物联网技术应用与行业发展-一项简析

物联网技术的应用及行业发展简析

彭元

一、物联网的概念

2005年11月，国际电信联盟(ITU)发布的《ITU互联网报告2005：物联网》报告，正式提出了物联网概念。2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想，美国将其提升到国家级发展战略。2009年8月7日，温家宝在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出，要加快推进传感网发展，提出“感知中国”构想。在后金融危机时代全球经济增长乏力的背景下，出于信息技术对经济的拉动作用，物联网产业被各国视为振兴经济的重点领域，极有可能成为计算机、互联网、移动通信后的又一次信息化产业浪潮。

物联网目前尚无统一的定义，一般来说，物联网是指以对物理世界感知和控制为目的，以各种信息传感设备为感知手段，以网络（包括互联网、有线/无线通信网络等）为信息交互载体，实现物与物、物与人之间的信息交互和远程控制的智能综合系统。

从其架构来看，物联网是互联网应用的延伸与拓展，不是重新建设一套平行于互联网的系统，而是互联网和通信网基础上的延伸。从技术角度来看，物联网是技术升级，而不是技术革命。物联网所涉及的关键技术，比如射频技术、分布式计算、传感器、嵌入式芯片、无线传输及实时数据交换和互联网等都是目前较为成熟的技术，并在相关领域已得到广泛的应用。物联网的新颖之处在于利用这些技术的交叉与融合，建立一个统一的“物物”相连的网络。

二、物联网的应用

虽然物联网的广泛应用尚需时日，但目前在众多行业中已经实现了部分应用。例如在交通领域，通过在出租车及公交车上安装无线终端设备，实现对车辆的管理和调度。在电力行业，实现无线电表的远程抄表和对配电变压器的运行状态进行实时监测。另外，智能楼宇、路灯监控、动物溯源、手机钱包、环境监测等方面也开展了广泛的应用，如下表所示。

目前，正在出现的各具特色的物联网技术应用可主要归纳为两个门类：第一类是信息与分析，第二类是自动化与控制。

表　物联网在部分行业的应用

（一）信息与分析

当利用物联网把来自各方的数据联接起来时，会形成更高效、准确的信息和分析，从而可以大大改进决策。在一些领域里，这类应用已经出现。

1. 跟踪物体的行为

当在物体中嵌入传感器后，就可以跟踪这些物体的行为，或者监测并与其互动。企业可以利用这种模式获取目标的行为数据，用于对业务模式进行精确调整。

案例1：物联网在物流行业中的应用，在产品上安放RFID标签，利用读写器在设定的流程点读取RFID标签数据，跟踪掌握产品运送流程，改进库存管理，降低物流成本和运营资金。使用货物跟踪技术的范围正在不断扩大。美国Yottamark公司是提供食品追踪服务的企业，通过条形码和RFID收集和存储食品从农场到超市货架整个过程的轨迹，商家及顾客只需要用射频识别读写器扫描追踪码即可查询相关信息。

案例2：麦德龙（Metro）“未来商店”，为每位顾客提供一辆配有个人购物助手（PSA）的购物车，可通过扫描会员卡，获取顾客提前上传的购物清单，在购物车屏幕上显示地图，指示购物车和指定商品的位置。同时，将产品放进购物车时，PSA会读取产品RFID标签，屏幕上会根据产品相关联的额外信息或折扣，帮助促成购买。付款时，推车经过支付通道，系统自动读取商品的RFID标签，核算总价，打印单据，价款可从从顾客事先约定的信用卡账户扣除，大大节省顾客的付款等待时间。

案例3：Zipcar汽车共享服务公司率先将传感器和网络连接嵌入租赁汽车中，对每辆汽车的使用情况进行优化安排，提高租车效率，以获取更高收入。

2. 增强对环境的认知，支撑决策分析

基于物联网技术，针对目标（如道路和建筑物等基础设施，或者天气、土壤数据等环境条件）部署大量传感器获得的大量精确数据，可以增强决策者对实时事件的认知。同时，通过庞大的存储和计算资源，以及先进的软件系统将分析数据生成各种图形显示，物联网还可以支持更广泛、更复杂的人力规划和决策。

案例4：一些先进的安全系统已经开始采用物联网技术，保安人员可以使用视频、音频和振动探测器相结合的传感器网络，识别未经授权擅闯禁区的物体。执法人员可以获得来自声波传感器的瞬时数据，根据这些数据就能定位物体的位置。

案例5：在石油和天然气行业，未来的油气勘探和开发可以依靠广泛安放在地壳中的传感器网络，来提供潜在油气田的位置、结构和储量规模数据，可以有效降低开发成本，提高原油产量。壳牌在全球有2 000万个传感器点，大多数监测都是通过昂贵的硬线传感器来完成的，它计划在未来的10年内都转换为无线传感器。

案例6：在医疗卫生领域，物联网提供了以相对较低的成本，实时监测病人行为和症状的可能性，使医生能够更好地诊断疾病，并制订专门的治疗方案。例如，为慢性病患者配备传感器，从而持续不断地监测他们在日常活动中的身体状况。可以向医务人员发出病人身体状况的早期预警。在美国，仅仅通过对充血性心力衰竭患者进行更好的管理，每年就能减少10亿美元的住院治疗和急诊费用。

（二）自动化控制

典型的自动化控制流程是首先获取指定目标的数据，然后分析并转换为反馈给执行机构的指令，再由执行机构来改变流程，从而形成从数据到自动操作的闭环控制系统。这样的自动化控制系统可针对复杂情况自动调节，减少人工干预，有效提高生产率。数据是自动化控制的基础，物联网技术能更有效的获取、传输、分析数据，随着技术的进步，物联网在先进自动化系统中将会进一步应用。(www.xing528.com)

1. 流程优化

在化工等一些行业领域，可以通过在流水线或生产装置上安装大批传感器，以实现更大范围的监测。传感器将获取的数据传送至电脑，由电脑对其进行分析，然后向执行机构发出信号，对工艺流程进行调整（例如，改变混合物成分、温度或压力等）。在整个生产流程中，这种经过改进的调整操作可能会增加数百次，从而大大降低损耗、能源成本和人工干预。

案例7： 在纸浆和造纸行业，由于需要对石灰窑炉的温度频繁进行手动调节，限制了生产率的提高。企业可通过使用嵌入式温度传感器，利用其采集的数据自动调节窑炉火焰的形状和强度，从而提高了生产率，同时使温度的误差减小，提高了产品质量，而且减少了操作人员人力成本。

2. 优化资源消耗

物联网利用网络化的传感器和自动反馈机制，可优化对稀缺资源的使用模式，达到节约资源的目的。

案例8：作为全球能源需求增长最快的细分市场之一，数据中心也开始采用新型用电管理技术。电力消耗往往占到一台典型设备使用期间全部费用的一半，但大多数管理者对设备的耗能模式缺乏详细认识，因为根据不同的工作负荷，服务器耗电量达到峰值的时间有所不同。此外，许多服务器都是每周7天、每天24 小时开机运行，但大部分是在最小负荷状态下使用。目前，部分制造商已经开发出能监测每台服务器用电情况的传感器，并采用了能平衡计算负荷以及可取消未充分利用的服务器和存储设备的软件。格林菲尔德数据中心已经采用了这项技术，在几年之内，该技术有可能成为数据中心基础设施的标准配置。

案例9：世界各地的公用事业公司都在安装智能电表，它可以帮助用户避开在用电高峰期用电，从而减少低效率、高成本的峰值负荷发电设备的发电量。如意大利的Enel公司和美国的太平洋天然气和电力公司（PG＆E），正在部署智能电表，这种电表可以为住宅和工业用户提供表明用电量和实时电费的可视显示。由于一天之中，发电成本存在很大差异，传统的住宅用电按每度固定价格计费使得这种成本差异很难在需求端体现出来。基于分时定价和更清晰的信息，住宅用户可以在高峰时段关闭空调或推迟使用洗碗机。商业客户则可以将能源密集型的流程和生产从高电价的用电高峰时段转换到低电价的非用电高峰时段。

3. 复杂自治系统

物联网可应用于对不可预知环境条件，或自动化系统瞬时响应进行快速的实时探测。这种自动决策基于模仿人类的反应，同时在某些方面大大提高了其性能水平。

案例10：汽车行业正在开发能够探测到即将发生的碰撞，并采取避让动作的系统。例如VOLVO S60装备了全速自适应巡航控制和碰撞警告以及缓和系统，会提醒司机可能遇到的碰撞，如果司机没有刹车，它会自动地把车子停下来。同时还有汽车制造厂商在研究司机监测系统，利用传感器监测方向盘模式用摄相头观察行车道和司机，以判断司机是否昏昏欲睡，或者需要提醒。未来通过更广泛地部署这些技术，每年因减少潜在的交通事故而节省的成本就可能超过1 000亿美元。

三、物联网发展的关键

物联网具有巨大的发展前景。无线网络技术的进步，通讯协议的进一步标准化，使人们有可能在几乎任何时间和任何地点获取通过传感器采集的数据。越来越小的硅芯片正在获得越来越强大的能力，同时，遵循摩尔定律的发展模式，其成本却在不断下降。大量增加的存储和运算能力（例如云计算）使得有可能以极大的规模和不断降低的成本进行数据处理。

然而，在这些物联网被广泛接受之前，还必须解决商业、政策和技术等多方面的挑战。

（一）技术与成本

技术方面，一是物联网涉及的技术领域众多，相应的协同标准尚未确定或仍在推进中，如IPv4向IPv6的过渡，RFID的UHF、 MW波段国际标准等，各种通讯协议接口标准的确定等。

其次，必须不断提高联网技术，使数据能在传感器、计算机和执行机构之间自由流动。汇总和分析数据的软件，以及图形显示技术的水平也必须提高，使海量数据能被人类决策者所理解，或能对其进行综合分析，以更恰当地指导自动化系统工作。

再次，目前物联网市场发展还只停留在部分分支，某些行业系统内部和企业内部已有初级的物联网闭环应用，但距离物联网要求实现的开环系统的应用还有相当距离。同时应用行业众多，技术需求差异性大，在可靠性、稳定性、灵敏性等方面有待进一步提升。

成本方面，物联网技术的广泛使用要求必须将关键设备的成本降低到能激励人们广泛使用的水平。目前以电子标签为代表的标识设备以及传感器等设备的成本仍需要进一步下降，才可能在更广泛的行业中应用。同时，整个市场发展的过程中成本不仅来自于电子标签和传感器，更有接收设备、系统集成、计算机通讯、数据处理平台等综合系统的建设，以及网络的升级、扩容、优化、融合等，这些方面均需要投入巨额资金。

（二）商业模式与需求

参考互联网的发展历史，物联网产业可能也需要较长的时间才能找到稳定和有利可图的商业模式。率先采用物联网技术的企业必须努力寻找能够创造卓越价值的新型业务模式。

建立物联网需要投入巨额资金，而且相应的投入必将对产生的效益回报有一定的要求，如果市场需求不是十分紧迫，那么推动市场发展的动力主体尚不明确。整个系统的搭建需要政府的大力推动。现阶段的消费群体以行业用户为主，在早期阶段基础设施供应商可能面临最大的机会。

（三）安全与监管

和互联网类似，物联网也会面临病毒和黑客等威胁，而且由于涉及的信息来源更多，信息量更大，物联网的信息安全问题将更为突出。政府监管部门和行业团体应该研究有关数据保密和数据安全的规则以及法律责任框架，尤其是对涉及敏感的消费者信息的数据使用以及自动化系统错误决定带来的责任等问题。