智能物联网技术及应用的发展新趋势

郝 运

（泰州学院，江苏 泰州 225300）

“物联网”理念的提出和相关技术的实践，是社会信息化的核心助推器，也是互联网技术持续发展过程中，必然要经历的一个阶段；同时，作为宏观资源高效整合的网络手段，与大数据运算相结合的物联网体系，也是构筑智能化、自动化社会的主要途径。作为新一代产业革命的标志型技术，物联网技术深度聚焦社会运行层面，通过“万物互联”，将原本各自运转的企业、设施乃至家庭、个人等社会单元，紧密绑定于社会这一有机整体，为改进社会资源配置中的传统弊端，提供了技术端的终极思路。有赖于近三十年的高速发展，和互联网技术的飞速普及，我国的市场经济体系建设，天然具备鲜明的数据化特质。在没有传统行业束缚的优势下，物联网相关技术，在我国工业、农业、金融及社会管理层面均得到了广泛运用。但需要认识到的是，尽管我国物联网建设水平已经成功步入世界第一梯队，但在相关理论研究的发展趋势、技术管理等前沿领域，依然存在明显短板。建立前瞻性的物联网研究体系，最大限度地减少物联网体系带来的安全风险，是当前我国物联网建设亟需面对的现实问题。

1 物联网技术概述

1.1 物联网技术架构

在探讨“物联网”这一颇具科幻气息的概念之前，首先需要明确认识到这样一点：世界各国现有以及正在高速建设中的物联网系统，并非某种崭新的技术，而是互联网技术与现代管理体系有机整合后的结果。也可以说，物联网技术，是21世纪以来种种网络技术不断成熟的衍生结果，是各行各业数据化、智能化不断提升而引发的技术升华[1]。从架构的角度看，现有物联网体系，由以下3个层面共同构成。

1.1.1 互动层

物联网技术的直接互动主体是“物”与“物”。物联网的互动层，是物的感知过程。通过信息接收与转换，完成现实存在物的数字化，是实现万物交互的前提。该阶段的转化工作，主要依赖形式多样的传感器技术。

1.1.2 传输层

传输体系是万物互联的主要保障。传输层在物联网体系中，主要负责对数字化物质信息的提取、传输工作。现有的传输方式，主要通过无线通信技术、Web技术等互联网主流技术来完成。当前传输端的发展难点在于如何解决物品联网传输端口多样化的问题。

1.1.3 服务层

虽然物联网的直接互动主体是“物”到“物”，但其根本服务对象，依然是由人组成的各种组织、机构，以及整个社会。物联网服务层的存在，主要就是通过对数字化的物质信息进行分析、整合，以使之服务于社会各领域的发展需要。服务层的构成，分为硬件和软件2个方面：硬件方面，服务层包含主机、控制器等必要装置；软件方面，根据应用领域的不同，有连接RFID读写器与后端应用的中间系统、主导大数据分析的云计算平台及主持端到端服务的物联网应用平台等。

1.2 物联网配套技术

1.2.1 信息处理技术

信息处理技术，是感知层发挥基本功能的核心支撑，也是服务层正常运转的必要保障。感知层的数据处理，涵盖数据收集、预处理和优化聚合等多个方面。和传统互联网数据沟通相比，物联网的数据来源更加多样化，在物联网数据处理方面，往往存在目标混杂及多源异构等问题。基于此，感知层的信息处理技术，包括数据特征提取、模式识别和自主化信息融合等技术；服务层的信息处理技术，则包括信息分布认知、数据扩散挖掘与智能搜索等技术。

1.2.2 大数据运算技术

无论是互动层的数据识别和数据储存，还是服务层的数据挖掘和云计算，都必须以强大的数据算力为支撑。特别是数据挖掘，要从模糊的、性质各异且分布随机的信息中，挖掘与主题相关的信息，往往需要对天文级数据量进行高速运算。据统计，在物联网社会初步构建的今天，相关服务数据量，已经对算力要求提升到了浮点运算速度上百万亿次/秒的级别。

1.2.3 多端互联技术

“万物互联，云上作业”，正是物联网发展的初衷。而要对接多领域、多形式的物质实体，离不开以下2方面技术的支持：首先是高度成熟的通信技术体系，包括窄带通信、扩频通信和多载波通信等；其次是通信技术，解决的是“联得上”的问题，在此基础上，还要面对不同性质的物质实体“怎样联”的问题，在这方面，还需要用到异构网络融合技术。当前局面下，如何解决异构网络的相容问题，实现多种网络接入方式的融合，是物联网体系拓展面临的首要问题。

2 物联网技术发展及应用推广的现实意义

物联网技术是以传感技术、通信技术及电子控制技术为依托，并通过互联网达成资源和信息间的连接，其特点是具备空间和时间的灵活性及信息的集中性，能够实现在不受时、空限制的情况下完成资源连接[2]。作为现代信息技术的重要组成部分，物联网技术可以将目标环境中的事、物进行连接组合，同时做出拟人化判断，从而使电子控制设备具备一定程度的分析和处理能力，并最终实现信息技术与服务的智能化。一方面，物联网指的是事与物在互联网平台的连接和进一步延伸，因此可以将其简单理解为物物相连的网络；另一方面，物联网是指通过网络得以建立联系的物物之间进行的资源交换，从这一层面分析，物联网是不再局限于互联网范畴，而是成为一种建立在网络基础上的应用。

在物联网的技术支撑下，人类社会发展所涉及的各个行业实现了不同程度的智能化，在此基础上，资源配置得到进一步优化，生产效益也因此得到提升。

3 物联网技术的理论应用场景

现阶段，我国的物联网已经被广泛应用于各行各业，并在网络技术和人机配合的基础上实现了对物物联系的实时把控[3]。特别是在国家电网、水路交通和物流运输等领域，物联网技术以前所未有的优势成为行业高效运转的强大动力和重要保障。出于不同的应用目的，物联网技术具备截然不同的服务状态，经过调查、总结和分析，将物联网技术应用场景归纳为以下2种类别。

3.1 社会生产类

3.1.1 种植业

在社会生产所涵盖的众多领域，不同类型的物联网技术在信息收集、处理及决策制定等智能服务方面均发挥着重大作用。以农业生产为例，智慧农业的产生和发展建立在农业生产和物联网技术相结合的基础之上，农业生产的高效化和智能化通过智慧农业得以实现。当前形势下的智慧农业，其主要优势表现在对作物生长状况的监控、检测及对水、肥条件的分析等方面，通过检测和分析土壤情况，物联网技术能够根据系统数据做出拟人化决策，并对目标作物施以适当的肥料和适量的水分，从而避免了以往人力监测不到位的情况，也使农业生产的效益在一定程度上得到提升。

3.1.2 畜牧业

对于牧场管理者而言，对幼年牲畜成长状况的掌握及病弱牲畜的病情跟进十分必要，但在传统的畜牧业中，管理者往往受牧场规模、牲畜数量及时空条件的限制，无法对牲畜的健康问题进行逐一了解，最终蒙受巨大的经济损失。如今的畜牧业，特别是占地面积广阔的大规模牧场，经营管理者可以不受时间、地点限制，通过物联网技术对牲畜的生长情况、健康状况进行实时监控，有效减少由监控缺失而带来的损失。

3.1.3 建筑业

在建筑行业，物联网技术的应用主要体现在远程视频监控方面。通过物联网技术的应用，工程负责人能够即时掌握建筑项目的现场施工动态。例如，施工过程中建材设施的存放管理、工作人员的施工流程及监管人员的工作情况等。此外，物联网技术在建筑行业的运用还可以通过远程监控优化资源配置、减少物资和人力的浪费情况，从而有效提升管理效率、大幅降低相关的管理成本。

3.2 国民生活类

3.2.1 家居生活

目前，物联网技术已经在国民的生活领域得到广泛应用，在家居行业，物联网技术不断渗透并进行技术革新，以满足居民提升生活质量和家居产品体验感的要求。在智能家居方面，物联网技术主要应用于交互和控制数据，以满足用户在任意时间地点使用和控制家居产品的需求[4]。在目前的家居行业，完整的智能物联网控制体系已经初具雏形，特别是在智能厨房、智能客厅等领域，物联网技术的应用已经十分成熟，通过物联网技术，用户能够对家居产品进行远程控制，家居生活的舒适度和便捷程度也因此得到提升。

3.2.2 社区物业、安保

近年来，随着我国城市化水平的提高，社区居民的人数也日益增长，由社区火灾、高空坠物等突发情况造成人员生命、财产损失的事故也与日俱增，居民对于社区安全问题给予了前所未有的重视。物联网技术与社区安保的结合能够实现社区安保智能化，一方面，社区安保部门可以采用物联网技术设置具有人脸识别功能的门禁，从而排除外来人员进入社区的可能性，提升社区安全指数；另一方面，社区物业可以对居民使用水、电和燃气的情况进行监测，同时还能够通过定期检测确保相关设施的运行状况，保证居民安全使用水电气。

4 物联网技术应用实例

4.1 农粮生产

自“十三五”以来，我国紧密围绕“绿色、创新”的发展理念，通过广泛的完善基础设施，实现了物联网技术和传统农业生产的顺利对接。一系列自动化智能化系统和智能感知芯片的运用，极大地改变了农业生产模式，使作物生产的稳定性大幅提升，基本逆转了农业发展严重依赖环境、天气等自然因素的情况[5]。

物联网在我国农业领域的应用场景，主要有如下几种。

4.1.1 智能化大棚环境控制

数据图像采集系统和信息处理技术相结合，为动态控制大棚生态环境，确保基础环境始终符合作物生长需求，提供了技术可能。通过对大棚空气成分、病虫害分布状况和土壤微量元素比例的定量采集与精准分析，继而采用模块化的生态参数控制方式，可在大棚内部实现自然温室环境的高度还原，确保大棚作物的产量与质量。

4.1.2 特殊作物栽培储藏

在特粮特经作物的生产层面，同样可以运用大棚栽培的物联网技术进行空间掌控。在此基础上，还需增加苗情动态采集和发育状况分析环节。通过传感节点和无线传感网络的布置，构成感知层，继而搭配远程服务平台，相关专家可实现对作物栽培的实时调整。对储藏要求特殊的作物，同样可以通过采用温度传感技术的气调库，保障特定作物的最佳保鲜温度和湿度，从而最大限度地提高贮藏效果。

4.1.3 节水灌溉智能施肥

相比应用多年的自动化灌溉技术，采用物联网技术的灌溉施肥体系，更加凸显了其智能化精准调控的优势。我国既有的水肥一体化智能灌溉系统，是物联网在灌溉施肥领域的主要实践方式。该系统在正常运转状态下，可根据调取的大数据信息，自动设置水肥灌溉规划，以高度智能化的程序，精准控制施肥机、灌溉网络开展工作，保障土壤肥液浓度、酸碱度始终符合作物生长需求。

4.2 智能电网

物联网技术在智能电网系统中的应用，广泛体现在从发电到电能调度的各个生产应用环节。物联网传感体系的加入，进一步强化了智能电网系统的数据感知、传输和分析效率；多个智能化模块的运用，在显著提升电网智能化水平的同时，降低了电力系统的故障率；而动态监测机制与物联网远程分析平台的搭配运用，为准确掌握电网运行状态、及时响应电网故障创造了良好条件。

近几年的技术实践证明，传感器模块的质量水平，是制约物联网技术在电网领域全面应用的主要因素。我国地理气候环境复杂，不同的湿度、温度对传感器基本参数的要求也不尽相同[6]。例如，灵敏度较高的传感器，在温度极寒、较热的区域，往往会出现信息过度采集的现象，额外加重系统负担，甚至引发智能分析系统误判。因此，高灵敏反应的传感器，反而无法胜任该地区的物联网应用需求。

5 基于现状的物联网发展趋势

5.1 实践应用趋势

根据技术调研统计，近80%的企事业单位，正在将发展资金用于一个或多个物联网建设项目中，用以实现企业运作体系的更新换代。与此同时，社会各领域对物联网技术的运用水平，也有了显著提升，其主要表现是，专注于运营能力和资产配置效率的物联网用例正在增加。越来越多的企业，将物联网技术视作强化企业运行效率的实用手段，而非仅仅是“现代化企业”的形象标志。这种实用化的思维，有利于物联网技术进入良性发展循环。

5.2 理论研究趋势

理论研究方面，物联网相关概念和技术，也经历了一个由“神化”到“客观”的过程。早期物联网应用重架构铺设、轻隐患防范的现象正在消失。当前物联网理论研究，主要朝向2方面问题：其一是物联网优势的充分发挥和安全隐患的防范；其二是多种场景条件下的应用思路。以上课题研究的深入展开，均以物联网应用对社会行业的全面覆盖为最终目标。

5.3 国际发展趋势

一直以来，相比亚太地区，欧洲和北美地区在物联网技术的发展水平、使用频率乃至应用范围等方面长期处于领先地位。然而，随着亚太地区各国经济、科技的发展，欧美在物联网应用方面的领先优势已经大不如前[7]。在最新一轮的调查中可以发现，欧美大型企业的平均数据显示，将在2年内对7个物联网用例进行投资，而在亚太地区公司，此项调查结果为13。也就是说，中国、韩国和印度等亚洲国家与欧美发达国家在物联网技术方面的差距正在缩小。

6 结束语

综上，物联网技术的产生和应用，是互联网技术高度发展的必然结果。我国的物联网应用水平，已经基本位居世界前列，但在安全性防范、未来趋势把握等方面，尚欠缺体系化的理论研究。基于此，我国物联网发展趋势，将主要表现为实践层面，在既有应用水平基础上，进一步向各领域深入渗透，朝着社会层面的全网整合稳步迈进；在广泛实践的基础上，我国物联网相关理论，也将逐步解决优势运用、安全性防范等亟需解决的重大问题。总体而言，物联网技术的探索和应用，将助力我国各项产业的现代化、智能化，确保中国制造向中国“智”造的顺利转型。