中国战略性新兴产业研究与发展·物联网(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:徐东华

出版社:机械工业出版社

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中国战略性新兴产业研究与发展·物联网

中国战略性新兴产业研究与发展·物联网试读:

前言

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,推进物联网的应用和发展,有利于促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变,对于提高国民经济和社会生活信息化水平,提升社会管理和公共服务水平,带动相关学科发展和技术创新能力增强,推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。作为信息通信技术的典型代表,物联网在全球范围内呈现加速发展的态势,美国、欧盟、中国等国家和地区纷纷提出物联网发展策略。

2010年,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中将物联网作为战略性新兴产业的一项重要组成内容。2013年,《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》中提出要打造具有国际竞争力的物联网产业体系。2016年《信息通信行业发展规划(2016—2020年)》和《信息通信行业发展规划物联网分册(2016—2020年》相继发布,明确提出物联网行业发展目标、重点工程和产业布局。基于物联网在战略性新兴产业和新一代信息技术行业中的重要地位,本书对物联网进行了系统和全面的介绍。本书分为上、下两篇,共9章。

本书上篇(第1~4章)内容为物联网产业概述,系统介绍了物联网产业概念、国内外物联网产业发展现状、我国物联网产业发展前景及趋势。其中,第1章系统介绍了物联网的基本概念、产业发展历程和主要应用领域。第2章主要介绍国际物联网产业发展现状,包括全球物联网产业现状、主要国家和地区物联网发展状况、国际物联网产业标准制定现状。第3章重点介绍我国物联网产业发展现状,包括我国物联网应用领域现状、我国物联网地区发展现状、我国物联网产业链构成、我国物联网技术现状、我国物联网标准现状、我国物联网的相关政策及物联网产业发展中存在的问题。第4章主要介绍我国物联网产业发展前景及趋势,包括未来物联网发展的重点机遇、我国发展物联网的优势、未来物联网产业发展的重点领域、我国物联网的发展趋势。

本书下篇(第5~9章)内容为物联网产业指导,系统介绍了物联网产业发展战略指导、物联网产业的基本准入条件、我国物联网的技术评价、物联网领域风险分析及物联网应用先进案例,为物联网行业研发人士提供参考。其中,第5章介绍了我国物联网产业在新一代信息技术行业中的重要地位,从国家战略层面分析物联网的发展目标、重点工程和布局等。第6章从终端设备制造业、无线模块产品供应商、网络运营商等6个分行业介绍物联网行业的基本准入条件。第7章介绍了我国物联网的技术评价,包括物联网的无线电射频识别技术、传感器技术、大数据技术、云计算技术、M2M技术。第8章从宏观经济、政策、技术和安全4个角度对物联网产业进行风险分析。第9章主要选取分行业典型企业的应用案例进行分析。

新一轮物联网产业已经进入发展布局的关键窗口期。未来我国将进一步明确物联网产业的发展方向,加快战略布局,加强产业链和创新链协同,打造物联网产业生态系统,推进我国物联网发展进入新的阶段。2017年9月12日编写说明《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定了我国未来经济社会发展的战略重点和方向是战略性新兴产业,并且根据我国国情和科技、产业基础,又制定出现阶段重点发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车七大新兴产业。可见,未来几年七大战略性新兴产业将是国家重点支持、大力推广的产业。

为了使大家全面理解、准确把握、深刻领会国家这一战略决定的精神实质,了解其发展内涵,推动产业结构升级和经济发展方式转变,增强国际竞争优势,抢占新一轮经济和科技制高点,机械工业出版社在国家出版基金的支持下,组织各领域权威专家编写了一套《中国战略性新兴产业研究与发展》(以下简称《研究与发展》)图书。《研究与发展》以国家相关发展政策和规划为基础,借鉴国外相关产业发展的成功经验,对产业发展思路、发展目标、发展战略、发展重点、投资方向、政策建议等方面进行了全面、系统的研究;对前瞻性、基础性和目前产业上有瓶颈限制的问题提出了有针对性的对策。《研究与发展》采用分期分批的出版方式陆续出版发行,第一期12个分册图书已于2013年年底完成出版,包括:太阳能、风能、生物质能、智能电网、新能源汽车、轨道交通、工程机械、水电设备、农业机械、数控机床、轴承和齿轮。本次出版第二期13个分册图书,包括:功能材料、物流仓储装备、紧固件、模具、内燃机、塑料机械、塑木复合材料、物联网、制冷空调、智能制造装备、非常规油气、中压开关和数据中心。今后根据国家产业政策要求及各行业的发展情况还将陆续推出其他分册。

为了出版好《研究与发展》,机械工业出版社成立了《中国战略性新兴产业研究与发展》编委会,全国人大常委会原副委员长路甬祥担任编委会主任。路甬祥副委员长对该套图书的编写高度重视,亲自参加编委研讨会,多次提出重要指导意见。他从图书的定位、内容选材、作者队伍建设和运作流程等方面都给予了全面和具体的指导,并提出了“六个特点”和“四性”的具体要求。对每个分册的内容重点提出了具体的建议要求。

机械工业出版社还建立了完善的项目管理、编写组织、出版规范和网络支撑四个方面的工作体系来保证图书质量。各组编单位投入了大量的精力组织行业权威专家规划内容结构、研讨内容特色;参与图书编写的主创人员也不计报酬,自觉自愿地把自己的聪明才智和研究成果奉献给社会,奉献给国家。他们都担负着繁重的科研、教学、行业管理或生产任务,为了使此书能够早日与大家见面,他们不辞辛苦、加班加点。因为他们都有一个共同心愿——帮助企业快速成长,使中国由大变强。

在此,衷心地感谢为此项工作付出大量心血的组编单位、各位专家、各位撰稿人、编辑出版及工作人员!

尽管我们做了大量工作,付出了巨大努力,但仍难免有疏漏或错误之处,敬请读者批评指正!《中国战略性新兴产业研究与发展》编辑部2017年11月上篇 物联网产业概述第1章 物联网概述1.1 物联网基本概念1.1.1 物联网的概念和内涵

物联网(The Internet of Things,IoT)这一概念最早于1999年提出,之后随着技术和应用的发展,物联网内涵不断扩展,不同的组织机构、专家学者、企业都赋予过不同的含义。本部分主要介绍物联网概念和内涵的演变过程。

物联网概念最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出,他们认为物联网就是把所有物品通过射频识别(RFID)和条码等信息传感设备与互联网连接起来,使物品信息实现智能化识别和管理,实现物品信息互联而形成的网络。其实质就是将RFID技术与互联网相结合并加以应用。

2005年,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》,全面而透彻地分析了物联网,该报告提出物联网主要解决物品到物品(Thing to Thing,T2T),人到物品(Human to Thing,H2T),人到人(Human to Human, H2H)之间的互联。具体来说,H2T指人利用通用装置与物品之间的连接,H2H指人与人之间不依赖于个人计算机而进行的互联,这都与传统互联网的概念不同。ITU在报告中还提出物联网的终极梦想,即通过随时随地了解身边的事物,从而实现智能化识别、定位、跟踪、管理,最终让整个世界变成由巨型计算机控制的世界。

2010年3月,物联网首次写入我国《政府工作报告》,报告指出:“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接起来,进行信息交换和通讯,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延伸和扩展的网络”。

2011年5月,工业和信息化部电信研究院在首次出版的《物联网白皮书(2011年)》中再次丰富了物联网的内涵,白皮书提出“物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的”。

日本东京大学教授坂村健认为物联网是让任何物品都嵌入一种标记有自己身份特征的系统,然后通过无线网络将所有物品都连接起来,该网是全球信息化发展新阶段的产物,是从信息化向智能化的提升,是在已经发展起来的传感、识别、接入网、无线通信网、互联网、云计算、应用软件及智能控制等技术基础上的集成、发展与提升。物联网本身是针对特定管理对象的“有限网络”,是以实现控制和管理为目的,通过传感/识别器和网络将管理对象连接起来,实现信息感知、识别、情报处理、态势判断和决策执行等智能化的管理和控制。

中国移动通信集团公司前董事长王建宙认为通过装在各类物体上的电子标签(RFID)、传感器、二维码等,经过接口与无线网络相连,从而给物体赋予智能,可以实现物体与物体之间的沟通和对话,这种将物体连接起来的网络被称为物联网。

综上所述,物联网是利用二维码、射频识别(RFID)、各类传感器等技术和设备,使物体与互联网等各类网络相连,获取现实世界无处不在的信息,实现物与物、物与人之间的信息交互,支持智能的信息化应用,实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合,最终形成统一的智能基础设施。从本质上看,物联网是架构在网络上的一种联网应用和通信,物联网实现了物理世界与信息世界的无缝链接。

物联网概念演进见图1-1。图1-1 物联网概念演进1.1.2 物联网的体系结构[1]

体系结构一般指统一的或一致的形式结构 。对于网络化计算系统而言,体系结构能说明系统组成部件及其之间的关系,指导系统的设计与实现,建立体系结构是实现网络化计算的首要前提。物联网作为一种新的网络化计算系统,建立物联网体系结构十分重要。

物联网融合了传感器、计算机、通信网络、半导体技术,实现了物与物之间的互联通信。根据网络内数据的流向及处理方式,物联网体系结构可分为三个层次:网络感知层、传输网络层和应用网络层。物联网的体系结构见图1-2。图1-2 物联网的体系结构(1)网络感知层即信息识别层 它是以二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、传感器为主要感知器件,实现物体监测的。RFID系统利用射频信号将存储在标签上的标识物的信息进行识别和采集,并将该信息传送到计算机信息管理系统,在标识物与计算机之间进行通信。在所标识的物体中,物体自身同样具备相互感知的能力,因此在局部空间内物体间可以实现相互通信并传递信息。(2)传输网络层即网络通信层它通过现有的因特网、卫星、移动通信网等接入到物联通信网,实现数据的进一步处理和传输。从物联网的网络通信层面上看,保障数据的安全是一个核心问题。数据在传输过程中容易受到攻击、更改、冲突、堵塞和重发,因此在数据传输中,需要采用数据融合和安全控制技术,以提高网络的容错能力,保证数据的可靠性。在该传输网络层中,采用电子产品代码(Electronic Product Code,EPC)形成一个全球的、开放的标识标准,对每一个物品赋予一个独一无二的代码,并结合RFID技术的使用,实现了RFID技术与通信网络相结合,即可顺利地将所采集到的、经过处理的综合信息通过传输网络层传送给后台系统,实现对物品的跟踪和追溯。(3)应用网络层即终端处理层 它是输入输出控制终端,包括计算机、手机等服务器终端。它的作用是实现对传输层发送的信息的存储、挖掘、处理和应用。物联网的终端由外围感知(传感)接口,中央处理模块和外部通信接口三个部分组成,它属于传感网络层和传输网络层的中间设备,具有数据接收、处理以及整合等多种功能,通过对信息的处理、统计和分析,可以达到监测被标识的物品信息的目的,从而实现“物物通信”。1.2 物联网发展历程1.2.1 物联网发展简介

1995年,比尔·盖茨就在《未来之路》一书中提及了物联网的基本思路。2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2004年,物联网因其能实现人与物、物与物之间的即时交流,被美国《商业周刊》评为全球十大热门技术。

2005年,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》(《The Internet of Things》),从此物联网的概念日渐深入人心,引起了各国政府与产业界的重视。

2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,正式提出了物联网概念,拉开了物联网在当今社会快速发展的序幕。

随后,全球主要发达国家和地区纷纷制定与物联网相关的信息化战略,寄希望于物联网来解决当时的金融危机,刺激经济新一轮增长。

美国“智慧地球”。2008年年底,IBM公司首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的概念,建议将新一代IT技术充分运用到各行各业之中,把感应器嵌入和装备到全球每个角落的各种物体中,并且普遍连接,形成物联网,而后通过超级计算机将物联网整合起来,使人类能以更加精细和动态的方式管理生产和生活,最终形成“互联网+物联网=智慧地球”。奥巴马针对IBM首席执行官彭明盛首次提出的“智慧地球”这一概念作出回应,表示物联网技术是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。

欧盟“物联网行动计划”。2009年6月,欧盟委员会宣布了“欧盟物联网行动计划”,该计划提出,要实现将各种物品如书籍、汽车等连接到网络中,确保欧洲在构建新型互联网的过程中起主导作用。欧盟认为,此项行动计划会帮助欧洲在互联网的变革中获益,同时也提出了未来会面临的问题,如隐私问题、安全问题以及个人的数据保护问题。

日本“i-Japan计划”。2009年8月日本继“e-Japan”“u-Japan”之后提出了更新版本的国家信息化战略——“i-Japan战略2015”,其要点是大力发展电子政府和电子地方自治体,推动医疗、健康和教育的电子化。日本政府希望通过执行“i-Japan”战略,开拓支持中长期经济发展的新产业,大力发展以绿色信息技术为代表的环境技术和智能交通系统等重大项目。

2009年8月9日,温家宝总理在江苏无锡考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时强调:“在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”,“一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来;二是在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展;三是尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心”。提出了把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法,并首次提出“感知中国”概念。

2009年9月11日,“传感器网络标准工作组成立大会暨‘感知中国’高峰论坛”在北京举行,会上成立了传感器网络标准工作组,为我国开展传感网标准制定工作,参与国际标准化工作,把握信息化浪潮奠定了基础。2009年9月14日,在“2009中国通信业发展高层论坛”上,中国移动通信集团公司董事长王建宙表示:“物联网商机无限,中国移动将以开放姿态,与各方竭诚合作”。

2009年9月21日,工业和信息化部在相关会议上,首次明确提出要进一步研究和建设物联网、传感网,加快传感中心建设,推进信息技术在工业领域的广泛应用,提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等。

2009年10月11日,工业和信息化部部长李毅中部长在《科技日报》上发表题为《我国工业和信息化发展的现状与展望》的署名文章,首次公开提及传感网络,并将其上升到战略性新兴产业的高度,指出信息技术的广泛渗透和高度应用催生出一批新增长点。

2009年11月3日,温家宝总理在北京人民大会堂向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话,提出发展包括新能源,新材料,健康科技、生物医药,信息网络,空间、海洋和地球深部战略性新兴产业的目标,并将物联网并入信息网络发展的重要内容中,强调信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。

2010年6月22日,2010年中国国际物联网大会在上海开幕,这是中国首个物联网全产业链大会。大会内容覆盖了从政策与市场、物联网标准、核心技术(通信技术、感知技术、软件及信息处理技术等)、到应用和商业模式等的物联网整个产业链,从不同角度阐述对物联网的理解,分享成功经验,探讨未来发展趋势。其中商业模式和行业应[2]用被首次列为重点板块着重探讨与研究 。我国日益重视物联网的发展,并把它作为未来4G业务可选择的商业模式。物联网是下一代移动互联网的重要应用领域,因为物联网突出表现为每一个物体都可通信、可寻址、可控制,并且未来任何物体都可实现上网,移动互联网将随处可见。与此同时,物物通信还会包涵大量数据业务,而未来4G的高带宽正好有了“用武之地”。也就是说,物联网会对数据业务有较大需求,也许会成为未来4G业务可选择的商业模式。1.2.2 物联网技术发展历程

物联网的发展受核心技术变化影响较大,以下重点分析射频识别技术(RFID)、传感器技术、M2M技术、云计算和大数据技术。

1.射频识别技术

射频识别技术是指利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的目的。RFID技术最早开发于军事领域,主要应用在如何识别敌我飞机方面。在20世纪60年代,人们开始探索RFID技术应用到其他领域,早期它主要是防止被标识物体的丢失,而无法区分被标识物体的差异。在20世纪70年代,各个领域的学者、公司和政府等开始积极研究开发RFID技术,并挖掘其经济价值。在20世纪80年代,RFID技术得以完善,开始应用到不同领域。欧洲工业市场最早用它来跟踪、定位不能使用条码技术的产品;美国的RFID技术主要应用于运输业和访问控制;挪威最早在电子收费系统中应用RFID技术,取得了很好的效果。随后RFID技术开始在世界范围内普及。因为RFID技术研究和应用的时间较短,到目前仍没有统一的国际标准。

RFID技术在我国起步较晚,但发展速度较快,我国在短时间内不仅掌握了高频芯片的设计技术,并成功实现产业化,而且超高频芯片也已经完成开发工作。我国已在二代身份证、中国火车管理系统、智能交通、城市建设及移动支付等多领域中开始使用RFID技术。

2.传感器技术

1861年最早的传感器作为连接物理世界和电子世界的中介出现。传感器可以获取到人类无法感知的信息,弥补了人类生理上的不足,扩大了人类认识未知世界的范围。例如人类无法通过身体觉察到温度微小的变化,更不能通过身体去感测上千度高温的变化,而传感器则可以为人们提供帮助。到了信息时代,由于科学技术的进步,传感器已经出现在生活中的各个角落,包括热水器的控温、电视机的遥控器、空调的温度传感器等。传感器主要应用在工农业生产、医疗卫生、环境保护及军事国防等领域,通过传感器可以大大改善生活水平和提高改造世界的能力。

目前,计算机主要以处理数字信号为主,作为计算机应用中的关键技术之一的传感器,把模拟信号转换成数字信号,输入计算机中进行下一步处理。传感器技术的发展,使计算机的计算能力变得更加准确和迅速,并且更加智能。在物联网时代,通过感知识别技术,可以实现物与物之间的信息交互。感知识别技术是融合物理世界和信息世界的重要一环,是物联网区别于其他网络的最独特部分。传感器技术给物联网带来了新的发展契机。我国传感器技术落后于西方发达国家,为了推进物联网的全面发展和实践,我国在传感器技术方面仍需进行更大的突破。

3.M2M技术

M2M(Machine to Machine)技术是指机器对机器的通信,即M2M是无线通信和信息技术的整合,它使系统、感应终端设备、后台信息系统及操作者之间实现信息共享,它提供这四者之间的无线连接,是实现数据传送的必要条件。在M2M中,主要的远距离连接技术是GSM、GPRS和UMTS,其近距离连接技术主要有802.11b/g、蓝牙技术、ZigBee、射频识别技术和无线传感技术。此外,还有一些其他技术,如超文本语言和Corba,以及基于全球定位系统、无线终端和网络的位置服务技术。M2M的重点是机器间的无线通信,存在的方式有三种:机器对机器、机器对移动电话、移动电话对机器。M2M技术是综合了信息获取、卫星导航系统、通信技术、传感器终端、操作者、各种网络等技术的系统,M2M技术能够使业务流程自动化,能够集成信息处理系统和设备的实时状态,并创造增值服务。

我国主要是三大通信营运商正在推进M2M建设。在“2012,国际光纤通信论坛”上,中国电信上海研究院李安民认为:“中国电信对物联网的探索主要以M2M为主,而M2M游牧式的通信方式对移动通信网络也提出了特殊的要求”。随着接入网络的M2M终端数量不断增加,目前的移动通信网络必须作出适应性的调整,区分出M2M通信流量后再进一步满足其特定的需求。在M2M通信发展过程中,它的交互模式分为三个阶段。第一阶段以数据采集为主,如各种指标采集应用、定位跟踪应用、环境监测应用等;第二阶段涉及在数据采集基础上的远程控制和信息发布,此阶段前向流量将逐渐增加;第三阶段是机器与机器之间的直接通信,此阶段前反向流量将走向均衡化。我国当前仍处于以数据采集为主阶段,面临着诸多困难需要解决。因为M2M应用与市场需求联系紧密,因此在具体行业应用方面,出现了诸多问题,如产业链不完善、没有统一的技术标准、不能形成产业集群等。

4.云计算和大数据技术

云计算与大数据都是基于互联网发展到一定阶段的产物,都是依托信息通信技术的创新而发展的,也可以理解为同一事物的不同表象。云计算是物联网的核心技术,推动着物联网的发展。云计算的数据计算和存储是物联网的初级发展阶段的表现形式,当物联网发展到高级阶段时则需要虚拟化云计算技术与互联网融合,形成泛在服务网络。

随着物联网传感器不断嵌入世界范围内所有物体中,必然会产生越来越多的数据。移动终端数量激增的同时与其他通信设备的交互性信息联通,形成了无法计量的数据。这些数据处理量巨大,结构复杂、类型繁多,只有在云计算技术支撑下的互联网才能获取有价值的信息。因此大数据是依托云计算技术的数据处理与整合,形成的商业价值和知识服务能力。2012年,美国政府将大数据研究上升到国家战略高度,以推动挖掘数据中蕴藏的巨大价值。大数据是知识经济的最新形态,蕴含着巨大的价值。美国麦肯锡咨询公司预测在我国大数据产品的潜在市场规模可达1.57万亿元,将会开拓一个新兴的巨大市场。

综上所述,云计算是物联网存在的核心环节;大数据则是由物联网的扩展领域而逐渐形成的海量数据,大数据依托于云计算的分布式数据处理、整合,以挖掘其潜在的价值。1.3 物联网的主要应用领域

物联网的发展尽管只有十多年时间,却已经从最初的理念提出,发展到技术成熟,再到应用实践初步成形,至今已成为全球各国争相竞夺的战略产业。本节主要从工业、物流、交通、公共安全、农业、医疗、生态环境、智能家居等方面阐述物联网的主要应用领域。1.3.1 工业领域

物联网技术的发展对推动工业企业朝着智能化应用、网络化服务[3]以及业务的协同化方向发展具有重要作用 。

在工业企业应用方面,物联网技术能够使工业企业内部的生产和物流管理实现有效的衔接,以实现企业上游、企业下游、企业社会协作机构的有效联系;利用优化控制完善整体生产流程,有效提高企业的综合效益和外部与内部业务的协同性。

在工业信息化生产中,物联网技术能够实现智能化检测及监控原材料消耗、设备运行情况、产品综合质量等,从而进行决策管理,通过不断优化改进生产能力,形成智能化生产管理。

在设备和产品中,嵌入物联网技术能够实现对设备与产品的远程监控与维护,一方面降低工业化生产过程中设备与产品维护管理的费用,另一方面可以对企业使用与制造产品的全生命周期进行管理。

在监控方面,物联网技术的应用,实现了在生产全过程中对能源配送与消耗、资源优化配置、碳排放量、能源消耗等方面进行监督管理;也可实现实时监控污染源,有效降低污染物排放总量,预防污染环境突发事故发生等。1.3.2 物流领域

物流领域是最先应用IoT的领域。IoT的应用改变了物流产业结构,降低了物流产业成本,推动了物流产业变革,并且有助于发展智能物流。具体来说,物联网在信息传感设备的支持下,实现物品与互联网的连接,进行信息交换和通信,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网能有效推动物流系统的自动化、可视化、可控化、智能化、系统化、网络化、电子化的发展,形成智慧物流系统;通过构建统一信息平台,形成物畅其流、快捷准时、经济合理、用户满意的智慧物流服务体系。1.3.3 交通领域

随着私家车数量的剧增,物联网的应用,在一定程度上能够解决现存的交通问题。

在交通管理过程中,车联网会在公路发生事故或拥堵时,由自动检测系统提供最优道路供驾驶员选择;可以预先告知前方的公路或桥梁的自然情况,尽量规避发生意外交通事故;可以通过光线的强弱对路灯进行自动控制,避免雾霾等天气造成的安全隐患发生;可以通过自动驾驶技术避免人为因素造成的交通事故。

在公交系统中,车联网通过构建智能交通系统来管理和控制公交运营,如电子站牌、车辆调度、智能收费卡等;可以详细实时掌握每辆公交车辆的现况及其具体性能;可以通过智能交通系统在候车站实时发布乘车等候时间,并查询最佳公交换乘方案。

在智能城市建设中,车联网可以解决城市停车难问题,帮助人们更好地管理停车场和寻找车位。例如智能停车场可以通过综合运用超声波传感器、摄像感应等技术,感应车辆驶入情况,由停车智能管理平台整合信息,规划显示停车位置及驶入路线;公共停车智能管理平台,可以给汽车提供周边地段可停车的车场信息。1.3.4 公共安全领域

公共安全是政府工作重点内容之一,物联网为公共安全的可控提供了更为有效的手段。

在智能建筑方面,尤其是绿色照明、安全检测等方面,通过物联网技术,自动调节建筑物内照明灯亮度,实现节能环保的目的;还可将建筑物内运作状况及时发送给管理者,实现有效监管。建筑物与GPS实时连接,还可以准确、及时地反映出建筑物空间地理位置、安全状况、人流量等信息。

在文化古迹方面,通过物联网可对图书馆、博物馆、古迹等文化古迹进行实时监测。例如,文物藏品的保存与环境影响因素之间有着密切的关系,运用物联网技术,可以对文物保存环境的温度、湿度、光照、降尘和有害气体等进行长期监测和控制,建立长期的藏品环境参数数据库,研究其影响因素之间的关系,以创造最佳的文物保存环境,实现在文物最佳保存方面的有效控制。

在图书馆方面,物联网技术可以使图书馆、档案馆等机构的工作流程得到最大程度的简化,节省人财物各项资源。在技术允许的未来,这些公共服务机构将会采用无须人工的全自动自助服务。例如:在数字图书馆中,使用RFID技术替代图书馆中文献的采访、分编、流通、典藏等环节的传统设备,实现架位标识、文献定位导航、智能分拣、自助借还书等,使自助图书馆得以实现。

在食品安全方面,通过物联网技术可以对食品生产过程进行实时监控,并对食品的原材料进行跟踪,对食品生产的每一个环节进行有效的监控,预防食品安全事故的发生,极大地提高食品安全的管理水平,同时也保障了食品的安全食用。1.3.5 农业领域

物联网技术可以实时、准确地掌握农作物的生长情况和生长环境信息,实现对农作物的智能化监控和管理。物联网技术现已应用到农业生产、科研等各个领域中,包括设施农业、作物病虫害远程诊断、精准灌溉和农田环境监测等方面,有效地促进了传统农业向现代农业[4]的转变 。

在设施农业方面,由于设施农业环境封闭性强,生长条件容易调控,运用物联网技术可显著提高设施农业生产的精细化程度,实现环保、高效、节约的设施农业生产。在作物的病虫害远程诊断方面,利用物联网技术,实现对作物病虫害的实时监控和有效控制,进行准确预测预报。在精准灌溉方面,物联网农田节水灌溉系统能够利用传感器感应土壤和作物的水分盈亏状况,通过无线网络控制设备终端按需供水,从而实现了农业自动节水灌溉,以最大限度地提高水分利用效率,促进节水农业的快速健康发展。在农田环境监测方面,借助智能传感器可准确测量农田环境,获得作物生长最佳条件,以此指导农业生产,达到调节作物生长周期、增产提效、改善作物品质的目的。1.3.6 医疗领域

随着国民健康意识的提高,物联网技术也在大范围地应用于医疗领域。医疗领域的物联网,能够在病人和医生之间建立紧密的联系。它将病人和医院的数据库系统相结合,采集人体各类数据,传输至医院大数据库系统中进行分析,进而可以掌握病人的生活数据。病人在就医时,已存储的数据方便医生对病人进行会诊,同时也能够为人们[5]提供更好的就医和健康咨询服务 。1.3.7 生态环境领域

物联网技术在改善生态环境方面具有重要的作用。在大气和土壤治理过程中,物联网可以通过智能感知技术探测并传输信息,对空气、土壤质量进行监测;利用物联网技术,对污染排放源进行监测、预警及其控制,并能加强对水库河流、居民等二次供水质检网络体系建设,形成实时监控。在森林绿化带、湿地等自然资源资料掌握的过程中,可以利用物联网传感器技术及设施,结合地理空间数据库,及时掌握其资源的变化情况,实现对生态环境情况的实时掌控。1.3.8 智能家居

智能家居是以住宅为平台,利用网络通信技术、智能控制技术、信息安全技术和综合布线技术连接家居设备,为家庭提供照明控制、防盗报警、环境监测、室内外遥控等功能。由于设备昂贵、布线困难等导致智能家居发展缓慢。

物联网给智能家居的发展带来了新机遇。目前,智能家居以物联网为依托,通过射频识别、蓝牙、全球定位、红外感应等技术,按照约定协议将配备传感器节点的家居设施连接到互联网,进行信息通信和交互,实现智能化的管理、控制,在保证住宅具有传统的居住功能以外,同时具有信息家电自动化、网络远程控制和智能化管理等优[6]势 。参考文献

[1]陈海明,崔莉,谢开斌.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J].计算机学报,2013,36(1):168-188.

[2]2010年中国国际物联网大会在上海开幕[OL].http://b2b.toocle.com/de-tail——5232439.html.

[3]徐奇.物联网技术在工业信息化的应用探讨[J].湖南城市学院学报:自然科学版,2016,25(6):61-62.

[4]王向东,陈学斌,张爱敏.物联网在农业中的应用及前景展望[J].农学学报,2016,6(1):96-98.

[5]张雪莹.浅谈物联网技术进展与应用[J].科技尚品,2016(1).

[6]赵林旺.智能家居中物联网研究与应用[D].南昌:东华理工大学,2016.第2章 国际物联网产业发展现状2.1 全球物联网产业发展态势及规模2.1.1 全球物联网产业快速发展

2009年以来,美国、欧盟、中国等纷纷提出物联网发展策略,物联网产业迈入高速发展阶段。传统企业和IT巨头纷纷布局物联网,物联网在制造业、零售业、服务业、公共事业等多个领域加速渗透。2015年全球物联网市场规模达到624亿美元,同比增长29%,预计2019年新增的物联网设备接入量将从2015年的16.91亿台增长到30.54亿台,到2020年,全球所使用的物联网设备数量将成长至208亿台。

1.RFID应用快速普及,技术研究重点突出

物联网产业链中的RFID研发开展得较早,产业化条件最为成熟。因RFID技术深受各国政府及跨国商业零售企业的欢迎,支持力度逐渐增大,应用普及速度加快。例如,英国政府斥资5.7亿美元升级本国电子护照系统;美国军方在佛罗里达州投资6 300万美元,将RFID技术引入军需品管理;韩国、中国政府等也相继推动RFID公共自行车系统、RFID资产管理系统、档案管理系统、个人身份证系统等示范项目;沃尔玛公司采用RFID升级其供应商系统等。根据ID Tech Ex公司研究,仅中国RFID标签的制造产能就已经达到了全球总产能的85%,预计到2025年,中国RFID应用的市场价值将达到43亿美元。

从RFID产品应用方面来看,RFID产业中被动式标签、网络软件服务应用需求逐渐减少,主动式标签和读写器应用需求逐渐增多。2011年,主动式标签、被动式标签、读写器、网络软件服务市场规模分别为2.8亿美元、20.5亿美元、9.3亿美元、25.8亿美元,占整体市场的4.79%、35.1%、15.92%和44.18%;随着标签制造成本的不断下降、标签技术的升级及RFID系统的部署更广泛,被动式标签、网络软件服务在RFID系统中所占的比重逐渐减少,而对主动式标签和读写器的需求越来越多。

从RFID应用市场需求方面来看,金融、安防等行业对RFID电子标签需求量最大;其次是运输系统(电子票证)、车辆管理等;零售消费品行业对RFID电子标签的需求增长最快。据ID Tech Ex公司研究,RFID技术在物流、健康医疗、畜禽动物溯源、图书档案管理等方面,具有相当大的市场潜力。

从RFID技术研究方向来看,高技术RFID标签成国内外研究的重点。RFID标签共分低频、高频、超高频和微波四个波段。其中,超高频、微波RFID标签因成本更低、通信距离更远、应用范围更广,成为国内外RFID技术发展的重点。RFID标签主要包括芯片、天线(绕线或蚀刻)、贴合物等。其技术的关键在于成本控制与高精确频率响应天线的设计。因超高频、微波频段标签需使用印刷、曝光、显影、蚀刻等复杂程序制作细间距蚀刻天线,对技术要求较高,更适用于规模化生产。

2.M2M市场潜力巨大,运营商关注于全球跨界服务

机器与机器间通信(M2M)是最早出现的物联网应用形式之一,根据Tech Navio公司的数据显示,2010年全球M2M无线通信市场增长26%,规模达到73亿美元。

从M2M产业发展趋势来看,全球M2M产业发展表现出三个主要趋势:一是M2M网络运营企业积极导入云计算技术,以降低服务成本,提高服务效率;二是M2M网络运营企业更注重提供M2M数据增值服务,以提高企业的每个用户平均收入(ARPU);三是M2M更强调与用户原有的ERP、CRM等企业信息管理系统无缝整合,以降低用户系统转换成本,提高用户业务运营效率。

从M2M应用的发展情况来看,电信运营商是M2M应用的主要推动者。近几年,随着传统语音和数据市场渐趋饱和,电信运营商开始积极拓展新业务增长点, M2M成为关注的焦点之一,这一趋势在发达国家市场表现尤为明显。据Tech Navio公司发布的2010年全球M2M网络服务商排名,AT&T拥有约11%的市场份额,排名第一,2011年AT&T以390亿美元收购T-Mobile,市场地位进一步加强;Verizon、沃达丰分别以10%、9%的市场份额,排名第二、第三;中国移动早在2005年左右就开始启动M2M技术研发和标准的制定,2010年其M2M业务全球市场份额达7%,已经处于与国际领先企业同步的水平。2010年全球主要M2M无线网络服务企业市场份额见图2-1。图2-1 2010年全球主要M2M无线网络服务企业市场份额

近两年,为满足用户一站式管理全球M2M连接的需求,同时降低M2M基础网络的布设成本,欧美M2M运营企业,特别是二线M2M运营企业纷纷开展业务合作,统一彼此M2M标准、扩大各自M2M服务覆盖范围,增强跨界服务的能力。2011年7月,欧洲三大运营商Telia Sonera与法国电信Orange和德国电信签署了共享M2M网络的合作协议,将M2M业务服务覆盖范围扩展至法国、德国、比利时、卢森堡、荷兰、英国、瑞典、挪威、芬兰、丹麦、爱沙尼亚和立陶宛等欧洲主要国家和地区。2012年,Sprint和Orange Business Services宣布携手合作,根据协议,Orange Business Services将帮助Sprint在美国之外的市场提供M2M服务,由此Sprint M2M的服务范围将扩展至全球180个围家。

3.无线传感网竞争已经进入互联示范阶段

目前,全球无线传感网(WSN)已进入市场导入阶段,在自然灾害自动监测、交通、公共基础设施自动监测、智能电网、制造过程控制等领域已开始规模化示范应用。无线传感网是未来市场潜力最大的物联网应用领域之一。据ID Tech Ex公司《2011—2021年无线传感网》研究报告显示,2011年全球无线传感网的市场规模约为4.5亿美元,预计到2021年将进一步增长至20亿美元。

无线传感网络被称为下一波科技革命,吸引了全球科技企业与相关政府机构的积极参与。如惠普公司2009年开始实施一项名为“地球中枢神经系统(CeNSE)”的科研项目,由惠普实验室的纳米感应研究提供技术支持,目标是开发新一代的“微型、低成本、高灵敏度、高可靠性”传感器,在全球范围建立一个由上万亿个传感器和执行器组成的感应网络,该项目入选Read Write Web网站的“2010年全球物联网十大进展”。英国的创新企业Pachube已经开始商业运营一项基于互联网的传感器数据平台服务。在葡萄牙南部城市帕雷德斯附近的Plan IT Val-ley,一家名为“Living Plan IT”的公司正在建设一座占

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