智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展新趨勢

郝 運

（泰州學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

“物聯(lián)網(wǎng)”理念的提出和相關(guān)技術(shù)的實踐，是社會信息化的核心助推器，也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)發(fā)展過程中，必然要經(jīng)歷的一個階段；同時，作為宏觀資源高效整合的網(wǎng)絡(luò)手段，與大數(shù)據(jù)運算相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)體系，也是構(gòu)筑智能化、自動化社會的主要途徑。作為新一代產(chǎn)業(yè)革命的標志型技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度聚焦社會運行層面，通過“萬物互聯(lián)”，將原本各自運轉(zhuǎn)的企業(yè)、設(shè)施乃至家庭、個人等社會單元，緊密綁定于社會這一有機整體，為改進社會資源配置中的傳統(tǒng)弊端，提供了技術(shù)端的終極思路。有賴于近三十年的高速發(fā)展，和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速普及，我國的市場經(jīng)濟體系建設(shè)，天然具備鮮明的數(shù)據(jù)化特質(zhì)。在沒有傳統(tǒng)行業(yè)束縛的優(yōu)勢下，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、金融及社會管理層面均得到了廣泛運用。但需要認識到的是，盡管我國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)水平已經(jīng)成功步入世界第一梯隊，但在相關(guān)理論研究的發(fā)展趨勢、技術(shù)管理等前沿領(lǐng)域，依然存在明顯短板。建立前瞻性的物聯(lián)網(wǎng)研究體系，最大限度地減少物聯(lián)網(wǎng)體系帶來的安全風(fēng)險，是當前我國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)亟需面對的現(xiàn)實問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

在探討“物聯(lián)網(wǎng)”這一頗具科幻氣息的概念之前，首先需要明確認識到這樣一點：世界各國現(xiàn)有以及正在高速建設(shè)中的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并非某種嶄新的技術(shù)，而是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代管理體系有機整合后的結(jié)果。也可以說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是21世紀以來種種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷成熟的衍生結(jié)果，是各行各業(yè)數(shù)據(jù)化、智能化不斷提升而引發(fā)的技術(shù)升華[1]。從架構(gòu)的角度看，現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)體系，由以下3個層面共同構(gòu)成。

1.1.1 互動層

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的直接互動主體是“物”與“物”。物聯(lián)網(wǎng)的互動層，是物的感知過程。通過信息接收與轉(zhuǎn)換，完成現(xiàn)實存在物的數(shù)字化，是實現(xiàn)萬物交互的前提。該階段的轉(zhuǎn)化工作，主要依賴形式多樣的傳感器技術(shù)。

1.1.2 傳輸層

傳輸體系是萬物互聯(lián)的主要保障。傳輸層在物聯(lián)網(wǎng)體系中，主要負責(zé)對數(shù)字化物質(zhì)信息的提取、傳輸工作。現(xiàn)有的傳輸方式，主要通過無線通信技術(shù)、Web技術(shù)等互聯(lián)網(wǎng)主流技術(shù)來完成。當前傳輸端的發(fā)展難點在于如何解決物品聯(lián)網(wǎng)傳輸端口多樣化的問題。

1.1.3 服務(wù)層

雖然物聯(lián)網(wǎng)的直接互動主體是“物”到“物”，但其根本服務(wù)對象，依然是由人組成的各種組織、機構(gòu)，以及整個社會。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)層的存在，主要就是通過對數(shù)字化的物質(zhì)信息進行分析、整合，以使之服務(wù)于社會各領(lǐng)域的發(fā)展需要。服務(wù)層的構(gòu)成，分為硬件和軟件2個方面：硬件方面，服務(wù)層包含主機、控制器等必要裝置；軟件方面，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，有連接RFID讀寫器與后端應(yīng)用的中間系統(tǒng)、主導(dǎo)大數(shù)據(jù)分析的云計算平臺及主持端到端服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺等。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)配套技術(shù)

1.2.1 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)，是感知層發(fā)揮基本功能的核心支撐，也是服務(wù)層正常運轉(zhuǎn)的必要保障。感知層的數(shù)據(jù)處理，涵蓋數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理和優(yōu)化聚合等多個方面。和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)溝通相比，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源更加多樣化，在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方面，往往存在目標混雜及多源異構(gòu)等問題。基于此，感知層的信息處理技術(shù)，包括數(shù)據(jù)特征提取、模式識別和自主化信息融合等技術(shù)；服務(wù)層的信息處理技術(shù)，則包括信息分布認知、數(shù)據(jù)擴散挖掘與智能搜索等技術(shù)。

1.2.2 大數(shù)據(jù)運算技術(shù)

無論是互動層的數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)儲存，還是服務(wù)層的數(shù)據(jù)挖掘和云計算，都必須以強大的數(shù)據(jù)算力為支撐。特別是數(shù)據(jù)挖掘，要從模糊的、性質(zhì)各異且分布隨機的信息中，挖掘與主題相關(guān)的信息，往往需要對天文級數(shù)據(jù)量進行高速運算。據(jù)統(tǒng)計，在物聯(lián)網(wǎng)社會初步構(gòu)建的今天，相關(guān)服務(wù)數(shù)據(jù)量，已經(jīng)對算力要求提升到了浮點運算速度上百萬億次/秒的級別。

1.2.3 多端互聯(lián)技術(shù)

“萬物互聯(lián)，云上作業(yè)”，正是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初衷。而要對接多領(lǐng)域、多形式的物質(zhì)實體，離不開以下2方面技術(shù)的支持：首先是高度成熟的通信技術(shù)體系，包括窄帶通信、擴頻通信和多載波通信等；其次是通信技術(shù)，解決的是“聯(lián)得上”的問題，在此基礎(chǔ)上，還要面對不同性質(zhì)的物質(zhì)實體“怎樣聯(lián)”的問題，在這方面，還需要用到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)。當前局面下，如何解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的相容問題，實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)接入方式的融合，是物聯(lián)網(wǎng)體系拓展面臨的首要問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用推廣的現(xiàn)實意義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以傳感技術(shù)、通信技術(shù)及電子控制技術(shù)為依托，并通過互聯(lián)網(wǎng)達成資源和信息間的連接，其特點是具備空間和時間的靈活性及信息的集中性，能夠?qū)崿F(xiàn)在不受時、空限制的情況下完成資源連接[2]。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將目標環(huán)境中的事、物進行連接組合，同時做出擬人化判斷，從而使電子控制設(shè)備具備一定程度的分析和處理能力，并最終實現(xiàn)信息技術(shù)與服務(wù)的智能化。一方面，物聯(lián)網(wǎng)指的是事與物在互聯(lián)網(wǎng)平臺的連接和進一步延伸，因此可以將其簡單理解為物物相連的網(wǎng)絡(luò)；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)是指通過網(wǎng)絡(luò)得以建立聯(lián)系的物物之間進行的資源交換，從這一層面分析，物聯(lián)網(wǎng)是不再局限于互聯(lián)網(wǎng)范疇，而是成為一種建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的應(yīng)用。

在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐下，人類社會發(fā)展所涉及的各個行業(yè)實現(xiàn)了不同程度的智能化，在此基礎(chǔ)上，資源配置得到進一步優(yōu)化，生產(chǎn)效益也因此得到提升。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論應(yīng)用場景

現(xiàn)階段，我國的物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機配合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對物物聯(lián)系的實時把控[3]。特別是在國家電網(wǎng)、水路交通和物流運輸?shù)阮I(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以前所未有的優(yōu)勢成為行業(yè)高效運轉(zhuǎn)的強大動力和重要保障。出于不同的應(yīng)用目的，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備截然不同的服務(wù)狀態(tài)，經(jīng)過調(diào)查、總結(jié)和分析，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用場景歸納為以下2種類別。

3.1 社會生產(chǎn)類

3.1.1 種植業(yè)

在社會生產(chǎn)所涵蓋的眾多領(lǐng)域，不同類型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息收集、處理及決策制定等智能服務(wù)方面均發(fā)揮著重大作用。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為例，智慧農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展建立在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效化和智能化通過智慧農(nóng)業(yè)得以實現(xiàn)。當前形勢下的智慧農(nóng)業(yè)，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在對作物生長狀況的監(jiān)控、檢測及對水、肥條件的分析等方面，通過檢測和分析土壤情況，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)做出擬人化決策，并對目標作物施以適當?shù)姆柿虾瓦m量的水分，從而避免了以往人力監(jiān)測不到位的情況，也使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益在一定程度上得到提升。

3.1.2 畜牧業(yè)

對于牧場管理者而言，對幼年牲畜成長狀況的掌握及病弱牲畜的病情跟進十分必要，但在傳統(tǒng)的畜牧業(yè)中，管理者往往受牧場規(guī)模、牲畜數(shù)量及時空條件的限制，無法對牲畜的健康問題進行逐一了解，最終蒙受巨大的經(jīng)濟損失。如今的畜牧業(yè)，特別是占地面積廣闊的大規(guī)模牧場，經(jīng)營管理者可以不受時間、地點限制，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對牲畜的生長情況、健康狀況進行實時監(jiān)控，有效減少由監(jiān)控缺失而帶來的損失。

3.1.3 建筑業(yè)

在建筑行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在遠程視頻監(jiān)控方面。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，工程負責(zé)人能夠即時掌握建筑項目的現(xiàn)場施工動態(tài)。例如，施工過程中建材設(shè)施的存放管理、工作人員的施工流程及監(jiān)管人員的工作情況等。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑行業(yè)的運用還可以通過遠程監(jiān)控優(yōu)化資源配置、減少物資和人力的浪費情況，從而有效提升管理效率、大幅降低相關(guān)的管理成本。

3.2 國民生活類

3.2.1 家居生活

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在國民的生活領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在家居行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷滲透并進行技術(shù)革新，以滿足居民提升生活質(zhì)量和家居產(chǎn)品體驗感的要求。在智能家居方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用于交互和控制數(shù)據(jù)，以滿足用戶在任意時間地點使用和控制家居產(chǎn)品的需求[4]。在目前的家居行業(yè)，完整的智能物聯(lián)網(wǎng)控制體系已經(jīng)初具雛形，特別是在智能廚房、智能客廳等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶能夠?qū)揖赢a(chǎn)品進行遠程控制，家居生活的舒適度和便捷程度也因此得到提升。

3.2.2 社區(qū)物業(yè)、安保

近年來，隨著我國城市化水平的提高，社區(qū)居民的人數(shù)也日益增長，由社區(qū)火災(zāi)、高空墜物等突發(fā)情況造成人員生命、財產(chǎn)損失的事故也與日俱增，居民對于社區(qū)安全問題給予了前所未有的重視。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與社區(qū)安保的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)社區(qū)安保智能化，一方面，社區(qū)安保部門可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)置具有人臉識別功能的門禁，從而排除外來人員進入社區(qū)的可能性，提升社區(qū)安全指數(shù)；另一方面，社區(qū)物業(yè)可以對居民使用水、電和燃氣的情況進行監(jiān)測，同時還能夠通過定期檢測確保相關(guān)設(shè)施的運行狀況，保證居民安全使用水電氣。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實例

4.1 農(nóng)糧生產(chǎn)

自“十三五”以來，我國緊密圍繞“綠色、創(chuàng)新”的發(fā)展理念，通過廣泛的完善基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利對接。一系列自動化智能化系統(tǒng)和智能感知芯片的運用，極大地改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，使作物生產(chǎn)的穩(wěn)定性大幅提升，基本逆轉(zhuǎn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展嚴重依賴環(huán)境、天氣等自然因素的情況[5]。

物聯(lián)網(wǎng)在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場景，主要有如下幾種。

4.1.1 智能化大棚環(huán)境控制

數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)和信息處理技術(shù)相結(jié)合，為動態(tài)控制大棚生態(tài)環(huán)境，確?；A(chǔ)環(huán)境始終符合作物生長需求，提供了技術(shù)可能。通過對大棚空氣成分、病蟲害分布狀況和土壤微量元素比例的定量采集與精準分析，繼而采用模塊化的生態(tài)參數(shù)控制方式，可在大棚內(nèi)部實現(xiàn)自然溫室環(huán)境的高度還原，確保大棚作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。

4.1.2 特殊作物栽培儲藏

在特糧特經(jīng)作物的生產(chǎn)層面，同樣可以運用大棚栽培的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行空間掌控。在此基礎(chǔ)上，還需增加苗情動態(tài)采集和發(fā)育狀況分析環(huán)節(jié)。通過傳感節(jié)點和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的布置，構(gòu)成感知層，繼而搭配遠程服務(wù)平臺，相關(guān)專家可實現(xiàn)對作物栽培的實時調(diào)整。對儲藏要求特殊的作物，同樣可以通過采用溫度傳感技術(shù)的氣調(diào)庫，保障特定作物的最佳保鮮溫度和濕度，從而最大限度地提高貯藏效果。

4.1.3 節(jié)水灌溉智能施肥

相比應(yīng)用多年的自動化灌溉技術(shù)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的灌溉施肥體系，更加凸顯了其智能化精準調(diào)控的優(yōu)勢。我國既有的水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)在灌溉施肥領(lǐng)域的主要實踐方式。該系統(tǒng)在正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可根據(jù)調(diào)取的大數(shù)據(jù)信息，自動設(shè)置水肥灌溉規(guī)劃，以高度智能化的程序，精準控制施肥機、灌溉網(wǎng)絡(luò)開展工作，保障土壤肥液濃度、酸堿度始終符合作物生長需求。

4.2 智能電網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，廣泛體現(xiàn)在從發(fā)電到電能調(diào)度的各個生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)傳感體系的加入，進一步強化了智能電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)感知、傳輸和分析效率；多個智能化模塊的運用，在顯著提升電網(wǎng)智能化水平的同時，降低了電力系統(tǒng)的故障率；而動態(tài)監(jiān)測機制與物聯(lián)網(wǎng)遠程分析平臺的搭配運用，為準確掌握電網(wǎng)運行狀態(tài)、及時響應(yīng)電網(wǎng)故障創(chuàng)造了良好條件。

近幾年的技術(shù)實踐證明，傳感器模塊的質(zhì)量水平，是制約物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域全面應(yīng)用的主要因素。我國地理氣候環(huán)境復(fù)雜，不同的濕度、溫度對傳感器基本參數(shù)的要求也不盡相同[6]。例如，靈敏度較高的傳感器，在溫度極寒、較熱的區(qū)域，往往會出現(xiàn)信息過度采集的現(xiàn)象，額外加重系統(tǒng)負擔(dān)，甚至引發(fā)智能分析系統(tǒng)誤判。因此，高靈敏反應(yīng)的傳感器，反而無法勝任該地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。

5 基于現(xiàn)狀的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

5.1 實踐應(yīng)用趨勢

根據(jù)技術(shù)調(diào)研統(tǒng)計，近80%的企事業(yè)單位，正在將發(fā)展資金用于一個或多個物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)項目中，用以實現(xiàn)企業(yè)運作體系的更新?lián)Q代。與此同時，社會各領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的運用水平，也有了顯著提升，其主要表現(xiàn)是，專注于運營能力和資產(chǎn)配置效率的物聯(lián)網(wǎng)用例正在增加。越來越多的企業(yè)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)視作強化企業(yè)運行效率的實用手段，而非僅僅是“現(xiàn)代化企業(yè)”的形象標志。這種實用化的思維，有利于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進入良性發(fā)展循環(huán)。

5.2 理論研究趨勢

理論研究方面，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念和技術(shù)，也經(jīng)歷了一個由“神化”到“客觀”的過程。早期物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用重架構(gòu)鋪設(shè)、輕隱患防范的現(xiàn)象正在消失。當前物聯(lián)網(wǎng)理論研究，主要朝向2方面問題：其一是物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢的充分發(fā)揮和安全隱患的防范；其二是多種場景條件下的應(yīng)用思路。以上課題研究的深入展開，均以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對社會行業(yè)的全面覆蓋為最終目標。

5.3 國際發(fā)展趨勢

一直以來，相比亞太地區(qū)，歐洲和北美地區(qū)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展水平、使用頻率乃至應(yīng)用范圍等方面長期處于領(lǐng)先地位。然而，隨著亞太地區(qū)各國經(jīng)濟、科技的發(fā)展，歐美在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的領(lǐng)先優(yōu)勢已經(jīng)大不如前[7]。在最新一輪的調(diào)查中可以發(fā)現(xiàn)，歐美大型企業(yè)的平均數(shù)據(jù)顯示，將在2年內(nèi)對7個物聯(lián)網(wǎng)用例進行投資，而在亞太地區(qū)公司，此項調(diào)查結(jié)果為13。也就是說，中國、韓國和印度等亞洲國家與歐美發(fā)達國家在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的差距正在縮小。

6 結(jié)束語

綜上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高度發(fā)展的必然結(jié)果。我國的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，已經(jīng)基本位居世界前列，但在安全性防范、未來趨勢把握等方面，尚欠缺體系化的理論研究。基于此，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，將主要表現(xiàn)為實踐層面，在既有應(yīng)用水平基礎(chǔ)上，進一步向各領(lǐng)域深入滲透，朝著社會層面的全網(wǎng)整合穩(wěn)步邁進；在廣泛實踐的基礎(chǔ)上，我國物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論，也將逐步解決優(yōu)勢運用、安全性防范等亟需解決的重大問題?？傮w而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的探索和應(yīng)用，將助力我國各項產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化、智能化，確保中國制造向中國“智”造的順利轉(zhuǎn)型。