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治霾需要的是物联网 3.0综合支撑

2014-07-30 作者:耿军 出处: 比特网 责编:耿军
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   作为一个北京城的老住户,雾霾和水污染成了近几年我最糟心的两件事儿。终于在去年,北京开始有了空气清洁行动计划,并提出2017年将把PM2.5的含量降到60的目标。另外,北京市财政局近日也进一步明确,未来5年将投入近500亿治理雾霾。

  然而面对这些确之凿凿的数字,我从心里还是不免疑问:这些降霾目标是如何计算出来的?它们真能按期实现吗?治霾背后的支撑技术又有哪些呢?

  有没有谁能给我一个答案?近日,在IBM与北京市政府达成合作协议之后,借着走进IBM中国研究院创新解决方案中心的机会,我和最前沿的研究员和工程师展开面对面沟通,一探治霾背后的庞大工程和技术力量。

  治霾涉及新能源预测和企业节能减排等综合方案

  “治理雾霾是一个系统性的问题,需要从能源和环境等不同的维度的共同作用来解决。”前沿人员看到的场景果然全面。“首先,它涉及到如何更好地利用更多的可再生能源、减少本地火电一系列能源;其次,它还涉及到企业如何更好地利用能源做节能减排;之后,对整个社会来讲,涉及的是如何能够用更好的技术帮助社会做空气的污染防治。”

  水电、风电和太阳能都是传统意义上的可再生能源,也是实现绿色能源的一个很重要的能源来源。但可再生能源天然的不足之处在于,它们会受到外界的影响、是极其不稳定的。比如,水电受制于来水和降雨的影响,风也会突然大、突然小,光能的话,有时候会晴天有时候阴天,有时一片云挡住太阳,也会影响光的发电等等。

  对于整个能源的利用来讲,发电不稳定性就造成了电网运行控制的不稳定性。而如果能够提高气象、天气的预测精度的话,将使城市整个控制中心确切地知道在未来的一段时间内可再生能源将会有什么样的变化。

  IBM现场介绍了他们做的气象模型,并演示了一系列核心的对于气象、天气预测的能力,包括仿真分析空气污染的扩散、预测等等一系列的基础技术。可以看到,这些技术能够对大气的环流、对风和空气的流动,进行从大尺度到小尺度的一种混合的高精度的预测。系统可以提供各个区域的风速、风向,移动的方式,从广义的整个区域级的到城市级的,再从城市级到一公里级别的分辨率的预测。

  另外,科学家们也能通过对单个风机的发电进行预测,来实现对整个风电场的总体做出的预测。因为不同风机在不同的位置都会受到地形条件的影响,受到前后“尾流效应”的影响,因此它的发电是有偏差的。现在,已经可以通过对尾流、湍流的建模完成对单个风机不同尺度的预测。然后,再把这些单个风机的预测结果进行累加,就可以得到整个风电场的预测。

  物联网3.0在背后的支撑作用

  这一系列的气象、天气预测背后,具体会用到哪些IT技术呢?

  在风光预测方面,需要针对整个风场进行了短期预测和超短期预测。其中短期预测是指对未来48个小时进行的预测,这样可以使电网的运行人员能够提早得出第二天火电机组的发电计划、人员维护计划及机组安排计划等等。超短期预测则是从现在起的4个小时内预测,这使一些控制设备能够及时有效地进行响应。这背后用到了IBM高性能计算和大数据分析的能力。

  相对来说,光伏发电预测用到IT技术有一点不同的地方,即云成像技术。这种技术通过拍摄当地整个天空的影像,然后进行先进技术来分析。比如,首先分析出来哪一片是云。识别出云以后,还要识别出云的走向,是朝哪边移动的,会不会遮挡住太阳等。在分析云的走向背后就包括了图象识别的能力、运动轨迹的分析能力等等。通过这种技术就可以进行很高精度的太阳辐照的预报,再在结合基于大数据的对光伏板的运行条件的分析,就可以进行高精度的光伏发电预报了。

  当然,要综合做到更高精准的新能源预测、更有效的企业能源管理和节能减排,以及去做空气质量、空气污染的预报等,就要涉及如何把采集来的海量数据,以及从气象卫星传来的气象数据,做实时的数据处理和分析优化,这中间将涉及物联网技术、云计算技术、数据分析等多个关键的IT技术。

  而物联网技术与云计算、大数据技术非常紧密的结合,是物联网进入3.0时代一个很重要的标志。IBM研究人员认为,一方面,通过把物联网数据管理分析,包括物联网的设备安全等等相关的支撑技术,通过云的方式来进行交付,使得物联网的用户可以比较关注自己的应用需求,能非常方便地利用云上已有的服务,包括传感设备连接管理、传感数据管理和分析等等,以及利用云上已有的硬件、软件的资源,很快地来响应业务的需求。

  另一方面,通过物联网与行业知识、领域的知识和对物理世界行为模型理解的紧密结合,不仅仅是收集到一些数据,更重要的是能够从这些数据中间找到非常有用的信息。在传统的数据管理里,更多的是应用统计模型,根据很多历史的数据统计分析出来一个模型。而在物联网里,更需要了解物理世界的运行规律是什么样的,建立物理模型,进行物理模型分析,结合对相应领域的了解,共同解决问题。

  后记

  雾霾中的中国何去何从?每个人、每个地方政府,乃至每一家有着社会责任感的企业,都在思考。希望通过这篇文章描述的治理模式和整治技术能给大家以有益的启示。最后引用国务院参事徐锭明在“第三届中国能源经济论坛”上说的话来结束此文,他说: “要治理雾霾,没有能源革命、没有能源改革,是解决不了的。新一轮能源革命将塑造新的工业体系、军事体系和金融体系,新的能源革命将改变我们的生活方式、人际关系。”

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