物联网与感知矿山专题讲座之一_物联网基本概念及典型应用

� 第 10期 � 2010年 10月 工 矿 自 动 化 Industr y and M ine Automation No. 10 � Oct . 2010 � 专题讲座 文章编号: 1671- 251X( 2010) 10- 0104- 05 物联网与感知矿山专题讲座之一 � � � 物联网基本概念及典型应用 张申, � 丁恩杰, � 徐钊, � 华钢 (中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心, 江苏 徐州 221008) � � 摘要:介绍了物联网的发展、基本概念、体系结构、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 及典型应用, 同时指出了目前物联网应用中存在 的问题,提出在感知矿山物联网建设中不能照搬地面应用模式,以避免出现新的信息孤岛和子系统问题孤 岛。该文讨论的内容是理解将在本刊连续发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的 物联网与感知矿山!系列文章的基础。 关键词:物联网; 感知矿山; 体系结构; 核心技术; 标准体系; 典型应用 � � 中图分类号:TD655 � � � 文献标识码:A Part ∀ of Lecture of Internet of Things and Sensor M ine � � � Basic Concept of Internet of T hings and Its Typical Applicat ion ZHANG Shen, � DING En�jie, � XU Zhao, � HUA Gang ( Internet o f Thing s ( Sensor M ine) Research Center of CUMT. , Xuzhou 221008, China) � � Abstract: The paper int roduced development , basic concept , hierarchy str ucture, standards and typical application about Internet o f thing s and indicated main problems ex ist ing in applicat ion of Inter net of thing. Meanwhile, it proposed that the applicat ion model o f surface Internet of thing s could not be copied in const ruct ion o f Internet o f thing of sensor mine, so as to avoid problems of new info rmat ion island and subsystem island. The content of the paper is fo r understanding series papers o f Inter net of T hings and Senso r M ine which w ill be cont iuously published in journal Industr y and Mine Automat ion. Key words: Inter net of thing s, sensor mine, hierarchy str ucture, key technolog y, standard hierarchy, typical applicat ion 收稿日期: 2010- 09- 13 作者简介:张申( 1957- ) ,男,江苏兴化人,教授,博士,现主要从 事煤矿通信方面的研究工作。 0 � 引言 2009年 8月 7日,温家宝总理在无锡视察时指 出,要在激烈的竞争中在无锡迅速建立中国传感信 息中心, 或者叫做感知中国中心。2009 年 11 月 3日,温家宝总理在#让科技引领中国可持续发展∃ 讲话中,将物联网定位于国家战略性新兴产业之一。 2010年 3月 5日,温家宝总理在作#政府工作 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ∃ 时指出,要 加快物联网的研发应用!,抢占经济科技 制高点,这标志着物联网已正式进入我国国家战略 层面。2010年 6月 5日,胡锦涛总书记在两院院士 大会上讲话中指出,当前要 加快发展物联网技术!, 争取尽快取得突破性进展。2010年 6月 29 日在中 国物联网大会上, 中国物联网专家委员会主任委员 邬贺铨院士表示, 物联网是互联网应用拓展重点,物 联网是泛在网的起点, 物联网是信息化与工业化融 合的切入点,物联网应用推广中突破行业进入壁垒 是难点,物联网是低碳经济的支撑点,是战略性新兴 产业的增长点,是民生服务的新亮点,是国际竞争的 新热点[ 1] 。 1 � 物联网是互联网发展的必然趋势 互联网的发展过程 [ 2] : 互联网从一个简单的联 系平台演变成一个浏览平台,再演变成交互平台,进 一步演变成为工作平台。在该过程中, 互联网从传 输普通数据发展到传输语音和视频,从有线接入发 展到随处可用的无线接入, 从研究性网络发展成商 业性网络,从一个本质上不可靠的网络发展成可用 于实时监测监控的网络, 从一个单一传输功能的网 络发展成具有计算功能的网络, 从固定的专用计算 发展成移动性的普适计算, 从一个纯物理网络发展 成了一个 Cyber空间, 从仅提供信息查询服务发展 成为提供各种服务。而这种提供各种服务的网络空 间正呈现出与人类的实际生活空间水乳交融的发展 趋势。这种发展趋势就是物联网, 就是智慧地球。 关于这一点,比尔%盖茨 1995年在他撰写的新 书#未来之路∃中就提出了这种物联网的概念, 它写 道: 当袖珍个人计算机普及之后, 困扰着机场终端、 剧院以及其它需要排队出示身份证或票据等地方的 瓶颈路段就可以被废除了。比如,当你走进机场大 门时,你的袖珍个人计算机与机场的计算机相联, 就 会证实你已经买了机票。开门时你也无需用钥匙或 磁卡,你的袖珍个人计算机会向控制锁的计算机证 实你的身份。! 2010 年上海世博会上就实现了 比尔 %盖茨所说的物联网应用。因此,物联网是互联 网逐步发展的必然结果, 是互联网深入人类生活与 生产空间的必然结果。 而著名的迈特卡夫( Metcalfe)定律也早预测了 这种网络的扩张应用。迈特卡夫定律认为, 网络的 价值是随用户数的平方而增加的,每一个新的用户 将给接入这个网络上的其他用户带来附加价值, 它 反映了影响市场的社会需求因素,体现为信息网络 的扩张效应。互联网的发展正在往下延伸, 使用更 为泛在化的传感单元和网络, 实现更全面的互联互 通,提供普适性的数据分析与服务,更深入的服务智 能化,这正是信息网络的扩张效应。 显然,物联网不是要推翻互联网另搞一套,而是 互联网应用的延伸和扩张。正如邬贺铨院士所说: 物联网是互联网应用拓展重点。明白这一点对于理 解后面要谈到的 感知矿山物联网!与 矿山综合自 动化!之间的关系是非常重要的。 2 � 物联网的定义及其特点 然而,到底什么是物联网,可能大多数人的理解 是含糊和有偏颇的。人们经常会看到 物联网又称 作传感网!、 物联网就是 RFID的应用!等论断。其 实这些说法都带有片面性。 1998年, M IT Auto- ID中心的 ASH TON K 首次提出物联网( Internet of Thing s)概念, 他指出 将 RFID或其它传感器加到日常物体上将产生物 联网,为机器感知的新时代打下基础。! [ 2] 2004年,日本总务省提出 u- Japan 构想,希望 在 2010 年 将 日 本 建 设 成 一 个 Anyt ime、 Anywher e、A ny thing、Anyone!都可以上网的环境。 2005年 11月, 国际电联 IT U 在突尼斯举行的 信息社会世界峰会上发布了物联网的一个报告。报 告称: 信息技术和通信技术( ICT )的世界加入了新 的维度: 过去由任何人( Anyone)之间在任何时间 ( Anyt ime)任何地点( Anyplace)的信息交换, 现在 加入了任何物体( Any thing) [ 3] 。物联网是利用无所 不在的网络技术整合起传感技术和射频技术而建立 起来的物品之间的互联网,世界上所有的物体从轮 胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进 行交换。! 2008年 11月, IBM 提出 智慧的地球!概念,即 互联网+ 物联网= 智慧地球!, 以此作为经济振兴 战略。如果在基础建设的执行中植入 智慧!的理 念,不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就 业,而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智 慧基础设施平台。 这些都是对物联网发展比较有影响的一些定 义。还有一些学者从不同角度提出了他们对物联网 的理解。例如李德仁院士提出, 在 物联网!时代要 完成从 4A! 到 4R!的转变, 即从 Anybody、 Anyt ime、Anyplace、Anything!转变为 Rightbody、 Rightt ime、Rightplace、Right thing!。姚建铨院士认 为,物联网就是 凡是有传感器和传感技术而感知物 体的特性来按照固定的协议实现任何时候物与物之 间、人和物之间、人与人之间互联互通, 实现智能化 识别定位跟踪管理的网络。! 2010年国家政府工作报告附录中对物联网的 定义:物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协 议,把任何物品与互联网连起来,进行信息交换和通 信,以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的 一种网络, 它是在互联网基础上的延伸和扩展的 网络。 据说网络上能查到的有关物联网的概念或定义 有 70余种, 并且还在不断增加, 这在科技发展史上 是前所未有的。这反映了物联网的特点, 即 4A: Anybody :物联网的发展将会涉及到每个人,大 家从自己的角度与专业来理解物联网, 就形成了百 花齐放的局面; Anyt ime:在不同时刻, 人们对物联网的需求与 理解也是不同的, 并且随着理解的逐步深入,内涵会 不断得到补充和完善; Anyplace:这实际就包含了 Anyapplicat ion, 不 %105%2010年第 10期 张申等:物联网与感知矿山专题讲座之一 � � � 物联网基本概念及典型应用 � � � 同的应用领域对物联网有不同的需求, 感知与应用 平台也会不尽相同; Any thing:对任一物体进行监测与控制, 这就 带来了针对不同对象实现不同传感与执行不同动作 的问题。 正是由于物联网有这样泛在的应用,因此,几句 话的概念或定义很难将其全部概括。根据物联网的 实质及其行业应用,完全可以定义自己应用范围内 的物联网。4A 当然就包括了物联网在矿山的应用, 称之为 感知矿山!。以后将给出 感知矿山物联网! 的概念。矿山物联网有其特殊的地方, 不能套用现 在地面物联网的发展模式,后续文章将对 感知矿山 物联网!与地面物联网应用的异同进行详细的分析。 3 � 物联网的体系架构 尽管物联网有许多定义,但其 3 层(感知层、网 络层、应用层)体系架构却是公认的,如图 1所示 [ 4]。 也有一些研究机构将其扩展成更多层的架构, 例如 IBM 将其细化成了 8层结构。 图 1 � 物联网 3 层体系架构 � � 感知层是物联网发展和应用的基础, 实现的是 对真实世界中物体的感知与监控。RFID 技术、传 感和控制技术、短距离无线通信技术 (如 WSN、 WiFi、蓝牙、红外)、通用分组无线业务 GPRS 技术 等是感知层涉及的主要技术。当需要定位应用时, GPS和 GIS也将成为感知层的核心技术。 网络层将建立在现有网络(互联网或/和移动通 信网)的基础上。物联网通过各种接入设备与传输 网相联。网络层也包括信息存储查询、网络管理等 功能。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现 以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理 与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖 掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技 术。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平 台,将是物联网网络层的重要组成部分,也是应用层 众多应用的基础平台, 有时也将其称作应用平台。 应用层利用经过分析处理的感知数据为用户提 供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的, 软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多采 的物联网应用。各种行业和家庭应用的开发将推动 物联网的普及,也给整个物联网产业链带来利润。 在后续文章中, 将根据感知矿山物联网的应用 实际,将通用物联网的 3 层架构更改为感知矿山物 联网的 3层架构模型, 并分析各层在感知矿山中的 地位和作用,指出感知层网络建设将是感知矿山网 络建设的重点。 4 � 物联网核心技术体系 物联网的核心技术体系框架(见图 2)包括感知 层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术[ 4]。 图 2� 物联网核心技术体系框架 � � 感知层:数据采集与感知主要用于采集物理世 界中发生的物理事件和数据, 包括各类物理量、标 识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感 器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技 术。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感 器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传 输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息 处理过程。 网络层:实现更加广泛的互联功能,能够将感知 到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送, 需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融 合。经过十余年的发展,移动通信、互联网等技术已 比较成熟,基本能满足物联网数据传输的需要。 应用层: 应用层主要包含应用支撑平台子层和 %106% 工矿自动化 2010年 10月 � � � � � 应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨 行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的 功能;应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能 家居、智能物流、智能电力等行业应用。 公共技术: 公共技术不属于物联网技术的某个 特定层面,而是与物联网技术架构的 3层都有关系, 它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量 ( QoS)管理。 5 � 物联网标准体系 根据物联网技术与应用密切相关的特点, 按照 技术基础标准和应用子集这两个层次, 物联网标准 化工作组采取引用现有标准、裁剪现有标准或制定 新 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 等策略, 形成了包括体系架构、组网通信协 议、接口、协同处理组件、网络安全、编码标识、骨干 网接入与服务等技术基础规范和产品、应用子集类 规范的标准体系(见图 3) , 以求通过标准体系指导 成体系、系统的物联网标准制定工作,同时为今后物 联网产品研发和应用开发中对标准的采用提供重要 支持[ 4] 。 � � 目前我国已成立了物联网标准联合工作组, 其 工作是紧紧围绕产业发展需求, 协调一致, 整合资 图 3� 物联网标准体系 源,共同开展物联网技术的研究,积极推进物联网标 准化工作,加快制定符合我国发展需求的物联网技 术标准,并力争成为制定物联网国际标准的主导力 量之一。但实际工作并不容乐观, 甚至出现物联网 应该是应用先行还是标准先行之争。 6 � 典型应用案例及存在问题 目前物联网的应用还处在早期应用阶段。早期 应用的典型特征是功能单一、网络独立、数据私有、 缺乏规范和标准。例如上海市推进物联网产业发展 十大应用示范工程,如表 1所示[ 5 ]。 表 1 � 上海市推进物联网产业发展十大应用示范工程 序号 名称 具体应用 1 环境监测 一是环境质量监控,主要是对水源地环境质量、蓝藻的监控和电子防护,对大气空气质量和辐射环境质量 的监控;二是移动源监控,主要是对医疗废弃物、探伤机的出入库监控和转运跟踪,以及对机动车交通污染 排放的监控;三是结合环保能力建设,完善环境预警和应急响应系统。 2 智能安防 利用现有的电信网等固定网络及互联网,采用 RFID、传感器、智能图像分析、网络传输等信息技术,建设具 有人口动态实时管理功能的社区智能对讲门禁、社区单元视频拍照记录、家庭安防综合应用系统,并实现 门禁管理与公安人口信息平台的对接。 3 智能交通 整合上海市以埋地线圈、摄像探头等传感设备获得的交通流量信息,建设交通信息互动发布平台,向社会 提供实时交通流量信息和出行建议; 应用传感技术对上海市停车位进行实时监控, 结合实时交通流量信 息,提供点到点服务;适时启动根据实时交通流量信息对交通信号实行控制的工程,进一步优化上海市交 通状况,提升交通管理水平。 4 物流管理 通过 RFID技术在多式联运、大型物流园区、冷链物流等方面的应用,探索利用物联网技术对物流环节的全 流程管理;开发面向物流行业的公共信息服务平台,开发适用于各种物流环境的特种电子标签、物流装备、 读写器、中间件、管理系统等产品。 5 楼宇节能管理 利用传感器技术对楼宇中每个单元的温度、湿度、照明进行实时监控,达到楼宇节能管理的目的,并逐步增加楼宇安防、门禁、电梯管理等方面的实时监控功能。 6 智能电网 以远程智能电力终端为突破口,形成以物联网技术为核心的双向信息通信、远程监控、信息存储、负荷分配 技术,实现智能电网中的远程读取、双向交互功能,并开展万户以上示范工程建设。以智能电网中的新技 术为抓手,推动未来智能电网构架的应用示范,并在世博园区开展智能终端示范工程展示。 %107%2010年第 10期 张申等:物联网与感知矿山专题讲座之一 � � � 物联网基本概念及典型应用 � � � 续表 序号 名称 具体应用 7 医疗 采用无线射频技术,对医务人员、患者和医疗物品进行管理,带动RFID标识装置的研发和产业化。利用无 线遥感技术,实现远程医疗服务功能,带动远程医疗产品和服务的研发和产业化;采用自动测量和控制技 术,实现连续、及时、准确地监测目标区域的饮用水质及其变化状况,带动传感器、通信模块等产品的研发 和产业化。 8 精准控制农业 在马陆葡萄园开展综合试点,利用传感器技术, 实时监测温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤微量元素等参 数,以短距离无线通信技术进行数据传输,并通过与专家系统进行比对,自动进行通风、滴灌、控温、补光等 操作,实现农业生产的精准化和智能化,提高农产品的附加值。在试点基础上推广并培育系统集成、传感 器和控制设备产业,实现精准农业技术和装备的国产化。 9 世博园区 在世博园区实施电子门票、陆上和水上电子围栏、智能电网等应用项目,将世博园区建设成为物联网技术 的集中应用示范区,并在总结经验的基础上加大推广力度。其中,电子门票包括高频 RFID普通门票和 2. 4 GH z有源 RFID 手机门票; 陆上电子围栏主要采用视频监控、抛物雷达和震动光缆等智能安防技术, 水上电子围栏主要采用声纳、红外及可见光等技术,对非法入侵进行实时监控和报警; 智能电网项目包括 输电线路状态监测、智能楼宇、智能家居、数字变电站等应用。 10 应用示范区和产业 基地 建设物联网应用示范区,集中展示物联网应用技术和示范工程。在社区综合应用物联网相关技术,对城市 基础设施进行监控;在居民家庭试点推广家域网,利用无线通信技术对家电、照明和家庭安防系统等进行 组网,并实现远程控制;对社区居民试行健康监控,通过随身携带的健康监控仪,及时将居民的心率、血压、 体温等基本健康数据发聩到社区卫生中心,使社区医生及时掌握重点人群的健康状况。在嘉定、浦东等区 县建立产业基地,形成若干个产业园区,集聚物联网相关企业,充分发挥主业集群优势,形成技术创新、应 用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 创新和商业模式创新的合力。 � � 尽管这些系统大都以 Inter net或移动运营商的 网络为骨干传输网络, 但无线覆盖的感知层网络却 是各行其是,长此以往,随着物联网应用系统越来越 多,势必会出现同一地区存在多个无线感知网络但 相互之间不能共用的局面。同时在这些系统中基本 看不到图 1所示的云计算应用平台,这样私有数据 不能在系统间充分利用,造成重复投资、资源浪费, 形成新的信息孤岛[ 6] 。目前这个问题在地面物联网 应用中还不突出, 也未引起人们足够的重视。这一 方面是由于目前尚处于物联网应用的早期阶段, 处 于应用试点和经验积累阶段; 另一方面是由于地面 单功能应用系统相对较大, 如公共智能交通信息系 统,覆盖几种不同的交通工具、数十条线路、数百辆 车及数千个站台,系统相对独立是可以理解和接受 的。但这些问题应该引起充分的警觉, 提醒人们该 应用模式不能复制到感知矿山物联网应用中。在后 续文章中将结合感知矿山物联网的特征进行更为详 细的分析。 7 � 结语 作为感知矿山系列文章的第一篇, 主要介绍了 物联网的发展、基本概念、体系架构、标准及典型应 用,同时指出了目前物联网应用中存在的问题。这 些问题应该引起警觉, 提醒人们在感知矿山物联网 建设中不能照搬地面应用的模式, 否则将会面临新 的信息孤岛和子系统问题孤岛。本文内容也是理解 将在本刊连续发表的 物联网与感知矿山!系列文章 的基础。 参考文献: [ 1] � 2010年中国物联网大会 [ EB/ OL ] . 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