目录
一、物联网基本要素
二、物联网网络框架
三、物联网技术体系
四、物联网产业链条
五、典型案例
一、物联网基本要素
物联网发展的物联网发展的关键要素包括由感知、网络和应用层组成的网络架构,物联网技术和标准,包括服务业和制造业在内的物联网相关产业,资源体系,隐私和安全以及促进和规范物联网发展的法律、政策和国际治理体系。
二、物联网网络架构
物联网网络架构由感知层、网络层和应用层组成。
感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。感知层主要包含了各种传感器设备,如水压监测设备,摄像头、地磁传感器等。
网络层主要实现信息的传递、路由和控制,包括延伸网、接入网和核心网,网络层可依托公众电信网和互联网,也可以依托行业专用通信网络。主要有GGSN、GSN、HLR等几种接入方式。
应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。
应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。应用基础设施/中间件通常由物联网平台提供,物联网平台集成了Paas(平台服务),Saas(软件服务),物联网平台种类繁多,比如被思科收购的Jasper物联网平台,小米开放平台,阿里云针对智慧城市的飞凤平台等。物联网平台可以实现数据集成管理、大数据计算、生命周期管理及收费管理等。物联网平台可以为终端客户如政府、企业个人提供服务。例如可以为监控指挥中心提供数据,从而实现相关调度,可以将停车位信息,电表等信息发送手机客户端等。下图联通物联网平台的库存管理。
联通物联网平台的库存管理
物联网平台下包含可扩展的如下应用子系统,其节点数量以数百亿计。
智慧城市
1智能停车:监测可服务的停车位
2建筑结构状态:监测建筑、桥墩、纪念碑的结构状态
3都市噪音地图:实时监测都会闹区噪音
4智能手机监测:检测手机通讯接口为Wifi还是蓝牙
5电磁场强度:检测基地台或Wifi路由器的强弱
6交通堵塞:监测车辆与行人状况进行优化
7智能照明:根据天候状况自动调整照明情况
8废弃物管理:监测垃圾桶状况,优化垃圾车回收路线
9智能道路:根据气候与路况,提供高速公路警报与改道信息
智慧环境
10森林火灾:监测燃烧气体与火灾情形,以确定警示区域
11空气污染:控制工厂二氧化碳、汽车废气或农场有毒气体排放
12积雪程度:实时监测雪道状况,通知相关人员预防雪崩
13山崩:监控土壤水分、震动和地表密度,预防地表的危险情况发生
14地震提前侦测:根据地震分布区域进行控制
智慧水力
15自然水监测:监控城市自来水质量状况
16河川污染:监测河流里是否有工厂废水
17泳池状态:远程监控游泳池水质状况
18海洋污染:监测海水是否遭污染
19管线泄漏:监测是否漏液与管线压力变化
20洪水状态:监测河流、水库的水流变化
智能电表
21智能电网:监控与管理能源消耗
22储罐监控:监测储水罐水压或油气罐的油气状况
23太阳能设备部署:监测太阳能板安装效果
24仓储计算:测量供货压力状况
安全与应变
25边界出入控制:控制受限区域,防止未经授权的用户访问
26湿度控制:监测重要建筑场地的漏水情况,避免断裂和腐蚀发生
27辐射程度:分布式监测核电厂周围的辐射状况,实时发出泄漏警报
28易燃物和有害气体:监测工厂或矿山周围的危险气体程度
零售通路
29供应链控制:监测供应链的生产状况,提供产品追踪的能力
30电子付费NFC:提供各种营业场所的付费服务
31智能购物:根据顾客的习惯、爱好等等个人状况,提供购买建议
32智能仓储管理:控制商品在货架与仓库的变动,自动化管理进货
物流
33货运状态:监测货品是否遇到震动、拍打、开封或冷藏等等
34货物定位:从库房、港口大面积货物中寻找货物
35危险物品侦测:当易燃易爆物品接近则发出警报
36航线追踪:对特殊物品,像是药品、珠宝或危险物品进行航线管理
工业控制
37M2M应用:设备的自动诊断与资产管理
38室内空气质量:监测化工厂的气体水平,保障工人和物品安全
39温度监控:控制敏感商品的工业或医药用冰箱的温度
40臭氧侦测:监测肉类加工过程中排放的臭氧状况
41室内定位:以主动式Zigbee或被动式RFID/NFC来定位资产
42车辆自动诊断:通过Can总线搜集信息,给司机发送警报或建议
智慧农业
43葡萄酒质量改进:监测葡萄园土壤水分和树干直径,控制葡萄健康
44温室监控:控制温室内气候,最大化作物的产出和质量
45高尔夫球场:对干燥地域进行浇灌,以节省用水
46气象网络:研究地区的天气,预报各种气象的变化情形
47混合肥料:控制堆肥的湿度和温度,避免真菌和微生物污染
智慧畜牧48水质栽培:控制水中植物的状况,提高收获
49家畜监测:监控牧场里家畜的生长情形,以确保存活率和健康
50动物追踪:定位开放牧场或大范围放牧的动物
51有毒气体监测:监测牧场通风情形,预防粪便堆积产生有害气体
智能家居
52水电使用:监控家庭的水电使用状况,以获取建议节省开销
53远程控制:远程遥控开关,避免事故或节省能源
54入侵检测系统:监测是否有强行入侵的状况
55重要物品监测:监测博物馆和美术馆的情形
电子化照护
56老年人照护:帮助独自居住的老年人或残障人士
57医药冰箱:控制需冷冻保存的疫苗、药品的存放情形
58运动员照护:进行运动中心生命特征监控
59病患监控:监测病人或养老院的状况
60紫外线监控:监测太阳紫外线,避免长期暴露在外面
综上,物联网平台连接了前端的采集设备和后端的应用。需按前端采集设备可以分为智能电表、智能交通、智能水位监测等子系统,这些子系统可以不断地在物联网平台上扩充。各个子系统可以设置共有的基础设施,比如在重要路段和公共场所的LED屏,共享摄像头的数据、监控调度中心等。
LED大屏运营指挥中心
三、物联网技术体系
物联网涉及感知、控制、网络通信、微电子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等技术领域,因此物联网涵盖的关键技术也非常多,为了系统分析物联网技术体系,特将物联网技术体系划分为感知关键技术、网络通信关键技术、应用关键技术、共性技术和支撑技术。
四、产业链条
物联网产业链在在“物联网”概念炒热之前已经存在,产业链中以集成商为主角,分布在各个行业和地域中。
五案例
案例1易涝区智能水位监测系统
近年来,由强降雨引发的道路低洼处、下穿式立交桥和隧道产生大量积水的现象时有发生,给人们的出行带来很大不便,严重时甚至会造成人民生命、财产的重大损失。
易涝区智能水位监测系统可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。市政管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况,及时进行排水调度。交通管理部门通过易涝区智能水位监测系统可获取各路段的实时积水水位,并借助广播、电视等媒体为广大群众提供出行指南,避免人员、车辆误入深水路段造成重大损失。
系统可以根据需要设立二级分控中心,二级分控中心通过GPRS/NB-LOT等方式收集传感器的数据,并通过光线传送到物联网平台。
系统组成---
易涝区智能水位监测系统主要由四部分构成:
监测中心(应用层):
硬件构成:服务器、计算机、打印机、显示大屏、短信报警模块、交换机等。
软件构成:操作系统软件、数据库软件和城市道路积水监测预警系统软件。
通信网络(网络层):GPRS网络、INTERNET公网、光纤等。
监测设备(感知层):道路积水监测终端
现场仪表(感知层):超声波水位计、电子水尺(投入式水位计)、LED情报板
系统功能
实时监测道路低洼处、下穿式立交桥和隧道的积水水位,并通过GPRS/CDMA/4G网络或光纤网络远程传送至城市内涝监测预警中心。
立交桥、隧道监测点可通过情报板自动提示(或监测中心远程手动提示)当前积水水位值或“允许通行”、“谨慎通行”、“禁止通行”等警示信息。
立交桥、隧道积水监测点可与本地排水泵站实现联动,根据积水水位自动控制排水泵组的启停。
监测点具备光纤通信条件时,可扩展实时视频监控功能。
水位过高、设备异常时系统自动报警,并自动向责任人手机发送报警短信。
系统软件具备地图展示、数据存储、数据查询、数据统计、曲线分析等功能,可导出为EXCEL报表或直接打印。
系统软件支持OPC接口,可接入上一级综合指挥调度平台。
案例2智慧交通系统
交通运输行业信息化的需求热点可以主要归纳三个方面:
1)车辆综合管理和调度系统,基于GPS、GIS、无线通信等信息手段,通过建立私有或公共信息应用平台,能够为监管部门和企业实现定位管理,实现对运输工具、货物、人员的状态监控,提高运行效率,避免危险隐患,提高应急处理能力;
2)通过对城市道路、公路等交通网络的实时数据采集,交通管理部门能够实时发布交通信息,合理进行交通疏导,提高道路交通的通行效率和使用率;
3)对突发事件能够及时、快速处理,并充分利用现有的交通基础设施和彻底分析道路交通拥堵情况,制定交通建设规划和应对措施。
智慧交通感知层:摄像头、地磁传感器、环形线圈车辆检测器等
智慧交通网络层:互联网、物联网、移动通信等
智慧交通应用层:1)车辆实时定位:客户可在监控平台监测所管理车辆的实时运行信息,以及轨迹回放;
2)报警管理:实现超速报警、围栏报警、防盗抢报警等多项功能;
3)其他:车辆调度、车辆工作状态显示、视频监控等。
智慧交通总体框架