第2章-物联网的战略意义和现状分析

第2章物联网的战略意义与现状分析本章主要介绍物联网的战略意义，同时对物联网的现状进行分析。前者包括物联网在发展国民经济、建设文明和谐社会、维护保障国家安全以及推动科学技术进步等方面的战略意义；后者针对物联网战略规划和产业现状进行分析。1第2章物联网的战略意义与现状分析2.1物联网的战略意义

2.2物联网现状分析

本章小结22.1物联网的战略意义2.1.1经济价值

2.1.2社会价值

2.1.3国家安全

2.1.4科技发展需求32.1.1经济价值1.绿色经济与低碳经济

2.信息经济与知识经济41.绿色经济与低碳经济表2-1全球碳排放量排行榜(2005年)52.信息经济与知识经济

有效利用资源与保护自然环境是经济可持续发展的基础，能不断创造价值赋予经济发展不竭的动力。传统的农业经济和工业经济等物质生产经济更多地是通过物质的产量输出价值，在产业模式上出现革命性突破的可能性不大。信息经济与知识经济可以超越物质实体的限制，提供更多的创新机会和更大的创造空间。“信息经济”的概念最早是由美国学者马克卢普在20世纪50年代提出的。信息经济是以现代信息技术等高科技技术为物质基础，信息产业起主导作用的，基于信息、知识、智力的一种新型经济，是产业信息化和信息产业化两个相互联系和沿着彼此促进的途径不断发展的产物。“知识经济”最早是由联合国研究机构在1990年提出来的。知识经济是以现代科学技术为基础，建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济。知识经济基于工业经济和信息经济，是以知识的生产、传播、转让和使用，展示最新科技和人类知识精华为主要活动的经济形态。62.1.2社会价值1.老龄化问题

2.城市交通问题

3.环境污染问题71.老龄化问题随着医疗卫生水平前所未有的提高，人类的平均寿命得到很大程度地延长。长寿可以令人有更多的时间来享受美好的人生。然而，从另一个角度来看，人类平均寿命的延长，提高了老年人口占总人口的比例，也就是常说的人口老龄化。人口老龄化之所以成为一个社会问题主要体现在两个方面：第一，大多数老年人退休之后不再有直接的、丰厚的经济收入，如何“养老”必然成为一个对社会经济发展有重要影响的问题；第二，老年人体弱多病是自然规律，老年人必然对于健康医疗和照料看护等服务有着很高的要求。基于物联网技术的医疗保健，可以满足为老人提供及时、准确、有效的医疗救治服务的要求，这就是常说的“智能医疗”。智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中老年人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过网络传输到护理人或有关医疗单位。根据需求，还可提供紧急呼叫救助服务、专家咨询服务等。81.老龄化问题基于物联网技术的远程看护，可以实时地向老年人的子女或者监护人反馈老年人的起居生活信息。远程看护系统借助视频、温度、湿度等环境感知设备，对老年人周围的环境进行监测，同时关注老年人的各种活动，并能自动判断当前环境是否让老年人感到舒适，老年人目前的活动是否存在危险性等，将判断结果通知老年人或者老年人的子女以及监护人。物联网技术在医疗保健和远程看护上的应用，使得年轻人可以专注于自己的工作，从而为人类社会创造更多的价值，同时不必担心老年人缺乏有效的医疗和看护服务。92.城市交通问题(1)交通阻塞

(2)停车问题10(2)停车问题汽车并非总处于运动之中。当它们处于静止状态时，就要占据一定空间。汽车越多，占据的空间越大。在城市中心区，人多车多空间少，停车场与汽车数量很不相称，停车是让每个现代都市饱受困扰的难题。在一个城市的购物商圈或者办公楼集中区域附近，找不到停车位的车主通常有两个选择：第一，驾驶汽车在路上缓慢行驶、不断寻找停车场；第二，迫不得已在马路两边将汽车乱停乱放。另外，伴随停车难产生的慢速行驶和乱停车现象也变相地加剧交通阻塞。交通管理的科学化、现代化，一直是为实现综合治理、解决交通问题而追寻的目标。基于物联网技术的智能交通系统，以道路交通信息的收集、处理、发布、分析为主要方式，为交通参与者提供多样性的服务，被认为是改善交通状况的必由之路。11(2)停车问题通过准确地收集交通信息，可以及时地判断当前交通的拥堵情况，分析出交通阻塞的瓶颈区域；通过交通诱导信息的发布，可以有效地引导车辆避开拥堵区域，避免交通阻塞进一步加剧；借助先进的交通信号系统，能够从宏观上对交通进行动态地调节与管制，实现车流量与道路通行能力的匹配。基于物联网技术的智能交通产业不仅是高新技术产业，同时也是综合性很强的交叉产业，涉及交通运输、电子信息、交通工程和城市规划等。因此，智能交通在提升交通系统的现代化管理水平和运营服务水平的同时，也孕育着巨大的商机。123.环境污染问题(1)大气污染

(2)水污染

(3)噪声污染

(4)放射性污染13(1)大气污染表2-2中国近年废气中主要污染物排放量14(2)水污染饮用水源污染之后，通过饮水或者食物链对人体健康产生影响，水中包含的污染物进入人体，甚至引起一些严重的疾病，比如癌症、重金属中毒等。工农业生产水源污染之后，生产用水必须投入更多的处理费用，这将造成资源、能源的浪费。此外，水源富营养化现象会导致水质变差，以致大量水生植物和鱼类死亡。中国水环境普遍恶化，水资源短缺和水污染现象并存。有关数据表明，目前全国年缺水量达400亿立方米，近2/3的城市存在不同程度的缺水。据水利部门披露，2005年全国污废水排放总量达717亿吨，其中2/3未经处理直接排入水体，造成90%的城市地表水域受到不同程度的污染，不少地区符合标准、水质稳定的饮用水水源地呈缩减趋势。部分城市浅层地下水已不能直接饮用。据调查，113个环保重点城市的222个地表饮用水源地，平均水质达标率只有72%。2005年初，建设部组织开展的专项调查结果表明，被调查的45个重点城市的饮用水水源都存在不同程度的有机物污染，有机污染物的总数高达200多种。15(3)噪声污染随着城市发展的加快，噪声已经成为城市的一大公害，严重影响了人们的生活和健康。噪声污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工等，如汽车、火车、飞机、船舶等产生的交通噪声，大型工业设备产生的工业噪声，建筑施工场所发出的建筑噪声。噪声会对人类的生活和工作造成干扰，严重时也会损害人的身心健康。据2009年统计公报，在监测的327个城市中，城市区域声环境质量好的城市仅占4.9%，较好的占70.0%，轻度污染的占23.9%，中度污染的占1.2%。大量的统计研究资料表明，高噪声不仅损害人的听觉，而且对神经系统、心血管系统、消化系统等都有不同程度的影响，严重损害人们的身心健康。16(4)放射性污染放射性物质发出的射线可以破坏人体的细胞和组织结构，也能损伤中枢神经，对人体造成不可逆转的严重伤害。核武器使用及试验的沉降物、核电站等核设施运营中产生的泄漏、核电站产生的废料以及民用放射性物质是人类接触到放射性物质的几种主要途径。根据国际原子能机构的统计，全球目前有438座动力反应堆，651座研究堆，还有250个核燃料工厂，包括铀矿山、转化厂、浓缩厂及后处理厂。一个容量为100万kw的反应堆，在运行3年之后，能产生差不多3吨的各种核废料，其中绝大部分是具有放射性的。国际原子能机构曾指出，全球100多个国家在防止放射物质被盗方面都有程序漏洞，就连曾遭恐怖袭击的美国对本国的放射物质也疏于管理。美国核管理委员会在一份报告中承认，自1996年以来，美国1500多件放射源曾下落不明，半数以上至今没有找到。此外，欧盟的一份报告显示，欧盟国家每年都有70多件放射源丢失。172.1.3国家安全1.国界安防

2.防范恐怖主义

3.机场入侵防范

4.轨道交通安全

5.经济信息安全181.国界安防国界是一个国家领土范围的地理界限，也是该国与其邻国相接触的最前沿部分。国界主要体现为两种形式：第一，人为形式的国界，如界碑、界墙等；第二，自然形式的国界，如山脉、荒漠、草原、海岸线等。偷渡、非法越境严重损害一个国家的主权和利益。在中国云南边境，境内外不法分子采用非法越境的方式，携带海洛因、冰毒等毒品进入中国境内。这些毒贩不仅夺走了中国人民辛勤创造的财富，也剥夺了他人享受幸福生活的权利。在中国的福建、广东、广西边境，境内外不法分子相互勾结，一方面走私汽车、电器设备、油料等，偷逃巨额关税，另一方面，偷运在国内各地收购的文物出境。各种走私活动使中国的经济和文化蒙受重大损失。191.国界安防设置边防哨所，以边防军警守卫重要关卡、要道，并定期巡逻整个辖区是目前许多国家采用的主要边防手段。然而，依靠边防军警的巡逻防护国界存在几个问题：第一，除去重点关卡和要道，一个边防哨所辖区内的大部分区域长时间处于无人值守状态，这些区域内的偷渡和非法越境行为很难在第一时间被发现；第二，一些边界附近自然环境恶劣（如酷热、严寒、缺氧），极不适合人类生存，对边防军警人员的身心造成极大的伤害。构筑严密、坚固并且智能化的国界安防系统这一重大而迫切的需求，为物联网提供了用武之地。由于许多高精度感知设备的外观微小易于掩蔽，使得国界安防系统的“存在”不被偷渡者察觉。多种传感器的联合上报可以为拦截偷渡者提供准确的越境方位信息；图像和视频等多媒体设备可以准确地记录偷渡者的外形特征和偷渡过程，提供偷渡事实的铁证。利用安防系统提供的准确信息，边防部门可以快速制定出针对偷渡者的响应方案。物联网技术的应用，可以有效地防范偷渡和非法越境，极大地增强一个国家的国界安防实力。202.防范恐怖主义20世纪后期开始，恐怖主义活动日益频繁，在西欧、中东、拉美和亚洲的许多地区蔓延，即使像美国、俄罗斯这样的超级大国也常面临恐怖袭击的威胁。恐怖主义活动手段卑劣而且残忍，严重影响了国际社会的安全与稳定。近10年来，世界上许多国家都被恐怖主义活动深深地困扰，例如俄罗斯北高加索地区的水电站爆炸，美国驻叙利亚使馆遭遇炸弹袭击，印度孟买的枪击袭击事件，伊朗清真寺爆炸袭击事件，还有给人类留下最惨痛记忆的，2001年发生在美国纽约的“9·11”事件，等等。恐怖主义活动大多是发生在人多热闹、疏于防范的地区。为尽可能大地渲染恐怖气氛，恐怖分子多采用枪击、爆炸、焚烧、毒气等十分血腥、残忍的暴力方式，对无辜的平民施以毒手。由于恐怖袭击造成的严重后果是人力无法扭转的，因此应对恐怖主义活动的最好方法是阻止恐怖袭击的实施。预防恐怖袭击具体的方式包括：严密监视可疑人员的行动和严格检查可疑的危险物品。212.防范恐怖主义痕量爆炸物传感器、有毒物传感器作为物联网的鼻子，可以灵敏地“嗅探”出易燃易爆物品、危险化学物品的存在。物联网智能分析平台可以根据感知设备的上报数据，对这些危险品造成的危害程度以及危害波及的范围进行评估。温度传感器、力学传感器作为物联网的触觉，可以及时地发现环境中异常的温度变化或者物体形变。物联网智能分析平台可以根据变化信息判断出异常变化的区域是否有险情以及险情的级别。视频设备作为物联网的“眼睛”，可以详细记录人的面部表情和身体动作。物联网智能分析平台通过对人的面部表情或身体动作的分析，可以在人群中锁定嫌疑目标。225.经济信息安全在经济全球化背景下，经济信息安全事关国家安全，它以资本市场信息安全为核心，包括内容安全和技术安全两个层面。当前，大规模资本市场交易和资金流动都通过交易平台以网络化的形式实现。片面、虚假、歪曲的信息，会误导、扰乱市场；核心技术失控、网络漏洞以及黑客、病毒等都可能使大量财富瞬间化为乌有。没有经济信息安全，就没有交易安全，就没有金融安全和经济安全，也就没有完全意义上的国家安全。国外一些钢铁巨头近年采用涉嫌商业贿赂和商业间谍的不法手段，获取中国钢铁企业大量机密，使中国钢铁企业蒙受巨大的经济损失。此类案件暴露了国内企业保密意识淡薄、重要经济领域的安全体系存在严重隐患，从而使得国外跨国公司可以轻松窃取商业情报。其实，钢铁行业领域内的商业贿赂案件只是一个缩影，近年来很多国际知名公司都曾被爆出在中国犯下商业贿赂案件，给中国带来严重的经济损失。235.经济信息安全RFID技术作为一种典型的物联网技术，目前被广泛应用于物流、交通、金融等领域。目前，物流行业内广泛采用RFID技术构建高效、经济的供应链，在世界范围内基于RFID技术正在形成一张巨大的物流信息网络。由于每个RFID标签中包含了与产品相关的重要信息，这些信息一旦被非法获取，必然给产品的生产和销售厂商造成经济损失。目前，RFID相关的加密技术、安全认证技术也存在着严重的漏洞，给RFID产业的发展制造障碍，为国家的经济信息安全埋下隐患。国家话语权和经济信息安全密不可分。没有话语权，就不可能实现真正意义上的、可持续的经济信息安全；没有经济信息安全，也不可能拥有强大的、有效的话语权。因此，物联网作为一个国家战略级的新兴产业，关联着许多国民经济生产的重要行业，被赋予带动其他相关产业发展的重要使命，其在经济信息安全方面的问题不容回避和忽视。只有在经济信息安全得到保障的前提下，物联网才能走上快速发展的道路。242.1.4科技发展需求1.传感器技术

2.信息处理与服务技术

3.网络通信技术

4.能源技术252.信息处理与服务技术由于感知设备数量庞大，分布范围广阔，物联网从现实物理世界获取的数据量多到难以估计的程度。物联网信息处理方面的一个重要研究内容就是海量信息处理。信息存储是对信息进一步加工，提取更多有用信息的基础。为应对数据的海量增长，分布式数据库系统比集中式数据库系统拥有更好的扩展性。分布式数据库系统可以保证用户就近访问和使用数据库资源，降低了通信代价。由于分布式数据库系统具有在空间位置上分散的特点，系统故障造成的损失可以最小。发展和完善分布式数据库系统是解决海量信息存储问题的主要方式。海量信息的查询和检索，对于信息的分析和利用有重要意义。从海量信息中查询、检索目标信息的效率，往往由信息的存储、访问方式决定。提高海量信息查询、检索效率的关键在于设计优化的信息索引结构和高性能的信息查询算法。262.信息处理与服务技术物联网信息处理的另外一个重要内容是智能信息处理，即利用信息提供各种有意义、有价值的服务，使信息处理进入一个更高级的阶段，如数据挖掘、知识发现等。数据挖掘技术的目的在于发现不同数据之间潜在的联系，在不同应用背景下进行更高层次的分析，以便更好地解决决策、预测等问题。数据挖掘是多学科交叉研究领域，涉及数据库技术、人工智能、机器学习、统计学、高性能计算、信息检索、数据可视化。数据挖掘的发展依赖相关科技的进步，也推动了相关科技的发展。知识发现的目的是向使用者屏蔽原始数据的烦琐细节，从原始数据中提炼出有意义的、简练的知识，让使用者直接把握核心内容。一个完整的知识发现过程，包括问题定义、数据抽取、数据预处理、数据挖掘以及模式评估。按照知识类型对知识发现技术分类，有关联规则、特征挖掘、分类、聚类、总结知识、趋势分析、偏差分析、文本挖掘等。273.网络通信技术网络通信是物联网信息传递和服务支撑的基础技术。面向物联网的网络通信技术主要解决异构网络、异构设备的通信问题，以及保障相关的通信服务质量和通信安全，如近场通信、认知无线电技术等。能量受限是传感器节点在实际工作环境中普遍面临的问题，而通信消耗的能量在传感器节点消耗的总能量中占比重最大。为降低传感器节点的能量消耗，延长其工作寿命，低功耗通信技术是极为关键、有效的解决方案。近场（近距离）通信技术让各种电子设备在短距离内简单地进行无线连接通信，可以大大简化设备之间的识别、认证过程，使网络设备间的相互访问更直接、更安全。手机支付、身份认证、产品防伪都是近场通信技术的典型应用。283.网络通信技术认知无线电技术为物联网大规模应用奠定了基础。认知无线电技术的使用，使得感知互动层网络的物理层和MAC层可以获得更多的通信资源，可以满足要求严格的业务服务质量需求，减少能量消耗，大幅度扩展通信效率。物联网连接的网络、信息系统差异巨大，具有很强的异构性，即存在信息定义结构不同、操作系统不同、网络体系不同、信息传输机制不同等。为实现异构网络信息系统之间的互联、互通和互操作，需要建立一个开放的、分层的、可扩展的物联网的网络体系架构，实现异构网络的融合。移动通信网、下一代互联网、传感器网络等都是物联网的重要组成部分，这些网络以网关为核心设备进行连接、协同工作，并承载各种物联网的服务。随着物联网业务的成熟和丰富，移动性支持和服务发展成为网关设备的必要功能。信息和网络安全是物联网实现大规模商业应用的先决条件。物联网安全技术的研究包括安全体系结构、安全算法、网络组件及其互操作的隐私和安全策略等。294.能源技术图2-8发电技术的发展方向302.2物联网现状分析2.2.1物联网战略规划现状

2.2.2物联网产业现状312.2.1物联网战略规划现状1.美国“智慧地球”战略

2.欧盟物联网发展计划

3.日本“I-Japan”及韩国“U-Korea”战略规划

4.中国“感知中国”计划321.美国“智慧地球”战略美国在世界上率先开展传感器网络、RFID、纳米技术等物联网相关技术研究。2008年美国国家情报委员会发布报告，将物联网列为6项“2025年前潜在影响美国国家利益”的颠覆性民用技术之一。“智慧地球”概念最初由美国IBM公司提出，2009年被上台伊始的美国总统奥巴马积极回应，物联网被提升为一种战略性新技术，全面纳入到智能电网、智能交通、建筑节能和医疗保健制度改革等经济刺激计划中。IBM公司的“智慧地球”市场策略在美国获得成功，随后迅速在世界范围内被推广。IBM公司围绕“智慧地球”的策略推出了涵盖智慧医疗、智慧城市、智慧电力、智慧铁路、智慧银行等一揽子解决方案，包括基于系统的观念构建智慧地球的方案，力求在物联网这一新兴战略性领域和市场占据有利地位。332.欧盟物联网发展计划2009年6月欧盟委员会发布物联网发展规划，给出了未来5～15年欧盟物联网发展的基础性方针和实施策略。该规划中对物联网的基本概念和内涵进行了阐述，指出物联网不能被看做是当今互联网的简单扩展，而是包括许多独立的、具有自身基础设施的新系统（也可以部分借助于已有的基础设施）。同时，物联网应该与新的服务共同实现。规划中指出，物联网应当包括多种不同的通信连接方式，如物到物、物到人、机器到机器等，这些连接方式可以建立在网络受限或局部区域，也可以面向公众可接入的方式建立。物联网需要面临规模（Scale）、移动性（Mobility）、异构性（Heterogeneity）和复杂性（Complexity）所带来的技术挑战。这份规划还对物联网发展过程中涉及的主要问题如个人数据隐私和保护、可信和安全、标准化等进行了对策分析。与物联网发展规划相呼应，欧盟在其第七科技框架计划下的信息通信技术、健康、交通等多个主题中实施物联网相关研究计划，目的是在物联网相关科技创新领域保持欧盟的领先地位。343.日本“I-Japan”及韩国“U-Korea”战略规划“U-Korea”分为发展期和成熟期两个执行阶段。发展期（2006～2010年）以基础环境建设、技术应用以及U社会制度建立为主要任务，成熟期（2011～2015年）以推广U化服务为主。目前，韩国的RFID发展已经从先导应用开始转向全面推广，而USN也进入实验性应用阶段。作为亚洲乃至世界信息技术发展强国，日本和韩国均制定了各自的信息技术国家战略规划。2009年7月，在之前“e-Japan”、“U-Japan”战略规划的基础上，日本发布了面向2015年的“I-Japan”信息技术战略规划，其目标之一就是建立数字社会，实现泛在、公平、安全、便捷的信息获取和以人为本的信息服务，其内涵和实现物理空间与信息空间互联融合的物联网相一致。以医疗和健康领域为例，“I-Japan”计划通过信息技术手段实现高质量的医疗服务和电子医疗信息系统，并建立基于医疗健康信息实现全国范围流行病研究和监测的系统。早在2006年，韩国就制定了“U-Korea”规划，其目标是通过IPv6、USN（UbiquitousSensorNetwork）、RFID等信息网络基础设施的建设建立泛在的信息社会。为实现这一目标，韩国启动了名为“IT839”的战略规划。354.中国“感知中国”计划中国现代意义的传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式在1999年中国科学院《知识创