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物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用

來源:和光網(wǎng)絡(luò) 日期:2021-07-24 09:42:44 點擊:1610

        1.物聯(lián)網(wǎng)(英語:Internet of Things,縮寫IoT)是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體,讓所有能行使獨立功能的普通物體實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)一般為無線網(wǎng),而由于每個人周圍的設(shè)備可以達到一千至五千個,所以物聯(lián)網(wǎng)可能要包含500兆至一千兆個物體。在物聯(lián)網(wǎng)上,每個人都可以應(yīng)用電子標簽將真實的物體上網(wǎng)聯(lián)結(jié),在物聯(lián)網(wǎng)上都可以查出它們的具體位置。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計算機對機器、設(shè)備、人員進行集中管理、控制,也可以對家庭設(shè)備、汽車進行遙控,以及搜索位置、防止物品被盜等,類似自動化操控系統(tǒng),同時透過收集這些小事的數(shù)據(jù),最后可以聚集成大數(shù)據(jù),包含重新設(shè)計道路以減少車禍、都市更新、災(zāi)害預(yù)測與犯罪防治、流行病控制等等社會的重大改變,實現(xiàn)物和物之間相聯(lián)。

       物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實世界數(shù)字化,應(yīng)用范圍十分廣泛。物聯(lián)網(wǎng)拉近分散的信息,統(tǒng)整物與物的數(shù)字信息,物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下方面:運輸和物流領(lǐng)域、工業(yè)制造、健康醫(yī)療領(lǐng)域范圍、智能環(huán)境(家庭、辦公、工廠)領(lǐng)域、個人和社會領(lǐng)域等,具有十分廣闊的市場和應(yīng)用前景。

1985年,Peter T. Lewis 在提出這個概念。

1995年,比爾·蓋茨在出版的《未來之路》一書中提及物互聯(lián)。

1998年,麻省理工學(xué)院提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。

1999年,在物品編碼(RFID)技術(shù)上Auto-ID公司提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。

2005年11月17日,世界信息峰會上,國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,其中指出“物聯(lián)網(wǎng)”時代的來臨。

2008年后,為了促進科技發(fā)展,尋找經(jīng)濟新的增長點,各國政府開始重視下一代的技術(shù)規(guī)劃,將目光放在了物聯(lián)網(wǎng)上。

2009年1月9日,IBM全球副總裁麥特·王博士做了主題為《構(gòu)建智慧的地球》的演講。提出把感應(yīng)器嵌入和裝備到家居、電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中,并且被普遍連接,形成“物聯(lián)網(wǎng)”,然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來,實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合。

2009年1月28日,IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念,建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。當年,美國將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟的兩大重點。

2009年2月24日,2009IBM論壇上,IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群.公布了名為“智慧的地球”的最新策略。

2.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

       物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)需要給每個物體分配唯一的標識或地址。最早的可定址性想法是基于RFID標簽和電子產(chǎn)品唯一編碼來實現(xiàn)的。另一個來自語義網(wǎng)的想法是,用現(xiàn)有的命名協(xié)議,如統(tǒng)一資源標志符來訪問所有物品(不僅限于電子產(chǎn)品,智能設(shè)備和帶有RFID標簽的物品)。這些物品本身不能交談,但通過這種方式它們可以被其他節(jié)點訪問,例如一個強大的中央服務(wù)器。

        自主控制也并不依賴于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。但目前的研究趨勢是將自主控制和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起在未來物聯(lián)網(wǎng)可能是一個非決定性的、開放的網(wǎng)絡(luò),其中自組織的或智能的實體和虛擬物品能夠和環(huán)境交互并基于它們各自的目的自主運行。

        物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)很可能是一個事件驅(qū)動的架構(gòu),由下而上進行構(gòu)建,并囊括各種子系統(tǒng)。因此,模型驅(qū)動和功能驅(qū)動的方式將會共存,系統(tǒng)能夠較容易地加入新的節(jié)點,并能夠處理意外(Multi-agent systems, B-ADSc, etc.)。

        在物聯(lián)網(wǎng)中,一個事件信息很可能不是一個預(yù)先被決定的,有確定句法結(jié)構(gòu)的消息,而是一種能夠自我表達的內(nèi)容,例如語義網(wǎng)。相應(yīng)地,信息也不必要有著確定的協(xié)議來規(guī)范所有可能的內(nèi)容,因為不可能存在一個“終極的規(guī)范”能夠預(yù)測所有的信息內(nèi)容。那種自上而下進行的標準化是靜態(tài)的,無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的演化,因而也是不切實際的。在物聯(lián)網(wǎng)上的信息應(yīng)該是能夠自我解釋的,順應(yīng)一些標準,同時也能夠演化的。

       物聯(lián)網(wǎng)中并不是所有節(jié)點都必須運行在全球?qū)用嫔?,比如TCP/IP層。舉例來講,很多末端傳感器和執(zhí)行器沒有運行TCP/IP協(xié)議棧的能力,取而代之的是它們通過ZigBee、現(xiàn)場總線等方式接入。這些設(shè)備通常也只有有限的地址翻譯能力和信息解析能力,為了將這些設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng),需要某種代理設(shè)備和程序?qū)崿F(xiàn)以下功能:在子網(wǎng)中用“當?shù)卣Z言”與設(shè)備通信;將“當?shù)卣Z言”和上層網(wǎng)絡(luò)語言互譯;補足設(shè)備欠缺的接入能力。因此該類代理設(shè)備也是物聯(lián)網(wǎng)硬件的重要組成之一。

       此外,出于安全考量,家庭、辦公室、工廠等環(huán)境可能采用一個自治的物聯(lián)網(wǎng)子網(wǎng),有限制地與全球網(wǎng)互連。Machine To Machine,以雙方或是所遵循的共通標準,以信息文字進行交互的一種機制。

        由于最終端連接的‘物’有千百種,因此極難制定一種統(tǒng)一性的規(guī)格適合所有的應(yīng)用,這是所有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面對的難題.目前無論是MQTT、CoAP還是AMQP這類物聯(lián)網(wǎng)標準都嘗試著將終端應(yīng)用抽象化,集成進一個固定的通信格式之內(nèi).

3.物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用

        如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事,去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新,擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

       談起智能制造,首先應(yīng)介紹日本在1990年4月所倡導(dǎo)的"智能制造系統(tǒng)IMS"國際合作研究計劃。許多發(fā)達國家如美國、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項計劃。該計劃共計劃投資10億美元,對100個項目實施前期科研計劃。

       毫無疑問,智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計,工藝過程設(shè)計,生產(chǎn)調(diào)度,故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進的計算機智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方,生產(chǎn)調(diào)度等,實現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問題。但同樣顯然的是,要在企業(yè)制造的全過程中全部實現(xiàn)智能化,如果不是完全做不到的事情,至少也是在遙遠的將來。有人甚至提出這樣的問題,下個世紀會實現(xiàn)智能自動化嗎?而如果只是在企業(yè)的某個局部環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化,而又無法保證全局的優(yōu)化,則這種智能化的意義是有限的。

       2015年9月10日,工業(yè)和信息化部公布了2015年智能制造試點示范項目名單,全國范圍內(nèi)遴選出的46個智能制造試點示范項目進入該名單,其涉及了38個行業(yè)、21個地區(qū)。

       工信部在2015年啟動實施"智能制造試點示范專項行動",主要是直接切入制造活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié),充分調(diào)動企業(yè)的積極性,注重試點示范項目的成長性,通過點上突破,形成有效的經(jīng)驗與模式,在制造業(yè)各個領(lǐng)域加以推廣與應(yīng)用。

        工信部部長苗圩在會議上表示,智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢和核心內(nèi)容,也是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變,促進工業(yè)向中高端邁進、建設(shè)制造強國的重要舉措,也是新常態(tài)下打造新的國際競爭優(yōu)勢的必然選擇。而推進智能制造是一項復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程,也是一件新生事物,這需要一個不斷探索、試錯的過程,難以一蹴而就,更不能急于求成。為此,"要用好試點示范這個重要抓手。"

       在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進的傳感器(雷達、攝像)、控制器、執(zhí)行器等裝置,通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換,使車輛具備智能的環(huán)境感知能力,能夠自動分析車輛行駛的安全及危險狀態(tài),并使車輛按照人的意愿到達目的地,最終實現(xiàn)替代人來操作的目的。

        智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同,它指的是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實現(xiàn)的汽車自動駕駛。智能汽車首先有一套導(dǎo)航信息資料庫,存有全國高速公路、普通公路、城市道路以及各種服務(wù)設(shè)施(餐飲、旅館、加油站、景點、停車場)的信息資料;其次是GPS定位系統(tǒng),利用這個系統(tǒng)精確定位車輛所在的位置,與道路資料庫中的數(shù)據(jù)相比較,確定以后的行駛方向;道路狀況信息系統(tǒng),由交通管理中心提供實時的前方道路狀況信息,如堵車、事故等,必要時及時改變行駛路線;車輛防碰系統(tǒng),包括探測雷達、信息處理系統(tǒng)、駕駛控制系統(tǒng),控制與其他車輛的距離,在探測到障礙物時及時減速或剎車,并把信息傳給指揮中心和其他車輛;緊急報警系統(tǒng),如果出了事故,自動報告指揮中心進行救援;無線通信系統(tǒng),用于汽車與指揮中心的聯(lián)絡(luò);自動駕駛系統(tǒng),用于控制汽車的點火、改變速度和轉(zhuǎn)向等。

       通常對車輛的操作實質(zhì)上可視為對一個多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復(fù)雜多變、不確定多干擾源的復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制過程。駕駛員既要接受環(huán)境如道路、擁擠、方向、行人等的信息,還要感受汽車如車速、側(cè)向偏移、橫擺角速度等的信息,然后經(jīng)過判斷、分析和決策,并與自己的駕駛經(jīng)驗相比較,確定出應(yīng)該做的操縱動作,最后由身體、手、腳等來完成操縱車輛的動作。因此在整個駕駛過程中,駕駛員的人為因素占了很大的比重。一旦出現(xiàn)駕駛員長時間駕車、疲勞駕車、判斷失誤的情況,很容易造成交通事故。

       通過對車輛智能化技術(shù)的研究和開發(fā),可以提高車輛的控制與駕駛水平,保障車輛行駛的安全暢通、高效。對智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善,相當于延伸擴展了駕駛員的控制、視覺和感官功能,能極大地促進道路交通的安全性。智能車輛的主要特點是以技術(shù)彌補人為因素的缺陷,使得即便在很復(fù)雜的道路情況下,也能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物,沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。

       智能物流就是利用條形碼、射頻識別技術(shù)、傳感器、全球定位系統(tǒng)等先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)平臺廣泛應(yīng)用于物流業(yè)運輸、倉儲、配送、包裝、裝卸等基本活動環(huán)節(jié),實現(xiàn)貨物運輸過程的自動化運作和高效率優(yōu)化管理,提高物流行業(yè)的服務(wù)水平,降低成本,減少自然資源和社會資源消耗。物聯(lián)網(wǎng)為物流業(yè)將傳統(tǒng)物流技術(shù)與智能化系統(tǒng)運作管理相結(jié)合提供了一個很好的平臺,進而能夠更好更快地實現(xiàn)智能物流的信息化、智能化、自動化、透明化、系統(tǒng)的運作模式。智能物流在實施的過程中強調(diào)的是物流 過程數(shù)據(jù)智慧化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化和決策智慧化。智能物流在功能上要實現(xiàn) 6 個"正確",即正 確的貨物、正確的數(shù)量、正確的地點、正確的質(zhì)量、正確的時間、正確的價格,在技術(shù)上要實現(xiàn):物品識別、地點跟蹤、物品溯源、物品監(jiān)控、實時響應(yīng)。

       讓家庭更舒適,更方便,更安全,更符合環(huán)保。隨著人類消費需求和住宅智能化的不斷發(fā)展,今天的智能家居系統(tǒng)將擁有更加豐富的內(nèi)容,系統(tǒng)配置也越來越復(fù)雜。智能家居包括網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、電視對講門禁區(qū)系統(tǒng)、煤氣泄露探測系統(tǒng)、遠程抄表(水表、電表、煤氣表)系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)、遠程醫(yī)療診斷及護理系統(tǒng)、室內(nèi)電器自動控制管理及開發(fā)系統(tǒng)、集中供冷熱系統(tǒng)、網(wǎng)上購物系統(tǒng)、語音與傳真(電子郵件)服務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)上教育系統(tǒng)、股票操作系統(tǒng)、視頻點播、付費電視系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等?;贏RM方案及GPRS、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的可遠程控制,智能家居系統(tǒng)的內(nèi)容實現(xiàn)拓展。

       北京工商大學(xué)世界經(jīng)濟研究中心主任季鑄教授認為,智能城市(Smart City)是以效率、和諧、持續(xù)為基本坐標,以物理設(shè)備、電腦網(wǎng)絡(luò)、人腦智慧為基本框架,以智能政府、智能經(jīng)濟、智能社會為基本內(nèi)容的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、增長方式和城市形態(tài)。

       智能城市建設(shè)是一個系統(tǒng)工程。在智能城市體系中,首先城市管理智能化,由智能城市管理系統(tǒng)輔助管理城市,其次是包括智能交通、智能電力、智能建筑、智能安全等基礎(chǔ)設(shè)施智能化,也包括智能醫(yī)療、智能家庭、智能教育等社會智能化和智能企業(yè)、智能銀行、智能商店的生產(chǎn)智能化,從而全面提升城市生產(chǎn)、管理、運行的現(xiàn)代化水平。

       智能城市是信息經(jīng)濟與知識經(jīng)濟的融合體,信息經(jīng)濟的電腦網(wǎng)絡(luò)提供了建設(shè)智能城市的基礎(chǔ)條件,而知識經(jīng)濟的人腦智慧則將人類智慧變?yōu)槌鞘邪l(fā)展的動能。北京工商大學(xué)世界經(jīng)濟研究中心主任季鑄教授主持完成中國*個城市智能管理系統(tǒng)--北京城市智能管理系統(tǒng)"(BCSMS)。在此基礎(chǔ)上,季鑄教授主持設(shè)計的"中國經(jīng)濟智能管理系統(tǒng)"(CESMS)也于2011年1月正式啟動,中國經(jīng)濟被納入智能管理軌道,2011年"世界經(jīng)濟智能預(yù)警系統(tǒng)(WESFS)也將投入運行,北京已經(jīng)成為世界智能經(jīng)濟中心。

       智能城市建設(shè)是智能經(jīng)濟的先導(dǎo)。2012年4月,北京、杭州、西安、武漢、寧波共同入選中國工程院確立的"中國智慧城市"試點城市名單。

       智能交通的發(fā)展跟物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是離不開的,只有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念的不斷發(fā)展,智能交通系統(tǒng)才能越來越完善。智能交通是交通的物聯(lián)化體現(xiàn)。

       21世紀將是公路交通智能化的世紀,人們將要采用的智能交通系統(tǒng),是一種先進的一體化交通綜合管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,車輛靠自己的智能在道路上自由行駛,公路靠自身的智能將交通流量調(diào)整至最佳狀態(tài),借助于這個系統(tǒng),管理人員對道路、車輛的行蹤將掌握得一清二楚。

       智能交通:智能交通是一個基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運輸?shù)姆?wù)系統(tǒng)。它的突出特點是以信息的收集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用為主線,為交通參與者提供多樣性的服務(wù)。

4. 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)狀與前景

       就像互聯(lián)網(wǎng)是解決最后1公里的問題,物聯(lián)網(wǎng)其實需要解決的是最后100米的問題,在最后100米可連接設(shè)備的密度遠遠超過最后1公里,特別是在家庭,家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(即我們常說的智能家居)已經(jīng)成為各國物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)全力搶占的制高點,作為目前全球公認的最后100米主要技術(shù)解決方案ZigBee 得到了全球主要國家前所未有的關(guān)注,這種技術(shù)由于相比于現(xiàn)有的WiFi、藍牙、433M/315M等無線技術(shù)更加安全、可靠,同時由于其組網(wǎng)能力強、具備 網(wǎng)絡(luò)自愈能力并且功耗更低,ZigBee的這些特點與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求非常貼近,目前已經(jīng)成為全球公認的最后100米的最佳技術(shù)解決方案。

       在我國企業(yè)南京物聯(lián)和深圳華為的長期持續(xù)的推動下,ZigBee技術(shù)不僅在中國得到快速的發(fā)展,在全球也具備了一定的影響力,特別是在智能家居 領(lǐng)域,很多世界500強企業(yè)紛紛將兼容南京物聯(lián)的標準作為一項基礎(chǔ)的選擇,這也為我國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)營造了非常積極有利的外部環(huán)境。

5.發(fā)展趨勢        

      物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”,是繼通信網(wǎng)之后的另一個萬億級市場。

       業(yè)內(nèi)專家認為,物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益,大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經(jīng)濟的復(fù)蘇提供技術(shù)動力。美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度關(guān)注、重視物聯(lián)網(wǎng)的研究,工業(yè)和信息化部會同有關(guān)部門,在新一代信息技術(shù)方面正在開展研究,以形成支持新一代信息技術(shù)發(fā)展的政策措施。

       在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下,物聯(lián)網(wǎng)將是工業(yè)乃至更多行業(yè)信息化過程中一個比較現(xiàn)實的突破口。一旦物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及,無數(shù)的物品需要加裝更加小巧智能的傳感器,用于動物、植物、機器等物品的傳感器與電子標簽及配套的接口裝置數(shù)量將大大超過目前的手機數(shù)量。

       按照目前對物聯(lián)網(wǎng)的需求,在近年內(nèi)就需要按億計的傳感器和電子標簽。專家預(yù)計,2011年,內(nèi)嵌芯片、傳感器、無線射頻的“智能物件”將超過1萬億個,物聯(lián)網(wǎng)將會發(fā)展成為一個上萬億元規(guī)模的高科技市場,這將大大推進信息技術(shù)元件的生產(chǎn),給市場帶來巨大商機。