浅谈基于NB-IoT技术的人工智能在智能建筑中的应用

常议，魏文龙，马红略，刘芮

（中建二局安装工程有限公司华南分公司）

1 NB-IOT概念及应用前景

1.1 NB-IOT概念

窄带物联网英文名称：Narrow Band Internet of Tings，简称NB-IOT，它是IoT（物联网）领域一种新兴的技术，由于它支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被称为低功耗广域网（LPWA)。简单的讲，其实它就是物联网中的网络连接技术，目前国际上主流的物联网技术标准有：NB-IOT(基于蜂窝的窄带物联网）、eMTC（增强型机器类型通信）、LoRa（基于扩频技术的超远距离无线传输方案）、sigfox。相比LoRa和sigfox的设计用于机器类型通信的私有技术，NB-IoT和eMTC已经建立了国际标准，为大规模商用创造了条件。

NB-IoT（窄带物联网的包含三个层次：感知层、网络层、应用层[1]。其整体网络架构主要分为5部分：终端、无线网侧、核心网侧（EPC）、物联网支撑平台及应用服务器。运营商依托移动蜂窝接入网络面向各类物联网终端、传感节点等提供连接接入；面向整体物联网行业提供专用接入及业务服务，包括面向各类行业的连接、数据、分析等服务。

1.2 NB-IoT特点

窄带物联网（NB-IOT）作为物联网技术标准，有如下4个特点：广覆盖，NB-IOT改善了室内覆盖效果，在同样的频段下，NB-IOT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；海量连接，NB-IOT一个扇区支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低设备成本、低设备功耗和优化网络架构；低能耗，NBIOT终端模块的待机时间可长达10年；低成本，由于NB-IoT简化了协议、射频硬件，减少了基带复杂程度，所以单个接连模块不足5美元。

1.3 NB-IOT应用前景

随着NB-IoT(窄带物联网）通信技术对网络组织构架与商业模式的调整，NB-IoT获得了长足发展。尤其是以云计算、大数据为核心的组织架构，通过扁平化操作，实现万物互联[2]。3GPP目前有3种基于蜂窝技术的LpWA标准：NB-IoT、LTE-MTC、Cat M1（LTE-M)和EC-GSM，很大程度上推动了全球移动运营商试用和部署LPWA数量的加速增长。截至2020年2月底，国内三大运营商NB-IoT连接数突破1亿，国内物联网产业发展迎来里程碑。

与其他技术相比，NB-IOT技术具有独特的优势，其不可复制的优势决定了其广泛的应用场景（见表1），包括智能家居、智慧交通、智慧工业、动物保护、智能门锁、智能水表、智慧农业等，且未来随着NB-IOT技术和配套建设持续发展，NB-IOT应用场景将持续扩大。随着国家对新基建的重视以及三大运营商全面推进5G基站建设，将带动NB-IoT发展，而5G组网快速推进加大拓展了物联网低时延、高可靠、大连接等应用场景，未来NB-IoT发展前景和空间值得期待。

表1 NB-IoT典型应用场景

2 智能建筑及NB-IOT在智能建筑中的应用

2.1 智能建筑的概念

NB-IOT技术应用的一个重要领域是“智慧城市”，而“智能建筑”又是构成智慧城市生态链中的重要一环。所谓智能建筑，它是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的优化组合，向人们提供一个高效、舒适、便利、安全的环境空间。从信息化角度讲，智能建筑可以被称为能够响应实时事件的自动化结构模型。

智能建筑依托于以NB-IOT技术为基础的人工智能技术，将人工智能和智能建筑结合在一起，智能建筑物中的各类传感器、探测器、摄像头，由它们编织起来的海量信息、数据，借助不那么昂贵、高度可访问、非常先进的物联网设备实时传输给智能建筑控制系统，在第一时间记录、运算、判别、动作，并向楼宇管理人员提供相应的科学决策和解决方案。楼宇管理者根据系统提供的参数，对智能建筑环境进行微调，以优化住户的生活体验，提高结构安全、可靠性，并将有害的生态影响降至最低。智能建筑是未来建筑行业的发展方向已然成为行业共识，在人工智能（AI）、物联网（IOT）、云计算、大数据等新兴信息技术加持下，智能建筑是建筑智慧化发展的必然结果。

2.2 NB-IOT在绿色智能建筑中的应用

目前，“碳达峰、碳中和”已成为我国阶段性目标，绿色智能建筑理念在满足建筑实现高度现代化、智能化的同时，也切合了节能减排、减少碳排放的主题。在智能建筑中尤其是图书馆照明能耗达到30%—40%[3]，为减少能耗，新型材料和智能照明系统被大量用在智能建筑中。

以北京城市副中心图书馆C型天窗调光系统为例，该调光系统由787块调光玻璃组成，其结构为白色半钢化玻璃+彩釉边彩+PVB+调光膜，由采光玻璃、传感器、动态监测及控制共同构成调光系统（见图1），与外联的楼宇自控系统、智能照明系统等共同组成的图书馆外幕墙和金属屋面的“呼吸系统”与“皮肤”。NB-IOT在这些系统里的价值在于系统将根据实时获得的建筑物外墙及里面的传感器的数据对空间环境状态的整体情况和局部情况进行分析判断，当出现环境质量变化尤其是可能影响人的工作生活健康水平时发出预警，并启动相应的预案来调节环境，从而提供一个持续健康、舒适温馨的空间环境。同时，调光系统的内置1mm的调光膜本身就是一个LED显示单元。控制系统（见图2)通过控制模块向787个显示单元发出光电信号，整个调光系统可以根据四季变化，在潺潺流水中呈现“四季轮回”，在夜间也能呈现“满天繁星”的动态意境。

图1 C型天窗调光系统平面布置图

图2 智能调光玻璃控制线路走向图（部分）

2.3 基于NB-IOT技术的人工智能在智能停车场中的应用

智能停车系统(见图3）包含用户端服务端、系统数据采集端、智能感知端，用户服务端由服务平台面向用户APP，车主停车时通过APP可以实时查询车位空缺情况，并可就近选择停车区域。离开机场取车时通过APP的反向寻车功能，解决车主寻找车辆的烦恼，同时车主也能享受预约停车、共享车位、在线办理长租手续等功能。系统数据采集端通过“云传输”技术收集、存贮车主预约信息、车主个人信息、人像信息、车辆信息、车位信息等海量信息，服务器将收集的信息通过AI运算，并将运算结果以指令的形式分配到各个子系统执行机构（如AGV自动导行机器人），实现整个系统有机联动。智能感知端主要由各种硬件构成如视频监控、雷达传感器、热能传感器、雷达测距仪、扫描仪等，这些硬件将感知记录的车辆信息、车主信息、停车时长、车场空间等转为数据实时传输给系统数据端[4]。

图3 智能停车系统生态组成（部分）

北京大兴国际机场日均190万人次吞吐量，机场停车压力可想而知，大兴机场通过智能化管理和引导，用高效统一的管理，成功化解供需矛盾，为旅客带来了便捷优惠的停车服务，不失为一个成功的典型案例。

北京大兴机场的智能停车SONIC系统，通过感知智能停车设备数据、移动端数据、城市大数据等，打通各个数据孤岛，汇聚全域数据进行分析，并提供统一接口及账户体系，嫁接到生态业务，从而实现停车场流量二次变现，同时提供定制化AI算法模块来支撑顶层智能应用，产品模块可解耦赋能，最终打造智能停车操作系统。

SONIC系统包含2C的服务中台、2B的业务中台、2G的数据中台三个平台，2C的服务中台通过为C端客户量身打造APP，解决车主的停车，取车，缴费等问题。2B的业务中台通过部署云端系统，如“岗亭软件”、“云客服”、“云平台”等运营后台，为管理者打造管理工具进行技术赋能，实现远程控制各停车场业务，包括场地管理、车辆管理、电子支付和发票、优免系统、团队管理、考勤管理、审批流程，打造人工客服实现场地无人值守。2G的数据中台通过搭建中控平台展示大屏，提供机场监控、APP运营监控和停车场经营分析等综合信息展示，为机场停车楼的综合管理方提供安防、经营、人群画像等多种类的实时分析和展示服务。如对停车场流入流出的车流量进行预测，对停车场收入进行预测，对各停车场整体流量情况，收入情况，车主情况等进行分析。

3 结语

本文通过详细地介绍NB-IOT技术的原理及应用场景，并阐述了部分基于NB-IOT技术的人工智能技术应用于智能建筑的成功案例，意在说明通过此项技术赋能建筑、智慧城市，可以加速人工智能在城市生态系统的推广和普及，同时为人们提供更加高效、便捷、智能的生活体验。