物聯網技術發展與應用

[摘要] 物聯網(Internet of Things)是將各種信息傳感設備，如無線射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。作為一種最能體現新一代信息技術的網絡模型，物聯網必將在不遠的將來展示出強大的生命力，讓所有的物品都與網絡連接在一起，從多個方面改變我們的工作和生活。

[關鍵詞] 物聯網 無線傳感器網絡 RFID技術

物聯網的概念最初是美國麻省理工學院(MIT)的自動識別中心(Auto-ID Labs)在1999年提出的，它的定義很簡單:把所有物品通過射頻識別(RFID)等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。國際電信聯盟2005年一份報告曾描繪“物聯網”時代的圖景:當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求，等等。

物聯網能夠把任何物品與互聯網連接起來，每種物品都可以“說話”或在“臉上寫滿字”，而這些信息可以被其它設備讀取，前者是主動的，后者是被動的。物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合，在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制。

一、智慧農業

在傳統農業中，人們獲取農田信息的方式都十分有限，主要是通過人工測量。這需要消耗大量的人力，而通過使用無線傳感器網絡可以有效降低人力消耗和對農田環境的影響，獲取精確的作物環境和作物信息。

在圖1的溫室環境里，每個溫室為無線傳感器網絡一個測量控制區。采用不同的傳感器節點和具有簡單執行機構的節點構成無線網絡，來測量土壤濕度、土壤成分、pH值、降水量、溫度、空氣濕度和氣壓、光照強度、CO2濃度，由此獲得作物生長的最佳條件。將生物信息獲取方法應用于無線傳感器節點，可為溫室精準調控提供科學依據。

用戶通過布置無線傳感器網絡檢測系統，可以對牲畜家禽、水產養殖的生活習性、環境、生理狀況及種群復雜度進行觀測研究，也可用于對森林環境監測和火災報警。傳感器節點隨機密布在森林之中，平常狀態下定期報告環境數據，當發生火災時，節點通過協同合作會在很短的時間內將火源的具體地址、火勢大小等信息傳送給相關部門。此外，無線傳感器網絡也可以應用在精準農業中，來監測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

在作物的生長過程中，形狀傳感器、顏色傳感器、重量傳感器等可用來監測物的外形、顏色、大小等，由此確定作物的成熟程度，以便適時采摘和收獲。用戶可以利用二氧化碳傳感器進行植物生長的人工環境的監控，以促進光合作用的進行。例如，塑料大棚蔬菜種植環境可以利用超聲波傳感器、音頻傳感器等進行滅鼠、滅蟲;還能用流量傳感器及計算機系統自動控制農田水利灌溉。從而達到提高作物產量、改善品質、調節生長周期、提高經濟效益的目的。

二、智能交通

解決交通擁堵的傳統方式是增加容量(例如，新增高速公路和車道等)。但在當今交通容量有限的城市環境中，我們需要其他解決辦法。將物聯網技術運用到道路和汽車中是一個高效的解決途徑。例如，增設路邊傳感器、射頻標記和全球定位系統。實時城市管理設立一個城市監控報告中心，將城市劃分為多個網格，這樣系統能夠快速收集每個網格中所有類型的信息。這樣我們可以重新思考如何通過使用新技術和新策略使交通更加方便快捷。這需要改變人們固有的思維和習慣，還可以豐富駕駛者的經驗，而不再僅僅關心出行時間及路線選擇。同時，它還可以改進汽車、道路以及公共交通，使之更具便利性。人可以通過手機查看下一班的市郊火車或地鐵上有多少空座位。集成服務和信息對未來的公共交通至關重要。例如，為均衡供求，未來的交通系統將可以定位乘客位置，并為他們提供所需的智慧的交通工具。

智慧的道路是減少交通擁堵的關鍵，但我們仍不了解行人、車輛、貨物和商品在市內的具體移動狀況。因此，獲取數據是重要的第一步。通過安置的RFID技術以及利用激光、照相機和系統技術等的先進自由車流路邊系統來無縫地檢測、標識車輛，我們可以實時獲取路況信息，幫助監控和控制交通流量，并據此調整路線，從而避免擁堵。以后我們將能建成自動化的高速公路，實現車輛與網絡相連，從而指引車輛更改路線或優化行程。智慧的交通系統可以縮短人們的空間距離，也可有效地保護環境。

三、智慧家居

物聯網家用電器通過采用3G技術，將3G模塊嵌入到自身，家用電器就可以通過3G模塊跟通信運營商網絡進行通訊，這樣用戶就可以通過手機發短信控制家用電器進行開機關機等操作。這就實現了即時遠程控制功能。

針對安防，物聯網家用電器內置了攝像頭，還配了紅外的探測燈，同時配加了紅外檢測傳感器。當用戶離開家的時候，只需要一個短信設置，物聯網家用電器就進入到布防的狀態，一旦有外人闖入，紅外檢測探頭就可以立即監測到，同時攝像頭會抓拍照片，以彩信的方式發送到手機上，用戶馬上可以看到進入者是陌生人還是家人。接著，這個電器就會主動地撥打視頻電話。假如用戶看到這是熟悉的家人就不需要接聽視頻電話，如果確實是陌生人用戶可以選擇接聽，監控陌生人在家里的狀態。

如果當時手機沒在用戶的身邊，物聯網家用電器撥打這個視頻電話的時候沒有人接聽，這個時候它就會自動地把當前的視頻攝錄下來存儲到內置卡里，以方便用戶查詢。

在服務便捷性上，因為有了3G網絡平臺，一旦家用電器發生故障，它就會自動把故障的詳細信息以短信的形式發送到用戶手機上。因為一般來說，空調顯示屏顯示的內容是有限的，不可能顯示很多的文字，但是在手機上就可以顯示很多的故障信息，比如說傳感器故障或者視頻線路故障等等，這個時候，用戶看到的不僅僅是故障代碼，還包括故障的詳細描述，用戶就非常清楚，打電話保修的時候也可以確保售后服務人員一次服務到位，甚至一些經驗豐富的用戶可以自己動手維修。

物聯網家用電器在節能環保方面表現同樣出色。因為它本身配備了紅外檢測探頭，能檢測到用戶離家后是否忘記關掉電源，超過一定時限，它就會自動選擇關掉電源，等用戶回來的時候再自動地打開。

四、智慧世博

目前，世博園是我國最大的物聯網應用。國內的手機通訊運營商都已經在世博園區內外推出了手機刷卡業務。到運營商處購買安裝特殊的SIM卡后，手機就具有了支付功能，并能在園區里像信用卡一樣使用。同時，這些安裝特殊支付SIM卡的手機，也身具導航、新聞播報等用途。帶上這樣的手機，既不用怕在超過5平方公里的世博園區內迷路，也不用怕錯過最新演出消息的發布。從前往世博園區的第一步，人們就可以刷手機坐地鐵、出租車，到園區刷手機買票進園，吃飯時刷手機消費，回家前再刷手機買些紀念品。通過手機錢包，不僅能讓假幣、假票無處藏身，而且能加快支付速度。另外，通過電子標簽與手機的綁定，只要在遍布展區的特殊感應裝置上輕輕一照，就能將相應展館的信息，互動傳輸到手機上。參觀世博會，再不用像一般逛展覽那樣，提著各種沉重的資料費力離場。此外，在遍布一軸四館、主新聞中心、世博村等人流密集區的近百個信息亭里，游客只需要點擊信息亭內自助終端的互動觸摸屏，便可查詢到園區信息、場館信息和城市信息，包括公告、餐飲、交通、賓館、志愿者服務點、醫療、購物等內容，盡在掌握。而且，這些信息還可以通過短信、彩信方式保存到手機中。

圖3 采用RFID技術的世博會移動售票終端

世博園內的蔬菜、水產品、畜禽、奶、面包糕點、餐飲半成品等對溫控有要求的食品，并在專供世博食品的物流箱型車上也配備相應的RFID設備，對裝載冷藏冷凍食品的車輛配備RFID等溫度連續監控設備。當食品進入世博園區時，執法人員通過手持終端移動設備，能夠在現場快速追溯食品和原料的來源，確保供應渠道的安全可靠。同時還將選擇在蔬菜、水果、水產品等農產品及配送的餐飲半成品等包裝袋上要求佩戴射頻識別標簽，儲存種養殖企業或生產單位、品名、產地、生產日期、保質期、儲存條件等信息，使產品包裝和RFID標簽隨貨物交易完整進入餐飲、零售或物流終端，以保證食品和原料能夠追蹤溯源。

世博園內各場館的建筑主梁、基柱等關鍵部位也都鋪設了傳感器，這些節點可以監測形變;在展柜、展品周邊鋪設了大量傳感器，用于防盜、防觸碰;園區里還隨機散布著大量的微型傳感器，用于對展館溫度、濕度、有毒有害氣體、噪音等環境參數進行綜合監測。

毫無疑問，如果“物聯網”時代來臨，人們的日常生活將發生翻天覆地的變化。人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

參考文獻:

[1]戴浩.傳感網發展面臨五大技術難題.

[2]農業物聯網應用.廣闊天地大有作為.

[3]中國聯通.物聯網應用世博會.

[4]智能家居進入物聯網時代還有很多路要走.