基本信息
- 项目名称：
- 碳足迹系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文提出了一种能全面监测和统计居民日常生活中碳排放的系统。其硬件部分主要包括家庭资源监测端、家庭客户端、个人碳排放储蓄卡、公共客户端和服务器系统，辅之以折算、监督和交易等配套机制，主要实现对住宅内资源消耗和室外商品服务消费所产生碳排放地监测与统计，为用户提供碳排放消费查询服务、智能减排建议和个人碳排放额度交易等功能。该系统的实施将指导全民自觉参与减排，并还有可能带来一场“低碳生活”的绿色革命。
- 详细介绍：
- 碳足迹指的是直接或间接的人类活动产生的温室气体排放量，通常以二氧化碳排放量来表示。 气候变化是全人类共同面临的严峻挑战，国家已将大幅降低二氧化碳强度作为约束性指标纳入“十二五”规划。降低碳排放是每个公民应尽的责任，个人碳足迹的监控被公认为是实现资源节约型和环境友好型的低碳经济发展方式的重要举措。其中，关键是对个体活动过程中碳排放的监测与量化。 为了实现个人碳排放的监测与量化，并达到提高全民低碳意识、减少碳排放的目的，我们设计了由碳足迹系统。 碳足迹系统由硬件平台和配套机制共同组成。该系统以硬件平台为技术基础，针对个人室内水、电、气等资源消耗，以及室外商品服务消费，能够进行全面无误的统计与记录。特别是其中的智能电器识别子系统，能够进一步细化耗电量的来源，使得本系统兼具周密精准的特性。在配套机制的辅助实施下，根据国内外标准制定的碳值折算表将其转化为对应的碳排放额，并完成个人碳排放储蓄卡中碳排放额的查询、交易，提供智能化节能减排建议等功能。最终指导用户选择更低碳的生活方式，为环境贡献自己的一份力量。 硬件平台由家庭资源监测端、家庭客户端、公共客户端、个人碳排放储蓄卡和服务器系统组成。 配套机制中的折算机制主要包括制定碳排放值换算表、商品服务消费碳排放总额的认证。交易机制指为将来实现的个人碳排放额交易提供交易平台和交易服务等保障性措施；监督机制主要是制定在不同生活环境和收入水平情况下，各类人群的定期人均碳排放额度上限和保障系统正常运行的一些政策法规等。 在上述硬件平台和配套机制的配合下，该系统主要实现了以下几个核心功能： 1、住宅内资源消耗量的监测与统计 家庭资源监测端通过水量数据采集模块、燃气数据采集模块和智能电器识别子系统实现对家庭住宅内水、燃气和电量的监测与统计。其中智能电器识别子系统能够通过非侵入式监测方法对电器的特征参数进行模糊辨别，从而识别当前处于工作状态中的电器，并统计出不同电器消耗的电量。 2、资源与碳排放值的换算家庭资源监测端监测与统计的仅仅是资源消耗量，而非碳排放值。因此，要实现碳排放的统计，就需要在碳排放折算机制的配合下，由家庭客户端实现家庭资源消耗量与碳排放值之间的换算。 3、室外消费所产生的碳排放的监测与统计 公共客户端通过RFID技术实现对室外消费碳排放的统计。在商品的外包装上标注有事先经过认证的碳排放信息，公共客户端完成个人碳排放储蓄卡身份识别之后，利用RFID读卡模块或者条形码扫描机获取消费所产生的碳排放值。 4、查询服务、智能减排建议和平台交易 住宅内资源消耗和室外消费所产生的碳排放数据分别经过家庭客户端和公共客户端上传至服务器，服务器进行数据库存储和管理用户的碳排放数据，并给用户提供碳排放明细查询服务。除此之外，针对用户的碳排放消费明细进行智能分析，并通过家庭客户端和公共客户端为用户提供减排建议。另外，用户可以在公共客户端的交易平台上进行碳排放额度的交易。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 一、量化个人碳排放，减少个人碳排放，提高全民低碳意识。二、促使居民选择更低碳的消费方式，间接促使企业进行低碳技术研发与改良。三、为公民个人表达自己的环保和公益愿望提供有效的渠道。四、探寻节能减排新策略，为减排工程提供技术支持。 基本思路： 首先，通过分布式动态采集的方式监测住宅内的水、电、燃气等资源的消耗；通过RFID碳标签的方式实现对室外商品服务消费数据的采集；然后，制定碳排放折算系数表，并在客户端完成上述数据的碳排放换算；最后，经过服务器的数据处理，在客户端上为用户提供查询服务、智能减排建议和碳排放交易平台。 系统创新点: 一、家庭资源消耗量与消费数据的分布式采集。二、智能电器识别技术的设计与实现。 三、碳排放值的客观换算方法。 系统的技术关键： 一、分布式实时数据采集方式的设计。二、由家庭资源监测端、家庭客户端、公共客户端、个人碳排放储蓄卡、服务器系统等组成的个人碳排放监控硬件系统。三、家庭客户端、公共客户端与服务器的数据完整性和统一性。四、基于WinCE的嵌入式RFID读写模块的设计。五、非侵入式的智能电器识别技术。六、碳排放值的客观换算方法。 技术指标： 一、RFID识别有效距离为5cm左右；二、单个用电器识别的准确度达到95%，多个用电器同时接入系统时达到90%；三、电能消耗准确度与标准电表匹配率达95%；四、在二、三指标的基础上，通过碳排放折算系数表的换算，电能产生的碳排放精确度达到系统要求。
科学性、先进性
- 国内外现有技术的特征： 系统方面，现有技术多数是网页版或软件的形式，通过用户主观输入生活行为信息统计个人碳足迹。缺点是监测方位狭窄、不精确、目标群体过小，客观性不足，约束力不够。电器识别方面，目前还没有能完全客观识别电器的方法。 相比而言，碳足迹系统突出的技术特点和显著进步主要有： 一、全面准确的碳排放监测与统计。家庭资源监测端和公共客户端分别实现了对家庭用水、燃气和电量和商品服务消费的全面统计。 二、智能电器识别技术。它能以非侵入的方式，对电学特征参数进行模糊辨别，从而识别出处于工作状态下的用电器，细化碳排放的来源。 三、碳排放值折算方法。根据国内、国际的权威标准，制定了碳排放值换算系数表，为生活行为碳排放提供了量化标准。 四、人性化的查询和智能建议服务。通过对不同人群的人均消费水平的评估，在家庭客户端和公共客户端为用户提供碳排放消费查询服务和智能减排建议服务。 五、完善的平台交易服务。激励机制保证了全民的减排热情。交易平台也为个人碳排放的统计信息提供了很好的解决办法。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年“碳足迹系统”第一代系统获得微软创新杯嵌入式开发项目中国区冠军； 2010年“碳足迹系统”第一代系统获得湖北省优秀科研成果一等奖； 2010年在核心期刊《电子产品世界》上发表论文一篇； 2011年获得湖北省发展和改革委员会以及武汉市发展和改革委员会的肯定和推荐； 2011年6月湖北省第八届“挑战杯•青春在沃”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 该作品目前处于中试阶段。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品；模型；现场演示；图片；录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 该系统在监测、统计、数据管理等方面均实行自动化管理。使用过程通过触摸屏引导输入完成。 技术特点： 一、个人碳排放监控的首次硬件实现；二、智能电器识别技术；三、自动化分布式动态监测；四、友好的人机交互界面；五、安全可靠的数据管理。 系统优势： 一、范围广泛，引导与约束并重；二、系统实现方便、安全，指导性强；三、计量准确，功能丰富；四、人际交互性强，用户体验良好；五、硬件体积小、能耗低；六、电器识别准确率高。 适用范围、推广前景、市场分析和经济效益预测：家庭客户端适用于统一供应家庭资源的城镇，公共客户端适用于商场、公共交通售票处等公共场所。因此，系统的适用范围涵盖城镇居民生活的绝大多数环境。该系统弥补了国内外个人碳排放研究的不足，为全民减排提供了技术基础。硬件成本低廉，政府征购或居民购买，价格均可承受。该系统的实施会给社会带来极大的正外部性，有利于资源的合理利用和经济社会的可持续发展以及全民减排工程的开展，这些收益都是无法估量的。
同类课题研究水平概述
- 目前碳排放的监测和统计大多限于工业领域，针对个人日常生活碳排放的监测统计系统并不常见。现有常用的碳排放计量系统多是网页版或者计算器式的。 1、专利号为201020107769.0的“碳计算器”，通过个人输入的日常能源、交通、部分商品消费的数量，按照一定的换算系数，换算统计出个人碳排放消耗。但是此系统不能实现实际的碳排放监测与统计，用户自行输入的方式使得系统具有主观性和统计不准确的缺点。 2、专利号为201010146223.0的“基于个人的二氧化碳记录和追踪的体系平台”。通过扫描商品上的低碳标识，统计商品消费的碳排放量。其缺点在于无法提供准确全面的碳排放监测与统计的硬件平台，尤其无法实现家庭碳排放的全面监测，而且不具备实时性，统计设备也不便于携带。 5、专利号为200620127335.0的电子式电能表能在用户有大功率的用电器加载时进行控制继电器断电处理，只能实现有限的电器识别。 6、专利号为201010250565.7的一种利用智能电网调控用户碳排放量的方法提出了一种识别用户电源成分是来自于污染性质电源还是清洁性质电源，并分析能耗和碳排放量。碳排放来源的追踪过于简单，无法精确到每一个用电器。 3、美国Adafruit Industries公司推出的Tweet-A-Watt使用的是现成的硬件，即Kill-A-Watt 的检测仪表和 Xbee 无线模块，通过电脑或者其他可联网设备比如 Arduino，将一天用电的情况发送到twitter上，既是一种监视，也将一个人的用电量纳入社会化关系中。但是该产品需要将其并入到每一个用电器终端，增加了操作的复杂性和成本。 4、推出的Google PowerMeter 用电监测软件，帮助用户查明哪些家用电器为耗电“大户”，从而最终提高公众的节能意识。该软件需要其他公司生产的电功率监测装置向其发送功率数据，且分析依据是不同时间段总功率的变化，需要用户通过主观判断用电器使用情况对功率变化的影响来确认耗电“大户”用电器。
