煤矿物联网 篇1
关键词：煤矿物联网,统一通信平台,无线传感器网络,网关,协议体系,虚拟存取,面向服务
0 引言
随着无线传感器网络[1]及煤矿物联网[2,3]技术的兴起与发展, 煤炭工业自动化系统正在向网络化、智能化方向加速发展, 在此过程中, 井下综合网络通信系统的建立已经成为煤矿物联网发展的关键环节[4,5,6]。煤矿企业的信息化建设实践证明:以高速工业以太网 (目前为百兆/千兆工业以太网) 为骨干网络, 建设煤矿井上井下统一通信平台是切实可行的技术方案, 符合煤矿生产实际。但是, 工业以太网络仅仅解决了井下局部统一通信问题, 具体到各个采煤工作面以及人员不方便到达而又必须安装检测设备的场所 (如发火区) , 各类系统、设备、连接方式多样, 各成体系。因此, 如何构建统一通信平台成为一个急需解决的课题。
笔者提出以TCP/IP协议为核心, 以高速工业以太网为网络主干, 无线局域网 (WLAN) 、无线传感器网络 (WSN) 、现场总线和RS485总线为延伸, 建设煤矿物联网统一通信平台的技术方案。本文将着重阐述煤矿物联网统一通信平台架构及关键设备、协议体系、网络虚拟存取及面向服务软件架构的原理与实现方法。
1 煤矿物联网统一通信平台架构及关键设备
煤矿物联网统一通信平台基于TCP/IP协议[7], 是煤矿信息系统各上层应用子系统与井下设备子系统实现交互的纽带, 它向上层应用系统提供统一、透明、独立的网络数据传送服务, 并统一管理井下支持各类协议的通信端口, 如Ethernet、WLAN、ZigBee、6LOWPAN、CAN总线和RS485等, 如图1所示。
从图1可看出, 工业以太网的各类转换网关成为构建该通信平台的关键设备:
(1) Ethernet-WLAN/RS485网关:通过TCP/UDP协议承载RS485总线的串行数据, 实现链路层数据的透明传送。
(2) Ethernet-WLAN/CAN网关:支持CAN2.0B协议, CAN协议分帧组装成TCP/UDP包, 实现链路层数据的透明传送。
(3) Ethernet-WLAN/WSN网关:ZigBee是目前WSN的主流协议标准, 由于ZigBee网络的节点寻址和自组织网络体系与IP协议体系差异较大, 需要设计应用层网关实现2种异构网络的互通。WSN的另一类协议体系直接支持IPv6, 与现有IPv4网络体系基本兼容, 称为6LOWPAN, 它通过压缩IP包头等优化方法减小数据流量和降低功耗, 实现与IP网络的无缝接入。
2 煤矿物联网统一通信平台协议体系
煤矿物联网统一通信平台层次结构如图2所示。
物理层:物理层定义了设备与物理媒介之间的关系, 包括引脚、电压、线缆和适配器等, 参与解决通信过程中的访问冲突和流量控制等问题, 如TIA/EIA-485-A和TIA/EIA-422-A规范所定义的RS485/422物理层标准。
链路层:链路层的功能为管理最底层的比特流数据, 保证端对端的数据正确透明地传送, 具体包括链路管理、帧同步、差错控制和流量控制等。链路层一般由介质存取控制和逻辑链路控制2个独立的部分组成。
网络层:网络层在网络源节点和终节点间建立连接。该层包含IP协议和RIP协议, 负责数据的包装、寻址和路由;同时还包含网间控制报文协议ICMP, 用来提供网络诊断信息。
传输层:传输层向上层提供可靠的端到端的网络数据流服务。其功能包括流控管理、多路并发传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理确保数据发送设备的数据发送速度不超过数据接收设备的处理能力;多路并发传输使得多道进程的数据可以同时在一个物理链路上传输;虚电路是由传输层建立、维护和终止的一条虚拟的数据传输逻辑通道;差错校验包括传输错误检测和为差错恢复包括所采取的行动, 如请求数据重发, 以便解决传输中发生的任何错误。传输层主要包括2类协议:TCP提供可靠的面向连接的传输层协议、 UDP提供无连接的实时传输层协议。
应用服务层:应用服务层介于具体通信实现与上层应用系统之间, 一方面, 它将各类通信方式和设备的共同属性与功能抽象出来形成泛化调用接口, 在此基础上定义可用服务集合;另一方面, 应用服务层作为通信服务平台代理, 负责上层子系统对通信服务的查找、申请、认证、使用和释放等动作的受理和执行, 以面向服务架构开放通信服务平台。
3 网络虚拟存取功能
网络虚拟存取是煤矿物联网统一通信平台的一项重要功能, 它通过支持并发访问的网络协议, 将井下独占方式访问的物理通信资源虚拟成可供多个应用客户并发访问的共享资源, 如图3所示。对应用客户而言, 资源的访问方式不变, 通信平台提供低级的驱动与访问互斥控制。图3中的客户表示使用通信资源的一个客户端, 它们可能分布于网络不同的机器上, 属于不同的应用子系统;同一个进程可能启动一个客户, 也可能以多个线程启动多个客户;通信平台以服务的方式对上层提供虚拟设备通信服务, 每个物理通道对于客户都是以一个虚拟的可独占的逻辑设备而展现。
4 面向服务的通信平台
面向服务的通信平台的功能在于代理和利用通信服务而不是某一种具体协议的执行。该设计思想来源于面向服务架构SOA。要实现SOA, 首先需要完成2个基本任务:服务发现和提供存取服务的方法[8,9]。按照SOA的模型, 使用通信服务需要经过4个步骤: (1) 服务提供者向通信服务平台的服务代理注册可以提供的服务; (2) 服务用户向服务代理申请某一种通信服务; (3) 服务代理指定某适合的服务给服务用户; (4) 服务用户向服务提供者发出通信服务请求; (5) 服务提供者响应请求、执行请求并向用户返回执行结果。
面向服务的通信平台采用上述机制可将通信服务执行的协议、步骤与具体过程抽象出来, 展现给上层应用的是服务说明, 特别适用于技术实现细节的封装, 用于增强系统的安全性、可靠性和可扩展性。图4为通信服务平台的总体架构。
5 结语
以高速工业以太网络为核心, 以无线局域网、无线传感器网络和现场总线等作为延伸的煤矿物联网统一通信平台架构, 符合当前网络与通信技术发展的主流趋势, 也符合煤矿特殊生产环境以及矿用物联网建设的需求。
笔者提出的建设煤矿物联网统一通信平台的方案, 以TCP/IP协议为核心开发各类网关, 将各类异构网络汇接到以太网络, 以虚拟存取和面向服务方式向上层各类子系统提供了相互独立和透明的数据传送通道, 为各类子系统对井下通信信道的分配和共享提供了统一的管理途径, 减少了设备重复投资, 降低了井下通信系统的复杂性, 提高了各类子系统的相互兼容性。
煤矿井下各类监测、监控系统众多, 各类有线、无线通信网络相互独立、自成体系, 因此, 制定井下设备通用接入标准, 分层规范协议, 用统一通信平台逐步推动煤矿物联网的标准化建设, 在现阶段具有重要意义。
参考文献
[1]李建中, 高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展, 2008, 45 (1) :1-15.
[2]孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报, 2011, 36 (1) :167-171.
[3]孙彦景, 钱建生, 李世银, 等.煤矿物联网络系统理论与关键技术[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (2) :69-72.
[4]钱建生, 马姗姗, 孙彦景.基于物联网的煤矿综合自动化系统设计[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (2) :73-76.
[5]解海东, 李松林, 王春雷, 等.基于物联网的智能矿山体系研究[J].工矿自动化, 2011 (3) :63-66.
[6]张申, 丁恩杰, 徐钊, 等.物联网与感知矿山专题讲座之二——感知矿山物联网的特征与关键技术[J].工矿自动化, 2010 (12) :117-121.
[7]STEVENS W R.TCP/IP Illustrated, Volume 1:TheProtocols[M].范建华, 译.北京:机械工业出版社, 2000.
[8]BERND R, DIRK H.A Model for Service-OrientedCommunication Systems[J].Journal of SystemsArchitecture, 2008 (54) :594-606.
煤矿物联网 篇2
物联网 (Internet of Things) 又称传感网, 是指将各种信息传感设备和装置与互联网、无线专网结合起来形成的一个巨大网络, 物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络, 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信[1]。物联网是一个比Internet更为庞大的网络。在这个网络中, 系统可以自动地、实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮[2]。其无处不在, 无所不能, 被称为下一个万亿元级的产业和迈向信息社会的发动机。
目前世界各国都相继出台了与物联网相关的信息化政策, 我国也已将物联网列为重点培育和发展的新兴产业, 无锡物联网研究所与北京邮电大学联合成立了感知中国研究中心, 中国矿业大学也成立了感知煤炭研究所。本文结合物联网在煤矿的应用情况, 设计了一种能够感知煤矿“人员、机械、环境”安全状态信息的多功能物联网读写器。
1 物联网结构
物联网是在计算机互联网的基础上, 结合已有的射频识别技术、网络技术、数据库技术、中间件技术等, 构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动标签组成的覆盖世界上万事万物的网络[3]。在这个网络中, 物品能够彼此进行交流, 而无需人的干预。物联网实质就是利用射频识别技术 (RFID) , 通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。
射频识别技术是一种能够让物品“开口说话”的技术。在物联网中, 射频识别标签中存储着规范而具有互用性的信息, 这些信息由无线数据通信网络采集到中央信息系统, 实现物品的识别, 进而通过开放性的计算机网络进行信息交换和共享, 从而实现物品的智能管理[4]。
物联网工作步骤:
(1) 对物体属性进行标识, 物体属性包括静态和动态属性, 静态属性可以直接存储在标签中, 动态属性需要先由传感器实时探测;
(2) 需要识别设备完成对物体属性的读取, 并将信息转换为适合网络传输的数据格式;
(3) 将物体的信息通过网络传输到信息处理中心 (处理中心可能是分布式的, 如家里的电脑或者手机, 也可能是集中式的, 如中国移动的IDC) , 由处理中心完成物体通信的相关计算。
在由EOC标签、解读器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的物联网中, 解读器读出的EPC (Electronic Product Code, 电子产品代码) 只是一个信息参考 (指针) , 该信息经过网络, 传到ONS服务器, 找到该EPC对应的IP地址并获取该地址中存放的相关的物品信息。采用分布式Savant软件系统处理和管理由解读器读取的一连串EPC信息, Savant将EPC传给ONS, ONS指示Savant到一个保存着产品文件的PML服务器查找, 该文件可由Savant复制, 因而文件中的产品信息就能传到供应链上。
物联网分为感知层、网络层和应用层3层, 如图1所示。
感知层包括条码识读器、RFID读写器、传感器、摄像头、传感器网络等, 主要用于识别物体, 采集信息;网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心等, 主要用于传递和处理感知层获取的信息;应用层是物联网与各行各业专业技术的深度融合, 与行业需求相结合, 实现行业的智能化管理。物联网产业链可以分为标识、感知、处理和信息传送4个环节, 每个环节的关键技术分别为射频识别、传感器、智能芯片和无线传输网络。
在物联网中, 每一个物品都被赋予一个独一无二的代码, 将这个代码存储在电子标签中贴在物品上, 同时将这个代码所对应的详细信息和属性存储在射频识别信息服务系统的服务器中[5]。当物品从生产到流通的各个环节中被识别并记录时, 通过对象名解析服务可获得物品所属信息服务系统的统一资源标识, 进而通过网络从射频识别信息服务器中获得其代码所对应的信息和属性, 以进行物品的识别和达到对物品自动追踪管理的目的。物联网的最终目标是为每一个物品建立全球的、开放的标识标准, 它的发展不仅能够实现对物品的实时跟踪, 而且能够提高工作效率和信息化管理水平。
2 物联网在煤矿中的应用分析
煤炭行业对国民经济具有重要的支撑作用, 其安全生产尤为重要。物联网为煤矿安全监督管理引入了新的理念、新的技术和新的方法。把感应器嵌入到煤矿安全监控系统中, 感知煤矿“人员、机械、环境”方面的各种状态信息, 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, 实现人与机械、环境等物理系统的整合, 物与物、人与物的互联互动, 从而保证煤矿的安全生产, 实现安全监督管理中“物物互联、智能感知、物物互动、智慧处置”的设想。物联网在煤矿中的具体应用主要包括以下几个方面:
(1) 地面生产系统。实时监控煤矿地面生产系统中胶带输送机、给煤机、振动筛、水泵等矿井地面生产主要设施的运行情况及启动、停止等控制。
(2) 提升系统。实时监控矿井提升设备开停及其运行位置、提升控制系统、人员等情况。
(3) 运输系统。实时监控矿井上下运输系统轨道、车辆、蓄电池、充电装置等工作情况。
(4) 矿井安全监控。监测井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾浓度、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停、工作电压、工作电流等, 实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。
(5) 矿井巷道延伸跟踪。根据采掘进尺数据生成最新采掘图, 将采掘现状的剖面图与煤层分布图叠加显示对比分析, 判断是否有越层越界情况或趋势。如有越层越界情况发生对所在企业发出越层越界警告[7]。
(6) 矿井安全隐患监察。在巷道分布图上设定隐患巡查路线、巡查手段方法, 根据隐患的类型、严重性、分布区域进行隐患统计, 提供相应的解决方案。
(7) 矿山抢险救护。一旦险情发生, 可根据事故类型和地点选择最佳线路, 迅速调配抢险救护队伍和设备。
(8) 道岔自动控制系统。通过选择目的地, 道岔自动控制系统自动调整道岔, 待道岔完全调整完毕之后, 车辆方可运行。
(9) 人员定位系统。将矿井分割成若干区域, 在每个区域都安装ID扫描传感器, 用来扫描该区域内正在活动的员工的ID, 并通过数据传输单元向存储单元保存相关信息。
3 多功能物联网读写器设计
根据上面的介绍可知, 煤矿环境使用的物联网读写器一方面要能够识别人或物体, 另一方面需采集一些物理信号和环境参数, 因此, 具有煤矿特色的多功能物联网读写器应具有无线射频识别和无线传感数据传送功能。无线射频识别功能主要完成对人或物体的识别, 它主要是对不同节点处的人或物体上的EPC信号进行识别。条码识读器分成被动型识读器和主动型识读器2类。被动型识读器接入网络后, 其数据传输端口不会自动打开, 需要从服务器获取命令来打开端口;当被动型识读器读取到电子标签数据后, 将数据暂存在识读器的临时数据区内, 等待服务器读取数据。主动型识读器接入网络后, 其数据传输端口将自动打开;当读取到电子标签数据后, 以消息的形式向服务器传送数据, 服务器只需等待消息到来后处理数据即可。设计的物联网读写器的数据传输口可自动打开, 同时具有数据存储功能。
由于煤矿井下工作环境特殊, 有大量的传感器检测各类信号, 如瓦斯浓度、风压、温度等, 设计的物联网读写器需要考虑这些信号的传输和阅读, 因此, 选用无线传感器网络来完成各种参数的传输功能。由传感器采集到相应参数后, 通过传感器本身所带的无线传感器网络发送各类参数, 由物联网读写器的无线网络模块进行传输, 并存储在相应单元中。采集到的各类参数通过读写器获取后还需传输到互联网上。由于煤矿井下巷道狭窄, 无线网络无法实现远距离传输, 采用RS485、工业以太网或现场总线等方式与物联网中间件进行通信, 并通过其传输到互联网上。
物联网读写器结构如图2所示。微处理器选用基于ARM9内核的S3C2440, 射频识别模块选用RFM22, 无线网络ZigBee模块选用CC2430。
(1) 微处理器S3C2440
S3C2440采用CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性, 主频为400 MHz, 最高为533 MHz;具有SDRAM 内存;具有FLASH存储器;具有1个10 M 以太网RJ―45 接口, 通过CS8900 网络芯片连接以太网;具有3个串行口, 其中一个通过转换实现RS485功能;同时扩展了一个CAN总线模块实现现场总线连接功能。
(2) 射频识别模块RFM22
RFM22是一款先进的低成本射频收发模块, 可提供240~930 MHz的频率, 并且拥有可调的输出功率, 最大能达+20 dB·m。其主要特性:数据传输率为1~128 kbit/s;超低能耗关机模式;唤醒无线电功能;自动频率控制;可配置数据包结构;前同步信号检测;64 B收发数据寄存器;温度感应和8位模数转换器;跳频功能;FSK、GFSK和OOK调制模式。
物联网读写器将要发送的信息经编码后加载在某一频率的载波信号上, 经天线向外发送, 进入物联网读写器工作区域的电子标签接收该脉冲信号, RFM22中的有关电路对该信号进行调制、解码、解密, 然后对命令请求、密码、权限等进行判断[6]。若为读命令, 控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息, 经加密、编码、调制后通过RFM22内的天线再发送给物联网读写器, 物联网读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理;若为修改信息写命令, 控制逻辑电路提供擦写EEPROM中的内容进行改写;若密码和权限不正确, 则返回出错信息。
(3) 无线网络ZigBee模块CC2430
采用CC2430及其相应的传感器电路实现物联网数据采集的无线通信功能。CC2430包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核, 运行时钟为32 MHz。CC2430中的无线收发模块的核心部分是CC2420射频收发器, 通过该模块实现节点与物联网读写器间的数据传送功能。
4 结语
通过对物联网在煤矿的应用分析, 介绍了一个具有煤矿特色的, 能够进行物体识别和各类物理信号与环境参数传送的, 应用在物联网感知层的多功能物联网读写器的设计。该读写器为煤矿应用物联网提供了一个很好的感知层解决方案。
参考文献
[1]GONZALEZ G R.Early Infrastructure of an Internetof Things in Spaces for Learning[C]//IEEEInternational Conference on Advance LearningTechnologies, 2008.
[2]MICHAEL K, CATHIE L M.The Pros.and Cons.ofRFID in Supply Chain Management[C]//TheInternational Conference on Mobile Business, 2005.
[3]MICHAEL M P.Architectural Solutions for MobileRFID Services for the Internet of Things[C]//IEEECongress on Services, 2008.
[4]胡清, 詹宜巨, 黄小虎.基于RFID企业物联网及中间件技术研究[J].微计算机信息, 2009 (20) :165-167.
[5]宋合营, 赵会群.物联网分布式识读器数据采集方案设计与实现[J].北方工业大学学报, 2008 (1) :26-30.
煤矿安全求助物联网 篇3
煤矿安全事故猛于虎
煤炭工业的持续、稳定、健康发展直接关系着我国能源安全和建设全面小康社会目标的实现。然而，煤矿生产安全事故的多发、频发给人民生命和财产安全造成了巨大损失。2010年1〜9月份，共发生重特大事故21起，死亡457人，分别同比上升90.9%和52.3%。较大以上非法违法事故共发生42起，死亡455人；在建、技改和整合矿井共发生较大以上事故60起，死亡630人；瓦斯、水害、火灾三类灾害共造成较大以上事故81起，死亡706人，其中瓦斯事故危害最大。
根据2005年〜2009年工矿商贸事故按致因四要素趋势图（图1）可以得知，人的不安全行为导致事故发生的比例是39%，环境的不安全条件导致事故比例为19%，物的不安全状态导致事故比例占31%，而管理的缺陷引发的事故为11%。采取了一系列安全生产措施后（图2），人、物和环境三个致因因素导致的事故起数下降幅度较大，但安全管理机制改革是一个漫长的过程，需要持续不断改进。
物联网完成三大转变
我国煤矿地质条件极其复杂，95%以上为井工开采，国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，大部分为低透气性煤层（渗透率<1）。针对引发生产事故的四个基本要素，我们应该以强化监督“企业安全生产主题责任落实”为重点，依托包括物联网技术在内的信息化技术，实现与企业安全检测监控系统的互联和信息共享，对企业的重大危险源、安全生产隐患进行网络化巡察，动态跟踪监督重大安全隐患，实现对人、环境、设备和管理等环节的实时监控。
为了加强对煤矿灾害事故的预防，有效降低事故危害程度、防范遏制重特大事故发生。国务院于2010年7月19日出台了《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》，要求煤矿必须在3年内建设完成煤矿井下监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等安全避险系统，全面提升煤矿安全保障能力。
目前，我国煤炭工业生产方式比较落后，主要表现在：
1.产能不足、经济效益差、产业集中度低、增长方式粗放。
2.技术落后、生产力水平低、资源开采利用率低、环境污染严重、产品单一、产业链条短，以及安全状况不好、职业危害严重等。
3.在安全、资源和环保等方面的压力也越来越大。
我国是世界第一大煤炭生产与消费国，但与世界先进采煤国家相比，我国煤炭工业人才和科技含量存在明显差距：我国煤炭工业科技经费总投入只相当于国有煤矿产品销售收入的0.4%，而美国投入的煤炭科研经费相当于其煤炭销售额的3.0%；我国国有重点煤矿采掘机械化程度为73.63%，其中综合机械化程度为49.32%，而发达国家的相应指标则接近或达到100%；此外，我国科技进步对煤炭生产和经济增长的贡献率不足40%。
煤炭企业信息化分为安全生产信息化和经营管理信息化，其中安全生产信息化包括安全生产监控（重大危险源辨识、预警、预案与救灾）、安全生产管控（生产系统运行状态）和生产组织管理（计划、人员、设备管理）；经营管理信息化包括供应链管理、内部运行管理和营销链管理。
目前的信息手段只能进行初步的信息采集和处理，无法实现智能决策分析。利用物联网的感知系统可实现对人、物、环境三个要素的有效监控和检测，超前预防事故。从而.实现由“间断性检查”向“连续实時监控”的转变，从认为判断向智能分析的转变，以及应急救援由事后反应向自动响应的转变。
煤炭行业
五大物联网需求
中国物联网的标准仍在制定中，相关技术并未发展成熟；大部分的业务仍然是数据采集应用的扩展，要在安全生产中实现更加“智能”和“物与物对话”，需要进一步做好如下基础工作：
1.生产大量性能可靠、价格低廉、能耗较低、精度较高、适合煤矿井下环境和规范的智能传感器件。
2.建设分布式、可移动、自组网的信息采集平台，研究矿山复杂环境下无线传感网技术、局部地区发生灾害后的网络重构技术。
3.开展矿山复杂环境下的安全信息获取技术、安全信息识别与处理技术、矿井灾害预警预报等关键前沿技术的研究。
4.对人员安全环境感知技术与终端设备、生命探测技术进行研究，拓展一些物联网技术，用以对采掘、提升、运输、通风、排水、供电等关键生产设备进行状态监测和故障诊断。
5.制定真正适合于煤炭行业安全发展的物联网技术标准。
（根据讲稿整理，未经本人确认）
链接
用物联网改善现有信息化局限性
1. 视频监控系统的局限性：传统解决方案只是采用视频监控，但仍不能完全保障矿井安全，存在监控盲区。
物联网解决方案在井上、井下安装不同类型的纳米级传感器，对声音、频率、图像等信息进行监控。
2.井下人员定位系统的局限性：传统定位系统受电源、井下信号等因素影响，定位效果并不显著，且维护成本高。
物联网解决方案利用物联网技术，将矿井分割成若干区域，在每个区域都安装ID扫描传感器，用来扫描该区域内正在活动的ID，并通过数据传输单元转向储存单元保存相关信息。
3.安全检测监控系统的局限性：现有数据监控系统功能单一、传输范围窄，不能对紧急状况自动做出反应。
物联网解决方案通过智能传感器对瓦斯浓度、排风量等进行监控，当出现超限时，切断可能区域的电源，自动启动应急预案。
4.井下道岔管理的局限性：目前大多数井下交通采用手动道岔，危险系数高，极易发生事故，现有自动道岔系统存在各种缺陷，可靠性不足。
物联网解决方案运用物联网技术，实现井下智能交通，系统自动调整道岔，等道岔调整完毕后，给车辆予以反馈，车辆方可运行。
5.煤质分析系统的局限性：传统做法是只分析煤的灰分、水分和重量，但是对于煤中的化学成分分析得不够，或存在分析不够精确的问题，特别是煤的含硫量是煤质及价格的重要指标，如系统不能作出准确的分析，则会导致煤质的不确定。
什么叫物联网_物联网关键技术 篇4
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things(IoT)”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。
物联网技术
在物联网应用中有三项关键技术
1、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。
2、RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。
物联网误区
误区之一
把传感网或RFID网等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。除传感技术和RFID技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。
误区之二
把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。即使互联网也不仅仅指我们通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域网和局域网之分。
物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸;也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。现实中没必要也不可能使全部物品联网;也没必要使专业网、局域网都必须连接到全球互联网共享平台。今后的物联网与互联网会有很大不同，类似智能物流、智能交通、智能电网等专业网;智能小区等局域网才是最大的应用空间。
误区之三
认为物联网就是物物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是很难实现的技术。事实上物联网是实实在在的，很多初级的物联网应用早就在为我们服务着。物联网理念就是在很多现实应用基础上推出的聚合型集成的创新，是对早就存在的具有物物互联的网络化、智能化、自动化系统的概括与提升，它从更高的角度升级了我们的认识。
误区之四
把物联网当成个筐，什么都往里装;基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。如，仅仅嵌入了一些传感器，就成为了所谓的物联网家电;把产品贴上了RFID标签，就成了物联网应用等等
煤矿物联网 篇5
1 物联网技术概述
物联网是由传感器和互联网相互配合组成的一个信息联系网络。物联网既是一个新的突破, 但由于中国网络化管理的落后, 导致中国的物联网技术, 尤其在煤矿上的管理更具有滞后性。因此, 中国物联网发展的前景仍有许多难题待突破。
1.1 物联网的结构及特点
物联网技术是一种可以快速建立网络体系、搜寻信息, 并对已拾取的信息进行反馈的一种信息技术。物联网由若干传感节点组成, 可以静态、动态传送信息, 是一种快捷、先进、高效的网络信息体系。大体上说, 物联网具有以下几个显著特点。
(1) 高速性。这是因为物联网运用信息化网络技术, 再加上光纤的急速传输技术, 使得其在信息传送、反馈上具有明显的速度优势。而且, 物联网是由多个传感器和网络中端服务器组成的, 因而在信息拾取上能分摊任务, 从而更加快了它的效率。
(2) 不稳定性。这是因为物联网技术需要多个传感器进行配合支撑网络信息的选取工作, 而一个物联网体系中的传感器数量大, 设计的结构简单, 一旦一个传感器出现问题就会引起连带不良反应, 从而造成物联网的失效和不稳定性。这种问题在较复杂的多级物联网体系中表现最为明显。
(3) 适用性低。物联网体系的节点——传感器, 由于他是一种没有固定中心的网络服务端实体, 再加上传感器的传感距离较小, 一般其通信距离仅仅在几米到几十米左右。因而, 这都导致了他的适用性范围较小, 只能适用于以传感器为中心的几米范围圈之内。
(4) 信息采集效率偏低。物联网技术中, 传感器是信息的采集设备, 然而, 由于他只是一个采集端, 在定时、定量的数据采集之后需要向互联网中端服务器进行信息的运送。这一点与互联网的工作情况有很大的差距。
(5) 数据安全性要求较高。这是因为物联网技术本身就是一个智能化操作体系, 它是非人化操控, 具有自动采集、传输信息的特点, 因而如果期间出现互联网被黑客攻破等就会造成信息的被窃取, 造成信息的外泄。因而, 这就决定了物联网对信息源的数据安全性的高要求, 以免出现企业的重大损失。
(6) 管理的复杂性。就传感器而言, 它具有地址的专属性, 每个传感器都对应唯一的IP地址, 否则就会造成工作的混乱。所以现如今, 营运商一般都采取IPv6式部署, 但它的地址具有浮动性, 因而就大大增加了物联网管理技术的复杂性。
1.2 物联网管理的内容和管理模型
物联网管理系统的大致有五个功能领域——物联网故障管理、物联网配置管理、物联网计费管理、物联网性能管理、物联网安全管理。一般上说, 这五个大体涵盖了网络管理的内容, 但是, 就传感器网络对物联网的接入要求来说, 由于传感器的数量纵多, 接入点太多, 节点的失效性可能大, 从而导致这五个功能已然不能完全兼顾网络管理的实际要求了。
因而我们需要从物联网和传感器网络之间的配合特点加以分析, 找到其不足的部分, 进而弥补原有物联网管理的漏洞。根据现有物联网网络管理技术的实际需要, 我们对其进行整改从而得到以下新的物联网管理模型, 具体如图1:
2 煤矿可视化具体技术及设计与实现
2.1 煤矿可视化具体技术分析
“物联网”作为世界信息技术的第三次革命, 是现代信息技术的集成创新, 更是工业化与信息化的深度融合。笔者认为可视化技术的目标是帮助人们增强认知能力[1]。煤矿可视化技术是以寻找煤矿数据进而建立一个煤矿数据库, 并通过图形软件把他描绘出来, 进而模拟煤矿的藏煤点、藏煤量、安全性等各种信息, 从而形成一个可视化的煤矿管理系统, 从而给决策者提供准确有效的信息。
煤矿挖掘的可视化技术主要有基于几何投影技术、图像技术、分层技术的可视化方法和面向像素的可视化方法[2]等。
(1) 几何投影技术, 是一种通过投影技术把煤矿数据进行可视化处理, 从而形成可视的几何图形, 进而发现煤矿的各种信息、问题。
(2) 图像可视技术就是把数据投射为一个可视的图像上, 从而直观的了解煤矿内各种信息的一种技术。
(3) 分层技术即通过数据的空间分层分类, 进而模拟其分布情况的一种技术。
(4) 象素技术就是通过有色像素进行对应处理, 用不同的色素进行不同的图形对应, 从而清晰直观地模拟煤矿矿产分布的一种十分常用的一种技术, 尤其在地理地图绘制中应用最为广泛。
2.2 物联网技术在煤矿可视化管理中的设计与实现
可视化煤矿管理在煤矿实际生产中的应用具体体现在信息采集、运输以及处理、数据预测等部分, 具体实现途径表现为以下几个方面:
(1) 信息采集。通过感应器的信息感应, 进而通过物联网的信息识别, 来对本地址的煤矿生产环境、开采条件、地质条件进行一个综合的感知, 形成一个信息数据库, 然后发送到人工控制端, 实现整个环节信息采集的一个环节。
(2) 信息运输。依赖于某种通信协议, 组成的一个数据传输和短时储存的一个环节[3], 进行有线和无线的数据传输, 实现快速、高效录入、查询数据的要求。
(3) 信息处理。对采集来的信息进行可视化处理, 这期间需要建立一个信息处理中心, 从而完整映射和对应采集的信息源, 从而对其进行可靠性分析。而且, 这个过程与可视化技术联系最为密切, 因而信息处理的一个主要部分就是把数据转化成直观的图形, 从而给决策者以直观、清晰的判断标准。
(4) 数据预测。可视化技术一个更为重要的作用就是能对煤矿中的隐患数据进行排查和预测, 从而加强煤矿的安全性。煤矿可视化系统首先能对煤矿中可能存在的隐患数据进行稽查, 并进行数据清理, 一旦在情理中发现可疑的隐患数据, 就会立即对其进行数据的概化处理, 并通过可视化的图形处理技术把其模拟塑造成形, 进而彻底找到安全隐患。从这也可以发现, 这个系统大大减少了隐患数据的蔓延, 把其对煤矿矿产的损失影响降到最小, 从而最大限度的保证了矿业企业的利益。
2.3 网络结构体系
把物联网技术纳入煤矿的可视化管理中, 能实现煤矿矿产的从采集、加工、运输、利用整个环节的全程监控, 进而保证煤矿开采的安全控制。物联网技术在煤矿可视化管理中的应用结构体系主要分为感知层、解析层、传输层、处理层、应用层等5层物联网体系结构, 具体如图2所示:
3物联网技术在煤矿可视化管理中的应用
针对矿山各监测系统种类繁多、复杂的现状, 在完成接口设计时, 依据设备与监控物之间的交互, 来提供感知服务, 通过各种监控传感器, 实时、动态获取信息, 具体的应用是:
(1) 煤矿定位。这个部分主要的功能和作用就是开采人员的定位、矿产运输的定位, 它能保证开采人员和矿产的即时定位监控, 进而把这些位置信息输送到服务器中端系统, 实现监控人员全程的跟踪。
(2) 数据扫描。该功能主要指通过对设备、矿产的信息扫描, 进而识别其所包含的煤矿开采信息, 如采纳点、矿产质量等等, 然后把这些信息进行处理形成一个数据传到网络服务中端。
(3) 控制系统。即通过对煤矿信息的从接收到处理再到控制整个过程的控制, 并通过网联之间的相互支持进行信息传送, 从而实现全程各个感应点的控制。
4 效果分析
第一, 提高了管理效率。可视化管理过程优化煤矿管理由传统模式转变为可视化模式, 在很大程度上减少了对人的依赖, 实现了煤矿管理过程的优化。第二, 建立了信息共享体系。煤矿管理的目标之一是实现信息同步化和信息共享。第三, 建立可视化的煤矿管理体系。第四, 满足了个性化的发展需求。随着市场的发展, 市场个性化要求越来越多, 为了满足这种需求, 煤矿管理则必须加快反应速度, 保证敏捷的生产和柔性加工。
5 结论
本文通过阐述物联网技术的概念和特点, 并对其结构模式进行详细的介绍, 然后又论述了当前可视化技术的发展, 进而推进到物联网技术在煤矿可视化上的应用。通过分析应用原理, 进而对其应用进行设计, 并以一个图形来形象描述这个应用, 对矿业企业的煤矿安全生产和监控具有积极地借鉴意义。当然, 本文更多的是从理论层面进行可能性论述, 希望后来读者予以完善和发展, 推进我国煤矿的安全可视化管理向更高层次发展。
参考文献
[1]刘龙, 张运浩.一种新的基于纹理图像功率谱的带材速度检测方法[J].新型工业化, 2011, 1 (12) :22-35
[2]史忠植, 知识发现[M].北京:清华大学出版社, 2002 (1) .
煤矿物联网 篇6
中国煤炭科工集团有限公司
承办单位:中煤科工集团常州研究院有限公司
征稿单位:《工矿自动化》编辑部
论坛时间:2016年12月
煤矿智能化技术与装备是实现煤炭安全高效生产的保障。近年来,国家重点支持煤炭工业发展自动化、智能化,数字化矿山和矿山物联网技术也取得很大发展,相关科研机构取得了一批先进技术成果,国家科技部十三五重大专项也支持矿山安全生产物联网关键技术与装备研究。因此,为进一步促进学术交流及重大技术研究,推动煤矿自动化、智能化水平提高,中国煤炭科工集团拟于2016年12月举办以“煤矿物联网与智能化技术与装备”为主题的“第二届煤炭工业技术委员会电气专家委员会学术年会”,并拟在《工矿自动化》开设“煤矿物联网与智能化”专栏,对录用征文进行连续刊登。
1 论坛主题
煤矿物联网与智能化技术与装备现状及趋势。
2 论坛内容
(1)煤矿物联网、智能化热点和前沿问题专题报告。(2)煤矿物联网重大技术与装备研究专题报告。(3)矿山物联网、数字矿山、无人化智能开采技术与装备学术探讨。
3 论坛征文
3.1 征文方向
(1)煤矿物联网、智能化技术研究现状与发展趋势。(2)煤矿物联网技术前沿、热点、难点问题研究。(3)矿山物联网、数字矿山、无人化智能开采、煤矿自动化技术理论研究及实践。
3.2 征文要求
论文内容符合征文主题,来稿重点突出、论点明确、论据可靠、语言精练,具有科学性、新颖性、实用性。论文应为原创或未公开发表的作品,具有较强的学术价值,能反映所研究领域的最新科研成果及发展趋势。论文字数不超过6 000字,要求图、表清晰,专业术语和法定计量单位规范统一,请参照《工矿自动化》论文格式撰写规范(http://www.gkzdh.cn)。论文所涉及的课题若取得国家或省部级以上基金项目资助,请在文中注明完整的项目名称和项目编号。
3.3 征文截止日期
请于2016年11月30日前将Word稿件发送至邮箱tdczkjfzb@163.com,来稿请注明作者简介(姓名、出生年月、籍贯、职称、学位、研究方向或主要从事的工作、邮箱)、通信地址、邮编、联系电话等。
3.4 征文联系方式
煤矿物联网 篇7
进入21世纪, 全球主要信息化发达国家和地区纷纷将物联网纳入国家发展战略。美国将物联网技术列为在经济繁荣和国防安全两方面至关重要的技术, 以物联网应用为核心的“智慧地球”计划得到了奥巴马政府的积极回应和支持。欧盟将物联网技术作为优先发展的重点领域之一, 于2008年初正式成立欧洲微纳制造技术平台 (MINAM) , 致力于推动全欧洲物联网技术的研发与产业化。2009年8月, 日本继“eJapan”、“u-Japan”之后提出了更新版本的国家信息化战略“i-Japan战略2015”。韩国信息通信产业部在2004年成立了“u-Korea”策略规划小组, 并在2006年确立了相关政策方针。在中国, 2009被称为“物联网元年”, 这年8月温家宝同志在无锡考察时提出了“感知中国”, 在政府推动下, 物联网产业在中国得到极大发展。
为了进一步了解江苏省物联网发展的现状, 我们研究小组深入到江苏物联网发展重镇无锡, 采用实证研究的方法, 展开实地调研。期间考察了一些具有代表性的物联网企业和与物联网相关的研究院, 以期客观、详实地反映出无锡乃至整个江苏省物联网的发展水平。
一、无锡物联网发展现状
江苏省“十二五”规划明确提出重点发展新能源、新材料、生物技术和新医药、节能环保、软件和服务外包、物联网和新一代信息技术等六大新兴产业, 并在无锡建立了我国首个物联网研发基地。无锡在江苏省物联网发展中独占鳌头, 也在全国物联网发展中占有一席之地。无锡市有关部门已采用RFID、传感器、GPS监控等物联网技术在多个领域实现了自动化的监测和管理。正在实施的一些示范工程项目覆盖了众多民生领域, 如“感知太湖”系统就会在水质不达标的情况下自动启动绿色报警, 提醒抓紧打捞。物联网在无锡正如火如荼地发展起来。
(一) 物联网标准化体系建设行业领先
标准是从技术到产业应用的必由之路, 标准化体系的建立是发展物联网产业的先决条件。正如无锡物联网产业研究院刘海涛院长所言:“一个新兴产业的发展, 最重要的是掌握标准。”自2009年以来, 无锡市联合美国有关机构发起了制定物联网国际标准的行动, 以抢占全球物联网产业发展的先机。如今, 中国与美国、韩国、德国一道成为国际物联网标准的主要制定者。而无锡在中国物联网标准的制定中处于行业领先地位。目前无锡市参与制定的物联网国际标准有3项, 占总量的60%, 其中负责牵头制定的有1项。而正在制定的物联网国家标准共10项, 无锡市更参与了其中的9项, 牵头制定的有3项。无锡市在国内外物联网标准制定中的话语权已不容忽视。如今, 在推进传感网的术语和架构标准的这两块, 已经走在世界前列。无锡物联网产业研究院的工作模式由原先单一的将国外的一些标准翻译转化过来, 转换为双向互通, 经过一段时间的发展, 目前已将其制定的一些标准推向国际, 供国际同行借鉴、使用。
(二) 物联网应用示范初具规模
物联网的发展最终要落实到应用示范领域。2010年1月, 工业和信息化部正式批准了第一批“国家新型工业化产业示范基地”, 无锡赫然在列。目前无锡已形成125个物联网应用示范项目, 涵盖工业、农业、电力、物流、交通、安防、环保、医疗、家居等多个领域。无锡是目前国内唯一一个能够在一个城市里做设备制造、软件产品开发、系统集成、网络及运营服务类五个行业的应用综合性示范的城市。
截至2012年10月, 无锡国家传感网创新示范区内拥有物联网知名研发机构32家, 航天科技集团、IBM、西门子公司先后在无锡建立了物联网创新中心, 美国休斯网络公司与无锡市合作建设亚洲地区功能最完善的卫星网络研发基地。无锡示范区列入产业统计的年销售规模100万元以上的物联网核心企业, 从2010年的259家增至今年的608家, 从业人员突破10万人。其中, 设备制造类企业332家, 软件产品开发类企业134家, 系统集成类企业137家, 网络及运营服务类企业5家。2011年, 无锡物联网企业总营业收入达475亿元, 同比增长25.8%, 物联网及相关产业值达796亿元。2012年, 无锡物联网企业总营业收入预计将突破600亿元, 物联网及相关产业产值将达1000亿元。
二、无锡物联网发展的困境
(一) 物联网产业链发展不均衡
物联网的产业链既庞大又复杂, 大致可分为上游、中游和下游。目前无锡物联网已经形成了从研发到应用的完整产业链, 但是物联网上中下游产业链之间发展不均衡, 总体呈现出“中间强, 两头弱”的特征。 (参照图1)
资料来源:中国物联网研究发展中心
产业链中间的网络提供商、软件及应用提供商以及系统集成商企业比较多, 实力比较强, 如中国电信、中国移动、和中国联通三大通信运营商入驻无锡, 使无锡的网络提供实力大幅提升。在系统集成方面, 如无锡泛联做的重庆机场物联网项目。在十几公里的机场跑道上, 用于检测的物联网系统, 要对机场上千个节点进行统一管理, 每天一公里的误报率是0.2次, 与国际著名的美国泛博和以色列的麦高公司的20次以上的误报率相比, 整整高出了两个数量级。
但是上游的传感器、芯片提供商和下游的物联网运营商则相对比较薄弱, 成为物联网发展的阿喀琉斯之踵。从物联网在无锡兴起以来, 无锡一直很重视上游产业链的发展, 一些方面技术达到甚至超过了国际水平, 比如无锡长电科技研发的一个封装技术, 使生产成本下降了30%左右, 引起行业震动。但总体技术水平依然处于落后状态。许多高端设备、技术还要靠进口, 包括核心芯片技术, 比如TSA硅穿孔技术, 以及一些比较特殊的专业产品, 比如蓝藻探头, 进口一个就要6万美金。
同时, 下游的物联网运营商也相对比较薄弱, 由于行业刚刚起步, 许多技术和产品尚处于研发和示范应用阶段, 产品不成熟, 同时受到产品价格偏高、传统观念束缚和相关配套的服务不完备等的影响, 物联网的商业化之路并未大规模开启, 这也导致了下游物联网运营企业偏少, 规模偏小。
(二) 物联网人才匮乏
人才是企业发展的核心要素, 尤其是物联网这样的知识密集型产业, 人才储备就是知识、技术储备。团队所调研的每个企业都特别强调人才在物联网发展中的作用, 同时又都认为目前物联网缺乏人才, 尤其是缺乏高端复合型人才和行业领军人物。在国内, 相比北京、上海等地, 无锡高等教育资源匮乏, 产业发展面临较严重的人才资源瓶颈。虽然采取了“拿来主义”的措施, 从其他地区引进大量专业技术人才, 如“530”计划和“无锡千人计划”, 已经引进了包括物联网方面的人才在内的领军型创新人才近千名, 但是依然无法满足物联网快速发展的需要。无锡地区物联网行业人才的缺失与行业对人才的旺盛需求之间的矛盾, 影响了物联网产业的发展。这主要体现在以下三个方面。第一, 人才队伍不稳定。国内培养的电子类人才因企业待遇、机制和管理等因素, 一般企业很难留得住他们。据了解, 无锡地区的企业员工月流失量达到2%, 几乎每天都有新员工流进流出。第二, 人才培养不到位。以电子封装为例, 如今, 在美国的大学里一般都设有专门的封装课程。而国内高校尚未开设此专业, 一些需要封装技术人才的企业, 如无锡长电科技, 就需要自己引进专业的教授和老师, 去培养人才。但无锡长电科技毕竟是大型企业, 有实力去自己去培养人才, 对于一般的中小企业而言, 由于实力有限, 更多地选择高薪聘用人才, 这一方面给企业带来很大经济负担, 另一方面组建的人才队伍也缺乏稳定性。第三, 中层技术管理人才缺失。企业要发展壮大, 必须要建立现代企业的管理制度, 树立现代企业管理理念, 拥有现代企业管理人才。管理出效益, 目前无锡物联网行业高端管理人才的缺乏, 成为企业成长的短板。
(三) 物联网企业规模偏小
企业规模是指生产资料、职工等生产要素和产品产量在工业企业中的集中程度, 表明了企业组织的大小。《新帕尔格雷夫经济学大辞典》对“规模经济”作了权威性的定义, 表述为“考虑在既定的 (不变的) 技术条件下, 生产一单位单一的或复合产品的成本, 如果在某一区间生产的平均成本递减, 那么, 就可以说这里有规模经济。”扩大企业规模, 一方面是为了降低企业内部成本 (如批量采购成本, 工序间转换成本降低等) , 以获得规模经济收益;另一方面可以提高企业的运行效率 (如专业化的分工带来效益提高等) 。企业规模小, 则无法利用大规模生产经营降低成本, 从而不能以低价格优势去开拓市场, 参与市场竞争, 制约了产业及企业的发展。目前, 无锡地区物联网企业数量迅速增加, 规模迅速扩大, 与物联网相关的企业已经达到608家, 但其中缺乏对物联网业务的应用推广产生重要影响的大型企业, 多为中小型企业。
三、对物联网产业发展的思考
(一) 注重物联网产业链的均衡发展
整个物联网产业链就像生物圈的食物链一样, 是一个整体, 任何一个环节出现问题, 都会影响到其他链条的发展。上游是整个产业链的咽喉, 并最终决定物联网产品的定价权, 产业链上游的状态直接决定了中下游的发展。同样, 下游的应用也很重要, 应用顺畅, 反过来又会刺激中上游的发展。因此, 应大力培养和发展上游和下游产业链的企业。针对产业链上游, 更加重视物联网核心技术的研发, 如传感器、核心芯片以及一些比较特殊的专业产品的研发, 发展出一批具有科研实力的企业和研究院。同时, 对下游的物联网运营商等, 也要鼓励其开拓市场, 发展出一批在市场应用领域有影响力的企业。这其中, 政府要扮演重要角色, 从宏观方面来维持产业链的均衡发展。当一个企业或行业尚处于襁褓之中的时候, 需要政府在政策、资金、税收等方面给予呵护, 促使其渡过困难期。在行业发展失衡时, 政府也可以利用政策上和资源加以矫正。例如在资源既定的情况下, 政府可以向薄弱的上游和下游适当倾斜, 在政策制定上也可给予上下游企业以优惠, 从而加快这两端的发展。当然对于产业链发展比较好的中游企业, 也要通过各种方式促使其进一步做大、做强。
(二) 制定物联网人才的培养战略
物联网是典型的交叉学科, 涉及的核心技术包括网络技术、通信技术、传感技术、RFID智能识别技术等。因此物联网人才的培养要涉及到诸多方面, 包括科研人才, 技术人才和管理人才。
1. 在高校开设物联网专业。
目前国内缺乏物联网相关专业的人才, 一些有实力的大中型企业会自己花钱去培养技术人才, 但是耗费时间和金钱, 大多数中小型企业出于业绩考虑, 并不愿意去培养人才。人才匮乏影响到企业的创新能力和产品的技术含量, 从而使企业陷入价格竞争的怪圈。放眼国外, 专业人才的培养一般都放在高校进行。目前, 目前高校开设物联网专业一般会受到师资和教材的限制, 课程也并不成熟, 在江苏, 仅江南大学和南京邮电大学开设了物联网专业。高校应该重视物联网师资力量和教材的编写, 在更多的学校开设物联网课程。同时重视高职院校对物联网技术人才的培养, 日本和德国制造业的强大原因之一是高职院校非常发达, 为社会输送了大批专业技术人员, 培养物联网人才要既要注重科研人才也要注重技术人才。
2. 加强物联网企业与高校合作。
根据经济学的产品属性理论, 高等教育是准公共产品, 即个人、企业和社会都会因个人受到教育而获益, 按照谁受益谁分担的原则, 个人、企业和社会都应该承担人才的培养成本。一方面, 企业可以直接与高校合作开展研发, 或委托高校培训员工;另一方面, 企业也可以为高校物联网专业提供相关的设备、设施, 或者资助物联网相关人才培养。学生在校期间也可以到物联网相关企业考察、实习。需要指出的是, 这里指的校企合作是一种新型的校企共同成长的合作。高校的老师, 一般对企业不太了解, 一般从理论层面研究出发, 而企业则是面向市场, 更多从时间层面出发, 许多时候高校研究方向与企业并不一致, 一个注重课题效果, 一个注重产业生产。因此应该找到一个结合点, 让企业与高校能有效地联合。目前已有30多家高校和科研所在无锡设立了物联网研发机构。
(三) 注重物联网的推广和应用
目前物联网的示范应用已经体现出其巨大的行业发展潜能, 但是距离大规模市场推广和应用还有一段路程, 物联网的推广和应用受到市场需求和产品价格的影响。当前市场对物联网的需求是很大的, 如智能驾驶、智能家居等。之所以尚未迅速推广, 一方面受传统思维影响, 人们的习惯一下很难改变, 另一方面是由于产品价格偏高, 产品尚未常熟, 以及配套服务不完善等。物联网产品正处于起步阶段, 产品价格偏高也是情理之中, 即便是在有成熟产品的美国, 也是一样。例如买一套智能家居, 需要花费两三万块。在需求不断增加的情况下, 如何降低物联网产品价格, 提高物联网产品质量以及完善服务体系就成为当下需要重点解决的问题之一。
1. 降低物联网企业的研发成本。
市场需求影响价格, 而价格又直接受制于生产成本, 在需求既定的情况下生产成本就成了影响物联网产品价格, 并最终影响产品推广和应用的主要影响因素。首先, 政府要对企业研发进行一些投入。物联网许多核心技术如传感器、芯片等研发周期长、投入高、风险大, 许多企业无法单独承担, 在这方面, 政府可以对企业研发提供资金、技术和设备的支持, 设立专项补贴, 同时优先采购国产同类研发产品, 直接或间接帮助企业降低研发成本。其次, 加强企业的联合研发。同一产品被不同企业重复研发, 间接提高了研发成本。加强企业联合研发, 可以分散研发风险, 并且降低总体研发费用。第三, 与外企合作, 引进并吸收先进技术。对国际上已有的先进技术, 可以引进吸收, 间接降低企业研发成本。
2. 扩大企业规模, 实现规模经济。
企业规模扩大带来的批量采购和专业化分工会直接降低生产成本。第一, 鼓励企业合并。企业合并是扩大企业规模的途径之一, 目前物联网企业之间联合不足, 竞争有余, 一些低端产品产能过剩, 损害了企业自身的同时, 也给提高了整个行业的生产成本。以半导体为例, 目前国家设计芯片的公司有500家, 总的销售额可能还比不上美国一家。面对日益激烈的国际市场竞争, 企业合并是对抗国际大型企业的办法之一, 也是实现规模经济, 降低生产成本的途径之一。第二, 发展出一批具有国际影响力的大企业。物联网企业在起步阶段, 政府在鼓励市场竞争的同时, 应重点培养一批具有代表性的大企业, 从而带来产业效应。出台相关政策, 如增加投入、减免税收等, 同时对产品的定价进行适当保护, 如设立产品价格底线, 保护企业利益。同时在本土企业做大做强之前, 对外企进行相应限制, 例如台湾的封装技术全球领先, 在封装方面应制定政策限制台企。
3. 不断加强技术创新。
创新是企业发展的灵魂, 一个企业要想做大做强, 必须要走创新之路, 同时创新又是降低产品成本, 提高产品性能的重要途径之一。物联网企业的创新需要来自政府层面的鼓励、支持和保护。一方面政府可为企业的创新提供资金、技术支持, 另一方面, 在法律层面加强对物联网创新成果的保护, 如专利保护, 设与立物联网相关的技术奖项, 如物联网科技奖等等, 从而激发企业创新的热情, 用技术推动产业发展。
4. 建立相关的配套服务。
物联网是一个新兴的产业, 许多配套的法律、规章和制度都不完善。就如同互联网刚兴起的时候, 针对网络诈骗、网络犯罪的各种规章、制度不到位一样, 物联网也正在遇到类似问题。例如我们在家里布置了一个无线的智能家居, 可以通过手机很方便地控制它, 但是小偷也可能通过某种手段控制它, 如果是这样, 那一方面我们的安全就没有了保障, 我们的损失该由谁来负责, 另一方面小偷这一行为也就涉及到了物联网犯罪, 由谁来处罚他以及怎么处罚他, 都是要解决的问题。相关的配套服务建设是物联网发展的卫士, 在法律、规章和制度领域, 政府应该发挥主导作用, 积极促进物联网相关配套法律、规章和制度的建立和实施, 从而为行业的健康发展保驾护航。
四、结论
无锡物联网的发展是江苏物联网发展的一个缩影, 也基本上能够代表江苏的物联网发展水平。2009年以来, 无锡物联网取得了飞速的发展, 从标准制定, 核心技术开发, 到物联网产品的应用等, 都取得了长足进步, 企业规模迅速扩大, 数量迅速增加, 这些都为无锡物联网的进一步跨越式发展打下了基础。这次调研基本客观真实地反映了无锡乃至江苏物联网发展的现状。当然, 在无锡物联网的发展在取得辉煌成就的同时, 也遇到了一些困难和问题, 如物联网人才缺乏, 产业链发展不均衡, 物联网产业化程度低, 产品价格偏高, 相关的配套服务不完善等。任何一个行业, 在发展初期都会出现类似的问题, 关键是如何去看待所遇到的困难和问题。令人欣慰的是, 物联网企业和相关政府部门也逐渐注意到这些情况, 并试图去解决一些困难和问题。我们对无锡乃至江苏物联网的发展充满期待, 会一如既往地加以关注和支持, 用一个观察者和学习者的眼光去看待整个地区、整个物联网行业, 以研究者的视角对物联网的未来发展道路进行思考和研究, 从而为江苏物联网的发展贡献一点微薄之力。
参考文献
[1] .保罗·萨缪尔森, 诺德豪斯.经济学[M].北京:人民邮电出版社, 2008
[2] .伊特韦尔.新帕尔格雷夫经济学大辞典[M].北京:经济科学出版社, 1996
[3] .李复兴, 龚益鸣.经济计算辞典[Z].北京:经济管理出版社, 1991
[4] .闵春发, 汪业周.物联网的意涵、特质与社会价值探析[J].中国人民大学学报, 2011 (4)
[5] .刘永谋, 吴林海.物联网的本质、面临的风险与应对之策[J].中国人民大学学报, 2011 (4)
[6] .张军杰, 杨铸.我国物联网产业发展状况、影响因素及对策研究[J].科技管理研究, 2011 (13)
[7] .乔海曙, 谢璐芳.物联网产业突破发展研究[J].经济问题探索, 2011 (9)
[8] .杨培强, 顾小萍.促进物联网产业化发展的对策研究--以嘉兴为例[J].经济研究导刊, 2010 (24)
[9] .绳立成, 张颖, 王光辉.中国物联网产业集群发展态势分析及路径[J].北京科技大学学报 (社会科学版) , 2010 (3)
[10] .董爱军, 何施, 易明.物联网产业化发展现状与框架体系初探[J].科技进步与对策, 2011 (7)
[11] .科学技术部发展计划司.2010全国及各地区科技进步统计监测结果 (一) [EB/OL] (.2011-01-31) http://www.sts.org.cn/tjbg/tjjc/docun ents/2011/201101311.htm
千面物联网 篇8
物联网系列专栏文章1
由于物联网内涵的广泛和表现形式的多面性,业界意见一直不统一,所以物联网多年来一直不被认为是一个“产业”,没有权威的产业研究报告,市场规模难以确定,VC不知道如何投资。而现在,物联网的春天总算来了。
千面物联网
物联网生活畅想当您在办公楼里忙碌的时候,是否担心正在学校上学的孩子的安全?您可以给他佩戴一块“智能定位”手表,然后在电子地图上画定“电子围栏”,一旦孩子的活动范围超出设定的区域,您将收到一个报警短信。当辛苦工作了一整天的您准备下班回家的时候,是否想过用您的手机简单地发出一个指令,提前指挥冬天里停在室外的汽车化雪解冻,让家中的空调启动、电饭煲开始煮饭,解除您不在家时的防盗设置?或者,当您下班时在路上通过手机支付上网买了一瓶好酒,准备招待朋友,在酒送到餐桌前时,您是否想过可用手机扫描酒瓶上的RFID电子标签,查询这瓶酒的真伪?这些都是物联网技术已经实现了的应用。
物联网技术还可以实现许多“未来世界”的应用。全世界有3000万盲人(约500万在中国),国外有人已设计出基于生物传感芯片技术的隐形眼镜(图1),与手机“物联”实现盲人对周围环境的感知。 在笔者曾经工作和生活过的IBM所在的纽约上州Hudson河畔,IBM正在使用物联网技术实施一项计划,对整个河流实现“全景”检测(图2),确保水资源生态健康。 国外有人还做出了基于传感网络技术的火星自适应植物生长设备(图3),帮助植物群在火星上自动移动寻找适合生长的地方。
国际电信联盟(ITU)在其2005年发布的“物联网”报告中,也描绘了类似上述场景的2020年日常生活的一天。其实,这一天的到来可能不用等到2020年了,物联网可以帮助人们更好地实现对一切“智能物件”的远程管理,真正做到“运筹帷幄之中,决胜千里之外”,这也是温家宝总理提出的“感知中国”为我们描绘的生活蓝图,“智慧地球”(SmarterPlanet)将使我们生活的世界更加智能化、智慧化,实现“高效、节能、安全、环保”的和谐社会。
澄清物联网
什么是物联网?这本来是一个很简单、易理解的概念。但由于其涉及面广泛,几乎所有的行业和日常生活都可以与之相关联,自从温家宝总理发表了“感知中国”的讲话后,各行各业的从业人员都争先恐后地站出来发表自己的见解,出于不同的业务背景和观察角度,多数人往往都带有本位主义色彩。一时间这个概念变得很复杂,众说纷纭,莫衷一是,业界和社会上对这个概念的理解似乎已形成一种“盲人摸象”的状态。
英文百科Wikipedia的定义很简单: The Internet of Things refers to a network of objects, such as household appliances,物联网即“像家用电器一样的物体的互联网络”。在英文中, Internet(互联网)是一个“新词”,由“INTER-NETworking”缩写而得来, 不管是英文还是中文翻译,叫起来都很“顺口”且“响亮”。在中文中,虽然“物联网”这个词和“互联网”一样, 叫起来很响,但在英文中“物联网”(Internet of Things)不是一个词,叫起来也“不顺口”,所以在英文里,“物联网”叫得并不响,在不同场合被其他不同的词所替代,如M2M(Machine to Machine)、 传感网(Sensor Networks)、智慧地球(Smarter Planet或Smarter Earth)、泛在计算(Pervasive Computing)、 普适计算(Ubiquitous computing)等, 还有一些不常用的说法: (感知计算)Sentient Computing、 Hauptic Computing、 Physical Computing、 Ambient Intelligence、 Utility Computing、 Context-Aware Computing、 Things that Think、 Machine that Talks、 Smart Device等等。
在“物联网”这个词的翻译上,和当年Internet翻译成“互联网”而不是“互连网”一样,中文翻译已经比原词的内涵丰富了很多。笔者认为目前用“物连网”这个词或许更确切,由于网络安全和应用本身的特点等原因,大多数应用都运行在内网(Intranet)和专网(Extranet)中,只能算是“Network of Things”,而非“物联网”。既然有“物”,就一定有“产权”概念,许多应用是不可能做成“物联网”供大众去浏览和查询的,因此,在很长一段时间内,物联网主要将以“物连网”的形态存在于“内网”和“专网”中。但有些应用的确是可以做成“物联网”的,如Google的PowerMeter,所以国外有些人提出了X-Internet(可执行的互联网)等概念。
据美国权威咨询机构Forrester预测,到2020年,世界上“物物互联”的业务,跟“人与人通信”的业务相比,将达到30比1。也有预测这个比例将来可达到100比1甚至1000比1,其发展前景巨大,对经济和社会的影响是不言而喻的,物联网被称为是下一个“万亿蛋糕”产业。IT业大约每隔15年便会发生一次变革: 1950年计算机出现,1965年是大型机时代,1980年个人电脑兴起,1995年互联网掀起革命,2010年将开始下一轮革命,这就是物联网。1992年,笔者在瑞士CERN中心看到了最早的互联网HTTP系统,三年后互联网开始腾飞,同样,物联网相关技术M2M、传感网、RFID等也在几年前出现,2010年将是其腾飞的开始。
从大的IT业“变革性浪潮”来看,已发生了两次: 即50年代计算机的出现和90年代初互联网的出现。在当前大力提倡节能减排、延缓全球气候变暖的新形势下,物联网适时地提供了实现“高效、节能、安全、环保”的“管控营”一体化关键技术,这是物联网将在国内外掀起信息革命第三次浪潮的充分必要条件。
由于物联网内涵的广泛和表现形式的多面性,业界意见一直不统一,所以多年来一直不被认为是一个“产业”,没有权威的产业研究报告,市场规模难以确定,VC不知道如何投资,这是一些像笔者一样的早期从业人员长期面临的困惑: 不被理解和认可。尽管现在还存在争议,但物联网理念已成为主流,可以作为一个“真正的产业”来发展了,物联网的春天终于来了!
“产业惯性”定律
作为一次新的技术变革,物联网和前两次变革一样,必将引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。尽管物联网概念并非“中国创造”,但物联网的理念在中国已经得到了更深层次的丰富和发展,物联网与其说是一个外来概念,不如说它已经成为一个地道的“中国制造”概念。
“产业惯性”定律的解释是: 发达国家因为既得的领先优势和提前投入产生“包袱”,难以全面革新(18世纪英国超荷兰,19世纪美国超英国)。正如无线通信(手机用户数和综合使用水平处于国际领先)和互联网(阿里巴巴、百度、盛大游戏等业务处于世界领先或独创)业务在中国的发展一样,中国完全有可能通过发挥“五大优势”后发制人夺取制高点。笔者认为中国发展物联网产业的五大优势是:
拥有世界数量第一的用户群体;
中国政府集中优势资源,具有实现节约型和谐社会的决心和能力;
中国已经有世界领先的网络基础设施(三大营运商早已开始M2M业务);
现有业务积累“包袱”相对较少(有利于重新规划和规范);
中国人具备追求新奇的用户习惯。
前段时间有IBM工程师断言说中国目前还没有一家物联网公司,这个说法没有标准可参照,略显轻狂。中国目前有很多做物联网业务的公司,所以才出现了对物联网概念的“千面”解读,笔者认为可以大概地把国内目前从事物联网业务的人群分三类:
RFID从业人员: 他们认为物联网概念是1998年MIT Auto-ID中心主任Ashton教授提出来的,前段时间中国股票市场“横空出世”的物联网概念股五虎都是做RFID或智能卡的公司;
传感网从业人员: 这个人群以研究人员为主体,也包括一些仪器仪表业界的公司,这也是温总理“感知中国”提法的主要依据,无锡正在力争成为中国传感网中心;
M2M人群: 中国三大通信运营商在推M2M这个理念,自动控制行业相关企业也是推动力,它们关注末端设备的互联和集控管理,两化融合系统等。
随着物联网产业的发展、相互交流的增加,这三类人群对物联网的理解已经从一开始的相互争论到意见的逐渐统一。只要业界同仁团结一致,共同奋斗,中国一定能抓住机遇,必将在物联网产业引领世界潮流。
作者简介
煤矿物联网 篇9
相对于主要连接计算设备的互联网, 理论上可以连接各种物品的物联网 (IoT:Internet of Things) 具有更大的普适性。物联网作为新一波信息技术浪潮, 在许多国家和地区得到了充分的重视, 如欧盟[1]等。物联网在我国也逐渐引起了人们的重视, 已经上升为国家战略[2,3,4]。在2005年由ITU的物联网研究报告[5]中明确提出了物联网的概念, 分析了物联网的特征、面临的挑战与机遇。比较公认的是, 物联网是一个整合网络, 即物联网不太可能发展成为另外一个与互联网对等的、全球性网络, 而是利用互联网把各种各样的物品连接起来。物联网作为万物互联的概念网络, 物品的多样性和差异性使得物联网可以找到多种技术起源, 直接相关的是普适网络[6]、基于RFID的EPC网络[7]和无线传感器网络[8]。理清物联网概念的关键是理顺物联网与互联网之间的关系:从互联网的角度看物联网, 物联网是互联网的进一步整合, 可以说物联网是下一代互联网;而从物联网的角度看互联网, 互联网为物联网的实现提供了联通的通道和手段。
二、物联网的知识体系与《物联网导论》的课程内容
明晰了物联网概念的内涵和外延以后, 可以为物联网的知识体系建立一个层次化的概念模型。这个概念模型对万物互联所需要的知识体系进行了整理, 刘云浩9]把物联网划分为一个4层的层次化模型:感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层, 如图1所示。在感知识别层:各种感知识别物体信息的标签技术、传感器技术、智能设备用于采集物体的信息, 设置反作用于物体的原有的运行状态。这个层次的技术体现了物联网工程专业具备交叉学科的特性。在网络构建层:以各种网络技术, 包括互联网, 作为物体信息的传输纽带, 进而实现物体与物体、物体与人等之间的广泛的互联互通。这个层次的技术主要是已有的或者新兴的各种网络通信技术。在管理服务层:利用各种计算技术实现对物体信息的综合利用, 大而化之地说, 包含计算学科的所有技术并不算十分夸张。这层的技术最终会表现为物联网的中间件形式, 可能是物体接入技术相关的、应用领域相关的或者是通用的。在综合应用层:直接面向丰富多彩的各种物联网应用, 如物流、环境监测等。物联网工程多学科交叉的特点, 使得很难建立一个面向物联网实际应用的可靠而完备的知识体系, 一方面多种学科的知识, 特别是计算学科的知识都可以可靠地应用于物联网工程中;然而另一方面, 物联网应用的丰富多彩又决定了很难形成一个完备的知识体系。所以在《物联网工程导论》课程的教学内容组织上, 只能在物联网层次化模型中的每层中, 选取若干的关键技术进行介绍, 而不是去满足知识体系的完备性。在感知层别层:主要介绍以RFID为主的标签识别技术、传感器和一些智能设备。在网络构建层:主要介绍互联网和一些无线网络。在管理服务层:主要介绍一些关键技术, 如搜索技术、海量信息处理、智能信息处理、安全技术等。在综合应用层:介绍一些物联网的典型的应用场景和应用案例。
三、探讨物联网工程专业的专业建设
对物联网概念进行分解的层次模型中的感知识别层, 可能会融合一些物理、机械、电气、电子、控制学科的知识, 而网络构建层主要是通信学科和计算学科的知识, 管理服务层和综合应用层主要是计算学科的知识。在实际进行物联网工程的专业建设的时候, 不太可能形成一个完备的课程体系, 进行全面的讲解, 在注重学生培养宽口径的同时, 总是会有所取舍。个人认为在物联网工程专业课程建设和学生能力培养方面, 注重以下两个方面的把握:
1. 高校物联网工程的专业建设和学生培养要区别于职业学校的职业教育, 做到厚基础、重体系、宽口径, 特别要以计算学科的已有的雄厚的专业建设功底作为后盾, 使得培养的学生具备扎实的计算学科的基本素质和基本能力。
2. 高校物联网工程的专业建设和学生培养要区别于已有的计算学科的专业教育, 在重基础的同时, 做到一招鲜, 使得学生具备物联网中的典型关键技术的研发能力, 如基于RFID的标识技术、传感器和无线传感器网络、智能设备开发 (如基于Android的开发) 。
通过作者在《物联网工程导论》课程的教学实践出发, 谈了一些对于物联网和物联网工程专业的一些粗浅的认识, 希望能够对读者有所帮助。
摘要：从事物联网工程专业的先导性课程——物联网导论的教学实践出发, 谈一些体会和经验, 然后探讨物联网工程专业的专业建设中的一些问题。希望通过这些探讨, 能够对高校的物联网专业建设有所启示。
关键词：物联网,专业建设,物联网导论
参考文献
[1]Commission of the European communities.Internet of Things—an Action Plan for Europe[EB/OL].[2010-11-12].http://ec.europa.eu/information_society/policy/rfid/documents/commiot2009.pdf.
[2]温家宝.2010年政府工作报告[EB/OL].[2010-11-12].http://www.gov.cn/2010lh/content_1555767.htm.
[3]2010中国国际物联网大会:http://www.iotconference.com.
[4]中华人民共和国国务院.国务院关于加快培育和发展战略性新型产业的决定[EB/OL].[2010-11-12]http://www.gov.cn/zwgk/2010-10/18/content_1724848.htm.
[5]International Telecommunication Union.The Internet of Things[R].Geneva:ITU, 2005.
[6]ITU Y.2002.Overview of Ubiquitous Networking and of Its Support in NGN[S].ITU-T Recommendation, 2009-10.
[7]EPC:http://www.gs1.org/epcglobal.
[8]National Instruments:http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8707.
互联网大佬多数短期看淡物联网 篇10
对于物联网与互联网的融合, 与会者各抒己见。
看好物联网概念的数字中国联合会常务理事李颖表示, 2010年后真正是移动互联网时代, 互联网发展趋势可以概括为“融合, 泛载, 智能”, 即互联网开放性、交互性使得互联网还会面临新一轮信息爆炸和信息应用深度的扩充。
值得注意的是, 软银赛富阎焱表示, 绝不会投物联网概念。他表示, 虽然“物联网”概念成为行业炙手可热的话题, 但自己看不懂物联网, 看不懂的东西都不会进行投资。这一观点得到了华谊兄弟董事长王忠军的赞同, 他直言觉得物联网的概念“太复杂、有点晕”。宇龙通信董事长郭德英也表示, 3年内物联网等概念不会有明确发展方向。
此前, 李彦宏和柳传志也对物联网泼了冷水, 李彦宏说, “我还没有看清楚物联网, 觉得非常模糊、不清晰, 就像1992年、1993年时的信息高速公路, 大家知道这是未来趋势, 但会发展成什么样子心里并不清楚。”柳传志则表示, 中国企业做传感网不是强项, 物联网现在还在早期阶段, 对于物联网的投资要谨慎。