物联网课程设计

物联网数据管理

—物联网综合应用

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摘要

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。本文通过叙述关于物联网在智能电网、智能交通、智能物流、智能绿色建筑和环境监测等领域的具体应用进一步加深对物联网的了解。

关键词：物联网；综合应用；智能电网；智能交通；智能物流；RFID;环境监测

一．研究背景

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“Internet of Things”。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[1]。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，进而通过开放新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。

“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而令一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。

二．综合应用及发展

1.根据其实质用途可以归结为三种基本应用模式：

对象的智能标签。通过二维码，RFID等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息，例如智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。

环境监控和对象跟踪。利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控，如使用分布在市区的各个噪音探头监测噪声污染，通过二氧化碳传感器监控大气中二氧化碳的浓度，通过GPS标签跟踪车辆位置，通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程等。

对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。

2.在智能电网方面的应用

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。

物联网技术主要应用于智能家电传感网络系统、智能家居系统、无线传感安防系统、用户用能信息采集系统等，主要硬件设备包括智能交互终端、智能交互机顶盒、智能插座等。该系统与外部的通信主要通过电力线通信(PLC)、电力复合光纤到户(PFTTH)、无线宽带通信等通信方式相结合的宽带通信平台来实现。面向智能电网的物联网将具有多元化信息采集能力的底层终端部署于监测区域内，利用各类仪表、传感器、RFID射频芯片对监测对象和监测区域的关键信息和状态进行采集、感知、识别，并在本地汇集，进行高效的数据融合，将融合后的信息传输至中间一层的网络接入设备；中间层网络接入设备负责底层终端设备采集数据的转发，负责物联网与智能电网专用通信网络之间的接入，保证物联网与电网专用通信网络的互联互通。在物联网中，网络设备之间的数据链路可采用多种方式并存的链路连接，并依据智能电网的实际网络部署需求，调整不同功能网络设备的数量灵活控制目标区域／对象的监测密度和监测精度，以及网络覆盖范围和网络规模。

3.在智能交通领域的应用

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[2]。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。

4.在智能物流方面的应用

物联网智能物流主要利用RFID技术和传感技术,在每个物资上配上标签记录此物资的属性,再结合读写器做进出,分拣,盘点操作,利用传感器识别物流的位置,温度,湿度等信息, 谈到智能物流，应该从IBM的“智慧供应链”讲起。IBM有一份报告——《智慧供应链》，是第一份从产业角度来谈物联网的报告，其他比较多的是从技术角度谈。从产业角度来看，该报告的主要观点是，现在产业面临的问题越来越多，环境变化越来越快，供应链需求发生了变化，传统的供应链模式不行了，必须智能化，因此提出智慧供应链的概念。但是，什么是传统模式？为什么传统的供应链模式不行了，似乎并没有讲透。并且，尽管该报告是从产业驱动的视角来解释物联网，但其忽视了信息化整合资源、优化网络管理的作用，而局限于流程。

在物流领域来看，物联网只是技术手段，目标是物流的智能化。谈到“智能”二字，我们对智能的认识是一个逐渐深化的过程。早期认为自动化等同于智能。而后随着科技的发展，出现了一些新的智能产品，如傻瓜相机、智能洗衣机等，它们能够从现场获取信息，并代替人作出判断和选择，而不仅仅是流程的自动化，此时的智能是“自动化+信息化”。

然而发展到今天，互联网的出现，或者说进入物联网时代，智能的涵义又更进了一步。仅仅通过自动采集信息来作出判断和选择已经不够了，还要与网络相连，随时把采集的信息通过网络传输到数据中心，或者是指挥的本部，由指挥中心作出判断，进行实时的调整，这种动态管控和动态地自动选择，才是这个时代的智能。也就是说，智能应该具有三个特征，即自动化、信息化和网络化。而智能物流的出现，标志着信息化在整合网络和管控流程中进入到一个新的阶段，即进入到一个动态的、实时进行选择和控制的管理水平。这个水平不一定是目前大家马上都需要的，所以一定要根据自身的实际水平和客户需求来确定信息化的定位，但这肯定是未来的发展方向。

5.智能绿色建筑中物联网的应用

“智能与绿色建筑”将环保技术、节能技术、信息技术、网络技术渗透到居民生活的各个方面，即用最新的理念，最先进的技术和最快的速度去解决生态节能与居住舒适度问题。这是一个有机的整体概念，这一概念应贯穿于建筑物的规

划、设计、建筑、使用以及维护的全过程，覆盖建筑物的整个生命周期。其内容包括：绿色建材，建筑设施，建筑智能化系统，智能化家居及小区管理系统，建筑和交通监控管理系统，建筑环保，管理和辅助决策系统[3]。总之“智能与绿色建筑”不仅仅是遮风避雨，享受环境和振作精神的场所，也不光是与周围环境相隔绝的包厢，而是成为环境的一部分，与之共同构成和谐的有机系统，不管是城市还是郊区都是如此。

6.物联网与环境监测

物联网环境监测应用是指通过运用各种物联网技术，能够对影响环境质量因素代表值进行实时在线测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势，预警和管控环境质量的物联网行业应用。物联网环境监测应物联网环境监测应用是指通过运用各种物联网技术，能够对影响环境质量因素代表值进行实时在线测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势，预警和管控环境质量的物联网行业应用。物联网环境监测应用主要分为生态环境监测和污染监测，其中生态环境监测又可进一步细分为大气质量监测、地表水质检监测、土壤墒情监测以及近岸海域水质监测等；污染监测则可细分为废气污染源监测、废水污染源监测以及固体废物在线监管等。智能环境监测就是物联网环境监测应用的典范。用主要分为生态环境监测和污染监测，其中生态环境监测又可进一步细分为大气质量监测、地表水质检监测、土壤墒情监测以及近岸海域水质监测等；污染监测则可细分为废气污染源监测、废水污染源监测以及固体废物在线监管等。智能环境监测就是物联网环境监测应用的典范。

由于环境监测具有监测范围广阔、采样点位众多、采样频率高、监测手段多样、测定灵敏度要求高等特点，因此，传统监测方法耗费大量资源所获得监测数据往往存在样本量和样本类型偏少、数据实效性弱、数据精度差等诸多问题。物联网新型传感及感知节点技术、感知节点组网与网络通信技术、数据融合及智能应用等技术能够在极为广阔的空间内，通过密布各种类型的感知节点，连续、实时采集并测定监测对象，通过多种通信方式快速反馈至数据处理平台，在对数据进行汇总、分析、发布的同时，系统自动反馈相应的环境预防或防治方案，从而将环境污染问题由事后监管转向事先预防。环境监测领域能够充分发挥物联网技术优势，因此，早在物联网国家战略推出前，全国环境监测信息化建设就已经成

为物联网行业应用的雏形。

物联网环境监测应用将主要向着应用的广度与深度方面持续拓展。目前，从我国物联网环境监测应用的细分结构可以看出，市场主要以废气、废水的污染监测和大气、地表水质的生态环境监测为主，环境监测的对象与范围相对较窄。随着国家战略性新兴产业的迅速崛起，以及国家经济领域的逐步扩展，在绿色经济、海洋经济等市场的带动下，近岸海域、土壤、空间环境、生物、电磁和核辐射等领域将成为环境监测中新的市场增长点，物联网环境监测应用的广度也随着得到进一步的延伸。此外，物联网环境监测应用的深度也将成为市场探索的焦点。目前，物联网环境监测应用还主要处于实现物联网感知层和网络层的功能实现，而对于关键的应用层开发相对较少。物联网环境监测应用很大程度上局限于对于数据的收集、传输、汇总、梳理及发布，对于采集数据的分析、挖掘、预测以及相应的预防及防治措施反馈等深层次工作则较少涉及。随着物联网数据融合及智能应用技术与环境监测领域的持续融合，基于环境监测网络数据信息的决策支撑、应急处理、灾害预警及处理等业务类型将有望取代单纯的信息发布而成为物联网环境监测应用的核心应用。智能化的环境监测才是物联网环境监测应用的主流趋势。

7.物联网发展前景

物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。业内专家认为，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。美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。

此外，普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照对物联网的需求，需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。

物联拥有业界最完整的专业物联产品系列，覆盖从传感器、控制器到云计算

的各种应用。产品服务智能家居、交通物流、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、个人健康等各种领域。构建了“质量好、技术优、专业性强，成本低，满足客户需求”的综合优势，持续为客户提供有竞争力的产品和服务。

三．个人总结

物联网被视为互联网的应用拓展，物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。

物联网就是各行各业的智能化。

参考文献：

【1】季顺宁《物联网技术概论》机械工业出版社.2012

【2】赵军辉《射频识别技术与应用》机械工业出版社.2008.7

【3】周洪波《物联网：技术、应用、标准和商业模式》电子工业出版社.2010.7