物联网技术的应用实践

2013-03-02刘珊

中国公共安全 2013年9期

■ 刘珊

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网一方面可以提高经济效益，节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。一旦物联网大规模普及，大批的日常生活用品需要加装小巧智能的传感器，或者直接升级换代，给市场带来的商机将大得难以估量。

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术的核心和基础是互联网技术，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。

从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

物联网应用中的关键技术

传感器技术

传感器是物体感知物质世界的感觉器官，可以从声、光、热、湿度等信号来感知，为物联网工作起到采集、分析、反馈最原始信息的功能。传感器的类型多样，可以按照用途、材料、输出信号类型、制造工艺等方式分为热敏传感器、速度传感器、位置传感器、温湿度传感器等。传感器在安防行业的应用非常广泛，包括数字城市、教育行业、公检法司、环境行业等。

随着纳米技术等新兴技术的应用，传感器外形和工艺的提高，大大开拓了传感器的应用领域。嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段，其特点是将软硬件相结合，实现传感器的低功耗、体积小、集成度高和嵌入式软件的高效率、高可靠率等优点。

射频识别技术

RFID（射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别对象并获取相关数据。RFID电子标签可实现高效灵活的管理，是物联网最关键的技术。典型的RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。当带有电子标签的物品通过读写器时，通过无线电波将标签中携带的信息传送到读写器以及信息处理系统，完成信息的自动采集工作。信息处理系统根据需求做相应的信息控制和处理工作。 RFID与普通的条形码相比，具有明显优势：读写器可同时读取多个RFID标签；读取信息是不需要光线、不受非金属覆盖的影响，而且在严苛的环境条件下仍然可读；存储容量大，可以反复读写；可以在高速运动中读取。

不过，目前RFID也存在许多技术难点，主要集中在：RFID防冲突问题、RFID无线研究、工作频率如何选择、私密信息的安全防护等方面。

智能技术

物联网的智能技术就是指海量信息的智能分析与控制。依托先进的软件工程技术，对物联网的各种数据进行存储与快速处理，并将结果实时反馈给物联网的各控制部件。为了有效达到预期目的所采用的方法和手段。在安防领域，智能视频分析技术起源于计算机视觉技术，它综合应用图像增强处理等技术，在实现目标与背景分离的基础上，通过将目标特征信息与预先设置的模板或规则进行比对，自动识别感兴趣的目标、行为、事件或数据并产生报警，必要时可自动跟踪异常目标并联动其他安防设施，显着提高了安全防控整体效率和能力。同时利用安防智能视频分析技术在海量历史视频信息中实现基于时间、地点以及语义特征描述的智能化查询搜索，可以为公安机关侦察办案提供高效的查证手段。具备智能视频分析技术的视频采集设备成为了一种采集关键信息的智能感知器，是物联网应用的核心。由此一来，带来的应用就不再仅仅是视频监控应用，而是产生了以视频监控应用为核心、围绕在视频监控应用周围的一系列新的应用。

云计算

云计算是物联网应用发展的基石。物联网的发展需要软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）以及基础设施即服务（IaaS）等云计算模式的支撑。首先，云计算具有超强的数据处理和存储能力；其次，物联网无处不在的数据采集，需要大范围的支撑平台以满足其规模需求。在安防领域，安防产品的广泛应用和质量的不断提升，也导致了安防数据较快的增长态势，而当前存储介质的增长速度无法满足目前数据存储所需要的增长速度，因此新的存储——云存储被探索发现。与此同时，由于现有的传统技术也无法满足对海量数据信息的查询、分析、计算，新的计算模式——云计算也应运而生。

物联网浪潮的发展趋势

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网一方面可以提高经济效益，节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。一旦物联网大规模普及，大批的日常生活用品需要加装小巧智能的传感器，或者直接升级换代，给市场带来的商机将大得难以估量。用于动植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。据专业人士预测，如果物联网全部构成，其产业要比互联网大30倍。物联网将成为下一个万亿元级的通信业务。

形式多样的物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，在世博会期间，“车务通”全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的“e物流”，为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。

物联网融合安防需求的行业化应用

智能交通系统（ITS）

智能交通是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是发展ITS的基础。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。

我国政府已经将智能交通系统作为中国未来交通发展的重要方向。预计2012-2013年，城市道路交通行业投资额将继续快速增长，2013年总体市场规模将达到459.5亿。交通部已经启动新一代智能交通系统发展战略和应用物联网技术，未来5-10年发展进行谋划。

天地伟业的智能交通综合管理平台是定位在地市级的平台，集交通前端信息采集和违法数据处理于一身，满足市各级交管部门的需求，具备非现场执法流程、视频监控无缝对接、违法记录联动录像回放、GIS等多种电子地图系统上查询车辆轨迹、兼容各种前端及设备、工作量统计等功能强大且贴近用户实际使用需求的功能。

智能变电站

智能交通综合管理平台架构图

根据电力、电信、海关、银行、水利等具有大量无人值守机房/变电站的用户的远程综合监控需求，通过加强计算机技术、图像数字化技术和信息技术的应用，实现用户对前端无人或少人值守系统的综合监控、集中管理，利用现有的网络对前端的图像、环境、设备运行状态、门禁、周界防范等进行有效的监控和管理，大幅度提高了对前端监控的实时性和有效性，降低了人员及管理成本。

2011年1月，国家电网首座220千伏智能变电站——无锡市惠山区西泾变电站日前投入运行，并通过物联网技术建立传感测控网络，实现了真正意义上的“无人值守和巡检”。西泾变电站利用物联网技术，建立传感测控网络，将传统意义上的变电设备“活化”，实现自我感知、判别和决策，从而完成自动控制。完全达到了智能变电站建设的前期预想，设计和建设水平全国领先。

天地伟业Easy7无人值守综合管理平台是针对大型变电站监控系统的专业管理平台。采用分布式架构，集模数混合切换显示、视频信号编解码、设备维护管理、用户权限控制、数据存储点播、前端PTZ操作及多级监控中心监控平台联网于一体。

这套系统通过在前端机房/变电站安装摄像机、微音探头、数字/模拟环境变量采集模块、门禁、周界报警等高科技设备，并将其中的音视频、环境变量数据、出入口控制等接入前端综合监控主机，实现音视频、环境变量等资料实时数字化存储记录，同时，管理中心可管理所有前端综合监控主机，实时监看前端的图像、环境数据、门禁信息等，并对前端的所有突发情况做出高效、及时的处理动作。

智能电网系统拓扑图

智慧校园

通过物联网不仅可以使教学环境智能化，还能用于校内交通管理、车辆管理、校园安全、师生健康、智能建筑、学生生活服务等领域。例如，在教室里安装光线传感器和控制器，即可根据光线强度和学生的位置来调整教室内的光照度。控制器可以和投影仪和窗帘导轨等设备整合，并根据投影工作状态决定是否关上窗帘，降低灯光亮度。为校内有安全隐患的地区安装摄像头和红外传感器，便可以实现安全监控和自动报警等功能。

在学生宿舍楼门禁系统里对学生信息进行统一注册，可根据学校作息制度和相关规定，对宿舍的开关门时间进行设定，也可以设定不同人群的进入权限和时间，进入人员只要通过学校特制的卡片或者甚至带有NFC功能的手机，就可以实现门禁操作。例如，假设A楼宿舍为女生宿合，设定所有注册信息为A楼的学生，可以在任何时间打开门禁；而对于本校的，但不是A楼宿舍的学生，则可以按开放时间或者性别区分对待，比如只有某固定时间段可以进，或者只允许女生在正常朝九晚五时间段进入，男生则禁止等。这样一来，既可保证宿舍财物及学生的人身安全，保障学生的正常作息制度，也可对学生的管理实现智能化。

为防止校园暴力事件，尤其是社会人员的渗入，可以借助物联网门禁功能，对含有注册信息在内的教职工和学生进行合法鉴定，同时，也可以借助二代身份证，在门禁系统设置不同的准入规则，如黑名单和白名单系统，确保校园人群的可靠性，增加学校的安全系数。

对于设备清点，可以让管理部门在教学仪器设备购入时为每台仪器设备分配一个RFID电子标签，该标签具有唯一识别码，内部存储有仪器设备的基本信息，这些信息可以由阅读器利用射频信号进行无线读取。管理人员在进行设备清点时，只要拿着读写器，在实验室内巡视，阅读器就可以批量读取设备信息，而无须对仪器设备进行搬移来扫描条形码，大大提高了清点效率。

对于设备管理，可以通过设备动态管理系统对RFID标签中存储的信息不受次数限制地进行修改。从设备购入开始，即将设备的在用、维修、报废等状态及时地在标签中予以更新，使仪器设备实际状态与管理系统中的状态始终保持一致，进而实现仪器设备的全过程动态管理，为学校的投资决策、设备更新等提供依据，提高仪器设备的管理效率。

另外，对贵重的设备仪器，我们可以在其内部装置GPS定位系统，借助GPS定位信息，服务器端可以实时地看到其所在的位置，也可对特定的设备设置产生多少位移量时自动报警，这对于贵重设备的安全管理来说，无疑是一把坚实的防护锁。

物联网在教学辅助管理中的最大特点在于，可以通过仪器设备标签与大型仪器设备共享平台连接，从而实现仪器设备与共享平台的相连，潜在的用户可以通过该平台获取设备的基本信息和当前状态，进而使用该设备完成自己的研究工作。比如将教学楼的所有可用教室进行登记，实时显示空余教室分布情况，方便各个班级进行课外集体活动的安排。

该平台是针对大型视频监控系统设计，采用分布式架构体系，实现模拟数字各类视频混合切换显示、视频信号编解码、设备统一管理、用户权限分级、数据存储点播、前端云台镜头控制和多级联网管理等功能。在智能校园的应用中，通过在线实景地图、录像切片、应急预案、智能分析、视频诊断等创新技术，结合报警联动功能确保了宿舍财物及学生的人身安全，保障学生的正常作息制度，同时，对学生的管理实现智能化。

此外，物联网在公检法和教育行业的应用也十分广泛。随着公安系统“金盾工程”的深化、检察院系统“科技强检”战略的推进、法院系统“天平工程”开始实施，公检法信息化建设进入高速发展期。天地伟业的高清审讯、庭审和监管系统为业界提供了自主研发的全系列系统解决方案；电子监考系统则将现代化的监控设备系统应用到考试过程中，建立以校园网络为基础的数字化、网络化的监控系统，解决监控面积过大、监控点数过多的难点。

物联网应用中遇到的难题及应对

安全问题

物联网是基于信息的技术，在信息的识别中需要确保国家机构、商业机密的安全，防范黑客的攻击和病毒的侵入。在射频识别系统中，标签可能被预先嵌入到物品中，在标签被扫描、定位时会不可避免的涉及隐私。充分考虑物联网所带来的安全问题，可以通过加密、防盗等技术以及制定法律等建立全面完善的安全体系，确保国家机密和个人隐私。

物联网的发展网络框架及标准体系不够完善

尽快制定物联网相关的框架标准体系，坚持国际标准和国内标准同步，统一技术和接口的标准，明确物联网的涵盖范畴和定位，出台物联网关键的发展技术和相关产业的配套扶持政策，统一技术标准和相关的评价体系，构建统一的运营平台，形成规模化、标准化经济。物联网产业链尚未完善