智能物聯網技術及應用的發展新趨勢

郝 運

（泰州學院，江蘇 泰州 225300）

“物聯網”理念的提出和相關技術的實踐，是社會信息化的核心助推器，也是互聯網技術持續發展過程中，必然要經歷的一個階段；同時，作為宏觀資源高效整合的網絡手段，與大數據運算相結合的物聯網體系，也是構筑智能化、自動化社會的主要途徑。作為新一代產業革命的標志型技術，物聯網技術深度聚焦社會運行層面，通過“萬物互聯”，將原本各自運轉的企業、設施乃至家庭、個人等社會單元，緊密綁定于社會這一有機整體，為改進社會資源配置中的傳統弊端，提供了技術端的終極思路。有賴于近三十年的高速發展，和互聯網技術的飛速普及，我國的市場經濟體系建設，天然具備鮮明的數據化特質。在沒有傳統行業束縛的優勢下，物聯網相關技術，在我國工業、農業、金融及社會管理層面均得到了廣泛運用。但需要認識到的是，盡管我國物聯網建設水平已經成功步入世界第一梯隊，但在相關理論研究的發展趨勢、技術管理等前沿領域，依然存在明顯短板。建立前瞻性的物聯網研究體系，最大限度地減少物聯網體系帶來的安全風險，是當前我國物聯網建設亟需面對的現實問題。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網技術架構

在探討“物聯網”這一頗具科幻氣息的概念之前，首先需要明確認識到這樣一點：世界各國現有以及正在高速建設中的物聯網系統，并非某種嶄新的技術，而是互聯網技術與現代管理體系有機整合后的結果。也可以說，物聯網技術，是21世紀以來種種網絡技術不斷成熟的衍生結果，是各行各業數據化、智能化不斷提升而引發的技術升華[1]。從架構的角度看，現有物聯網體系，由以下3個層面共同構成。

1.1.1 互動層

物聯網技術的直接互動主體是“物”與“物”。物聯網的互動層，是物的感知過程。通過信息接收與轉換，完成現實存在物的數字化，是實現萬物交互的前提。該階段的轉化工作，主要依賴形式多樣的傳感器技術。

1.1.2 傳輸層

傳輸體系是萬物互聯的主要保障。傳輸層在物聯網體系中，主要負責對數字化物質信息的提取、傳輸工作。現有的傳輸方式，主要通過無線通信技術、Web技術等互聯網主流技術來完成。當前傳輸端的發展難點在于如何解決物品聯網傳輸端口多樣化的問題。

1.1.3 服務層

雖然物聯網的直接互動主體是“物”到“物”，但其根本服務對象，依然是由人組成的各種組織、機構，以及整個社會。物聯網服務層的存在，主要就是通過對數字化的物質信息進行分析、整合，以使之服務于社會各領域的發展需要。服務層的構成，分為硬件和軟件2個方面：硬件方面，服務層包含主機、控制器等必要裝置；軟件方面，根據應用領域的不同，有連接RFID讀寫器與后端應用的中間系統、主導大數據分析的云計算平臺及主持端到端服務的物聯網應用平臺等。

1.2 物聯網配套技術

1.2.1 信息處理技術

信息處理技術，是感知層發揮基本功能的核心支撐，也是服務層正常運轉的必要保障。感知層的數據處理，涵蓋數據收集、預處理和優化聚合等多個方面。和傳統互聯網數據溝通相比，物聯網的數據來源更加多樣化，在物聯網數據處理方面，往往存在目標混雜及多源異構等問題。基于此，感知層的信息處理技術，包括數據特征提取、模式識別和自主化信息融合等技術；服務層的信息處理技術，則包括信息分布認知、數據擴散挖掘與智能搜索等技術。

1.2.2 大數據運算技術

無論是互動層的數據識別和數據儲存，還是服務層的數據挖掘和云計算，都必須以強大的數據算力為支撐。特別是數據挖掘，要從模糊的、性質各異且分布隨機的信息中，挖掘與主題相關的信息，往往需要對天文級數據量進行高速運算。據統計，在物聯網社會初步構建的今天，相關服務數據量，已經對算力要求提升到了浮點運算速度上百萬億次/秒的級別。

1.2.3 多端互聯技術

“萬物互聯，云上作業”，正是物聯網發展的初衷。而要對接多領域、多形式的物質實體，離不開以下2方面技術的支持：首先是高度成熟的通信技術體系，包括窄帶通信、擴頻通信和多載波通信等；其次是通信技術，解決的是“聯得上”的問題，在此基礎上，還要面對不同性質的物質實體“怎樣聯”的問題，在這方面，還需要用到異構網絡融合技術。當前局面下，如何解決異構網絡的相容問題，實現多種網絡接入方式的融合，是物聯網體系拓展面臨的首要問題。

2 物聯網技術發展及應用推廣的現實意義

物聯網技術是以傳感技術、通信技術及電子控制技術為依托，并通過互聯網達成資源和信息間的連接，其特點是具備空間和時間的靈活性及信息的集中性，能夠實現在不受時、空限制的情況下完成資源連接[2]。作為現代信息技術的重要組成部分，物聯網技術可以將目標環境中的事、物進行連接組合，同時做出擬人化判斷，從而使電子控制設備具備一定程度的分析和處理能力，并最終實現信息技術與服務的智能化。一方面，物聯網指的是事與物在互聯網平臺的連接和進一步延伸，因此可以將其簡單理解為物物相連的網絡；另一方面，物聯網是指通過網絡得以建立聯系的物物之間進行的資源交換，從這一層面分析，物聯網是不再局限于互聯網范疇，而是成為一種建立在網絡基礎上的應用。

在物聯網的技術支撐下，人類社會發展所涉及的各個行業實現了不同程度的智能化，在此基礎上，資源配置得到進一步優化，生產效益也因此得到提升。

3 物聯網技術的理論應用場景

現階段，我國的物聯網已經被廣泛應用于各行各業，并在網絡技術和人機配合的基礎上實現了對物物聯系的實時把控[3]。特別是在國家電網、水路交通和物流運輸等領域，物聯網技術以前所未有的優勢成為行業高效運轉的強大動力和重要保障。出于不同的應用目的，物聯網技術具備截然不同的服務狀態，經過調查、總結和分析，將物聯網技術應用場景歸納為以下2種類別。

3.1 社會生產類

3.1.1 種植業

在社會生產所涵蓋的眾多領域，不同類型的物聯網技術在信息收集、處理及決策制定等智能服務方面均發揮著重大作用。以農業生產為例，智慧農業的產生和發展建立在農業生產和物聯網技術相結合的基礎之上，農業生產的高效化和智能化通過智慧農業得以實現。當前形勢下的智慧農業，其主要優勢表現在對作物生長狀況的監控、檢測及對水、肥條件的分析等方面，通過檢測和分析土壤情況，物聯網技術能夠根據系統數據做出擬人化決策，并對目標作物施以適當的肥料和適量的水分，從而避免了以往人力監測不到位的情況，也使農業生產的效益在一定程度上得到提升。

3.1.2 畜牧業

對于牧場管理者而言，對幼年牲畜成長狀況的掌握及病弱牲畜的病情跟進十分必要，但在傳統的畜牧業中，管理者往往受牧場規模、牲畜數量及時空條件的限制，無法對牲畜的健康問題進行逐一了解，最終蒙受巨大的經濟損失。如今的畜牧業，特別是占地面積廣闊的大規模牧場，經營管理者可以不受時間、地點限制，通過物聯網技術對牲畜的生長情況、健康狀況進行實時監控，有效減少由監控缺失而帶來的損失。

3.1.3 建筑業

在建筑行業，物聯網技術的應用主要體現在遠程視頻監控方面。通過物聯網技術的應用，工程負責人能夠即時掌握建筑項目的現場施工動態。例如，施工過程中建材設施的存放管理、工作人員的施工流程及監管人員的工作情況等。此外，物聯網技術在建筑行業的運用還可以通過遠程監控優化資源配置、減少物資和人力的浪費情況，從而有效提升管理效率、大幅降低相關的管理成本。

3.2 國民生活類

3.2.1 家居生活

目前，物聯網技術已經在國民的生活領域得到廣泛應用，在家居行業，物聯網技術不斷滲透并進行技術革新，以滿足居民提升生活質量和家居產品體驗感的要求。在智能家居方面，物聯網技術主要應用于交互和控制數據，以滿足用戶在任意時間地點使用和控制家居產品的需求[4]。在目前的家居行業，完整的智能物聯網控制體系已經初具雛形，特別是在智能廚房、智能客廳等領域，物聯網技術的應用已經十分成熟，通過物聯網技術，用戶能夠對家居產品進行遠程控制，家居生活的舒適度和便捷程度也因此得到提升。

3.2.2 社區物業、安保

近年來，隨著我國城市化水平的提高，社區居民的人數也日益增長，由社區火災、高空墜物等突發情況造成人員生命、財產損失的事故也與日俱增，居民對于社區安全問題給予了前所未有的重視。物聯網技術與社區安保的結合能夠實現社區安保智能化，一方面，社區安保部門可以采用物聯網技術設置具有人臉識別功能的門禁，從而排除外來人員進入社區的可能性，提升社區安全指數；另一方面，社區物業可以對居民使用水、電和燃氣的情況進行監測，同時還能夠通過定期檢測確保相關設施的運行狀況，保證居民安全使用水電氣。

4 物聯網技術應用實例

4.1 農糧生產

自“十三五”以來，我國緊密圍繞“綠色、創新”的發展理念，通過廣泛的完善基礎設施，實現了物聯網技術和傳統農業生產的順利對接。一系列自動化智能化系統和智能感知芯片的運用，極大地改變了農業生產模式，使作物生產的穩定性大幅提升，基本逆轉了農業發展嚴重依賴環境、天氣等自然因素的情況[5]。

物聯網在我國農業領域的應用場景，主要有如下幾種。

4.1.1 智能化大棚環境控制

數據圖像采集系統和信息處理技術相結合，為動態控制大棚生態環境，確保基礎環境始終符合作物生長需求，提供了技術可能。通過對大棚空氣成分、病蟲害分布狀況和土壤微量元素比例的定量采集與精準分析，繼而采用模塊化的生態參數控制方式，可在大棚內部實現自然溫室環境的高度還原，確保大棚作物的產量與質量。

4.1.2 特殊作物栽培儲藏

在特糧特經作物的生產層面，同樣可以運用大棚栽培的物聯網技術進行空間掌控。在此基礎上，還需增加苗情動態采集和發育狀況分析環節。通過傳感節點和無線傳感網絡的布置，構成感知層，繼而搭配遠程服務平臺，相關專家可實現對作物栽培的實時調整。對儲藏要求特殊的作物，同樣可以通過采用溫度傳感技術的氣調庫，保障特定作物的最佳保鮮溫度和濕度，從而最大限度地提高貯藏效果。

4.1.3 節水灌溉智能施肥

相比應用多年的自動化灌溉技術，采用物聯網技術的灌溉施肥體系，更加凸顯了其智能化精準調控的優勢。我國既有的水肥一體化智能灌溉系統，是物聯網在灌溉施肥領域的主要實踐方式。該系統在正常運轉狀態下，可根據調取的大數據信息，自動設置水肥灌溉規劃，以高度智能化的程序，精準控制施肥機、灌溉網絡開展工作，保障土壤肥液濃度、酸堿度始終符合作物生長需求。

4.2 智能電網

物聯網技術在智能電網系統中的應用，廣泛體現在從發電到電能調度的各個生產應用環節。物聯網傳感體系的加入，進一步強化了智能電網系統的數據感知、傳輸和分析效率；多個智能化模塊的運用，在顯著提升電網智能化水平的同時，降低了電力系統的故障率；而動態監測機制與物聯網遠程分析平臺的搭配運用，為準確掌握電網運行狀態、及時響應電網故障創造了良好條件。

近幾年的技術實踐證明，傳感器模塊的質量水平，是制約物聯網技術在電網領域全面應用的主要因素。我國地理氣候環境復雜，不同的濕度、溫度對傳感器基本參數的要求也不盡相同[6]。例如，靈敏度較高的傳感器，在溫度極寒、較熱的區域，往往會出現信息過度采集的現象，額外加重系統負擔，甚至引發智能分析系統誤判。因此，高靈敏反應的傳感器，反而無法勝任該地區的物聯網應用需求。

5 基于現狀的物聯網發展趨勢

5.1 實踐應用趨勢

根據技術調研統計，近80%的企事業單位，正在將發展資金用于一個或多個物聯網建設項目中，用以實現企業運作體系的更新換代。與此同時，社會各領域對物聯網技術的運用水平，也有了顯著提升，其主要表現是，專注于運營能力和資產配置效率的物聯網用例正在增加。越來越多的企業，將物聯網技術視作強化企業運行效率的實用手段，而非僅僅是“現代化企業”的形象標志。這種實用化的思維，有利于物聯網技術進入良性發展循環。

5.2 理論研究趨勢

理論研究方面，物聯網相關概念和技術，也經歷了一個由“神化”到“客觀”的過程。早期物聯網應用重架構鋪設、輕隱患防范的現象正在消失。當前物聯網理論研究，主要朝向2方面問題：其一是物聯網優勢的充分發揮和安全隱患的防范；其二是多種場景條件下的應用思路。以上課題研究的深入展開，均以物聯網應用對社會行業的全面覆蓋為最終目標。

5.3 國際發展趨勢

一直以來，相比亞太地區，歐洲和北美地區在物聯網技術的發展水平、使用頻率乃至應用范圍等方面長期處于領先地位。然而，隨著亞太地區各國經濟、科技的發展，歐美在物聯網應用方面的領先優勢已經大不如前[7]。在最新一輪的調查中可以發現，歐美大型企業的平均數據顯示，將在2年內對7個物聯網用例進行投資，而在亞太地區公司，此項調查結果為13。也就是說，中國、韓國和印度等亞洲國家與歐美發達國家在物聯網技術方面的差距正在縮小。

6 結束語

綜上，物聯網技術的產生和應用，是互聯網技術高度發展的必然結果。我國的物聯網應用水平，已經基本位居世界前列，但在安全性防范、未來趨勢把握等方面，尚欠缺體系化的理論研究。基于此，我國物聯網發展趨勢，將主要表現為實踐層面，在既有應用水平基礎上，進一步向各領域深入滲透，朝著社會層面的全網整合穩步邁進；在廣泛實踐的基礎上，我國物聯網相關理論，也將逐步解決優勢運用、安全性防范等亟需解決的重大問題。總體而言，物聯網技術的探索和應用，將助力我國各項產業的現代化、智能化，確保中國制造向中國“智”造的順利轉型。