物联网及其在山西的应用

　　[摘要]物联网被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮。全面感知、可靠传送、智能处理是其基本特征。物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系，每一层体系都有其需要解决的主要问题及关键技术。目前，物联网在山西主要被应用于自然生态环境、工商业和人们的日常生活方面，尽管处于起步阶段，但前景广阔。未来几年，山西物联网的发展应结合本省实际，选择重点领域进行突破：在服务转型发展上，要利用物联网打造绿色低碳的煤炭产业：在服务安全发展上，要利用物联网技术提高煤矿安全生产水平；在服务和谐发展上，要利用物联网改善民生。
　　[关键词]物联网，山西，“三个发展”
　　[中图分类号]F205　[文献标识码]A　[文章编号]1004－4175(2011)01－0078－03
　　
　　一
　　
　　1999年美国麻省理工学院首次提出物联网的概念。物联网(Internet of Things，简称IOT)是指通过装置在各类物体上的电子标签、传感器、二维码采集信息，并通过通信网络将物一物、物一人相连，协同工作，从而给物体赋予智能。物联网概念的提出被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，美国、欧盟、日本等甚至将其纳入国家和区域信息化战略。面对当前的国际形势，迫切需要我们着眼于国情，早一点谋划未来，制定我国的物联网发展战略，突破大规模产业化瓶颈，应用到国民经济和社会生活的各个方面，切实解决国计民生的重大问题。
　　全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的特征。“全面感知”是指利用射频识别(RFID)、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取；“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接人信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；“智能处理”是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。
　　物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系：
　　感知层包括二维码标签和识读器、RFlD标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、手持终端、传感器网络和传感器网关等。在感知层，要解决的主要问题及关键技术包括：(1)远程管理：物联网的服务质量保证首先来自于有效的信息采集，因此对于传感器、RFID读写器、GPS、摄像头等感知设备的管理、对通信终端设备的管理以及对感知层子网、感知接入网关设备的有效远程管理是基本的关键技术。(2)低成本：低成本是实现物联网大规模应用的一个重要技术，包括低成本的传感器技术、RFID标签技术、M2M模组技术等。(3)低功耗：低功耗是降低物联网感知层设备对供电依赖，满足更多应用场景需要的一项关键技术，可以通过优化网络通信协议来降低通信的功耗需求，或研究其他方式来进行能源补充，例如太阳能供电、生物环境供电等技术。(4)传感器感知能力：智能传感器、生物传感器、MEMS是传感器领域的发展方向。(5)传感器网络产业化：传感器网络是移动通信网络的重要补充，其核心技术与工程技术的不断完善是实现产业化的重要前提。(6)外设即插即用：外设包括传感器、控制器、GPS、摄像头、RFID识读器等感知设备，外设的即插即用是实现业务灵活部署以及对感知能力有效管理的重要技术。
　　网络层首先包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，这被普遍认为是最成熟的部分，除此之外还包括物联网管理中心、信息中心、云计算平台、专家系统等对海量信息进行智能处理的部分。也就是说，网络层不但要具备网络运营的能力，还要提升信息运营的能力，如对样本库和算法库的部署等。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。在网络层，要解决的主要问题及关键技术包括：(1)业务运营能力：业务运营能力包括通信能力运营与信息能力运营，不断加强通信服务能力和信息运营能力及其相关技术，是实现物联网可持续发展的重要方向。(2)大规模接入：物联网的发展预期是大规模接人，因此为应对更大规模的机器通信需求，移动通信网络优化关键技术必不可少。(3)码号体系：码号作为运营商的核心资源之一，为满足业务持续发展，需要提供充足的码号资源和有效的机器寻址体系。(4)端到端Qos：物联网承载的信息差异化非常大，对于不同价值的信息应该进行区分并提供不同的服务质量，实现端到端的Qos差分服务，满足不同业务的需求。(5)端到端安全：物联网承载的信息对安全的要求差异化也比较大，对于涉及到企业生产、政府管理、人们生活等相关关键信息，有极强的端到端安全需求。
　　应用层是将物联网技术与行业专业技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集。物联网通过应用层最终实现信息技术与行业的深度融合，对国民经济和社会发展具有广泛影响。应用层的关键问题在于信息的社会化共享，以及信息安全的保障。在应用层，要解决的主要问题及关键技术包括：(1)行业融合技术：通信、网络技术与行业IT技术的有效融合是物联网价值的重要体现。(2)应用集成技术：包括系统集成技术和应用设计、部署、维护等工程关键技术。
　　自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，受到全社会的极大关注。山西是全国重要的能源基地，近年来面临的主要发展问题是产业结构过于单一带来的生态环境污染严重、资源浪费、安全事故时有发生，特别是重特大事故突出。为此，山西省提出了建设低碳绿色新型能源基地的目标，努力实现转型发展、安全发展、和谐发展。在“三个发展”过程中，物联网大有可为。
　　目前，物联网在山西的应用主要体现在三个方面：首先是自然生态环境方面，利用传感器监控空间的属性，如温度、湿度和某种物质的含量等，这需要很小的传感器的高密度分布，同时还不能影响环境；其次，利用传感器监测追踪特定物体，广泛应用于供应链管理、设备保存、车流交通、工厂生产等工商业领域；再次，利用传感器监控人们日常生活中的行为，这在医疗保健中得到较多应用，比如利用传感器监控老年人的生活作息，一旦出现意外，及时通知亲人和医生等。
　　目前，物联网在山西的应用虽然较多，在各个行业、领域都有所表现，但大多是企业原有的产品、应用、服务等的解决方案，真正基于新一代信息技术的、充分发挥该技术优势的、新的应用形态还很难发现。总体上看，环境监测、智能交通、城市安防、智能电网等行业的市场成熟度较高，这些行业传感技术成熟，政府扶持力度大，已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年山西物联网产业发展的重点领域；医疗卫生、家庭、个人等领域的智能传感应用则需要较长的时间，技术、标准均有待于进一步完善，大多数产品还处于试验阶段，短时间内不会在山西大规模应用。
　　在未来几年内，山西物联网的发展应重点结合本省的发展特点，选择重点领域进行突破。
　　
　　(一)服务转型发展，利用物联网打造绿色低碳的煤炭产业。山西的优势在煤，山西的潜力和希望也在煤。因此，山西经济的转型发展离不开煤炭产业的发展。物联网在煤炭产业的发展方面可以发挥的作用体现在三个方面：
　　一是利用物联网构建现代煤炭物流业。山西煤炭业转型发展中大力推进煤炭资源整合、煤矿兼并重组，使得煤炭工业规模化、集约化、机械化、现代化水平明显提升，由此也带来对产业供应链管理水平的更高要求。物联网通过在煤炭的整体供应链体系中应用传感器网络技术，有效收集煤炭运输、库存和销售等环节的信息，通过综合分析来完善和优化供应链管理体系，提高供应链效率，降低了成本，使煤矿资源整合的效果得到进一步提升。
　　
　　二是利用物联网进行环保监测及能源管理。治理环境污染是转型发展中避不开的问题。通过物联网可以实现对煤炭生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。例如，在焦炭企业的排污口安装无线传感设备，实时监测企业排污数据，防止突发性环境污染事故的发生，在重点污染区域部署监测网络，收集大气污染数据等等，目前，电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。
　　三是利用物联网提高煤炭产业的生产效率，将他统工业提升到智能工业的新阶段。将物联网技术应用于煤炭产业的生产过程监控，可以使采集的信息和生产的智能控制和智能决策等系统相结合，提高产品质量，优化生产流程。例如，在焦炭生产过程中，应用传感器和通信网络可以实现对温度的有效控制。
　　
　　(二)服务安全发展，利用物联网技术提高煤矿安全生产水平、煤矿安全生产一直是各级政府和群众高度关注的事情。在煤矿的安全生产上需要深入贯彻落实科学发展观，坚持以人为本，牢固树立安令发展的理念，切实转变经济发展方式，调整产业结构，提高经济发展的质量和效益。把经济发展建立在安全生产有可靠保障的基础上；坚持“安全第一，预防为主、综合治理”的方针。物联网在煤矿安全生产管理方面可从两个方面发挥作用：
　　一是生产一线的实时分析。把感应器嵌入和装备到矿井设备、开采巷道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。在这里需要亟点解决的技术难点包括：首先是研究隧道环境下自适应无线通讯组网技术，利用Ad hoe等技术实现终端设备的自组网信息传输，满足苛刻通信环境下的信息互联需求；其次是地下三三维GIS集成快速建模技术，实现信息分析和状态直观展现，辅助安全管理决策；第三是人员定位识别关键技术，理想状态是在矿工设备中嵌入定位芯片，限于成本因素，也可考虑先增加下井人员的记录系统。
　　二是安全信息的集中管理。这主要是将各个矿井的安全生产信息通过通信网或互联网汇总到政府管理部门。一方面可以避免矿方对事故的瞒报，另一方面政府部门对于事故可及时处理。在安全信息的集中管理方面并没有突出的技术难点，做好的关键在于有效利用现有的技术手段。比如，在安全信息的发布阶段，可通过短信或彩信方式直接发布到管理人员的手机上，提高信息的实时性。
　　
　　(三)服务和谐发展，利用物联网改善民生按照全面、协调、可持续发展的要求，在经济不断增长的同时，政府还需要促进社会事业不断进步，实施“惠民工程”。为此，可将物联网应用和城市建设相结合，建设智能城市，解决群众关心的热点问题、
　　一是关系民生的产品管理。从物联网技术发展看，比较成熟的是在产品外包装上进行标识，以追踪产品的全生命过程。对于医疗卫生领域(某些专控药品或医疗设备)或关系到民生问题的某些食品或者原材料领域中对产品历史追溯要求非常高的产品，可通过强制使用“智能标签”并加以必要的应用补贴，解决目前的产品管理混乱问题，
　　二是智能城市交通。目前的交通管理主要是通过设置在各个道路交通口的视频信息收集，或者通过指示牌对路过的司机进行前方路段的提示，这两种方式对于解决拥堵的效果有限。智能的城市交通基础设施的目标是将整个城市内的车辆和道路信息统一实时收集起来，并通过数据中心计算出实时最优的交通指挥方案和车行路线，再通过通信网络指挥交通信号和向热点路段的司机发布车行路线建议，实现有效的疏导。
　　
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