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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 碳足跡系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本文提出了一種能全面監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)居民日常生活中碳排放的系統(tǒng)。其硬件部分主要包括家庭資源監(jiān)測(cè)端、家庭客戶端、個(gè)人碳排放儲(chǔ)蓄卡、公共客戶端和服務(wù)器系統(tǒng)，輔之以折算、監(jiān)督和交易等配套機(jī)制，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅內(nèi)資源消耗和室外商品服務(wù)消費(fèi)所產(chǎn)生碳排放地監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，為用戶提供碳排放消費(fèi)查詢服務(wù)、智能減排建議和個(gè)人碳排放額度交易等功能。該系統(tǒng)的實(shí)施將指導(dǎo)全民自覺(jué)參與減排，并還有可能帶來(lái)一場(chǎng)“低碳生活”的綠色革命。
- 詳細(xì)介紹：
- 碳足跡指的是直接或間接的人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放量，通常以二氧化碳排放量來(lái)表示。 氣候變化是全人類共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)家已將大幅降低二氧化碳強(qiáng)度作為約束性指標(biāo)納入“十二五”規(guī)劃。降低碳排放是每個(gè)公民應(yīng)盡的責(zé)任，個(gè)人碳足跡的監(jiān)控被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要舉措。其中，關(guān)鍵是對(duì)個(gè)體活動(dòng)過(guò)程中碳排放的監(jiān)測(cè)與量化。 為了實(shí)現(xiàn)個(gè)人碳排放的監(jiān)測(cè)與量化，并達(dá)到提高全民低碳意識(shí)、減少碳排放的目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了由碳足跡系統(tǒng)。 碳足跡系統(tǒng)由硬件平臺(tái)和配套機(jī)制共同組成。該系統(tǒng)以硬件平臺(tái)為技術(shù)基礎(chǔ)，針對(duì)個(gè)人室內(nèi)水、電、氣等資源消耗，以及室外商品服務(wù)消費(fèi)，能夠進(jìn)行全面無(wú)誤的統(tǒng)計(jì)與記錄。特別是其中的智能電器識(shí)別子系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步細(xì)化耗電量的來(lái)源，使得本系統(tǒng)兼具周密精準(zhǔn)的特性。在配套機(jī)制的輔助實(shí)施下，根據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)制定的碳值折算表將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的碳排放額，并完成個(gè)人碳排放儲(chǔ)蓄卡中碳排放額的查詢、交易，提供智能化節(jié)能減排建議等功能。最終指導(dǎo)用戶選擇更低碳的生活方式，為環(huán)境貢獻(xiàn)自己的一份力量。 硬件平臺(tái)由家庭資源監(jiān)測(cè)端、家庭客戶端、公共客戶端、個(gè)人碳排放儲(chǔ)蓄卡和服務(wù)器系統(tǒng)組成。 配套機(jī)制中的折算機(jī)制主要包括制定碳排放值換算表、商品服務(wù)消費(fèi)碳排放總額的認(rèn)證。交易機(jī)制指為將來(lái)實(shí)現(xiàn)的個(gè)人碳排放額交易提供交易平臺(tái)和交易服務(wù)等保障性措施；監(jiān)督機(jī)制主要是制定在不同生活環(huán)境和收入水平情況下，各類人群的定期人均碳排放額度上限和保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的一些政策法規(guī)等。 在上述硬件平臺(tái)和配套機(jī)制的配合下，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)核心功能： 1、住宅內(nèi)資源消耗量的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì) 家庭資源監(jiān)測(cè)端通過(guò)水量數(shù)據(jù)采集模塊、燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集模塊和智能電器識(shí)別子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭住宅內(nèi)水、燃?xì)夂碗娏康谋O(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)。其中智能電器識(shí)別子系統(tǒng)能夠通過(guò)非侵入式監(jiān)測(cè)方法對(duì)電器的特征參數(shù)進(jìn)行模糊辨別，從而識(shí)別當(dāng)前處于工作狀態(tài)中的電器，并統(tǒng)計(jì)出不同電器消耗的電量。 2、資源與碳排放值的換算家庭資源監(jiān)測(cè)端監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)的僅僅是資源消耗量，而非碳排放值。因此，要實(shí)現(xiàn)碳排放的統(tǒng)計(jì)，就需要在碳排放折算機(jī)制的配合下，由家庭客戶端實(shí)現(xiàn)家庭資源消耗量與碳排放值之間的換算。 3、室外消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì) 公共客戶端通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)室外消費(fèi)碳排放的統(tǒng)計(jì)。在商品的外包裝上標(biāo)注有事先經(jīng)過(guò)認(rèn)證的碳排放信息，公共客戶端完成個(gè)人碳排放儲(chǔ)蓄卡身份識(shí)別之后，利用RFID讀卡模塊或者條形碼掃描機(jī)獲取消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放值。 4、查詢服務(wù)、智能減排建議和平臺(tái)交易 住宅內(nèi)資源消耗和室外消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放數(shù)據(jù)分別經(jīng)過(guò)家庭客戶端和公共客戶端上傳至服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和管理用戶的碳排放數(shù)據(jù)，并給用戶提供碳排放明細(xì)查詢服務(wù)。除此之外，針對(duì)用戶的碳排放消費(fèi)明細(xì)進(jìn)行智能分析，并通過(guò)家庭客戶端和公共客戶端為用戶提供減排建議。另外，用戶可以在公共客戶端的交易平臺(tái)上進(jìn)行碳排放額度的交易。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 一、量化個(gè)人碳排放，減少個(gè)人碳排放，提高全民低碳意識(shí)。二、促使居民選擇更低碳的消費(fèi)方式，間接促使企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)研發(fā)與改良。三、為公民個(gè)人表達(dá)自己的環(huán)保和公益愿望提供有效的渠道。四、探尋節(jié)能減排新策略，為減排工程提供技術(shù)支持。 基本思路： 首先，通過(guò)分布式動(dòng)態(tài)采集的方式監(jiān)測(cè)住宅內(nèi)的水、電、燃?xì)獾荣Y源的消耗；通過(guò)RFID碳標(biāo)簽的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)室外商品服務(wù)消費(fèi)數(shù)據(jù)的采集；然后，制定碳排放折算系數(shù)表，并在客戶端完成上述數(shù)據(jù)的碳排放換算；最后，經(jīng)過(guò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理，在客戶端上為用戶提供查詢服務(wù)、智能減排建議和碳排放交易平臺(tái)。 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn): 一、家庭資源消耗量與消費(fèi)數(shù)據(jù)的分布式采集。二、智能電器識(shí)別技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 三、碳排放值的客觀換算方法。 系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵： 一、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集方式的設(shè)計(jì)。二、由家庭資源監(jiān)測(cè)端、家庭客戶端、公共客戶端、個(gè)人碳排放儲(chǔ)蓄卡、服務(wù)器系統(tǒng)等組成的個(gè)人碳排放監(jiān)控硬件系統(tǒng)。三、家庭客戶端、公共客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)完整性和統(tǒng)一性。四、基于WinCE的嵌入式RFID讀寫模塊的設(shè)計(jì)。五、非侵入式的智能電器識(shí)別技術(shù)。六、碳排放值的客觀換算方法。 技術(shù)指標(biāo)： 一、RFID識(shí)別有效距離為5cm左右；二、單個(gè)用電器識(shí)別的準(zhǔn)確度達(dá)到95%，多個(gè)用電器同時(shí)接入系統(tǒng)時(shí)達(dá)到90%；三、電能消耗準(zhǔn)確度與標(biāo)準(zhǔn)電表匹配率達(dá)95%；四、在二、三指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)碳排放折算系數(shù)表的換算，電能產(chǎn)生的碳排放精確度達(dá)到系統(tǒng)要求。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的特征： 系統(tǒng)方面，現(xiàn)有技術(shù)多數(shù)是網(wǎng)頁(yè)版或軟件的形式，通過(guò)用戶主觀輸入生活行為信息統(tǒng)計(jì)個(gè)人碳足跡。缺點(diǎn)是監(jiān)測(cè)方位狹窄、不精確、目標(biāo)群體過(guò)小，客觀性不足，約束力不夠。電器識(shí)別方面，目前還沒(méi)有能完全客觀識(shí)別電器的方法。 相比而言，碳足跡系統(tǒng)突出的技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步主要有： 一、全面準(zhǔn)確的碳排放監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)。家庭資源監(jiān)測(cè)端和公共客戶端分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭用水、燃?xì)夂碗娏亢蜕唐贩?wù)消費(fèi)的全面統(tǒng)計(jì)。 二、智能電器識(shí)別技術(shù)。它能以非侵入的方式，對(duì)電學(xué)特征參數(shù)進(jìn)行模糊辨別，從而識(shí)別出處于工作狀態(tài)下的用電器，細(xì)化碳排放的來(lái)源。 三、碳排放值折算方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)、國(guó)際的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，制定了碳排放值換算系數(shù)表，為生活行為碳排放提供了量化標(biāo)準(zhǔn)。 四、人性化的查詢和智能建議服務(wù)。通過(guò)對(duì)不同人群的人均消費(fèi)水平的評(píng)估，在家庭客戶端和公共客戶端為用戶提供碳排放消費(fèi)查詢服務(wù)和智能減排建議服務(wù)。 五、完善的平臺(tái)交易服務(wù)。激勵(lì)機(jī)制保證了全民的減排熱情。交易平臺(tái)也為個(gè)人碳排放的統(tǒng)計(jì)信息提供了很好的解決辦法。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年“碳足跡系統(tǒng)”第一代系統(tǒng)獲得微軟創(chuàng)新杯嵌入式開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中國(guó)區(qū)冠軍； 2010年“碳足跡系統(tǒng)”第一代系統(tǒng)獲得湖北省優(yōu)秀科研成果一等獎(jiǎng)； 2010年在核心期刊《電子產(chǎn)品世界》上發(fā)表論文一篇； 2011年獲得湖北省發(fā)展和改革委員會(huì)以及武漢市發(fā)展和改革委員會(huì)的肯定和推薦； 2011年6月湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯?青春在沃”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 該作品目前處于中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 該系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)管理等方面均實(shí)行自動(dòng)化管理。使用過(guò)程通過(guò)觸摸屏引導(dǎo)輸入完成。 技術(shù)特點(diǎn)： 一、個(gè)人碳排放監(jiān)控的首次硬件實(shí)現(xiàn)；二、智能電器識(shí)別技術(shù)；三、自動(dòng)化分布式動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；四、友好的人機(jī)交互界面；五、安全可靠的數(shù)據(jù)管理。 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)： 一、范圍廣泛，引導(dǎo)與約束并重；二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方便、安全，指導(dǎo)性強(qiáng)；三、計(jì)量準(zhǔn)確，功能豐富；四、人際交互性強(qiáng)，用戶體驗(yàn)良好；五、硬件體積小、能耗低；六、電器識(shí)別準(zhǔn)確率高。 適用范圍、推廣前景、市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：家庭客戶端適用于統(tǒng)一供應(yīng)家庭資源的城鎮(zhèn)，公共客戶端適用于商場(chǎng)、公共交通售票處等公共場(chǎng)所。因此，系統(tǒng)的適用范圍涵蓋城鎮(zhèn)居民生活的絕大多數(shù)環(huán)境。該系統(tǒng)彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外個(gè)人碳排放研究的不足，為全民減排提供了技術(shù)基礎(chǔ)。硬件成本低廉，政府征購(gòu)或居民購(gòu)買，價(jià)格均可承受。該系統(tǒng)的實(shí)施會(huì)給社會(huì)帶來(lái)極大的正外部性，有利于資源的合理利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展以及全民減排工程的開(kāi)展，這些收益都是無(wú)法估量的。
同類課題研究水平概述
- 目前碳排放的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)大多限于工業(yè)領(lǐng)域，針對(duì)個(gè)人日常生活碳排放的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)并不常見(jiàn)?，F(xiàn)有常用的碳排放計(jì)量系統(tǒng)多是網(wǎng)頁(yè)版或者計(jì)算器式的。 1、專利號(hào)為201020107769.0的“碳計(jì)算器”，通過(guò)個(gè)人輸入的日常能源、交通、部分商品消費(fèi)的數(shù)量，按照一定的換算系數(shù)，換算統(tǒng)計(jì)出個(gè)人碳排放消耗。但是此系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際的碳排放監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，用戶自行輸入的方式使得系統(tǒng)具有主觀性和統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。 2、專利號(hào)為201010146223.0的“基于個(gè)人的二氧化碳記錄和追蹤的體系平臺(tái)”。通過(guò)掃描商品上的低碳標(biāo)識(shí)，統(tǒng)計(jì)商品消費(fèi)的碳排放量。其缺點(diǎn)在于無(wú)法提供準(zhǔn)確全面的碳排放監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)的硬件平臺(tái)，尤其無(wú)法實(shí)現(xiàn)家庭碳排放的全面監(jiān)測(cè)，而且不具備實(shí)時(shí)性，統(tǒng)計(jì)設(shè)備也不便于攜帶。 5、專利號(hào)為200620127335.0的電子式電能表能在用戶有大功率的用電器加載時(shí)進(jìn)行控制繼電器斷電處理，只能實(shí)現(xiàn)有限的電器識(shí)別。 6、專利號(hào)為201010250565.7的一種利用智能電網(wǎng)調(diào)控用戶碳排放量的方法提出了一種識(shí)別用戶電源成分是來(lái)自于污染性質(zhì)電源還是清潔性質(zhì)電源，并分析能耗和碳排放量。碳排放來(lái)源的追蹤過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法精確到每一個(gè)用電器。 3、美國(guó)Adafruit Industries公司推出的Tweet-A-Watt使用的是現(xiàn)成的硬件，即Kill-A-Watt 的檢測(cè)儀表和 Xbee 無(wú)線模塊，通過(guò)電腦或者其他可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備比如 Arduino，將一天用電的情況發(fā)送到twitter上，既是一種監(jiān)視，也將一個(gè)人的用電量納入社會(huì)化關(guān)系中。但是該產(chǎn)品需要將其并入到每一個(gè)用電器終端，增加了操作的復(fù)雜性和成本。 4、推出的Google PowerMeter 用電監(jiān)測(cè)軟件，幫助用戶查明哪些家用電器為耗電“大戶”，從而最終提高公眾的節(jié)能意識(shí)。該軟件需要其他公司生產(chǎn)的電功率監(jiān)測(cè)裝置向其發(fā)送功率數(shù)據(jù)，且分析依據(jù)是不同時(shí)間段總功率的變化，需要用戶通過(guò)主觀判斷用電器使用情況對(duì)功率變化的影響來(lái)確認(rèn)耗電“大戶”用電器。
