物联网的综合应用论.doc

姓名：学院：学号：物联网的综合应用 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。 目前，物联网是全球研究的热点，物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命，使物品和服务功能都发生了质的飞跃，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。物联网的发展，以移动技术为代表发展的结果，带动的不仅仅是技术进步，而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革，塑造了知识社会的流体特性，推动面向知识社会的下一代创新。开放创新、共同创新、大众创新、用户创新成为知识社会环境下的创新新特征，技术更加展现其以人为本的一面，以人为本的创新随着物联网技术的发展成为现实。 物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internetofthings”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。传感网是基于感知技术建立起来的网络。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟(ITU)2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网仍缺乏一个清晰的定义。 物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。 物联网中非常重要的技术是射频识别（RFID）技术。RFID是射频识别（RadioFrequencyIdentification）技术英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。 任何事物和该事物在人们头脑中形成的概念的关系都是相互依存的关系。该事物的概念是该事物在人们头脑中的本质属性的反映。物联网也是一种事物。因此，物联网和物联网概念的关系也是相互依存的关系。离开了物联网，物联网概念就是无本之木，无源之水；有物联网必然在人们头脑中形成与之相对应的物联网概念，不会有：只有物联网，而没有物联网概念的情况出现。这就是物联网和物联网概念的辨证关系。当然，在科学实践活动中，在人们头脑中形成的科学概念，与前科学思维时期，人们认识周围事物最初所形成的日常生活概念有所不同，科学概念也可以作为表现某一认识阶段上科学知识和科学研究的结果、总结而存在。物联网概念也是一种科学概念。因此，它也可以作为某一认识阶段上科学知识和科学研究的结果、总结而存在。正如前面定义所述，物联网概念是在互联网概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与任何物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。它也是互联网知识和研究的结果和总结。 物联网在现代生活中有很广泛的应用，那么下面就来介绍一下物联网在智能电网、智能物流、智能交通和智能环境监测中的应用。1).智能电网 智能电网就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户，并可抵御攻击，从而提供满足21世纪用户需求的电能质量，容许各种不同发电形式的接人，可启动电力市场以及资产的优化高效运行。美国的智能电网计划建设700家自动变电站，替换20万台变压器，安装智能电表4000万个，覆盖四分之一到三分之一的美国家庭，全部工程将在三年内完成。届时将使美国可再生能源利用率提高至20%。 智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，实现数据读取的实时、高速、双向的效果，从而整体提高电网的综合效率。国家电网公司智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提，在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体。通过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值，可服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平，提升电力系统运行的安全性和经济性。 智能电网的核心在于，构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运行的可靠性和能源利用效率。智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。面向智能电网的物联网从技术方案的角度来讲，网络功能仍集中于数据的采集、传输、处理三个方面：一是数据采集倾向于更多新型业务。由于宽带接入技术的支持，物联网应用不局限于数据量的限制，在未来的大规模应用中可以提供更多的数据类型业务，如重点输电线路监测防护、大规模实时双向用电信息采集。二是网内协作模式的数据传输。以网内节点的协作互助为基本方式，解决数据传输问题。以各种成熟的接入技术为物理层基础，从MAC层以上，通过多模式接入、自组织的路由寻址方式、传输控制、拥塞避免等技术实现节点协作数据传输模式。三是网内数据融合处理技术。物联网不仅仅是一个向用户提供物理世界信息的传输工具，同时还在网络内部对节点采集数据进行融合处理，是一个具有高度计算能力和处理能力的云计算信息加工厂，用户端得到的数据是经过大量融合处理的非原始数据。物联网作为智能电网末梢信息感知不可或缺的基础环节，在电力系统中具有广阔的应用空间，物联网将渗透到电力输送的各个环节，从发电环节的接入到检测，变电的生产管理、安全评估与监督，以及配电的自动化、用电的采集、以及营销这方面都要采用物联网，在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用。可以说80%的业务跟物联网相关。传感器网络可以全方位提高智能电网各个环节的信息感知深度和广度，为实现电力系统的智能化以及信息流、业务量、电力流提供高可用性支持。面向智能电网应用的物联网应当主要包括感知层、网络层和应用服务层。感知层主要通过无线传感网络、RFID等技术手段实现对智能电网各应用环节相关信息的采集；网络层以电力光纤网为主，辅以电力线载波通信网、无线宽带网，实现感知层各类电力系统信息的广域或局部范围内的信息传输；应用服务层主要采用智能计算、模式识别等技术实现电网信息的综合分析和处理，实现智能化的决策、控制和服务，从而提升电网各个应用环节的智能化水平。下面举出两个生活中具体的例子：1.减少停电现象 停电现象普遍存在且颇具破坏性，会降低电网可靠性和客户满意度、浪费能源、使网络效率下降，也会影响公司收入(不管是买方还是卖方的收入)。通过在智慧的电力中安装先进分析和优化引擎，电力提供商可以突破“传统”网络的瓶颈，而直接转向能够主动管理电力故障的“智能”电网。对电力故障的管理计划不仅考虑到了电网中复杂的拓扑结构和资源限制，还能够识别同类型发电设备，这样，电力提供商就可以有效地安排停电检测维修任务的优先顺序。如此一来，停电时间和频率可减少约30%，停电导致的收入损失也相应减少，而电网的可靠性以及客户的满意度都得到了提升。 2.智能电表 在智慧的电力设施的支持下，智能电表可以重新定义电力提供商和客户的关系。通过安装内容丰富且读取方便的设备，用户可了解在任何时刻的电力费用，并且用户还可以随时获取一天中任意时刻的用电价格(查看前后的记录)，这样电力提供商就为用户提供了很大的灵活性，用户可以根据了解到的信息改变其用电模式。智能电表不仅可以测量用电量，它还是电网上的传感器，可以协助检测波动和停电。它还能储存和关联信息，支持电力提供商完成远程开启或关闭服务，也能远程支持使用后支付或提前支付等付费方式的转换。总而言之，智能电表可大幅度减小系统的峰值负荷，转换电力操作模式，也能重新定义客户体验2).智能物流 物流是最早接触物联网技术的产业之一，也是最早应用物联网技术实现物流作业智能化、网络化、和自动化的行业。物联网技术可以大大地提高物流效率，具体的来说主要有以下几个方面：1.供应链管理方面供应链管理中，通过RFID、红外视频等感知技术可以实时获取物品当前的状态，然后通过物联网的网络层将信息传达给销售商、生产商以及原料供应商，使供应链上的各个环节具备信息快速获取的能力，增加其可供处理的时间。这种供应链的智能物流信息化管理会提高客户需求预测的准确度，促使供应链上下游企业的密切合作，实现整体效益的提高，而不是利润的简单转移。2.智能物流配送中心方面配送中心可以利用物联网中的RFID等技术，根据需要将电子标签贴在货物、托盘或者周转箱上面，通过物品信息的实时记录、处理，再结合物联网的智能处理系统，实现货物出入库、盘点、配送的一体化管理。贴有RFID标签的货物通过入库口时，读写器将自动读取货物信息，并将信息通过网络传送到数据库与订单进行对比，清点无误便可入库，系统的信息库随之更新。在配送过程中，智能软件系统根据客户需求自动安排货物出库计划，出库过程与入库相似。在平时的盘点过程中，可以用固定或者手持读写器进行自动扫描，大大提高工作效率。当然，可以将物联网中的智能终端设备，如智能码垛机器人、无人搬运小车等与操作软件相结合，进一步提高智能物流中心的智能化程度。 3.可视化管理方面目前，物联网的GPS/GIS技术、RFID技术、传感器网络技术在智能物流中已展开初步应用，以便实时了解关注对象的位置与状态，力图建立可视化的智能系统。比如，现在的智能物流运输系统积极应用物联网技术，已经在某种程度上实现可视化。通过在运输路线上布置一些网络节点，当装有相应标签或传感器等设备的货车经过时，便可获知其运输的路线、时间、货物等相关信息，使后台管理者实现可视化管理。当然，也可将这种技术落实在企业内部的生产线、汽车食品温度实时监控等场合，以增强整个智能物流过程的透明度。 4.可追溯管理方面应用物联网建立可追溯的智能系统，主要是为了实现在智能物流过程中的质量管理和责任追究的功能。比如，将物联网中的视频技术镶嵌在生产系统中，不仅能够实时监控产品的制造过程，而且可以事后进行查询。目前，主要是在食品安全、药品安全等领域运用物联网实施可追溯管理。通过产品追溯体系可以实现产品质量、效率等方面的智能物流保障。3).智能交通如何在现有路况下实现对人、路、车的有效监控，实现道路利用效率的最大化，便成了有效解决目前交通拥堵问题的当务之急，智能交通就可以将这些很好的解决。 建立物联网系统，将RFID技术用来交通标识的个体标识，为之设计专用的RFID标签，并结合无线传感网络、PC机数据库、汽车终端等构建RFID管理信息系统，实现交通标识数据的有效追溯和数据的共享，从而达到优化交通标识管理维护的目的。物联网科技应用于交通标识可以实现获取天气信息，如湿度、雨雾、阳光强度等信息，从而进行科学分析，自动触发相关行为，调整标志反射角度，并根据相应天气信息发出警示信号。交通标志以往由于客观原因标志在设计、安装和管理上十分混乱，存在许多问题，如：一个标志杆上安装五六块标志，驾驶员无法在短时间内识读。而通过物联网技术有效地解决了此类问题，它通过监视实际的天气、车流等情况自动触发对车主最合理的禁令、指示或警告标志。二、实现流量控制及交通诱导针对信息滞后带来的不便，就目前大多数交通拥堵来看不在于交通路况的路少或车多，而在于对路况的信息传递不畅所致，另一方面即便有的地方信息传递流畅但信息的处理不及时缺乏相应的智能化应用也是重要的原因。交通标识对于道路的通行能力起着重要的作用，将物联网技术运用于交通标识中可以智能实现流量控制。交通标识与汽车终端的数据交流是实时双向的，通过各类交通标识实时监测和采集公路交通的流量信息，将相关的流量属性和数据信息进行存储得到交通流量数据库，其监测的交通流量范围主要包括：路段各个进出口的总车流量、不同进口到不同出口的车流量、各个路口进出口单位时间内的车流量以及单位间隔时间的车流量。通过采集监测到的交通数据流量，进行数据格式转换和数据库存储，从而建立智能交通系统的交通流量数据库。通过该数据库又可以自动或手动通过交通标识进行流量控制。如当道路通行不畅时，交通信号灯可以通过传感器获取实时信息，并自行合理调整信号灯，而相对应标志可以对此段道路适当分流，从而实现缓解道路压力的目的。将物联网技术应用于交通标识中，还可使原本相对独立、固定的个体形成有机整体，形成有效的公路网。通过交通标识系统，为出行者指示下游道路的交通状况，让出行者选择合适的行驶道路，既为出行者提供了出行诱导服务，同时调节了交通流的分配，改善交通状况。智能交通诱导功能还需要能够接收来自车载终端的查询功能，依据RFID、GPS等对车辆进行定位，根据车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地，结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息，为出行者提供能够避免交通拥挤、减少延误及高效率达到目的地的行车路线。在车辆终端上给出车辆行驶前方的道路网状况图，并用箭头标示建议的最佳行驶路线。目前，在交通标识管理中维护难度大，特别是农村公路标志存在被车辆刮破、撞弯，标线老化、脱落或反光效果差等现象比较普遍。而通过RFID标签可以准确的定位到相应的交通标识，更可以通过程序设定，当交通标识发生破坏时自行发送维护请求，方便公路管理部门的管理，并可将所有维护信息存档，便于今后调取分析。4) .智能环境监测 物联网可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾检测、水质监测、排污水监控、降水监测、大气监测、电磁辐射监测、噪声监测、森林植被防护、土壤监测、生物种群监测、地质灾害监测等。下面详细介绍：1.大气监测 对大气的监测一般可采用固定在线监测、流动采样监测等方式，可在污染源安装固定在线监测仪表，在监控范围内按网格形式布置有毒、有害气体传感器，人群密集或敏感地区布置相应的传感器。这样，一但某地区大气发生异常变化，传感器就会通过传感节点将数据上报至传感网，直至应用层的“云计算”，根据事先制定的应急方案进行处理；对于污染单位的排放超标，物联网可实现同步通知环保执法单位、污染单位，同时将证据同步保存到物联网中，从而可避免先污染后处理的情况。2.水质监测 对水质监测包含饮用水质监测和水质污染监测两种。饮用水源监测是在水源地布置各种传感器、视频监视等传感设备，将水源地基本情况、水质的PH值等指标实时传至环保物联网，实现实时监测和预警；而水质污染监测是在各单位污染排放口安装水质自动分析仪表和视频监控，对排污单位排放的污水水质中的BOD5、CODer、氨氮、流量等进行实时监控，并同步到排污单位、中央控制中心、环境执法人员的终端上，以便有效防止过度排放或重大污染事故的发生。3.污水处理监测 西安市目前已经建设有两个污水处理厂。但对于污水的进水监测和出水监测大多还是依靠工作人员在入水口和出水口定时采样进行化验，不但费时、费力，而且对于进出水质的监测不是持续在线监测，使处理厂水处理设备不能达到最经济的运行状态。在污水处理厂的入水口和出水口设置多种传感设备，可实现对进水水质和出水水质、流速、流量等持续的监测。 尽管物联网给我们带来了很多的方便，但是任何一个事物有利就有弊。物联网发展中也存在很多的问题，下面列举几个：1.网络信息安全 物联网的核心和基础仍然是互联网，在物联网快速发展的今天，国内大型企业、政府机构，如果与国外机构，进行项目合作，如何确保企业商业机密、国家机密不被泄漏。这不仅是一个网络信息方面的技术问题，甚至还涉及到国家安全问题，必须引起高度重视。2.缺乏应用的统一标准 我们知道，互联网如今之所以已经普及到世界每个角落，是因为互联网发展到今天，标准化问题解决的非常好，全球进行传输的协议TCP/IP协议，路由器协议，终端的构架与操作系统，都解决的非常好，很方便上网。在物联网核心层面是基于TCP/IP协议，但是在接入层面，协议种类很多，如GPRS、短信、传感器、TD.SCDMA等，物联网需要一个统一的协议基础。3.亟待掌握核心技术 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置或器官。如果把物联网比作人，那么传感器就像人体的五官。目前在传感器技术领域我国尚无话语权。我国的传感器芯片，从技术到制造工艺，都落后于美国等发达国家。传感器是物联网的基础，没有它，物联网就是无源之水、无本之木。4.商业模式尚未成熟 物联网产业的发展，商业模式最为重要，也就是说只有解决了谁为应用买单的问题，物联网才能实现可持续发展。煤炭行业因为对安全生产的重视，所以应用得比较多。现在不少地方政府都在建设物联网示范工程，但示范之后，能否使产业形成自身的生存发展能力，关键还是看能不能找到合适的商业模式。另外，现在大家都在做具体的行业应用，但是如果在更高层的公共平台没有建立统一的标准，还是难以实现物联网的真正效用，这需要各级政府和产业界共同推动。5.管理平台的建设 物联网技术的相关应用已经越来越普遍。但对应于每一种具有实际管理要求和应用的物联网，都需要开发与之相关的管理平台或服务，这使物联网的应用受到