物联网的概念、技术及应用案例

2014年9月物联网物联网:铸就铸就衣衣食食住住行行的精彩世界的精彩世界东西丢了的烦恼!2Contents目录一一物联网发展历程物联网发展历程二二物联网的架构及实现技术物联网的架构及实现技术四四物联网在民航中的应用物联网在民航中的应用三三物联网的典型应用物联网的典型应用3Contents目录一一物联网发展历程物联网发展历程二二物联网的架构及实现技术物联网的架构及实现技术四四物联网在民航中的应用物联网在民航中的应用三三物联网的典型应用物联网的典型应用4IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点:计算模式每隔计算模式每隔1515年年发生一次变革发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30:1。1965年前后的“大型机”；1980年前后的“个人计算机”；1995年前后的“互联网”；将是“物联网”带来这一次变革。IBM希望“智慧的地球”战略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。2010前后？1.1 第三次信息化浪潮51.2 物联网概念的形成物联网是什么？注：ZigBee：一种短距离、低功耗的无线通信技术EPC(ElectronicProductCode)：产品电子代码M2M(MachinetoMachine)：机器对机器CPS(CyberPhysicalSystems)：信息物理系统，一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统6Bill Gates在在The Road Ahead一书中提及一书中提及物联网雏形物联网雏形MIT的的Kevin Ashton首次提出首次提出 物联网（物联网（the Internet of Things）概念）概念p物联网是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化的识别和管理（MIT的Auto-ID研究中心1999年提出）。19951998ITU发表报告发表报告互联网报告互联网报告2005：物联网：物联网p任何人、任何物体，都能够在任何时间、任何地点以多种多样的形式连接起来，从而创建出一个新的动态的网物联网。2005欧委会的欧委会的CERP-IOT给出新的物联给出新的物联网定义网定义2008p物联网是物理和数字世界融合的网络，每个物理实体都有一个数字的身份；物体具有上下文感知能力他们可以感知、沟通与互动。他们对待物理事件进行即时反映，对物理实体的信息进行即时传送；使得实时作出决定成为可能。2010中国政府工作报告中中国政府工作报告中对物联网定义对物联网定义p物联网是指通过信息传感设备，按照约定的物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信协议，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。它是在互联网基踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。础上延伸和扩展的网络。1.2 物联网概念的形成不同机构先后对物联网提出不尽相同的定义。p当你走进房子时，凭你戴的电子别针，房子会知道你是谁，你在哪儿，房子将用这信息尽量满足甚至预见你的需求。71.2 物联网概念的形成物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起任何物品与互联网连接起来来，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。中国政府工作报告对物联网定义两层含义：两层含义：1、物联网的核心和基础仍然是互联网物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；2、物联网中的用户终端延伸和扩展到了任何物品与物品之间延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。81.2 物联网概念的形成全面感知全面感知全面感知全面感知可靠传输可靠传输可靠传输可靠传输智能处理智能处理智能处理智能处理利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。利用智能计算技术对海量数据进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。三大特点：三大特点：中国政府工作报告对物联网定义物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起任何物品与互联网连接起来来，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。9物联网的三层架构：感知层、网络层、应用层1.2 物联网概念的形成10从这幅图中我们可以看出：物联网对应了互联网的感觉和运动神经系统。云计算是互联网的核心硬件层和核心软件层的集合，也是互联网中枢神经系统萌芽。大数据代表了互联网的信息层(数据海洋)，是互联网智慧和意识产生的基础。包括物联网，传统互联网，移动互联网在源源不断的向互联网大数据层汇聚数据和接受数据。来源：互联网进化论1.3 物联网与其他新兴技术物联网与传统互联网、移动互联网、大数据和云计算的关系。1119982004200520082009-62009-7物联网雏形的提出U-Korea战略IBM 提出“智慧地球”感知中国2009-8物联网行动计划ITU互联网报告2005：物联网U-Japan战略1.4 物联网成为国家战略1995I-Japan战略2008年金融危机加快世界主要国家将物联网上升为国家战略。121.4 物联网成为国家战略2010年，物联网正式上升为我国战略性产业，发展步伐加快。13架构三层次发展架构三层次发展不平衡不平衡感知层发展较慢感知层发展较慢。核心传感技术难以突破，标准不统一，核心传感芯片仍主要依赖进口，高端传感设备国产化程度低。网络层发展较快网络层发展较快。我国近些年在信息、通信基础设施方面的大力度建设，以及3G、WiFi等移动互联网技术快速发展。世界物联网整体面临：技术标准不统一、关键传感技术未突破，以及应用成本高、市场规模化不足等问题。当前，我国物联网产业发展迅速，技术和标准的研发处于世界领先水平。但仍存在诸多问题，呈现出发展不平衡的特点发展不平衡的特点。1.5 我国物联网发展现状应用层发展较慢应用层发展较慢。企业应用需求层次低、碎片化，业务模式、商业模式不清晰以及行业标准缺失、应用成本高。141.6 物联网的未来与挑战未来近十年，中国物联网产业将经历应用创新、技术创新、服务创新应用创新、技术创新、服务创新三个关键的发展阶段，形成公共管理和服务、企业应用、个人和家庭应用公共管理和服务、企业应用、个人和家庭应用三大细分市场。物联网产业链由应用解决方案、应用解决方案、传感传感感知、传输感知、传输通信通信、智能计算处理、智能计算处理四大关键环节构成，并以应用解决方案为核心。中国物联网的未来中国中国物联网物联网产业未来发展的四大趋势：产业未来发展的四大趋势：三大细分市场递进发展三大细分市场递进发展技术与人的行为模式结合技术与人的行为模式结合促进商业模式创新促进商业模式创新通用性平台将会出现通用性平台将会出现标准体系渐进成熟标准体系渐进成熟151.6 物联网的未来与挑战中国物联网未来面临不少挑战，主要包括标准挑战、技术挑战。标准挑战标准挑战。得标准者得天下，而物联网的标准体系非常复杂，涉及很多基础标准，如传感器网络技术标准、RFID标准、云计算标准、信息安全标准等以及一些应用标准。技术挑战，主要包括技术挑战，主要包括：人工智能人工智能。人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等。总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。图像识别图像识别。对于物联网来说，图形识别技术就是它的眼睛，将会对物联网的应用发挥出极为重大的作用。传感技术传感技术。我国传感器业面临的问题在于：原创技术少、新型加工手段缺少、工艺装备落后、持续发展的体系没有建立。16Contents目录一一物联网发展历程物联网发展历程二二物联网的架构及实现技术物联网的架构及实现技术四四物联网在民航中的应用物联网在民航中的应用三三物联网的典型应用物联网的典型应用17物联网三层架构：感知层、网络层、应用层2.1 物联网三层架构182.1 物联网三层架构物联网中的多种网络：物物网络、接入网络、互联网络192.1 物联网三层架构智能识别智能识别。识别自动化、智能化，允许多物品近距离同时识别。实时监测、监控实时监测、监控。在物品的四周安装RFID读写装置、摄像头、红外感应器等传感设备后，物品的状态信息可被实时监测、监视或监控。动态跟踪与定位动态跟踪与定位。动态跟踪与定位主要针对移动中的物品。实现物品移动过程的透明化，方便物品状态的实时追踪、查询，以及物品过程的控制。智能交互与控制智能交互与控制。通过将传感芯片植入物品（多数是机器设备），使物品成为一个“智能体”，不仅能够进行信息交互，也能够收发控制指令，自主完成相应的操作和任务。物联网的主要应用模式202.2 物联网实现技术物联网三层架构重要的实现技术21一项利用射频信号、通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID标签（标签（Tag）俗称电子标签，也称应答器（tag）主动式（有源）、被动式（无源）两类读写器（读写器（Reader）手持或者固定设备读写电子标签的信息天线天线在标签和读写器间传递射频信号2.2 物联网实现技术RFID(Radio Frequency Identification)射频识别优点优点非接触操作+长距离识别无机械磨损+抗污性可识别高速运动物体+同时识别多个标签对用户透明+数据保护+读写认证过程222.2 物联网实现技术RFID在车辆停车场的应用23Contents目录一一物联网发展历程物联网发展历程二二物联网的架构及实现技术物联网的架构及实现技术四四物联网在民航中的应用物联网在民航中的应用三三物联网的典型应用物联网的典型应用24物联网物联网管理平台管理平台移动移动POSPOS金融金融供应链供应链智能运输智能运输工业自动化工业自动化智能建筑智能建筑消防消防公共安全公共安全环境保护环境保护气象气象数字化医疗数字化医疗遥感勘测遥感勘测军事军事农业农业林业林业 水务水务电力电力煤炭煤炭石化石化物流、零售、自动服务物流、零售、自动服务设备、安全、节能设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警防火、勘察、报警污染检测、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息电子支付、实时信息3.1 物联网的广泛应用253.2 物联网的典型应用263.2 物联网的典型应用物流零售智能库存管理智能库存管理自动检测物品的出入，向供货商自动发送订单自动化物流配送自动化物流配送实现机器人队码垛，无人搬运车搬运物料，分拣线上开展自动分拣，计算机控制堆垛机自动完成出入库。智能结算智能结算将所购买商品放在扫描区域结算，所有商品的信息将被自动识别，并自动算出总支付金额。未来将实现超市的全自助购物。p物流仓储物流仓储p智慧超市智慧超市273.2 物联网的典型应用物流零售目前，在医药、农产品、食品、烟草等行业领域，产品追溯体系发挥着货物追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面的巨大作用，已有很多成功应用。这是基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等多种技术，在物流过程中实时实现车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理的系统。目前，初级的应用比较普遍。p产品智能可追溯系统产品智能可追溯系统p物流过程可视化智能管理系统物流过程可视化智能管理系统28智能农业p精细农业精细农业通过在农业园区安装生态信息无线传感器和其他智能控制系统，可对整个园区的生态环境进行检测，从而及时掌握影响园区环境的一些参数（如温度、湿度、水质硬度），并根据参数变化适时调控如灌溉系统、保温系统等，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。3.2 物联网的典型应用通过Zigbee的方式组建局部私域网，连接本地的采集节点和控制节点；然后通过智能网桥的GPRS连接功能，实现和广域网的互联互通。29从源头开始为食品标明“身份”，随着流通身份信息不会丢失，反而可能增加一些新信息，便于食品的辨认、溯源和防伪。例如，给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。智能农业p食品溯源、防伪食品溯源、防伪3.2 物联网的典型应用30智能交通3.2 物联网的典型应用装有GPS卫星定位系统的运输车辆装有RFID射频识别芯片的集装箱智能交通智能交通系统系统可以自由通过不停车的收费站自动驾驶车辆在无人化码头自动完成装卸非现场执非现场执法系统法系统非现场执法系统非现场执法系统则具有准确侦察违章驾驶行为、分析处理及记录的功能，可通过光纤、TD、GPRS等方式，将违章车辆的数据或图片传输到指挥中心。智能交通的应用很多：31智能交通系统智能交通系统包括智能交通监控系统、车辆控制系统、运营车辆调度管理系统和旅行信息系统。该系统采集到的各种道路交通及各种服务信息，经过交通管理中心集中处理后，传送到公路交通系统的各个用户。出行者出行者：实时进行交通方式和交通路线的选择、优化；交通管理部门交通管理部门：自动进行交通疏导、控制和事故处理；运输部门运输部门：随时掌握所属车辆的动态情况，进行合理调度。智能交通3.2 物联网的典型应用自动驾驶自动驾驶逐渐成为现实的场景：从北京开车到天津，上车后，只要设置好目的地便可随意睡觉、看电影，车载系统会通过路面接收到的信号智能行驶。32数字家庭数字家庭/智能家庭：智能家庭：各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”，并实现随时随地对智能设备的控制。3.2 物联网的典型应用场景一：身在外，家就在身边；回到家，世界就在眼前：智能家居维持室内合适的温度和热水器水温，减少能源浪费，智能机器人自动完成清洁和维护等日常工作，房间的智能系统能学习主人的生活习惯，将室内环境调节为主人最适合的。数字家庭/智能家居33场景二：热水器中部件损坏了，通过传感器件的感知，并与后台数据交流，在家电通知中心驱动语音合成芯片来实现开口说话：“热水器内胆故障，请联系售后解决此问题，离您最近的售后的电话为”。同时家电的售后部门，已经得知了消息并从计算中心找到了解决方案，并可通过云计算处理新突发的事件。3.2 物联网的典型应用数字家庭/智能家居数字家庭数字家庭/智能家庭：智能家庭：各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”，并实现随时随地对智能设备的控制。34场景三：当家中孩子观看电视节目的时间过长，则家居物联网将与家长进行数据交互。家长通过编辑讯息，即可回传给家庭物联网网关，相对应的物联网则会在电视机上通过字符叠加模块进行文字滚动播报，并通过语音合成技术进行个性化语音警示：“到了学习时间了，请马上关电视！”。3.2 物联网的典型应用数字家庭/智能家居数字家庭数字家庭/智能家庭：智能家庭：各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”，并实现随时随地对智能设备的控制。35智能电表智能电表远程测量用电量，协助检测波动为运营商提供了多种模式的供电、停电操作方便用户了解自己的电力费用，允许其改变其用电模式能储存关联信息，为其他上层应用提供数据支持3.2 物联网的典型应用电力设备监测电力设备监测江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。能源电力36体内智能诊断设备，有助于疾病的早期诊断，增强康复效果生物降解材料的智能设备，能够检测体内温度湿度，防止皮肤问题新型个人医疗设备，使得病人在家即可接受医疗，远程医疗可避免昂贵路费，减少病人的压力家庭中的智能设备，在老人出现意外时发出求助信号3.2 物联网的典型应用人身上可以安装、携带不同的传感器（如智能穿戴设备），对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。医疗健康37利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。3.2 物联网的典型应用平安城市建设38生态环境监测主要监测生态系统条件变化对环境压力的反映及趋势。生态监测的对象包括农田、森林、草原、荒漠、湿地、湖泊、海洋、气象、物候、动植物等，不仅包括了环境要素变化和生物资源变化的指标，还包括人类活动变化的指标。3.2 物联网的典型应用生态环境监测蓝藻湖泛智能监测预警物联网系统蓝藻湖泛智能监测预警物联网系统蓝藻集聚的地点、集聚情况会自动发到打捞人员手机上，打捞船、车以及运藻船第一时间就会赶去处理。指挥控制室的大屏幕上，能看到采用太阳能板、安置传感芯片和摄像头的球状浮标，获悉该点的温度、pH值、氨氮等指标。39Contents目录一一物联网发展历程物联网发展历程二二物联网的架构及实现技术物联网的架构及实现技术四四物联网在民航中的应用物联网在民航中的应用三三物联网的典型应用物联网的典型应用404.1 物联网在民航中的应用现状目前，在民航业，物联网技术已经在许多地方得到部分实际应用。飞机飞行状态监控系统（ACMS）机场人员识别通道系统机场防入侵系统手机电子登机牌其他实际应用：其他实际应用：货物、行李的条形码或二维码读写系统旅客会员卡、电子登机牌识别系统录像监控系统、门禁管理系统执勤或电子支付的刷卡系统楼道照明感应灯系统等。414.1 物联网在民航中的应用现状全球航空维保公司采用超高频全球航空维保公司采用超高频RFID技术追踪维修工具技术追踪维修工具确保维保工具在仓库中和使用过程的可见性，减少工具放错位置的现象。民航业应用RFID的案例达美航空采用达美航空采用RFID对氧气发生器进行管理对氧气发生器进行管理降低因氧气发生器超过使用寿命带来的浪费。通常，氧气发生器安装到飞机上后，需要大量人工定期对其进行例行检查，以防止设备超期。在实际应用中，为避免超期，许多氧气发生器还没有到期就被替换下来。里斯本机场采用里斯本机场采用RFID行李处理系统行李处理系统葡萄牙里斯本机场宣称，机场新RFID行李处理系统（BHS）至少将包裹平均处理时间减少60%。机场没有采用条形码作为该系统的后备，是全球首个完全依赖RFID技术追踪行李传送的机场。42从物联网日趋成熟的技术体系和业务模式来看，我国民航物联网应用发展我国民航物联网应用发展缓慢，其中多数协同化程度、智能化程度相对偏低，并不能很好满足物品智能缓慢，其中多数协同化程度、智能化程度相对偏低，并不能很好满足物品智能化管理的需要化管理的需要。主要表现在：4.1 物联网在民航中的应用现状我国民航业应用主要存在的问题43我国民航业物联网发展缓慢有其客观原因受到技术不成熟、行业标准缺失、应用成本高等物联网发展因素的制约12344.1 物联网在民航中的应用现状民航业行民航业行业因素业因素物联网产物联网产业因素业因素44尤其在生产服务领域，为保障航空运输的安全生产、可靠运行，并在此基础上提高效率，航空企航空企业有必要将那些关有必要将那些关键的的“物品物品”与互与互联网网连接，接，实现智能智能化的化的监控和管理控和管理。这些物品的智能化管理将成为民航业物联网应用的重点。4.2 物联网在民航中的应用前景飞行状态监控系统（飞行状态监控系统（ACMS）。还有许多地方需要改进，包括感知数据的实时性和全面性、空地传输的可靠性和效率、地面信息系统的智能分析能力等。加大卫星通信的运用。新一代航行系统新一代航行系统，关键技术是广播式自动相关监视（ADS-B）航材的仓储管理、库存管理和寿命管理航材的仓储管理、库存管理和寿命管理。航材以及各类采购物资的库存管理。对在库物资库存状态和进出库情况进行实时监测，以加强航材的质量管理和库存管理。同理，有维修工具的管理维修工具的管理。展望未来，民航业物联网应用的前景非常广阔。45旅客行李的追踪、自动化管理旅客行李的追踪、自动化管理。一方面，对旅客托运行李，通过无线RFID进行多位置的跟踪，确保错装、漏装，避免服务投诉。另一方面，提高行李分拣和管理的自动化水平。货物动态跟踪和查询货物动态跟踪和查询。目前，货物丢失问题困扰着航空物流企业。航空货运公司、机场、货代等企业需要破除信息孤岛问题，协作推进航空物流物联网建设，动态跟踪货物的位置和状态信息，实现货物陆运、存储、空运、配送全物流过程的透明化，满足企业、发货人、收货人实时追踪和查询货物状态的需求。旅客候机厅管理。旅客候机厅管理。通过发放RFID登机牌，可以跟踪并及时定位即将登机的旅客在候机厅的具体位置，采取针对性区域广播或者定位找人的方法，减少旅客原因导致的飞机延误。并通过登机牌旅客信息，对重点旅客提供个性化服务，对有不良记录的旅客在后续其他航班时候提供服务预警。4.2 物联网在民航中的应用前景46餐食主要原材料的追溯、时效管理。餐食主要原材料的追溯、时效管理。餐食直接关系旅客的健康和饮食安全，其质量至关重要。因此，可建立起食品原材料的追溯管理系统，确保质量安全、可靠，并对库存的原材料进行时效管理，确保其在保质期内，过期产品不进入生产环节。车辆管理。车联网车辆管理。车联网也是物联网应用的一个重要方向。将每辆车连接到物联网，有助于统筹规划车辆的使用和调度，提高资源利用率，同时也可以为行驶中的车辆提供实时路况信息和后续使用计划，方便车辆选择最优的行驶路线、行程安排，节省时间和油耗。4.2 物联网在民航中的应用前景47谢谢！48