物聯網及其在山西的應用

　　[摘要]物聯網被預言為繼互聯網之后全球信息產業的又一次科技與經濟浪潮。全面感知、可靠傳送、智能處理是其基本特征。物聯網可劃分為一個由感知層、網絡層和應用層組成的三層體系，每一層體系都有其需要解決的主要問題及關鍵技術。目前，物聯網在山西主要被應用于自然生態環境、工商業和人們的日常生活方面，盡管處于起步階段，但前景廣闊。未來幾年，山西物聯網的發展應結合本省實際，選擇重點領域進行突破：在服務轉型發展上，要利用物聯網打造綠色低碳的煤炭產業：在服務安全發展上，要利用物聯網技術提高煤礦安全生產水平；在服務和諧發展上，要利用物聯網改善民生。
　　[關鍵詞]物聯網，山西，“三個發展”
　　[中圖分類號]F205　[文獻標識碼]A　[文章編號]1004－4175(2011)01－0078－03
　　
　　一
　　
　　1999年美國麻省理工學院首次提出物聯網的概念。物聯網(Internet of Things，簡稱IOT)是指通過裝置在各類物體上的電子標簽、傳感器、二維碼采集信息，并通過通信網絡將物一物、物一人相連，協同工作，從而給物體賦予智能。物聯網概念的提出被預言為繼互聯網之后全球信息產業的又一次科技與經濟浪潮，受到各國政府、企業和學術界的重視，美國、歐盟、日本等甚至將其納入國家和區域信息化戰略。面對當前的國際形勢，迫切需要我們著眼于國情，早一點謀劃未來，制定我國的物聯網發展戰略，突破大規模產業化瓶頸，應用到國民經濟和社會生活的各個方面，切實解決國計民生的重大問題。
　　全面感知、可靠傳送、智能處理是物聯網的特征。“全面感知”是指利用射頻識別(RFID)、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網絡等感知、捕獲、測量的技術手段隨時隨地對物體進行信息采集和獲取；“可靠傳送”是指通過各種通信網絡與互聯網的融合，將物體接人信息網絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享；“智能處理”是指利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的跨地域、跨行業、跨部門的數據和信息進行分析處理，提升對物理世界、經濟社會各種活動和變化的洞察力，實現智能化的決策和控制。
　　物聯網可劃分為一個由感知層、網絡層和應用層組成的三層體系：
　　感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFlD標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、手持終端、傳感器網絡和傳感器網關等。在感知層，要解決的主要問題及關鍵技術包括：(1)遠程管理：物聯網的服務質量保證首先來自于有效的信息采集，因此對于傳感器、RFID讀寫器、GPS、攝像頭等感知設備的管理、對通信終端設備的管理以及對感知層子網、感知接入網關設備的有效遠程管理是基本的關鍵技術。(2)低成本：低成本是實現物聯網大規模應用的一個重要技術，包括低成本的傳感器技術、RFID標簽技術、M2M模組技術等。(3)低功耗：低功耗是降低物聯網感知層設備對供電依賴，滿足更多應用場景需要的一項關鍵技術，可以通過優化網絡通信協議來降低通信的功耗需求，或研究其他方式來進行能源補充，例如太陽能供電、生物環境供電等技術。(4)傳感器感知能力：智能傳感器、生物傳感器、MEMS是傳感器領域的發展方向。(5)傳感器網絡產業化：傳感器網絡是移動通信網絡的重要補充，其核心技術與工程技術的不斷完善是實現產業化的重要前提。(6)外設即插即用：外設包括傳感器、控制器、GPS、攝像頭、RFID識讀器等感知設備，外設的即插即用是實現業務靈活部署以及對感知能力有效管理的重要技術。
　　網絡層首先包括各種通信網絡與互聯網形成的融合網絡，這被普遍認為是最成熟的部分，除此之外還包括物聯網管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統等對海量信息進行智能處理的部分。也就是說，網絡層不但要具備網絡運營的能力，還要提升信息運營的能力，如對樣本庫和算法庫的部署等。網絡層是物聯網成為普遍服務的基礎設施，有待突破的方向是向下與感知層的結合，向上與應用層的結合。在網絡層，要解決的主要問題及關鍵技術包括：(1)業務運營能力：業務運營能力包括通信能力運營與信息能力運營，不斷加強通信服務能力和信息運營能力及其相關技術，是實現物聯網可持續發展的重要方向。(2)大規模接入：物聯網的發展預期是大規模接人，因此為應對更大規模的機器通信需求，移動通信網絡優化關鍵技術必不可少。(3)碼號體系：碼號作為運營商的核心資源之一，為滿足業務持續發展，需要提供充足的碼號資源和有效的機器尋址體系。(4)端到端Qos：物聯網承載的信息差異化非常大，對于不同價值的信息應該進行區分并提供不同的服務質量，實現端到端的Qos差分服務，滿足不同業務的需求。(5)端到端安全：物聯網承載的信息對安全的要求差異化也比較大，對于涉及到企業生產、政府管理、人們生活等相關關鍵信息，有極強的端到端安全需求。
　　應用層是將物聯網技術與行業專業技術相結合，實現廣泛智能化應用的解決方案集。物聯網通過應用層最終實現信息技術與行業的深度融合，對國民經濟和社會發展具有廣泛影響。應用層的關鍵問題在于信息的社會化共享，以及信息安全的保障。在應用層，要解決的主要問題及關鍵技術包括：(1)行業融合技術：通信、網絡技術與行業IT技術的有效融合是物聯網價值的重要體現。(2)應用集成技術：包括系統集成技術和應用設計、部署、維護等工程關鍵技術。
　　自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，受到全社會的極大關注。山西是全國重要的能源基地，近年來面臨的主要發展問題是產業結構過于單一帶來的生態環境污染嚴重、資源浪費、安全事故時有發生，特別是重特大事故突出。為此，山西省提出了建設低碳綠色新型能源基地的目標，努力實現轉型發展、安全發展、和諧發展。在“三個發展”過程中，物聯網大有可為。
　　目前，物聯網在山西的應用主要體現在三個方面：首先是自然生態環境方面，利用傳感器監控空間的屬性，如溫度、濕度和某種物質的含量等，這需要很小的傳感器的高密度分布，同時還不能影響環境；其次，利用傳感器監測追蹤特定物體，廣泛應用于供應鏈管理、設備保存、車流交通、工廠生產等工商業領域；再次，利用傳感器監控人們日常生活中的行為，這在醫療保健中得到較多應用，比如利用傳感器監控老年人的生活作息，一旦出現意外，及時通知親人和醫生等。
　　目前，物聯網在山西的應用雖然較多，在各個行業、領域都有所表現，但大多是企業原有的產品、應用、服務等的解決方案，真正基于新一代信息技術的、充分發揮該技術優勢的、新的應用形態還很難發現。總體上看，環境監測、智能交通、城市安防、智能電網等行業的市場成熟度較高，這些行業傳感技術成熟，政府扶持力度大，已經開始規模化應用，市場前景廣闊，投資機會巨大，將成為未來幾年山西物聯網產業發展的重點領域；醫療衛生、家庭、個人等領域的智能傳感應用則需要較長的時間，技術、標準均有待于進一步完善，大多數產品還處于試驗階段，短時間內不會在山西大規模應用。
　　在未來幾年內，山西物聯網的發展應重點結合本省的發展特點，選擇重點領域進行突破。
　　
　　(一)服務轉型發展，利用物聯網打造綠色低碳的煤炭產業。山西的優勢在煤，山西的潛力和希望也在煤。因此，山西經濟的轉型發展離不開煤炭產業的發展。物聯網在煤炭產業的發展方面可以發揮的作用體現在三個方面：
　　一是利用物聯網構建現代煤炭物流業。山西煤炭業轉型發展中大力推進煤炭資源整合、煤礦兼并重組，使得煤炭工業規模化、集約化、機械化、現代化水平明顯提升，由此也帶來對產業供應鏈管理水平的更高要求。物聯網通過在煤炭的整體供應鏈體系中應用傳感器網絡技術，有效收集煤炭運輸、庫存和銷售等環節的信息，通過綜合分析來完善和優化供應鏈管理體系，提高供應鏈效率，降低了成本，使煤礦資源整合的效果得到進一步提升。
　　
　　二是利用物聯網進行環保監測及能源管理。治理環境污染是轉型發展中避不開的問題。通過物聯網可以實現對煤炭生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。例如，在焦炭企業的排污口安裝無線傳感設備，實時監測企業排污數據，防止突發性環境污染事故的發生，在重點污染區域部署監測網絡，收集大氣污染數據等等，目前，電信運營商已開始推廣基于物聯網的污染治理實時監測解決方案。
　　三是利用物聯網提高煤炭產業的生產效率，將他統工業提升到智能工業的新階段。將物聯網技術應用于煤炭產業的生產過程監控，可以使采集的信息和生產的智能控制和智能決策等系統相結合，提高產品質量，優化生產流程。例如，在焦炭生產過程中，應用傳感器和通信網絡可以實現對溫度的有效控制。
　　
　　(二)服務安全發展，利用物聯網技術提高煤礦安全生產水平、煤礦安全生產一直是各級政府和群眾高度關注的事情。在煤礦的安全生產上需要深入貫徹落實科學發展觀，堅持以人為本，牢固樹立安令發展的理念，切實轉變經濟發展方式，調整產業結構，提高經濟發展的質量和效益。把經濟發展建立在安全生產有可靠保障的基礎上；堅持“安全第一，預防為主、綜合治理”的方針。物聯網在煤礦安全生產管理方面可從兩個方面發揮作用：
　　一是生產一線的實時分析。把感應器嵌入和裝備到礦井設備、開采巷道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。在這里需要亟點解決的技術難點包括：首先是研究隧道環境下自適應無線通訊組網技術，利用Ad hoe等技術實現終端設備的自組網信息傳輸，滿足苛刻通信環境下的信息互聯需求；其次是地下三三維GIS集成快速建模技術，實現信息分析和狀態直觀展現，輔助安全管理決策；第三是人員定位識別關鍵技術，理想狀態是在礦工設備中嵌入定位芯片，限于成本因素，也可考慮先增加下井人員的記錄系統。
　　二是安全信息的集中管理。這主要是將各個礦井的安全生產信息通過通信網或互聯網匯總到政府管理部門。一方面可以避免礦方對事故的瞞報，另一方面政府部門對于事故可及時處理。在安全信息的集中管理方面并沒有突出的技術難點，做好的關鍵在于有效利用現有的技術手段。比如，在安全信息的發布階段，可通過短信或彩信方式直接發布到管理人員的手機上，提高信息的實時性。
　　
　　(三)服務和諧發展，利用物聯網改善民生按照全面、協調、可持續發展的要求，在經濟不斷增長的同時，政府還需要促進社會事業不斷進步，實施“惠民工程”。為此，可將物聯網應用和城市建設相結合，建設智能城市，解決群眾關心的熱點問題、
　　一是關系民生的產品管理。從物聯網技術發展看，比較成熟的是在產品外包裝上進行標識，以追蹤產品的全生命過程。對于醫療衛生領域(某些專控藥品或醫療設備)或關系到民生問題的某些食品或者原材料領域中對產品歷史追溯要求非常高的產品，可通過強制使用“智能標簽”并加以必要的應用補貼，解決目前的產品管理混亂問題，
　　二是智能城市交通。目前的交通管理主要是通過設置在各個道路交通口的視頻信息收集，或者通過指示牌對路過的司機進行前方路段的提示，這兩種方式對于解決擁堵的效果有限。智能的城市交通基礎設施的目標是將整個城市內的車輛和道路信息統一實時收集起來，并通過數據中心計算出實時最優的交通指揮方案和車行路線，再通過通信網絡指揮交通信號和向熱點路段的司機發布車行路線建議，實現有效的疏導。
　　
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