物联网应用调研报告

物联网应用调研报

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物联网应用调研报告

院系: 信息学院

专业: 计科物联

班级: 10级计科物联1班

姓名: 周陈安

学号: 211486

提交论文(报告)时间: 年7 月 5 日

物联网应用调研报告

计科物联专业学生周陈安学号 211486

一、摘要

从飞鸽传书到电报的创造,从电报到电话,从电话到计算机技术的应用,再从计算机技术到物联网时代,人类的发展伴随着信息社会及其通讯手段的日新月异。当今物联网的技术的蓬勃发展,必将使物联网应用渗透到人类社会的各个层面,必将给经济社会发展起到强有力的推动作用。

物联网的飞速发展,离不开各项物联网关键性技术的突破,物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID、GPS、GSM、ZIGBEE、条码等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的”Internet of Things”。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行”交流”,而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术,经过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。而RFID,正是能够让物品”开口说话”的一种技术。在”物联网”的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,经过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而经过开放新的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的”透明”管理。

本研究报告将对物联网在不同领域的应用进行调研,对现有物

联网企业发展状况进行调研分析。

二、物联网在不同领域的应用

随着科技的快速发展,物联网技术的应用已经渗透到了各个领域,包括智能电网、智能交通、智能物流、智能绿色建筑和环境监测等。比如基于低、高速传感网的太湖水质监测系统已投入使用;基于传感网的智能交通系统在流量监测、红绿灯控制、停车信息服务等方面已投入应用等等。物联网技术已经在潜移默化的影响着我们的日常生活。这里主要总结一下物联网的在智能电网、智能交通、智能物流和环境监测领域的具体应用。

（一）.智能物流领域

智能物流是基于互联网、物联网技术的深化应用,利用先进的信息采集、信息处理、信息流通、信息管理、智能分析技术,智能化地完成运输、仓储、配送、包装、装卸等多项环节,并能实时反馈流动状态、强化流动监控、使货物能够快速高效地从供应者送达给需求者,从而为供应方提供最大化利润,为需求方提供最快捷服务,大大降低自然资源和社会资源的消耗,最大限度地保护好自然生态环境。

智能物流的技术大致包括以下几种:

1.供应链管理技术

供应链是围绕核心企业展开的对信息流、物流、资金流的管理从采购原材料开始,制成中间产品以及最终产品,最后把产品送到

消费者手中。将供应商、制造商、分销售、零售商、最终用户连成一个整体的网链结构。供应链管理是联系企业内部和企业间主要功能和商业过程,将其转化成为有机的、高效的商业模式的管理集成。它驱动着企业内部和企业间的采购、生产、销售、财务和信息技术等过程和活动。

2.RFID 技术

RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术是一种非接触的自动识别技术,其利用射频信号和空间耦合传输特性实现对被识别物体的自动识别技术。与现在普遍使用的条码技术相比,RFID具有读写距离长、保密性强、存储数据量大、适用恶劣环境、使用寿命长等优点。RFID能够用来追踪和管理几乎所有的物理对象,是物流管理、追踪等领域信息化的重要手段之一,对于提高物流的智能化水平有着十分关键的作用。RFID 有助于解决零售业2个最大的难题:物品脱销和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品)。研究机构估计:RFID能够帮助把失窃和存货水平降低25%。

3.智能运输技术

降低货物运输成本、缩短货物送达时间、随时掌握货物在途中的状态是整个物流运输管理中的重要环节。这就催生了智能运输系统 (Intelligent Transport System)ITS,它经过应用现代通信、信息、网络、控制、电子等技术建立一个高效运输系统。包括先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的车辆

控制系统、营运货车管理系统、电子收费系统、紧急救援系统等运转。

物流智能化是物流产业发展的重要方向之一。随着全球一体化的深入发展和互联网、物联网技术的深入应用,智能物流将迎来一个全新的历史发展机遇。

（二）.智能电网领域

智能电网主要是经过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,实现数据读取的实时、高速、双向的效果,从而整体提高电网的综合效率。智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提,在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体。经过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值,可服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设,提高电网调度的智能化和科学决策水平,提升电力系统运行的安全性和经济性。

智能电网的核心在于,构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集,且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置与利用,提高电网运行的可靠性和能源利用效率。智能电网的本质是能源替

代和兼容利用,它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上,整合系统中的数据,优化电网的运行和管理。

物联网作为智能电网末梢信息感知不可或缺的基础环节,在电力系统中具有广阔的应用空间,物联网将渗透到电力输送的各个环节,从发电环节的接入到检测,变电的生产管理、安全评估与监督,以及配电的自动化、用电的采集、以及营销这方面都要采用物联网,在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用。能够说80%的业务跟物联网相关。传感器网络能够全方位提高智能电网各个环节的信息感知深度和广度,为实现电力系统的智能化以及信息流、业务量、电力流提供高可用性支持。

我们感觉智能电网是与物联网最为密切的一个行业,未来智能电网的建设必然产生世界上最大、最为智能、信息感知最为全面的物联网。物联网技术能够实现电力设备状态检测、电力生产管理、电力资产全寿命周期管理、智能用电。利用物联网技术将有助于实现智能用电双向交互服务、用电信息采集、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电,为实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排提供技术保障。

下面举出两个生活中具体的例子:

1 减少停电现象

停电现象普遍存在且颇具破坏性,会降低电网可靠性和客户

满意度、浪费能源、使网络效率下降,也会影响公司收入(不论是买方还是卖方的收入)。经过在智慧的电力中安装先进分析和优化引擎,电力提供商能够突破”传统”网络的瓶颈,而直接转向能够主动管理电力故障的”智能”电网。对电力故障的管理计划不但考虑到了电网中复杂的拓扑结构和资源限制,还能够识别同类型发电设备,这样,电力提供商就能够有效地安排停电检测维修任务的优先顺序。如此一来,停电时间和频率可减少约30%,停电导致的收入损失也相应减少,而电网的可靠性以及客户的满意度都得到了提升。

2 智能电表

在智慧的电力设施的支持下,智能电表能够重新定义电力提供商和客户的关系。经过安装内容丰富且读取方便的设备,用户可了解在任何时刻的电力费用,而且用户还能够随时获取一天中任意时刻的用电价格(查看前后的记录),这样电力提供商就为用户提供了很大的灵活性,用户能够根据了解到的信息改变其用电模式。智能电表不但能够测量用电量,它还是电网上的传感器,能够协助检测波动和停电。它还能储存和关联信息,支持电力提供商完成远程开启或关闭服务,也能远程支持使用后支付或提前支付等付费方式的转换。总而言之,智能电表可大幅度减小系统的峰值负荷,转换电力操作模式,也能重新定义客户体验。

（三）.智能交通领域

智能交通是一个综合性体系,它包含的子系统大致可分为以下

几个方面:

1.车辆控制系统

指辅助驾驶员驾驶汽车或替代驾驶员自动驾驶汽车的系统。该系统经过安装在汽车前部和旁侧的雷达或红外探测仪,能够准确地判断车与障碍物之间的距离,遇紧急情况,车载电脑能及时发出警报或自动刹车避让,并根据路况自己调节行车速度,人称”智能汽车”。当前,美国已有3000多家公司从事高智能汽车的研制,已推出自动恒速控制器、红外智能导驶仪等高科技产品。

2.交通监控系统

该系统类似于机场的航空控制器,它将在道路、车辆和驾驶员之间建立快速通讯联系。哪里发生了交通事故。哪里交通拥挤,哪条路最为畅通,该系统会以最快的速度提供给驾驶员和交通管理人员。

3.运营车辆高度管理系统

该系统经过汽车的车载电脑、高度管理中心计算机与全球定位系统卫星联网,实现驾驶员与调度管理中心之间的双向通讯,来提供商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率。该系统通讯能力极强,能够对全国乃至更大范围内的车辆实施控制。当前,行驶在法国巴黎大街上的20辆公共汽车和英国伦敦的约2500辆出租汽车已经在接受卫星的指挥。

4.旅行信息系统

是专为外出旅行人员及时提供各种交通信息的系统。该系统提

供信息的媒介是多种多样的,如电脑、电视、电话、路标、无线电、车内显示屏等,任何一种方式都能够。无论你是在办公室、大街上、家中、汽车上,只要采用其中任何一种方式,你都能从信息系统中获得所需要的信息。有了该系统,外出旅行者就能够眼观六路、耳听八方了。

物联网技术的发展,对推动智能交通的发展有着巨大的帮助,从发展的趋势来看,物联网和智能交通的结合将是必然的选择,物联网、云计算等现代信息技术处理能力将成为未来智能交通发展的核心技术。而根据智能交通不同细分市场自身特点的不同,对物联网的应用的也提出了不同的要求,需要对各细分市场提供相应的物联网应用。

以高速公路智能交通系统为例,物联网的主要应用将集中在通信系统、监控系统和收费系统三大块,利用RFID、传感网络以及先进的信息处理技术等物联网技术分别经过提升信息收集、信息传输、信息处理的效率以及利用智能化、自动化的计算机系统来帮助高速公路管理部门、运营商更加高效、便捷的实现对高速公路的智能化监控和管理,帮助高速公路司机和乘客更好地享受在高速公路上的旅行。

当前,国家政府已给出了高度重视,并动用专项资金支持物联网技术在智能交通领域的应用。随着物联网时代到来、物联网技术广泛应用,将催熟智能交通、道路安全产品行业,交通与物联网的融合已成趋势,并将成为物联网领域中最高价值的行业之一。

（四）.环境监测领域

物联网能够广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾检测、水质监测、排污水监控、降水监测、大气监测、电磁辐射监测、噪声监测、森林植被防护、土壤监测、生物种群监测、地质灾害监测等。下面详细介绍:

1.大气监测

对大气的监测一般可采用固定在线监测、流动采样监测等方式,可在污染源安装固定在线监测仪表,在监控范围内按网格形式布置有毒、有害气体传感器,人群密集或敏感地区布置相应的传感器。这样,一但某地区大气发生异常变化,传感器就会经过传感节点将数据上报至传感网,直至应用层的”云计算”,根据事先制定的应急方案进行处理;对于污染单位的排放超标,物联网可实现同步通知环保执法单位、污染单位,同时将证据同步保存到物联网中,从而可避免先污染后处理的情况。

2.水质监测

对水质监测包含饮用水质监测和水质污染监测两种。饮用水源监测是在水源地布置各种传感器、视频监视等传感设备,将水源地基本情况、水质的PH值等指标实时传至环保物联网,实现实时监测和预警;而水质污染监测是在各单位污染排放口安装水质自动分析仪表和视频监控,对排污单位排放的污水水质中的BOD5、CODer、氨氮、流量等进行实时监控,并同步到排污单位、中央控制中心、环境执法人员的终端上,以便有效防止过度排放或重大污

染事故的发生。

3.污水处理监测

西安市当前已经建设有两个污水处理厂。但对于污水的进水监测和出水监测大多还是依靠工作人员在入水口和出水口定时采样进行化验,不但费时、费力,而且对于进出水质的监测不是持续在线监测,使处理厂水处理设备不能达到最经济的运行状态。在污水处理厂的入水口和出水口设置多种传感设备,可实现对进水水质和出水水质、流速、流量等持续的监测。

从技术发展方向看,还可同时在污水处理的各个环节增加视频监控和各种传感设备及污水处理设备的自控设备,构建多个传感网节点,控制各污水处理流程中的水质,若水质不在预设的控制范围内,传感网节点便可根据处理的数据发送控制信号给污水处理设备的自控设备,以调整各污水处理设备的运行状态,使污水处理设备始终处于最经济的运行状态,同时也减少了工作人员的编制。

构建环境保护物联网的各种应用领域,最主要的是选择适合的传感器,依托最优的无线传输技术形成传感网,根据对数据安全性的要求经过预定的网关接人网络层,并将数据传输到应用层的”云储存”。

未来,智能化物联应用将随处不在,当气象感应系统预知台风来袭时,交通感应单元自动通知渔船返港,高速关闭,划定居民转移区域;当车祸发生时路面监控系统自动通知急救医院并提供最佳路线,GPS系统提示来往该路段车辆绕行;每月公共服务系统自动记

录水电煤气费用通知户主后在银行账号中自动扣款……这一切都会带来人类生活颠覆性的变革和巨大的商机。

（五）物联网在农业领域应用分析

近十年来,随着智能农业、精准农业的发展,泛在通信网络、智能感知芯片、移动嵌入式系统等技术在农业中的应用逐步成为研究的热点。

密集的无线传感器网络

无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。经过随机投放的方式,众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元,它们经过无线信道相连,自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被监测对象的信息并发送给观察者。无线传感器网络集传感器技术、微机电系统(MEMS)技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体,因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。

在传统农业中。人们获取农田信息的方式都很有限,主要是经过人工测量,获取过程需要消耗大量的人力,而经过使用无线传感器网络能够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。

当前无线技术在农业中的应用比较广泛,但大都是具有基站星型拓扑结构的应用,并不是真正意义上的无线传感器网络。农

业一般应用是将大量的传感器节点构成监控网络,经过各种传感器采集信息,以帮助农民及时发现问题,而且准确地确定发生问题的位置,这样农业将有可能逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式,从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

●无线传感器网络应用于温室环境信息采集和控制。

在温室环境里单个温室即可成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(风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构)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浓度等来获得作物生长的最佳条件,同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点,为温室精准调控提供科学依据。最终使温室中传感器、执行机构标准化、数据化,利用网关实现控制装置的网络化,从而达到现场组网方便、增加作物产量、改进品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

●无线传感器网络应用于节水灌溉。

无线传感器网络自动灌溉系统利用传感器感应土壤的水分,并在设定条件下与接收器通信,控制灌溉系统的阀门打开、关闭,从而达到自动节水灌溉的目的。由于传感器网络多跳路由、信息互递、自组网络及网络通信时间同步等特点,使灌区面积、节点数量不受到限制,能够灵活增减轮灌组,加上节点具有的土壤、植物、气象等测量采集装置、通信网关的Internet功能与RS和

GPS技术结合的灌区动态管理信息采集分析技术、作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、专家系统技术等构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。可在温室、庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域,实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化,促进节水农业的快速和健康发展。

,湖南农业大学提出了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉构建方案,设计了一种无线传感器网络实现农田土壤湿度信息的实时采集和传输,经过灌溉控制器控制灌溉管网,分区域实时灌溉并调节土壤湿度,实现了精细农业所要求的时空差异性和水资源高效利用。

●无线传感器网络应用于环境信息和动植物信息监测。

经过布置多层次的无线传感器网络检测系统,对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、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(平时节点被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,节点经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)。同时也能够应用在精准农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

形形色色的传感器

在十五期间,国家863计划数字农业重大专项实现了农田信息采集技术的突破,推出了一批成本低、高性能的土壤水分和作

物营养信息采集技术产品,基本解决了数字农业信息快速获取技术瓶颈问题。开展了农田水分、养分、作物长势、冠层生理与生态因子、品质、产量和虫害草害等信息采集关键技术研究,开发了具有自主知识产权的新型土壤水分传感器,研制了土壤和作物养分信息快速采集方法与新型配套仪器设备;在虫害与杂草动态监测系统的研究方面取得了重大进展,开发了基于称重传感器的高精度智能测产系统,解决了智能测产与谷物品质监测系统的精度难题;使中国农业信息快速获取迈出了新的步伐。

现代化温室和工厂化栽培调节和控制环境(控制温度、湿度、光照、喷灌量、通风等)培育各种秧苗,栽培各种果蔬和作物。在这个过程中,需要温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2传感器等检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数,经过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。

在果蔬和粮食的储藏中,温度传感器发挥着巨大的作用,制冷机根据冷库内温度传感器的实时参数值实施自动控制而且保持该温度的相对稳定。气调库相比冷藏库是更为先进的贮藏保鲜方法,除了温度之外,气调库内的相对湿度(RH)、O2浓度、CO2浓度、乙烯(C2H4)浓度等均有相应的控制指标。控制系统采集气调库内的温度传感器、湿度传感器、O2浓度传感器、CO2浓度传感

器等物理量参数,经过各种仪器仪表适时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证有一个适宜的贮藏保鲜环境,达到最佳的保鲜效果。

在作物的生长过程中还能够利用形状传感器、颜色传感器、重量传感器等来监测物的外形、颜色、大小等,用来确定物的成熟程度,以便适时采摘和收获;能够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的监测等;能够利用超声波传感器、音量和音频传感器等进行灭鼠、灭虫等;能够利用流量传感器及计算机系统自动控制农田水利灌溉。

生物技术、遗传工程等都成为良种培育的重要技术,在这其中生物传感器发挥了重要的作用。农业科学家经过生物传感器操纵种子的遗传基因,在玉米种子里找到了防止脱水的基因,培育出了优良的玉米种子。另外,监测育种环境还需要温度传感器、湿度传感器、光传感器等;测量土壤状况需用水分传感器,吸力传感器、氢离子传感器、温度传感器等;测量氮磷、钾各种养分需要用各种离子敏传感器。

在动物饲养中也有传感器应用,如有可用来测定畜、禽肉鲜度的传感器。它能够高精度地测定出鸡、鱼、肉等食品变质时发出的臭味成分二甲基胺(DMA)的浓度,其测量的最小浓度能够达到1ppm,利用这种传感器能够准确地掌握肉类的鲜度,防止腐败变质。也有用来检测鸡蛋质量的传感器。

挖掘潜在应用

物联网在农业领域具有远大的应用前景。

在农田、果园等大规模生产方面,如何把农业小环境的温度、湿度、光照、降雨量等,土壤的有机质含量、温湿度、重金属含量、PH值等,以及植物生长特征等信息进行实时获取传输并利用,对于科学施肥、灌溉作业来说具有非常重要的意义。

在生鲜农产品流通方面,需要对储运环境的温度和农产品的水分进行控制,环境温度过高可能会发生大批农产品的腐烂,水分不足品质会受到影响,在这个环节要借助物联网的帮助。

还有一类具有典型意义的应用是工厂化健康养殖作业,需要经过物联网技术实现畜禽、水产养殖环境的动态监测与控制。

(六)物联网在工业领域的应用

尽管社会各界对传感网、物联网、泛在网的概念众说纷纭,但人们普遍认为,物联网是指经过各类传感器实现物与物、物与人、人与人之间按需的信息获取、传递、储存、认知、分析和使用。

物联网的关键环节能够归纳为全面感知、可靠传送、智能处理。全面感知是指利用射频识别(RFID)、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。可靠传送是指经过各种通信网络、互联网随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理是指对海量的跨部

门、跨行业、跨地域的数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动的洞察力,实现智能化的决策和控制。相比互联网具有的全球互联互通的特征,物联网具有局域性和行业性特征。

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节,可大幅提高制造效率,改进产品质量,降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业的新阶段。

物联网在工业领域的几方面应用

从当前技术发展和应用前景来看,物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。

制造业供应链管理物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域,经过完善和优化供应链管理体系,提高了供应链效率,降低了成本。空中客车(Airbus)经过在供应链体系中应用传感网络技术,构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

生产过程工艺优化物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水

平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络,在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控,从而提高了产品质量,优化了生产流程。

产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合,实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。

环保监测及能源管理物联网与环保设备的融合实现了对工业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。在重点排污企业排污口安装无线传感设备,不但能够实时监测企业排污数据,而且能够远程关闭排污口,防止突发性环境污染事故的发生。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。

工业安全生产管理把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中,能够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状态信息,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。

物联网与先进制造技术结合体现的领域