當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用研究

孫宏昌

(天津國土資源和房屋職業(yè)學(xué)院，天津 300270)

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上形成的，目前廣泛的應(yīng)用于我國的日常工作和生活當(dāng)中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對我國計(jì)算機(jī)領(lǐng)域帶來了活力，也為計(jì)算機(jī)信息技術(shù)帶來了發(fā)展機(jī)遇，其研究和應(yīng)用價(jià)值都是無可比擬的。目前，世界各國都對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加大了研究力度，并制定了有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的相關(guān)計(jì)劃和制度，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究提高了重視程度，希冀其發(fā)揮促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的良好價(jià)值。

一、物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有基本的特征即是借助傳感器和射頻識別來得到物理世界中的信息數(shù)據(jù)，并應(yīng)用移動通信網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)來對信息進(jìn)行交互和傳送，通過智能計(jì)算技術(shù)完成對信息的分析處理工作，保證對物質(zhì)世界形成強(qiáng)大的感知能力，從而讓決策和控制能夠高度智能化。很多學(xué)者對其加大了研究力度，隨著現(xiàn)代化社會中，世界上出現(xiàn)了越來越多的先進(jìn)技術(shù)，這就導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在內(nèi)涵和外延上都產(chǎn)生了變化，其概念也得到了完善。2004年，日本實(shí)行了U-japan計(jì)劃，該計(jì)劃以廣泛的網(wǎng)絡(luò)和社會為主要目標(biāo)，為學(xué)者對人與人、人與物產(chǎn)生相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究提供了重要幫助。在2005年的世界信息峰會上，物聯(lián)網(wǎng)概念正式形成，在峰會互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告中分析和概述了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到迅速推廣，從而讓世界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展上升了一個(gè)高度。在2008年，物聯(lián)2008的產(chǎn)生讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)大，并更新了它的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)技術(shù)，在第二年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為新一代的信息技術(shù)，為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供了重大基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為了一種具有戰(zhàn)略型特征的新興產(chǎn)業(yè)，在我國物流、電力和交通等領(lǐng)域都擴(kuò)大了市場規(guī)模，從而產(chǎn)生了良好的市場效益。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)展

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)主要有四種，分別是無線射頻識別技術(shù)、無線傳感技術(shù)、智能技術(shù)以及納米技術(shù)，這在國際電信聯(lián)盟上就已經(jīng)進(jìn)行了明確的定義。

其一，無線射頻識別技術(shù)。所謂無線射頻識別技術(shù)，其簡稱RFID，主要是指，對無線射頻識別技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，自動化的識別目標(biāo)對象，從而獲取所需要的信息。在無線射頻識別技術(shù)的構(gòu)成部分中，其中天線、標(biāo)簽以及閱讀器最為重要。無線射頻技術(shù)有良好且廣泛的應(yīng)用環(huán)境，具有較高的適應(yīng)性，不僅能夠較快的識別，其標(biāo)簽類別較多，而且還能和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，因?yàn)槠鋬?yōu)勢較為獨(dú)特，因此能夠?qū)⑷蛐畔⒐蚕碜兂煽赡?。我國在?yīng)用無線射頻識別技術(shù)的過程中，積攢了大量的研究經(jīng)驗(yàn)，其效果也非常顯著。部分研究學(xué)者對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了構(gòu)建，保證在應(yīng)用無線射頻識別技術(shù)過程中，即使沒有人工操作，它也能實(shí)現(xiàn)對物體的跟蹤，充分改善了端口的安全性能。同時(shí)，部分學(xué)者對物聯(lián)網(wǎng)資源尋址的層次模型和應(yīng)用結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了設(shè)置，通過進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)來對模型的有效性和可行性進(jìn)行了證實(shí)，為對無線射頻技術(shù)的持續(xù)研究奠定了充分的理論基礎(chǔ)。

其二，無線傳感技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)逐漸擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，人們也開始對無線傳感技術(shù)加強(qiáng)了關(guān)注。采用無線傳感技術(shù)能夠形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并以此為立足點(diǎn)，高效的連接好數(shù)字世界和物理世界。在無線傳感技術(shù)的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有著很多的傳感器節(jié)點(diǎn)，將這些傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用能夠形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。通過無線傳感器網(wǎng)路環(huán)境可以采集、感知區(qū)域內(nèi)的信息并進(jìn)行處理。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)中無線傳感技術(shù)最為關(guān)鍵，現(xiàn)在對無線傳感技術(shù)進(jìn)行研究的主要內(nèi)容是傳感器的定位，按照我國目前對無線傳感技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際來看，能夠把無線傳感器網(wǎng)路定位技術(shù)按照類型進(jìn)行劃分，分別是以達(dá)到時(shí)間差為基礎(chǔ)、以達(dá)到時(shí)間為基礎(chǔ)、以達(dá)到角度為基礎(chǔ)和以接收信號為基礎(chǔ)。

其三，智能技術(shù)和納米技術(shù)。我國目前的納米技術(shù)主要包括納米電子學(xué)、納米材料體系物理學(xué)、納米力學(xué)、納米化學(xué)以及納米材料學(xué)等不同的學(xué)科，納米技術(shù)的研究對象主要是針對長度為0.1到100納米的材料，其研究內(nèi)容主要是納米材料的應(yīng)用狀況以及材料性質(zhì)。讓物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境能夠?qū)⑿◇w積小質(zhì)量的物體也能容納在內(nèi)，完成有效的交互和連接。智能技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要成分，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它主要是對物體智能系統(tǒng)的植入方式進(jìn)行應(yīng)用，讓相關(guān)物體被附著智能性，和使用者一起完成主動或者被動的交流互動，讓最終的目的得以實(shí)現(xiàn)。將智能技術(shù)與納米技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，按照嵌入式方法，強(qiáng)化小體積物體之間的互聯(lián)，讓物聯(lián)網(wǎng)的性能得到提升，并讓網(wǎng)絡(luò)邊界的信息處理能力得到優(yōu)化和改善。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

一是物流方面。物流主要是指將物品從供應(yīng)方傳送到接收方的這樣一個(gè)過程。我國現(xiàn)代物流系統(tǒng)主要包括供應(yīng)、采購、生產(chǎn)、倉儲、運(yùn)輸及消費(fèi)等幾個(gè)方面，所謂物流信息化就是保證要將顧客所需要的產(chǎn)品在合適的時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量、數(shù)量和狀態(tài)送到顧客需要的位置，過去物流信息管理系統(tǒng)難以對物品信息進(jìn)行跟蹤，完全靠手工來對物品信息進(jìn)行錄入等處理，在速度、效率和精確度上都難以保證。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠讓物流信息的采集方式得以改變，對物品從生產(chǎn)到銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)都能實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，物流的效率進(jìn)一步提高。首先，是質(zhì)量控制，生產(chǎn)商應(yīng)用RFID技術(shù)對材料、部件及成本等進(jìn)行跟蹤識別，效益和效率都得提高。在準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)的流水線上，通過RFID技術(shù)能夠盡快找到所需的材料和配件，為流水工作提供保障。其次是物品遴選，在物品上貼上電子標(biāo)簽，通過閱讀器讀取物品標(biāo)簽信息，信息傳到信息中心，核對發(fā)貨清單。這樣就可以避免多次的分拆重組和揀選分發(fā)，效率和準(zhǔn)確率得以提高，人工和配送成本極大降低。再次是物品信息跟蹤，在運(yùn)輸過程中，線路上的檢查點(diǎn)設(shè)置有閱讀器，物品到達(dá)檢查點(diǎn)通過信息讀取，將貨物所在地理位置等相關(guān)信息通過通信衛(wèi)星送到信息中心，直接錄入數(shù)據(jù)庫。最后是庫存智能管理，主要體現(xiàn)在貨物存取、適時(shí)補(bǔ)貨以及庫存盤點(diǎn)等三個(gè)方面，拖車、貨架都設(shè)置有閱讀器等系統(tǒng)，隨時(shí)讀取信息，讓物品登記自動化。

二是交通方面。采用交通綜合管理系統(tǒng)，車輛可以通過智能技術(shù)在道路行駛，公路能夠通過該系統(tǒng)保證自身流量最佳化，公交公司也能通過該系統(tǒng)對車輛進(jìn)行調(diào)度。避免了尋找停車位浪費(fèi)的油氣資源，防止了交通擁堵及交通事故的發(fā)生。首先是車輛控制，汽車上裝有雷達(dá)或者紅外探測儀，如果出現(xiàn)緊急情況，電腦會發(fā)出警報(bào)，讓司機(jī)調(diào)節(jié)速度，車輛運(yùn)行更加安全。其次是交通監(jiān)控，城市道路設(shè)置有視頻監(jiān)控和無線通信系統(tǒng)，交通管理人員和駕駛?cè)藛T能夠及時(shí)的掌握交通擁擠情況。再次是運(yùn)營車輛高度管理，汽車上的高度管理中心計(jì)算機(jī)能夠和全球定位系統(tǒng)微型聯(lián)網(wǎng)，駕駛員和調(diào)度管理中心實(shí)現(xiàn)對話，車輛運(yùn)營效率得到提升，并對車輛實(shí)施監(jiān)控。然后是交通信息查詢，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，足不出戶即可掌握全國城市的交通信息以及附近餐館酒店與旅游景點(diǎn)。最后是智能收費(fèi)，當(dāng)車輛經(jīng)過高速公路收費(fèi)站，站臺的閱讀器會讀取車輛電子標(biāo)簽信息，自動訪問銀行服務(wù)系統(tǒng)完成繳費(fèi)。

三是環(huán)境保護(hù)。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境、洪災(zāi)火災(zāi)情報(bào)進(jìn)行檢測，并研究生物種群和氣象地理。首先是水情檢測。在河流沿線設(shè)置傳感器能夠監(jiān)測水位和水污染情況。通過檢測排污信息，如果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，可以自動報(bào)警，相關(guān)管理人員根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)閉排污閥門。如果系統(tǒng)出現(xiàn)停電現(xiàn)象，該系統(tǒng)能夠自動開啟自備電源，并運(yùn)行十天以上。其次是動植物生長管理，將電子標(biāo)簽植入動植物體內(nèi)，可以附近的傳感設(shè)備讀取動植物生長信息。將其應(yīng)用于珍稀動物中，可以了解到這些動物的生活習(xí)性，有助于我們更好的保護(hù)它們。再次是空氣檢測，在室外貼上涂著不同感應(yīng)膜的無緣傳感器，能夠?qū)τ袡C(jī)化合物和化學(xué)制劑進(jìn)行識別，研究識別結(jié)果后提醒公民做好防護(hù)措施，它還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，通過分析患者的呼出空氣檢測疾病。最后是地質(zhì)災(zāi)害、火險(xiǎn)等應(yīng)急檢測，在泥石流易發(fā)地、林區(qū)、地震火災(zāi)等災(zāi)害地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，讓人們做好相應(yīng)措施。

四是電力部門。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到電力部門，能夠?qū)τ秒娺M(jìn)行優(yōu)化配置，達(dá)到用電的智能化。通過智能電表，在各家各戶安裝內(nèi)容豐富、讀取方便的智能電表，消費(fèi)者可以了解電費(fèi)及價(jià)格，并調(diào)節(jié)自己的用電習(xí)慣。智能電表有傳感器的功效，能夠檢測到波動和停電，存儲相關(guān)信息，并協(xié)助電力供應(yīng)商控制供電服務(wù)開關(guān)電源。不僅如此智能電網(wǎng)還能減少停電現(xiàn)象的發(fā)生，智能電網(wǎng)能夠?qū)﹄娏收献詣庸芾?，通過安裝分析和優(yōu)化引擎。電力供應(yīng)商能夠制定檢修任務(wù)和程序，停電頻率極大降低。

五是醫(yī)療部門。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，能夠發(fā)揮重要的價(jià)值。首先是針對藥品安全監(jiān)控，我國藥品質(zhì)量安全事故較多，但是我國并沒有健全的藥品管理體制，藥品質(zhì)量事故很難得到追查，很多藥品制造商得不到法律制裁，因此必須要保證藥品信息的暢通。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)λ幤飞a(chǎn)信息和物流信息進(jìn)行追蹤共享，很多難以查到的假冒偽劣產(chǎn)品也會在公眾面前暴露，藥品零售商能夠降低藥品損耗。其次是健康監(jiān)測和咨詢，在患者身上嵌入電子芯片，芯片可以感知患者身體各功能指標(biāo)，芯片中的閱讀器將獲取的信息傳輸?shù)交颊咝畔?shù)據(jù)庫，方便患者結(jié)合患者病情，給予建議。再次是醫(yī)療設(shè)備管理，醫(yī)療設(shè)備管理質(zhì)量直接影響到醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)效益，醫(yī)療設(shè)備是醫(yī)療信息的主要獲取手段，因此必須要加以管理，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理模式。最后是老人兒童監(jiān)護(hù)，老人市場和兒童市場是我國今后的一大重點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效的監(jiān)測到公寓里、家里老幼人群的日常生活，對其健康狀況進(jìn)行檢測。

六是在軍事中的應(yīng)用。美國目前連續(xù)啟動了一系列針對物聯(lián)網(wǎng)在軍事中的應(yīng)用計(jì)劃，它對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用進(jìn)行探索，美國國防部高級研究計(jì)劃局自組Senslt項(xiàng)目，在戰(zhàn)場上部署不同類型的傳感器，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而準(zhǔn)確迅速全面的過去戰(zhàn)場實(shí)際情況。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該采用協(xié)同感知方法，對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，來對應(yīng)用場景進(jìn)行分析。

除此之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能應(yīng)用到農(nóng)業(yè)和家居方面，通過智能化培育控制保證對農(nóng)副產(chǎn)品的精細(xì)化管理，通過農(nóng)副食品安全溯源系統(tǒng)能夠迅速追蹤到有害食品的生產(chǎn)地。物聯(lián)網(wǎng)在水土資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程精心管理、農(nóng)產(chǎn)品和事物安全可追溯系統(tǒng)等都有良好的發(fā)展前景，我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)際需求上最主要的問題是如何對農(nóng)業(yè)現(xiàn)場和養(yǎng)殖業(yè)記憶相應(yīng)病蟲害的各種信息。物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括：監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤氣候變更、牲畜環(huán)境狀況、大面積地表檢測，除此之外，還有對溫度、風(fēng)力、大氣、降雨量、濕度等的收集，在科學(xué)預(yù)測之后，幫助農(nóng)民防災(zāi)減災(zāi)預(yù)災(zāi)。在家居方面應(yīng)用，能夠?qū)译娫O(shè)備集中控制，對屋內(nèi)光照、溫度以及濕度進(jìn)行監(jiān)控，防止煤氣泄露等危險(xiǎn)事故發(fā)生，用戶還可以在家安裝緊急報(bào)警按鈕，保證派出所根據(jù)終端自動提供的信息，顯示報(bào)警人的基本信息從而迅速出警。

四、總結(jié)

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越得到社會各行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將新型應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用其中能夠讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍，其發(fā)展前景非常廣闊。然而物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)還存在著較多的問題，例如具體定義還不夠準(zhǔn)確、無線射頻識別技術(shù)標(biāo)簽需要較大的資金和成本、通信的距離、外部環(huán)境指標(biāo)以及物聯(lián)網(wǎng)的安全性難以保證等是其目前存在的問題，此外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必須經(jīng)過產(chǎn)業(yè)化歷程，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必須經(jīng)過產(chǎn)業(yè)化歷程，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)因此必須增強(qiáng)研究力度，重視對隱私保護(hù)、環(huán)境保護(hù)乃至云計(jì)算等問題的考慮，從而推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。