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物联网技术发展与应用

木马童年 2019-6-10 10:30 32 0

   物联网(Internet of Things)是将各种信息传感设备,如无线射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。作为一种最能体现新一代信息技术的网络 ...

   [摘要] 物联网(Internet of Things)是将各种信息传感设备,如无线射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。作为一种最能体现新一代信息技术的网络模型,物联网必将在不远的将来展示出强大的生命力,让所有的物品都与网络连接在一起,从多个方面改变我们的工作和生活。 中国论文网 https://www.xzbu.com/9/view-1002685.htm  [关键词] 物联网 无线传感器网络 RFID技术

物联网的概念最初是美国麻省理工学院(MIT)的自动识别中心(Auto-ID Labs)在1999年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景:当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求,等等。

物联网能够把任何物品与互联网连接起来,每种物品都可以“说话”或在“脸上写满字”,而这些信息可以被其它设备读取,前者是主动的,后者是被动的。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。

一、智慧农业

在传统农业中,人们获取农田信息的方式都十分有限,主要是通过人工测量。这需要消耗大量的人力,而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响,获取精确的作物环境和作物信息。

在图1的温室环境里,每个温室为无线传感器网络一个测量控制区。采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点构成无线网络,来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度,由此获得作物生长的最佳条件。将生物信息获取方法应用于无线传感器节点,可为温室精准调控提供科学依据。

用户通过布置无线传感器网络检测系统,可以对牲畜家禽、水产养殖的生活习性、环境、生理状况及种群复杂度进行观测研究,也可用于对森林环境监测和火灾报警。传感器节点随机密布在森林之中,平常状态下定期报告环境数据,当发生火灾时,节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地址、火势大小等信息传送给相关部门。此外,无线传感器网络也可以应用在精准农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

在作物的生长过程中,形状传感器、颜色传感器、重量传感器等可用来监测物的外形、颜色、大小等,由此确定作物的成熟程度,以便适时采摘和收获。用户可以利用二氧化碳传感器进行植物生长的人工环境的监控,以促进光合作用的进行。例如,塑料大棚蔬菜种植环境可以利用超声波传感器、音频传感器等进行灭鼠、灭虫;还能用流量传感器及计算机系统自动控制农田水利灌溉。从而达到提高作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

二、智能交通

解决交通拥堵的传统方式是增加容量(例如,新增高速公路和车道等)。但在当今交通容量有限的城市环境中,我们需要其他解决办法。将物联网技术运用到道路和汽车中是一个高效的解决途径。例如,增设路边传感器、射频标记和全球定位系统。实时城市管理设立一个城市监控报告中心,将城市划分为多个网格,这样系统能够快速收集每个网格中所有类型的信息。这样我们可以重新思考如何通过使用新技术和新策略使交通更加方便快捷。这需要改变人们固有的思维和习惯,还可以丰富驾驶者的经验,而不再仅仅关心出行时间及路线选择。同时,它还可以改进汽车、道路以及公共交通,使之更具便利性。人可以通过手机查看下一班的市郊火车或地铁上有多少空座位。集成服务和信息对未来的公共交通至关重要。例如,为均衡供求,未来的交通系统将可以定位乘客位置,并为他们提供所需的智慧的交通工具。

智慧的道路是减少交通拥堵的关键,但我们仍不了解行人、车辆、货物和商品在市内的具体移动状况。因此,获取数据是重要的第一步。通过安置的RFID技术以及利用激光、照相机和系统技术等的先进自由车流路边系统来无缝地检测、标识车辆,我们可以实时获取路况信息,帮助监控和控制交通流量,并据此调整路线,从而避免拥堵。以后我们将能建成自动化的高速公路,实现车辆与网络相连,从而指引车辆更改路线或优化行程。智慧的交通系统可以缩短人们的空间距离,也可有效地保护环境。

三、智慧家居

物联网家用电器通过采用3G技术,将3G模块嵌入到自身,家用电器就可以通过3G模块跟通信运营商网络进行通讯,这样用户就可以通过手机发短信控制家用电器进行开机关机等操作。这就实现了即时远程控制功能。

针对安防,物联网家用电器内置了摄像头,还配了红外的探测灯,同时配加了红外检测传感器。当用户离开家的时候,只需要一个短信设置,物联网家用电器就进入到布防的状态,一旦有外人闯入,红外检测探头就可以立即监测到,同时摄像头会抓拍照片,以彩信的方式发送到手机上,用户马上可以看到进入者是陌生人还是家人。接着,这个电器就会主动地拨打视频电话。假如用户看到这是熟悉的家人就不需要接听视频电话,如果确实是陌生人用户可以选择接听,监控陌生人在家里的状态。

如果当时手机没在用户的身边,物联网家用电器拨打这个视频电话的时候没有人接听,这个时候它就会自动地把当前的视频摄录下来存储到内置卡里,以方便用户查询。

在服务便捷性上,因为有了3G网络平台,一旦家用电器发生故障,它就会自动把故障的详细信息以短信的形式发送到用户手机上。因为一般来说,空调显示屏显示的内容是有限的,不可能显示很多的文字,但是在手机上就可以显示很多的故障信息,比如说传感器故障或者视频线路故障等等,这个时候,用户看到的不仅仅是故障代码,还包括故障的详细描述,用户就非常清楚,打电话保修的时候也可以确保售后服务人员一次服务到位,甚至一些经验丰富的用户可以自己动手维修。

物联网家用电器在节能环保方面表现同样出色。因为它本身配备了红外检测探头,能检测到用户离家后是否忘记关掉电源,超过一定时限,它就会自动选择关掉电源,等用户回来的时候再自动地打开。

四、智慧世博

目前,世博园是我国最大的物联网应用。国内的手机通讯运营商都已经在世博园区内外推出了手机刷卡业务。到运营商处购买安装特殊的SIM卡后,手机就具有了支付功能,并能在园区里像信用卡一样使用。同时,这些安装特殊支付SIM卡的手机,也身具导航、新闻播报等用途。带上这样的手机,既不用怕在超过5平方公里的世博园区内迷路,也不用怕错过最新演出消息的发布。从前往世博园区的第一步,人们就可以刷手机坐地铁、出租车,到园区刷手机买票进园,吃饭时刷手机消费,回家前再刷手机买些纪念品。通过手机钱包,不仅能让假币、假票无处藏身,而且能加快支付速度。另外,通过电子标签与手机的绑定,只要在遍布展区的特殊感应装置上轻轻一照,就能将相应展馆的信息,互动传输到手机上。参观世博会,再不用像一般逛展览那样,提着各种沉重的资料费力离场。此外,在遍布一轴四馆、主新闻中心、世博村等人流密集区的近百个信息亭里,游客只需要点击信息亭内自助终端的互动触摸屏,便可查询到园区信息、场馆信息和城市信息,包括公告、餐饮、交通、宾馆、志愿者服务点、医疗、购物等内容,尽在掌握。而且,这些信息还可以通过短信、彩信方式保存到手机中。

图3 采用RFID技术的世博会移动售票终端

世博园内的蔬菜、水产品、畜禽、奶、面包糕点、餐饮半成品等对温控有要求的食品,并在专供世博食品的物流箱型车上也配备相应的RFID设备,对装载冷藏冷冻食品的车辆配备RFID等温度连续监控设备。当食品进入世博园区时,执法人员通过手持终端移动设备,能够在现场快速追溯食品和原料的来源,确保供应渠道的安全可靠。同时还将选择在蔬菜、水果、水产品等农产品及配送的餐饮半成品等包装袋上要求佩戴射频识别标签,储存种养殖企业或生产单位、品名、产地、生产日期、保质期、储存条件等信息,使产品包装和RFID标签随货物交易完整进入餐饮、零售或物流终端,以保证食品和原料能够追踪溯源。

世博园内各场馆的建筑主梁、基柱等关键部位也都铺设了传感器,这些节点可以监测形变;在展柜、展品周边铺设了大量传感器,用于防盗、防触碰;园区里还随机散布着大量的微型传感器,用于对展馆温度、湿度、有毒有害气体、噪音等环境参数进行综合监测。

毫无疑问,如果“物联网”时代来临,人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。

参考文献:

[1]戴浩.传感网发展面临五大技术难题.

[2]农业物联网应用.广阔天地大有作为.

[3]中国联通.物联网应用世博会.

[4]智能家居进入物联网时代还有很多路要走.

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物联网 信息传感 射频识别 互联网 信息技术 网络模型
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