊等。对于园区的环境监测与管理也是园区管理的一个重要的部分。
通过NB-loT技术，可实现园区的微气象监测、绿化景观土壤监测、水系水位监测等功能。
(1)NB-loT微气象监测器:支持设置温度、湿度、气压、风速、风向、PM2.5/PM10、噪声等数据的阈值，当测量值超过或低于阈值时自动报警;定时采样各类数据并上报;支持远程设置采样和上报周期。
(2)NB-loT土壤温湿度传感器:应用于室外土壤温度、水分、导电率、PH以及氮磷钾测量，采集的土壤数据实时上传云平台，在平台上实时生成数据报表。
(3)NB-loT雷达水位探测器:用于监测水系、湖泊水位。接收实时采集信息，对数据进行合理性检查、分析处理，建立实时数据库，实现预警、信息发告、水位/雨量多种查询统计，生成日报、月报、年报及相应的变化趋势曲线。
6.5 NB-loT智慧消防
消防是园区及建筑重要的防护系统，传统的消防产品存在场景复杂、布线困难、管理不便等难题。采用NB-loT技术实现的园区智慧消防可协助传统消防火灾报警和自动灭火系统，实现对园区及建筑的火灾防护，如图6所示。
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图6 NB-IOT智慧消防
(1)NB-loT智能消火栓:通过微动监测装置和压力传感器，实现消防栓动态信号的实时采集，变被动救火为主动预防。以物联网技术为基础的监控及数据采集系统对所有消火栓进行实时远程遥测，通过监控中心对各类数据进行监控，对异常情况自动预警报告，杜绝非法破坏拆除消火栓、盗用消防用水、水压异常等问题，防范无水可用。管道压力监测实时监控管道水压压力，并以数值形式上报平台显示，管道欠压或无压力时报警。
(2)NB-loT高位消防水压监测:应用于消防高位水管无线水压监测。支持即时压力报警;支持设置高低压报警阈值;支持远程设置采样和上报周期;定时采样压力数据并上报平台系统。
(3)NB-IoT消防烟雾探测器:当烟雾浓度达到规定的数值后，通过NB-loT模块将报警信息发送至园区综合管理平台，从而达到远程报警以及触发等一些列设定的动作。
6.6NB-IoT能耗计量
在能源管理领域，从传统人工抄表，到GPRS网络抄表，再到NB-loT远程抄表，NB-loT能量表以信号覆盖能力强、低功耗和低成本的明显优势，正在逐步替代传统能量表具走入千家万户。NB-loT能耗计量如图所示。
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图7 NB-IOT能耗计量
(1)海量接入
1)NB-loT广覆盖及接入能力，为能耗计量系统提供比GPRS更高效的网络支持。
2)统一协议，使多种设备海量接入成为可能。
(2)快速部署
1)统一的底层数据协议，省去了大量解析对接工作。
2)仪表不用RS485布线，一台设备即可连接上网。
3)通过网关，传统仪表也能快速接入NB-loT网络。
(3)统一开放平台
1)运营商统一的数据开放平台，解决各家平台数据格式不一致、应用服务不方便的难题。
2)第三方应用开放接入，提供多样化解决方案。
(4)低成本安装
1)仪表直传平台，省去网关、采集器等网络层设备。
2)NB-loT无线连接，网络配置简单，省去485布线及产生的时间成本。
6.7NB-loT智能垃圾桶
智能垃圾桶嵌入NB-loT模块，通过NB-loT模块通讯实时传输信息到园区管理平台，实时进行数据分析，满载的垃圾箱将自动发出警报提醒回收清理，并自动形成决策图表，提高环卫部门的清运效率。
(1)采用超声波探头用于垃圾箱满空状态检测。
(2)定时检测垃圾桶的满空状态并上报。
(3)支持设置报警阈值，当测量值超过阈值时自动报警。
(4)支持远程设置采样和上报周期。
6.8 NB-loT可穿戴设备
在NB-loT可穿戴设备中，可用于老人、小孩和宠物的行踪管理。例如三星公司推出的Connect Tag防丢配件，是全球第一款基于NB-loT的消费级移动终端，它可以通过GPS、Wi-Fi、NB-loT上传数据，实时确定老人和孩子的行踪，也可以用于宠物的项圈上。
以上只是枚举了部分NB-loT在园区中的应用，它还可以衍生出如资产管理、货物追踪、自动导航、工业自动化、流程监控等方面更为广泛的应用场景。
7 NB-loT智慧园区全场景可视化综合管控平台
建设基于NB-loT的智慧园区全场景可视化综合管理平台，将融合园区智能化系统、智慧化装备、物联网系统，实现现代园区的智慧化、多元化应用，如图8所示。
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图8 智慧园区全场景可视化展示平台诗意图
(1)园区管控体系动态可视化，风险人群的智能识别、智能安防以及与园区建筑设备监控管理系统的智能联动。
(2)具有位置态势自定位、信息深度自感知、智慧优化自决策、精准调度自执行、异常状态自适应等功能的空天地水一体化全场景智慧园区综合管理平台。
(3)满足园区中央集控、展示的可视化应用平台。
(4)与城市管理、社会治理等相关平台的融合应用。
8 结束语
本文旨在分析传统园区的智能化建设情况和存在痛点，并通过研究窄带物联网技术(NB-loT)的技术特点，简要阐述NB-loT在现代园区中的应用。相信在政府、运营商和科研机构的大力推动下，随着NB-loT模组价格的下降，必然会衍生出更多的应用场景，为建设智慧园区、智慧城市，改变人们生活做出贡献。
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