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關鍵詞:物聯網技術;基本內涵;應用要求;應用問題;解決措施
物聯網技術本身與傳媒技術相關,也可以說物聯網技術起源于傳媒領域。在信息技術高速發展的今天,技術人員應明確物聯網技術的優勢,結合時展特點,將物聯網技術與各類科學技術結合起來,尤其是無線傳輸技術等通信技術。物聯網技術的設施需要借助比較完整的系統,此系統應具有較好的通信功能、無線信息傳導功能以及數據處理能力。另外,在大數據技術以及人工智能技術的支持下,物聯網系統也具備了一定的智能識別和自動化處理能力,從而促使物聯網系統可同時具備感知能力、網絡傳輸能力以及個性化的應用能力。
1物聯網技術的基本內涵與應用要求分析
1.1物聯網技術的基本內涵分析
物理網技術是一種綜合類型的技術,涉及傳感器技術、信號識別技術、定位技術以及紅外感知等各類技術,并且需要與各類技術對應的硬件系統的支持。在應用物聯網技術時,系統需要根據初始設計參數,實時采集系統數據,包括監控數據、智能家居設備連接數據、物體發生發光數據以及熱力數據和電氣數據等。物聯網中的“物”一般指具有一定智能化特性的家居電氣或者公共基礎設施,借助物聯網系統,物與物之間、人與物之間可形成有效的溝通網絡,并借助高速率的無線傳輸技術,實現信息的交互與共享。從此角度也可看出,物聯網技術基于互聯網,并且需要以傳統的電信網絡為信息的主要載體,進而可使不同功能的物聯系起來,共同實現物聯網的功能,滿足用戶的功能性需求。
1.2物聯網技術的應用要求分析
物聯網技術旨在實現物與物相連,甚至實現萬物互聯,這就要求在應用物聯網技術時,首先,技術人員應使用非常穩定的無線互聯技術,做好物與物之間的連接工作;其次,技術人員應明確物聯網技術的本質,物聯網技術的本質與互聯網相關,物聯網是基于互聯網的設備控制網絡,可以將物聯網理解為互聯網技術的發展和擴充;再者,技術人員在設計物聯網系統時,一定要注意強化系統的安全性。這是因為在用戶使用物聯網技術時,往往會被要求上傳用戶的一些敏感信息,例如指紋信息或者臉部、聲音等信息,而此類信息具有非常強的私密性。為此,為了保護用戶的隱私,在應用物理網技術時,技術人員一定要做好系統監管工作;另外,由于物聯網系統的布置需要借助各類傳感器,此時的傳感器其實更像一個傳感器系統,系統內部各傳感器之間的數據也具有共享特性,為了提高信息共享的效率,設計人員應正確編寫系統層的通信協議,保障物聯網中的各類硬件設備可形成安全有效的通信系統。
2物聯網技術的應用范圍分析
2.1醫療領域
醫療領域的物聯網技術應用程度比較深,但整體應用范圍并不廣泛,基于物聯網技術的醫療系統一般在一些大城市的公立醫院中可以見到。從系統層面分析,病人從掛號到取藥的整個過程中,可應用物聯網技術實現醫療信息的互通和整合。具體而言,首先,在病人掛號時,可提前使用微信或者掛號憑條直接預約醫院的看病序號,在到達醫院之后,可直接掃碼或者出示相關的預約記錄,即可取號看病;其次,在看病時,病人可根據掛號科室,根據醫院的指示牌前往對應的樓層,在到達預定地點之后,病人可在等待區等待候診。一般而言,醫院的醫療系統會在病人看病之前,通過手機短信為用戶發送相關的提示信息,提醒用戶完成候診;再者,在病人開始看病之前,系統會根據病人的號碼在大屏幕上顯示相應的名字信息,并會使用系統直接叫出病人的名字,提醒病人進入相應的診室。在這個過程中,病人的信息會被醫院的醫療信息準確抓取,在看病時,醫生可從系統中直接調取病人的信息,并在看診時完善信息。如果需要為病人開取藥物,醫生可直接在病人的檔案中直接填充藥物信息,病人在繳費完成后,即可到指定的窗口取藥。醫療領域的物聯網主要是將病人、醫療系統以及醫生三方聯系起來,并通過具有指向性的措施,提高三方信息共享的有效性。
2.2安防領域
安防領域的物聯網技術主要與公共安全相關。在經濟發展新時期,城市建筑規模不斷擴展,人們的居住空間之間的聯系越發緊密,一些比較密集的居住區其實存在較為明顯的安全隱患。為了解決城市居民居住安全問題,技術人員可利用物聯網技術,在居民區布置各類傳感器,在居民區出現險情時,報警器會及時報警,提醒居民逃離危險區域;同時,基于物聯網技術的安防系統會自動報警,向警方以及消防單位傳遞相應的求救信號,消防人員在收到信號后,會根據險情及時制定相應的消防方案。另外,從公共安全的角度分析,海洋污染、大氣污染以及山林火情等均屬于比較大型的安全事件,預防、檢測此類污染或者險情的實際狀態也可使用物聯網技術。此間,技術人員可根據當地的氣候特點,利用物聯網系統實時檢測相關污染數據,為系統設置初始參數,從而在發現問題時,物聯網系統可及時啟動相關的檢測設備,對險情進行進一步檢測。此過程的數據收集效率較高,設計人員在設計物聯網系統時,也應結合具體的防治要求,切實提高安防工作的整體質量。
2.3智能家居領域
物聯網技術在智能家居領域的應用最為廣泛,應用質量也比較高,人們對智能家居的認可度也比較好。物聯網技術之所以在智能家居領域可獲得比較快速的發展,一方面由于家居廠商為了適應新時期人們家居的新需求,在物聯網領域不斷創造創新,豐富了家居產品的物聯網功能;另一方面,在經濟發展新時期,物聯網技術的實現也有賴于小型智能家用電器的推廣。換言之,正是由于家居電器的智能化,促使物聯網技術可借助無線網絡技術實現對家居設備的控制,并可深度適配消費者的個性化需求,為消費者提供個性化的家居電器應用方案。在手機、平安電腦等設備應用非常普及的今天,物聯網技術可將智能化設備與智能家居設備聯系起來,為用戶提供遠程控制的條件。用戶在工作單位或者回家的路上即可完成對相關設備的控制,這樣不僅可提升物聯網技術的應用范圍,也可強化物聯網技術的功能性,在為人們提供便利的生活條件的同時,也在改變著人們的生活習慣。
3物聯網技術的應用問題及相應的解決方法分析
3.1平臺管理問題分析
平臺管理問題主要與物聯網系統的構成要素相關,一般而言,物聯網系統中的各類設備本身具有其特定的屬性,這些屬性在出廠時即被設定完成,相應的廠商會根據設備應用實際需求對設備的外形或者功能進行個性化設計。但是當此類設備被加入具體的物聯網系統中時,設備便成了系統的一部分,其應具有較好的系統適應性,可為系統中信息的共享和傳輸提供基礎性條件。但在物聯網技術的實際應用過程中,由于不同行業執行的產品設計標準差異性明顯,導致不同設備產生的信息質量不同,相互之間存在一定的交互滯后性。即使不同廠家和平臺的設備之間可以實現互相流通信息,但也會經常出現信息反饋不及時或者系統命令執行錯誤的情況,例如基于安卓系統的家居設備和基于IOS系統的設備之間的互通性就很不理想。為此,技術人員應開發統一性的系統管理平臺,并可促使各類設備在統一的管理協議的引導下,可執行統一的操作,進而實現高效率以及高質量的物聯網技術應用過程。
3.2技術應用成本問題分析
成本問題是物聯網技術能否得到廣泛應用的關鍵問題,雖然一些物聯網技術可以實現具體應用,但由于應用成本過高,無法實現量產,導致消費者對此類設備存在一定的消費偏差,實際的應用效果也不能達到預期的應用效果。例如可實現RFID的電子標簽技術本身比較簡單,但受限于硬件設備的產量,實際的生產成本很高,一些企業根本不會積極發展相應的產品線,導致與此類硬件設備相關的物聯網技術無法得到有效普及。另外,物聯網技術還要基于傳感器技術,而傳感器本身對周圍環境的判斷與環境的實際特點相關,一些傳感器的判斷效果容易受到環境的影響,甚至環境的溫度、濕度均會對傳感器的判斷效果產生影響,這就導致物聯網系統中的信息損失掉了一定的可靠性和真實性。為此,技術人員在布置物聯網系統時,應結合用戶的實際情況和需求合理選擇具體的傳感器類型,并為用戶編寫與傳感器相關的使用說明。實際上,物聯網技術之所以還沒有完成質變,與傳感器技術的發展密切相關,為此,傳感器行業也應積極創造創新,大力發展傳感器技術,提高傳感器的工作質量。
3.3安全性問題分析
安全性問題主要與用戶個人的隱私數據相關,傳感器作為物聯網中的關鍵設備,若要提高傳感器的應用質量,收集有效的物聯網數據,需要用戶提供真實的數據信息,此類數據信息不僅包括用戶的位置信息,甚至還包括用戶的指紋、聲音以及面部信息。但此類信息具有私密性,用戶的信息不允許被隨意泄露。物聯網系統的高效運行還需要網絡技術,而網絡技術依托的網絡本身并非局域網,雖然設置了一些相應的防火墻,但由于設備本身的運行平臺不同,執行的行業標準存在差異,這就導致不同設備執行的安全協議本身也不同,雖然設備各自可完成信息的監控和監管,但從系統整體的角度分析,信息的泄露依據是系統運行最大的安全隱患。為此,在設計物聯網系統時,設計人員應在保密協議方面進行優化設計,可從底層標準方面與廠家進行溝通,盡量做到系統層面的統一性,這樣才可進一步解決用戶隱私泄露的安全性問題。
4結束語
總之,本文在分析了物聯網技術的基本內涵與應用要求的基礎上,進一步分析了物聯網技術的應用問題及相應的解決方法,主要論述了平臺管理問題、技術應用成本問題以及安全性問題。技術人員在設計物聯網系統時,一定要結合用戶的實際需求,并且應參考物聯網技術的應用標準,以保護用戶信息為重,提高物聯網技術的應用質量。另外,為了優化用戶的應用體驗,在選擇智能家居設備時,設計人員也應選擇具有統一操作平臺的智能家居設備,這樣可在一定程度上消除平臺不匹配造成的信息共享類問題。除此之外,智能設備廠商也應積極應用物聯網技術,收集并分析用戶的反饋和意見,以用戶的實際需求為準,優化系統操作界面,將物聯網技術的應用過程人性化,進而切實提高物聯網技術的應用質量。
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信息產業持續十年的高速發展,手機、互聯網已和大多數人的生活密不可分。就在人們不斷質疑信息產業的成長性時,以物聯網、云計算、智慧地球等為代表的新一代信息技術應用蓬勃發展,推動著以綠色、智能和可持續發展為特征的新一輪科技革命和產業革命的來臨。物聯網已經成為我國戰略性新興產業,全國掀起了快速發展的物聯網熱潮。許多高校開設了物聯網技術專業,主要是面向現代信息處理技術,培養從事物聯網領域的系統設計、系統分析與科技開發及研究方面的工程技術人才。具體的課程內容涵蓋了電子技術、現代傳感器和無線網絡技術、物聯網相關高頻和微波技術、有線和無線網絡通信理論、信息處理、計算機技術、系統工程等基礎理論課程,以及物聯網系統的傳感層、傳輸層與應用層關鍵設計等專業核心的知識和技能。在此基礎上,所開設的《物聯網技術與應用》課程內容涵蓋了物聯網、無線射頻識別(RFID)技術和無線傳感器網絡(WSN)的基本概念、原理、應用,主要包括了物聯網概述、物聯網體系結構及其信息技術、RFID技術、RFID的頻率標準與技術規范、RFID電子標簽應用、無線傳感器網絡、云計算、物聯網安全技術、物聯網的應用等內容。課程內容相對于計算機專業和電子技術專業的學生來講,學生都可以學懂該課程的內容,但是,相當非計算機專業的大學生若按照該內容開設該門課程,學生學起來就困難重重。
2《.物聯網技術與應用》課程作為公共課程開設的思路
該門課程作為計算機公共課程開設,能讓非計算機專業的學生能聽懂和學到物聯網的基本知識,了解物聯網基本應用,就必須在課程內容的選擇時,做較深入的探討,拋開物聯網技術開發或標準制定等內容,通過應用案例的研究展示,告訴學生該如何理解和應用物聯網技術,是“為應用而應用”。該門課程核心觀點認同物聯網存在的必要性,認為其發展大有前途。從物聯網應用案例的各個角度展開,形成一些明確的、共識性的觀點:①物聯網的廣泛應用將是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息革命,或稱為信息產業革命的第三次浪潮;②互聯網與物聯網的整合,改變了人類的生產和生活,實現全球“智慧”狀態;③物聯網帶來了新的產業革命,可利用物聯網信息通信技術改變未來產業發展模式和結構;④作為信息技術與網絡技術,物聯網可廣泛應用于各行各業,實現信息的共享、反饋;⑤物聯網將是一個新興產業,物聯網產業是具有萬億元級規模的產業;⑥當前我國物聯網發展的障礙集中于安全、成本、效率、標準化、整體規劃等方面。
3《.物聯網技術與應用》課程融合學科開設探索
針對當前物聯網大多數都是針對技術的開發,主要是計算機專業或應用電子技術專業等專業的學生學習,而對于一些非計算機專業的學生來講,不需要深入了解傳感器、網絡構架等專業內容,只需要知道物聯網在本專業中怎么樣使用和能做什么用,所以,針對非計算機專業的學生,通過該門課程的學習,希望可以深入淺出地解答物聯網中很多尚未清理的疑問,比如,物聯網是什么?物聯網能做什么?物聯網、云計算、傳感網等熱門詞匯是什么關系?物聯網有哪些關鍵技術、輔助技術?物聯網的產業鏈怎么構成?物聯網在社會、經濟以及人們的日常生活中如何應用?物聯網的產業未來發展的前景如何?能在物聯網產業中扮演怎樣的角色?物聯網產業發展對未來職業有何影響?等等。通過深入分析《物聯網技術與應用》課程的技術內容和廣泛的應用范圍,結合不同學科的大學生所掌握的知識結構特點,理清了針對非計算機專業的學生如何調整該門課程的教學內容。課程內容為48學時,分三大部分。第一部分,主要以物聯網為主線,描述物聯網的認知、物聯網關鍵技術的特征結構及應用領域[2]、物聯網產業鏈;第二部分,詳細介紹物聯網在供應鏈管理中應用、物聯網在智能電網中應用[3]、物聯網在物流管理中應用[4]、物聯網在農產品產業鏈中應用、物聯網在社會經濟領域中的應用;第三部分,主要介紹物聯網技術發展的新趨勢和新特點,以及新時期對物聯網專業技術人才培養工作的需要,從爭奪國際經濟科技制高點的角度探討了物聯網標準體系及建設重點、物聯網技術的發展方向以及物聯網產業發展及對未來職業的影響。具體課程內容見表1。本課程作為新技術的介紹課程,注重的是物聯網的含義、架構和運營過程的理解,并了解物聯網在各行業的應用,是拓寬知識視野,提高信息素養的素質教育課,無須太多技術背景。在第二部分的應用篇,可以針對不同專業學生,老師可以選擇性地有詳有略地講解。該門課程可以在工科類和經管類專業中先行開設,例如:物流專業、營銷專業、自動化專業等專業課程拓展,從而為未來物聯網的普遍實施奠定理論基礎和實踐經驗。
4.結語
每一個新興經濟時代的來臨,都會給人類社會帶來巨大變革。無論是很久以前的蒸汽機,還是上個世紀才出現的計算機和互聯網,都給整個社會的經濟發展帶來了巨大商機。物聯網技術作為下一個新興技術產業核心,將給現行的傳統經濟帶來翻天覆天的變化,同時也蘊藏著不可估量的巨大商機。正因為如此,美國總統奧巴馬在2009年將物聯網的發展上升為美國國家戰略,美國國家情報委員會也將物聯網技術確定為對美國利益具有潛在影響的六種關鍵技術之一,認為物聯網技術存在裂變性的影響力,將對人類社會的生產和生活帶來巨大的影響。事實上,歐洲聯盟也了《歐盟物聯網行動計劃》,系統地提出了物聯網發展的戰略設想,開始從感知、宏觀架構、通信、組網、軟件平臺及中間件、硬件、情報提煉、搜索引擎、能源管理、安全監控等10個層面進行系統研究。同時,日本、韓國和新加坡已開始大力部署本國的物聯網發展戰略。
200 9年兒月3日總理在人民大會堂向首都科技界指出:要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術,及早部署后IP時代相關技術研發,使信息網絡產業成為推動產業升級,邁向信息社會的“發動機”。總理發展物聯網技術的理念得到了全國各地的積極響應,各省市紛紛成立了旨在推進物聯網技術的產業聯盟。我國物聯網產業的主管部門,工信部已經明確,我國未來將從五個方面著手培育物聯網產業,具體包括:培育物聯網的應用:鼓勵企業建立創新機制:建立物聯網的標準:打造物聯網的產業鏈:制定物聯網發展指導意見等。
大量跡象表明,人類社會將進入物聯網時代,一場以物聯網為代表的新興產業發展必將帶動全球產業結構的優化,從而形成新一輪經濟增長。商貿活動的物聯網化將是這個新興產業時代的排頭兵,因此,只有積極應對,迎接以物聯網產業為代表的技術革命,才能充分把握未來整個商貿事業發展的先機。
商務事業離不開物聯網技術
物聯網技術是將物質實體電子化、信息化、智能化、網絡化的產物,也是商品服務社會化、智能化發展的必然產物,是現代信息網絡技術與傳統商品市場有機結合的一種創造。在傳統商務過程中,任何一筆交易,都包含著信息流、商流、資金流和物流。在目前條件下,前面三種“流”的管理過程都可以通過計算機和網絡通訊設備實現。而物流則是最為特殊的一種,它是物質實體(商品或服務)的流動過程,包含著運輸、儲存、配送、裝卸、保管、物流信息管理等各種活動,物聯網技術正是旨在對商貿活動的全過程進行智能化處理和控制的一種新技術。
物聯網技術的商務服務對象不受地域限制,所以,建設一個高效率、低成本的物聯網產業體系,既是商務發展的需要,也是各個企業面臨的現實問題。因此,物聯網技術無疑將成為人類社會商務活動中不可缺少的部分。事實上,通過物聯網技術,可以解決傳統商務活動中物流與信息流、商流、資金流嚴重脫節的問題。它可以從商品生產的原材料采購開始,對其整個生產過程、包裝,存儲,運輸、交貨,直到商品應用等進行全過程的信息化和智能化處理和控制。另外,物聯網技術也是實現“以顧客為中心”理念的根本保證,使?肖費者最小的成本和精力獲得最好的消費服務,以最大程度地方便最終消費者。
物聯網技術將促使企業重新認識商貿和物流過程,明確商貿工作的管理目標,促進新的商貿供應鏈的形成,并使商貿物流管理的內涵得到新的延伸。
抓住關鍵推進物聯網產業發展
發展物聯網技術,對于經濟和商貿發展具有非常重要的意義。我國已在各方面積極準備全面推動物聯網的發展。然而,物聯網建設是一個系統工程。在管理上需要政府主導,在實施上急需建立標準體系。政府主導和建立標準體系是保證物聯網產業發展的關鍵。
物聯網技術架構主要由感知層、網絡層和應用層組成,也就是硬件、網絡技術研究和應用項目開發。從這個角度看,陜西是我國重要的科研教育和高新技術產業基地,省內科研機構和企業的技術及產品,幾乎涵蓋了物聯網行業應用的全部產業鏈。作為政府主管商貿流通業的綜合管理部門,重要的是通過商貿和管理職能,將企業和科研單位的目光和研究重點引到物聯網產業和關鍵技術方面。同時引導物聯網技術應用項目的開發和招投標工作,立足現有的產業基礎,利用區域優勢資源,加快建立一批涉及國計民生的示范工程項目,帶動物聯網產業發展,加快形成較為完備的物聯網技術體系和產業體系,推進物聯網產業的發展。
物聯網技術要實現產業化,其實有很多非常復雜的標準化問題。國家相關的組織也在加緊制定標準,但這個過程相對來說比較緩慢。國家管理部門希望把車聯網的項目推向全國,同時商務部也在這個方面制定了標準,并正在建立商品網,這些都是物聯網產業中不同名稱的獨立應用。物聯網有很多核心技術,這些技術都是和物聯網相關的,這些技術的標準化工作現在都已經開展,包括傳感器、識別技術、云計算技術等,都應有相應的標準技術,商務部門是社會商貿活動的政府管理機關,參與制定有關物聯網技術的標準化工作責無旁貸。
加強應用探索搶占物聯網技術應用市場先機
改革開放以來,我國經濟水平的不斷提高,人們的生活水平也在不斷提升,在經濟的社會水平不斷發展的過程中,對電網運行也提出更高的要求。在特定的應用程序下,完全理解物聯網技術,以確保準確的監測數據,以改善電網的運行質量。近年來電力企業正在不斷擴大運營,電網的規模發展在同時壯大,還將建立網絡信息傳輸平臺,智能電網操作,能夠快速地充分利用網絡操作的優勢,實現完全的信息操作,尤其是利用電力傳輸和轉換設備對運行狀態的實時監控,物聯網技術的引入是為了實現電網的遠程控制。文章首先簡要介紹輸變電設備檢測中物聯網技術的應用方式及應用現狀,進而對于物聯網在輸變電檢測設備檢測過程中,分別從物聯網的不同層級對于其應用過程進行了詳盡的分析。
關鍵詞:
物聯網技術;監測;輸變電設備
1物聯網技術的簡介及構建
基于物聯網的物聯網技術是為載體實現虛擬空間信息共享的技術。通過網絡協議相關的虛擬空間實現運營的。隨著互聯網技術的發展,移動互聯網的出現為高端技術的產生和發展提供了平臺,包括跟蹤GRS的函數技術,紅外定位技術和定位功能等等。物聯網系統包括感知層、網絡層和應用層三層結構。感知層的功能是接受范圍內的網絡信息,網絡結構的連接,通信設備是使用短距離無線通信網絡連接,使感知層可以有效地接受各種網絡信息系統操作和控制的傳播信息,并將信息傳輸到指定的設備。在物聯網系統中,網絡層主要是為各種各樣的信息開發網絡數據傳輸的功能。物聯網系統應用程序層包括電腦、智能手機和平板電腦等,使計算機在應用程序層和用戶名之間交換。
2物聯網體系的設計及輸變電設備狀態監測的現狀
在物聯網系統中,包括協調員,路由器和終端設備。其中,協調員是物聯網的核心,包括建設網絡和連接到設備維護、無線數據傳輸等內容,對硬件部分的功能具有指示作用。路由器的作用有網絡設計和電路設計為主,通過網絡連接,將主控制芯片連接到網關接口,路由器被連接到網絡終端設備。物聯網系統設計也關注節點的設計,提高路由器的兼容性,確保終端節點是協調員相同的數據信號傳輸,輸出信號通過MAX232邏輯電平轉換后轉移到網絡平臺和終端設備,通信信息開始傳輸數據。當前電力傳輸和轉換設備狀態監測系統,通常是一個單一的電力傳輸和轉換設備狀態參數集,將信息收集和應用程序產生的損害隔離,系統需要建立自己的獨立信息數據庫,將沒有形成網絡覆蓋的區域聯合起來,大大提高收集信息系統操作和維護的能力,為以后分析和預測診斷提供便利。當前每個系統制造商不同,導致同一個裝置難以統一標準,通信協議很少將操作、維護和校準系統與其他系統統一,數據傳輸也更容易受到強電磁干擾。基于無線傳感器網絡技術的物聯網技術,RFID無線射頻識別技術的識別,智能監控對象,如無線傳感器網絡(WSN)技術可以有效地解決電纜通信故障。RFID射頻識別技術是基于網絡的數據的通信技術,射頻通信結合無線遠程傳輸通過GPRS無線通信網絡模型,稱為實時同步的電力傳輸和轉換設備管理,提供了一種新的智能電力傳輸和轉換設備狀態監測。在互聯網感知層、傳輸設備的桿塔部署的傳感器傳輸線變電站設備。利益智能傳感器網絡,實時采集電力傳輸和轉換設備狀態信息,明確小型化方向。無線傳感器,以實現感知層范圍內的電力傳輸和轉換設備監控為目標。在物聯網網絡層之間根據數據收集,分析,應加強可視化和SCADA系統及其他應用程序的信息綜合能力,實現綜合的全面數據分析。物聯網技術要根據輸變電設備運行需要充分了解互聯網技術和大數據的集成,以促進物聯網網絡信息傳播的有效運行。操作的物聯網技術在電力傳輸和轉換設備的利用上充分發揮作用,還將物聯網技術的相關研究引領至科技的前沿,以確保能夠準確進行電力傳輸和轉換設備的狀態檢查。
3輸變電設備狀態監測中物聯網技術的應用
電力傳輸和轉換設備狀態監測及物聯網技術的引入,所有的電力傳輸和轉換設備生命周期管理,為了提高電力傳輸和轉換設備的操作性能。在物聯網技術的應用中,電力傳輸和轉換設備狀態監測、物聯網系統的建立,需要電力傳輸和轉換設備,采用分層分布式體系結構,包括智能感知、智能網絡和智能應用程序等。
3.1智能感知層
電力傳輸和轉換設備系統的物聯網智能感知層是基于物聯網為載體,傳感裝置的應用包括智能傳感器、GPS全球定位系統(GPS)、紅外傳感器、EPC標簽等等。電力傳輸和轉換設備運行狀態數據生成的智能感知,并收集資產信息。感知層收集到的信息,包括電力傳輸和轉換的傳感器網絡設備狀態,信息采集、信息操作及信息網格操作,為輸電線路和設備安裝的信息收集提供包括氣象信息、自然災害預警等信息。
3.2智能網絡層
在智能網絡層,通過數據傳輸通道,將在異構網絡的一層進行介入。因此,電力傳輸和轉換設備的無縫訪問操作是電力傳輸和轉換設備之間的操作。智能終端的公共接口根據需要將輸電線路和通訊網絡之間建立連接,包括電力數據通信網絡、通信電纜、電力無線個人網絡將信息傳播到變電站智能監控系統中,如傳輸線的兼容性和可擴展性。傳輸的信息,也可以直接轉移到移動變電站設備和網絡信息管理平臺上。供電局變電站網絡致力于將待傳輸的信息進行信息的收集,并將信息傳輸出去。在供電局需要建立光學網絡,網絡層連接變電站設備,以實現信息交換。電力傳輸和轉換設備是物聯網的集成,以得到各種各樣的信息。這些信息數據操作將為生產管理系統提供數據和設備操作,利用數據集成信息參考數據生命周期管理。
4結束語
文章總結溫習了在特定的應用程序下,完全理解物聯網技術,注意根據監測需求把握電力傳輸和轉換設備及使用物聯網技術,以改善電網的運行質量。分析通過網絡協議相關的虛擬空間是如何實現運營的。隨著互聯網技術的發展,移動互聯網的出現為高端技術的產生和發展提供了平臺,包括跟蹤GRS的函數技術,紅外定位技術和定位功能等等。當前電力傳輸和轉換設備狀態監測系統,通常是一個單一的電力傳輸和轉換設備狀態參數集,將信息收集和應用程序產生的損害隔離,系統需要建立自己的獨立信息數據庫,將沒有形成網絡覆蓋的區域聯合起來,大大提高收集信息系統操作和維護的能力,為以后分析和預測診斷提供便利。智能終端的公共接口根據需要將輸電線路和通訊網絡之間建立連接,包括電力數據通信網絡、通信電纜、電力無線個人網絡將信息傳播到變電站智能監控系統中,如傳輸線的兼容性和可擴展性。文章在社會主義經濟快速發展的背景下,我國電網快速發展為背景對物聯網在電網檢測中的應用現狀及應用過程進行了簡要的分析,在日后的生產建設過程中,物聯網建設將在電網運行中發揮更多更大的作用,期待相關學者專家能夠以物聯網和電網目前的高速發展為契機,做出更精細嚴謹的科學研究。
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關鍵詞:物聯網技術;遠程監控;生產運行管理平臺
數字化油田是石油工程信息化的高級階段,是信息化達到網絡化、數字化、模型化和科學化的全新標志。石油工程作為一個跨學科、多專業相互配合的技術高度密集型行業,信息化一直伴隨著工程行業的發展,并發揮著巨大的作用。近年來,通過應用驅動和技術研發創新引領的互動式發展,基于物聯網技術的數字化建設,在石油工程數據采集、遠程監測等領域得到廣泛應用,本文針對石油工程生產運行與管理實際,擬基于物聯網技術,通過構建集可視化、功能化、數字化鉆井系統,以滿足鉆井日常生產運行、生產管理、生產監控、設備管理的需求。
1物聯網基本內涵
國內對于物聯網的概念是整合了美國的CPS(Cyber-Physical System)、歐盟的IOT(Internet of Things) 和日本的i-Japan的概念,但又不完全和哪一個相同。由于物聯網本身與互聯網、移動通訊網、傳感網等有密切的關系,因此國內不同領域的專家針對物聯網的思考出發點各異,事實上我國對物聯網還沒有一個精準和公認的定義。物聯網體系架構大致有三個層次,底層是用來感知數據的感知層,第二層是數據傳輸的網絡層,最上面則是內容應用層。隨著“物聯網”技術的發展與廣泛應用,從工作辦公到日常生活應用都與計算機技術和信息化有效結合,包括我們接觸與使用的各種設施與物體以及物品,比如交通工具汽車,居住的樓房,出行必需的公路、鐵路、機場,乃至手中的鑰匙、手上戴的手表等等,只需要安裝一個極小的感應芯片,就可以有效利用紅外線感應、全球定位系統、激光掃描技術、無線網絡信息系統或者射頻技術,使之與互聯網相連,進而利用能力超強的計算機群實現智能化管理。為有效整合企業的各類服務、降低重復工作的損耗,可以采用基于面向服務架構(SOA)的物聯網企業應用框架,并能通過.Net平臺和Java 平臺兩種技術實現。運用該框架、利用射頻標識構建的物聯網可以對企業各業務流程進行監控,并實現海量數據資源共享和高效利用,從而為企業資源整合提供了一種可行的解決方案。
2物聯網技術特點、作用與應用
物聯網的幾個關鍵環節可歸納為“感知、傳輸、處理”,實現“及時、精確、全面地獲取和處理信息,達到科學決策、降低成本、提高效率、保護環境、增強安全等目標”。其中,傳感技術、嵌入式智能技術和網絡、通信技術為物聯網的l展和廣泛應用奠定了基礎。
2.1物聯網技術的主要特點
物聯網的主要特點體現在技術和應用層面上,主要包括:一是感知識別普適化。作為物聯網的末梢,自動識別和傳感網技術近年發展迅猛,應用廣泛。從衣食住行中,仔細觀察都能發現大量的感知技術的應用。無所不在的感知與識別將物理世界信息化,對傳統上分離的物理世界和信息世界實現高度整合;二是異構設備互聯化。硬件和軟件平臺千差萬別,不同型號和類別的RFID標簽、傳感器、移動數據采集終端、手機、移動PC等實現網際間信息共享和融合;三是聯網終端規模化,所有構成要件都作為網絡終端納入系統之中;四是管理調控智能化。物聯網將大規模數據高效、可靠地組織起來,為上層行業應用提供智能的支撐平臺;五是應用服務協同化,物聯網技術覆蓋生產運行與管理的各環節,可以有效提高企業整體信息化程度。
2.2物聯網技術的作用
通過將物理對象與信息承載體無縫聯接,實現虛擬和物理世界的一體化,使得物理對象積極參與業務流程(互動,通信,控制),通過對數據的大規模采集與集成智能運用,最終實現商業價值和社會價值。物聯網是一種非常復雜,形式多樣的系統技術。根據信息采集、傳輸、處理和應用的原則,可以把物聯網分為感知層、網絡層、管理服務層和應用層
3 運用物聯網技術構建數字化生產運行管理平臺
數字油田是實體油田的虛擬表示,能夠匯集油田的自然和人文信息,人們可以對該虛擬體進行探查和互動。從技術架構上來看,運用物聯網技術構建數字化鉆井生產運行管理平臺是一項涉及多學科的復雜的系統工程,需要信息通信技術、石油地質、石油工程、企業管理等有關專業,旨在更加廣泛、及時、準確的進行信息采集;深化應用軟件實施,更好的完成信息處理及應用,解決各種生產運行與管理問題;建立更為便捷的信息開放和共享平臺,更好的實現信息間的互聯互通,為生產運行管理提供便利。
3.1 數字化鉆井生產運行管理平臺
基于上述分析,筆者擬結合石油生產運行與管理實際,提出一種新的運用物聯網技術構建數字化生產運行管理平臺的實現方案。該系統主要利用數據傳感技術、計算機軟件開發、數字控制、計算機網絡、系統集成及數據共享技術,開發建成集井場數據自動采集、數據加工分析、設備遠程控制、遠程視頻監控及分析決策為一體的生產運行管理平臺。
該系統完全遵循物聯網技術的三層結構,在感知層中,利用安裝在現場的傳感設備及視頻監控設備,將生產數據和視頻圖像實時采集并集中起來;在網絡層,利用有線或無線通信網絡將數據傳送至數據中心服務器;在應用層,利用數據庫、計算機軟件開發、智能計算、云計算等技術對數據進行加工、分析、整理、,并以文字、報表、圖形、圖像等方式及時顯示出來,實現遠程監測、控制、輔助分析、生產決策等功能。按物聯網分層原理,鉆井生產運行管理平臺由數據采集子系統、數據傳輸子系統和生產運行管理子系統三部分組成。
4 應用前景與展望
物聯網技術本身不是一個全新的事物,它的核心在于應用創新。以物聯網技術為基礎,在構建生產運行管理平臺應用包括條形碼技術、GPS技術、管理軟件等物聯網范疇的技術過程中,要進一步深化理解“應用為王”思想,通過持續的應用創新,打造出業內領先的數字化生產運行管理平臺。
參考文獻:
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關鍵詞:農業信息化;物聯網;應用
本文得到河北省哲學社會科學研究基地(省農業經濟發展戰略研究基地);河北省高等學校創新團隊領軍人才培育計劃(計劃編號:LGRC029);河北省教育廳重點研究項目(SD151065);河北省社會科學基金項目(項目批準號:HB15YJ053);河北蔬菜產業人才培養與創新團隊、河北省蔬菜、食用菌現代農業產業經濟崗位項目的資助
中圖分類號:F724.6 文獻標識碼:A
收錄日期:2015年12月2日
一、國外文獻綜述
(一)發達國家農業信息化發展情況
1、美、法兩國不同的農業信息化服務模式。美國實現集約化的農業信息化生產方式,依托的是高度發達的農業信息服務體系,主要體現在:“政府投入型”為主的投入模式,包括重點投資基礎設施而不是農作物和提供低息貸款;“政府主導型”的組織模式,包括政府主導的農業信息化組織結構和完善的法律規章制度體系;現代信息技術的信息傳播方式,包括網絡媒體、電話服務和圖書館查詢。
法國作為歐盟最大的農業生產國,與美國相比,雖然起點比較低但是發展速度快,這得益于其成功的農業信息化服務體系:一是“政府型+商業型”的投入模式,這種雙方面的資源投入擴大了資金來源,相關企業通過這種方式進行投資獲益,也鼓勵了他們繼續投資;二是“多方合作型”的組織模式,法國服務主體眾多,包括各級農業部門、農業事業聯盟、農產品加工業協會、農商會等,他們在服務內容、對象、規模上各自有所側重,形成互補;三是“傳統+現代”的信息傳播服務模式,除了網絡媒體、電話、圖書館之外,主要還有會議、廣播、報紙、刊物、傳真等形式,呈現出分散、直接、多渠道的特征;四是不斷完善的法律法規等制度保障體系。
2、美、德先進的農業信息化技術體系。美國在物聯網技術和信息化其他技術集成的基礎上形成了成熟的精準農業,主要應用的技術有農業數據庫系統、遙感技術、地理信息系統。同時,先進的農業信息網絡技術使得近20%的農場主選擇網上交易,農業電子商務占總電子商務的8%,在所有行業中排行第五。
德國在農業信息采集、存儲、處理決策和控制方面均運用了物聯網技術和其他信息化技術,并注重技術之間的集成,以保環境促發展為目的。
(二)物聯網技術應用情況。Michael Chui、Markus Loffler and Roger Roberts(2010)認為可以通過物聯網技術加強對員工行為的感知,以此來改善公司管理。同時,運用物聯網的傳感器驅動的決策分析,將物聯網技術應用于石油和天然氣行業,可以降低開發成本。RFID技術應用于零售業可以改善供應鏈管理、縮短零售周期、提高供應鏈可見度、提高企業知名度和未來盈利能力。未來在零售行業中RFID技術有望取代條形碼技術,因為它不需要操作人員的視線關注并能夠提供更多功能,提高了處理速度和效率。而專業技術的缺乏、不確定性和復雜性也是RFID技術帶來的風險。
二、國內文獻綜述
(一)我國農業信息化發展情況。在農業信息化服務體系方面,我國采用的是“政府主導型”投入模式,主要包括:屬于無償放款的撥款方式;使資金得到高效、有償使用的貸款方式;補貼、補助和貼息方式。組織模式是以國家農業部門為主導,其他涉農部門為輔。信息傳播模式在傳統方式的基礎上,不斷投入使用先進的農業信息傳播方式,比如“三電合一”、“百萬農民上網工程”、“農報110”等。在農業信息化技術體系方面,我國農業信息采集、傳輸、存儲、處理決策方面的技術得到深化,借鑒國外先進經驗,探索了一系列適合我國農業信息化發展的項目,使相關技術落地生根;一些集成化技術已應用于精準農業。
廣東省發展農業信息化在區位、資源、政策、經濟上占有得天獨厚的優勢,已經初步建立了比較健全的省、市(地)、縣(市、區)和鄉鎮四級農業信息網絡體系。河北省也已初步建立了全省性、區域性和特色農業網站三大類網站,并在“十二五”期間全力推進全省農業信息化“114工程”,進一步完善農業信息化體系。
(二)物聯網技術應用于農業方面的研究。物聯網技術的感知、傳輸技術已成功應用于大田種植、設施園藝以及農產品物流等方面。傳感器可以感知采集目標檢測區內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等,為精準農業、溫室種植環境監控提供了有效的解決方案。中國移動依托土壤墑情和作物用水規律研發出智能化滴灌控制系統,解決了新疆石河子墾區農業灌溉用水利用率低的問題。利用二維條碼和RFID技術可以建立農產品質量安全追溯系統。中國電信建立智能農業倉儲管理與溯源平臺,提升了企業食品安全意識和消費者信任感。北京派得偉公司參與了科技部“農業物聯網測控系統”重大項目,實現了農業傳感感知、傳輸通訊和分析處理功能。
農戶可以通過移動客戶端查看數據進行相關操作,在此基礎上還可以農產品供求信息,通過音視頻互動方式與農業專家進行線上交流,為作物病害進行遠程診斷。
(三)物聯網技術在生活方面的應用情況
1、交通領域。利用物聯網技術建立公交無線視頻監控平臺,通過安裝GPS定位系統和車載監控系統實現對車輛的實時監控和調度。另外,物聯網技術還可以控制車輛行駛狀態、在高速公路上不停車使用ETC收費,等等。
2、房地產領域。通過互聯網等通訊技術將傳感器安置于地產開發涉及到的人員和物體、機器及各種終端設備,將小區醫院、幼兒園、停車場等公共場所、設施的信息上傳、匯總,實現人與物、物與物的互通,達到遠程控制和智能化管理。
3、醫療領域。未來的小區以及家庭內部將建立起與醫療機構的互通互診的健康檢查系統,使醫生通過網絡就可以對在社區內的患者進行簡單的診治。浙江大學附屬一院何前鋒提出了簡約數字醫療物聯網,認為醫療物聯網是以醫生、病人、藥品、醫療器械為代表的“物”,同基于一定標準的工作流程的“網”之間信息的交互。
4、物流領域。物聯網技術改變了物流信息的采集方式,改變了從生產、運輸、倉儲到銷售各環節的物品流動監控、動態協調的管理水平,極大地提高了物流效率。通過物聯網技術可以建立集物流配載、電子商務、資金質押、信息跟蹤、倉儲管理、安保警備、海關安檢等功能為一體的綜合的物流信息服務平臺。
(四)物聯網發展仍存在的問題
1、信息集成技術落后,信息共享渠道不通暢。使用物聯網技術產生的大量數據,用目前的存儲方法保存會占用很大的硬盤空間,存儲成本也比較高。同時,由于部分鄉村通訊手段非常落后,很容易形成“信息孤島”問題,信息難以實現共享、流通困難。相關產業、相似流程的信息不能共享,缺少借鑒、重復作業增加了成本,提高了失敗率。
2、商業模式待完善,相對成本較高。目前,我國農業物聯網商業模式有三種:政府支持的示范性項目、物聯網企業做的示范性推廣項目、國有大型農業物聯網項目。在這三種模式下,不論由誰提供資金,都存在著相對成本高、產業鏈成員參與不主動的問題。所以,構建穩定共贏、規模化、有利可圖的物聯網商業模式是推廣物聯網技術非常重要的部分。
相對成本較高:一是人力成本較低;二是采納物聯網技術的成本較高。用整套的物聯網技術來代替人工勞動力,投入必然會增加,尤其是在農業生產中,這一點成為阻礙物聯網技術推廣的重要因素。
3、開放性不足,規模化應用少。目前,我國物聯網技術應用主要局限在小規模、企業內部,大規模的、企業之間的甚至是跨境的應用并沒有非常成功的案例。
4、技術標準不一致。物聯網技術作為新興技術,在初期推廣的過程中,信息采集、傳輸、人機互交接口的技術標準不一致,各個標準組織比較分散,缺乏統一協調,導致上下游企業之間不能進行有效的合作。對于廠商而言,缺乏統一的技術標準參照,不能進行大規模生產,進而影響終端產品的穩定性和成本。
5、相關法律法規仍有待健全。工信部雖在2011年提出《物聯網“十二五”發展規劃》,就我國2011~2015年物聯網發展的主要任務、保障措施等給出了明確的指示,但針對各省市具體環境、現實背景的更細化的政策文件仍有待完善。各級政府也缺少比較詳細的物聯網發展規劃,使得物聯網技術推廣大多只是紙上談兵。
(五)影響物聯網發展的因素研究。總結眾多專家學者的觀點,基于Tornatzky和Fleischer提出的技術組織環境(TOE)分析框架分析物聯網發展的影響因素。
1、技術本身特性(T)。主要包括技術的復雜性、兼容性、感知效益和成本等。首先,物聯網技術的復雜性與接觸物聯網技術的一線人員本身的素質、能力掛鉤。在各行業(尤其是農業)中推廣物聯網技術,實地操作人員對該技術的理解程度、熟練程度直接影響到推廣成效。若技術太過復雜,會增加了人員操作的難度、降低操作人員的信心,導致抵觸心理的產生;其次,物聯網技術的兼容性決定了推廣的規模。兼容性好的技術可以快速、有效地與原有企業、其他上下游企業業務流程契合;最后,感知效益和成本是物聯網技術推廣的決定性因素。帶有明顯營利性質的企業最看重的因素:一是應用物聯網技術是否減少了人力成本、提高了運行效率;二是增加硬件設施成本以及相關維護成本是否不大于原先的人力成本。
2、所處組織特征(O)。就是指企業規模、高層支持、技術知識、供應鏈企業間相互信任等方面。規模較大的企業,在面對新技術的推廣、實驗時有足夠的資金支持,包括購買硬件設備和聘請專業人員等;承擔新技術實驗失敗風險的能力也比小規模的企業要大些。高層決策人員對物聯網技術的關注和支持程度,相關人力、物流、財力的支出程度,也影響著物聯網技術是否會被采納。供應鏈企業之間較好的利益分配機制和風險分擔機制,對采納物聯網技術有正向促進作用;而眾企業若想共同推進新技術的采納,就需要相互之間的信任和協作。
3、周圍環境因素(E)。主要包括競爭壓力和政府支持。競爭壓力一方面是由于同業企業采納物聯網技術,激烈的競爭導致企業不得不采納以跟上行業的整體步伐;另一方面是合作企業要求而應用物聯網技術。另外,政府方面在出臺一系列政策支持物聯網技術發展和推廣的基礎上,還需撥出專項資金來幫助更多的企業進行物聯網改革。政府政策的傾斜往往是具有超越一切其他因素的影響力的。
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1.1研究對象
作為“智慧中國”的重要組成部分,物聯網技術受到越來越廣泛的關注。為適應這種發展趨勢,培養社會所需的具有綜合能力的物聯網工程人才,教育部在2010年將“物聯網工程”設置為獨立的一個專業。物聯網技術導論作為物聯網工程專業的核心課程,是物聯網專業學生接觸的第一門專業課程。主要講授物聯網從感知層,傳輸層,數據處理層到應用層的整體技術流程,以及每層的關鍵核心技術,對學生建立正確的專業概念,整體的專業技術框架有重要意義。
1.2實踐教學中的現有問題
目前對物聯網技術導論課程的教學方法主要是以講授為主,平時留有課后作業,課程考核方式以期末閉卷考試為主,期末卷面成績占總評成績的70%。該教學模式在教學實踐中出現以下問題:(1)單一講授的教學模式不能適應物聯網多學科交叉、密切聯系行業的特點。學生反映物聯網涉及學科非常多,僅每個學科簡單理論概念的講解,就已經非常龐雜,學生很難把握其脈絡。且現有技術的應用與行業背景密切聯系,單純的理論講授效果不佳。反映在課堂提問中學生往往答非所問,或者完全無法理解題目意思。(2)一考定論,平時不學,考前突擊現象突出。但是由于知識點繁雜,突擊背誦效率不高,且不及格率較高。(3)死記硬背現象突出,對技術理解不深。對于物聯網產業環境和應用流程的理解和技術在應用中的創新上,有的教學方法和教材均不能提供有效的支撐。在平時的考查中,我們發現學生對死記硬背的技術點掌握得尚可,但是碰到綜合應用題,大部分同學就不知所措。面對以上主要問題,現有的物聯網技術導論課程教學方法和思想必須改變。否則,不光是導論課應有的目的不能達到,還直接影響后續物聯網專業課程的教學。
1.3國內研究現狀
目前對物聯網技術導論課程的改革成果總體來說并不多,公開文獻較少,這與物聯網工程本身是新專業,物聯網導論課程本身涉及技術較多,知識體系復雜都有關系。已有的一些改革方案如下:文獻[1]提出物聯網導論的課堂要引入啟發式教學法,即將課程內容歸納提煉,提出問題啟發學生思考。其次,采用案例式教學法,把生活中物聯網的實際應用案例滲透到整個教學內容中。還強調應用交互式教學法,運用多媒體教學環境輔助教學,例如播放物聯網相關理論與技術相關視頻和短片,加強互動,提高學習興趣,拓展知識面。文獻[2]提出適當增刪教學內容,講授內容忌深、忌細,引導學生轉變學習方法,促進良好學習習慣的養成,注重培養學生的綜合能力。文獻[3]提出改進課程大綱設計、提升教師能力、改進教學資源等多個方面,以提升物聯網導論課的教學質量。文獻[2]與文獻[3]所提措施,對物聯網技術導論課和其他課程都適用。實際上,在已進行的幾屆學生的教學中,我們已經使用過上述方法,事實證明,此類廣泛適用于一般課程的方法并不能解決物聯網技術導論課程中的具體問題。而文獻[2]所提改進課程大綱、教學資源等,其實是涉及到物聯網技術體系架構的問題,已經有教育部牽頭的教學指導組在負責梳理,本文暫不討論。文獻[1]提出了一些比較具有操作性的課程教學方法,總結起來就是提問啟發,案例講解,多媒體互動教學。實際上我們在授課的時候已經使用了這些方法,但是教學效果仍然不夠理想。例如:提問啟發,如果問題簡單,學生還基本能夠回答,如果問題真的是啟發式問題,而且是書上和網上都查不到現成答案的問題,則大部分學生表現出完全沒有思路,更不要說回答問題。案例和多媒體互動在本校理工類課程中的使用也已十分廣泛,物聯網技術導論課程也不例外。上課過程中也給同學們播放了相關視頻短片,行業應用短片,對比沒有播放這些案例的情況,學生的理解程度確實有所提高,但是提高幅度也比較有限。如果是跟播放視頻直接相關的設計類問題,學生根據視頻還能回答部分內容,但是要求學生從該視頻的技術方案做延伸,更換應用場景,則大部分學生又非常茫然。例如:課程中有播放精細化農業的相關技術解決方案,從感知、傳輸到最后數據處理與反饋服務都做了說明。學生觀看后,如果問該應用領域問題,比如前端要用什么傳感器,部署在哪里,學生還能回答。但是,要學生變化技術的應用場景,將技術應用在另一森林防火場景中時,部分學生還能把類似要用的傳感器列舉出來,但是不知如何部署。這說明要加深學生對物聯網知識體系的理解程度,僅靠觀看案例、提問啟發是不夠的,物聯網技術導論課程的教學改革還需要進一步深入。
2過程與實踐化的課程改革方法
2.1原因分析
根據課下座談,統計課程出勤率,考試通過率等方式獲取的信息,我們認為影響學習效果的主要原因有二:其一,理論和實踐相脫節,雖然已經用案例視頻,多媒體互動等教學方式,但明顯還不足以讓學生理論聯系實際。其二,雖然有課程作業,平時提問和抽查,但是平時努力學習的學生仍然只占少數,大部分學生的學習積極性不高。針對這兩個主要問題,我們提出過程與實踐化課程教學改革方法。
2.2方法的具體內容
對學習自覺性強的學生,提供多種課外實踐參觀機會,幫助學生理解技術在實際中的應用,理論與實踐融合;對學習自覺性差的同學,采用過程化考試方法,督促其平時努力學習。(1)實踐化教學:物聯網是多交叉學科,知識點非常多,光靠課堂教學肯定不能盡善盡美,所以要加入實踐教學環節。①在課外布置思考與設計題目,指導學生自學,并自主解答問題、動手設計簡單的物聯網應用。如果有較為優秀的學生,讓其在課堂上講解自己的設計方案。②建立完善的課程考核體系,增加實踐能力考核環節。將作業、演講、課外參加的比賽情況等都當作考核方式,按合理比例計入總評成績。改變以往期末卷面考試這種單一的考核方式。③在條件允許的情況下,可建立物聯網實訓實驗室,并配備相應的器材等。我們與四川省成都市物聯網產業聯盟形成良好合作關系,借他們的物聯網技術展示廳讓學生實地了解物聯網技術及其應用。(2)過程化考核:以上考核方式加上學院的過程化考試系統,分階段進行上機考試,最大程度避免一考定論、突擊應付等不合理現象。目前的具體操作是:當講完一階段(感知,傳輸,處理)即上機考試本階段技術要點,成績以比例計入總分,最后課程完結還有一次總體性考試,4次考試成績的加權總和才是本門課程的考試成績,并算上平時作業、提問等平時成績作為最后總評成績。這樣一來,12周課程,每隔三周就有一次階段考試,加上平時的抽查與作業,有效督促了學生的平時學習。
2.3方法實施的效果
2011年本學院設定物聯網專業,2012年開始開設物聯網技術導論課程,2013年進入實踐化教學,14年引入過程化考核,圖1顯示了歷年課程的考試情況,以60分以下為不及格,80分以上為良好。圖1很清楚的顯示,剛開始時物聯網技術課程的不及格率高達約30%,后來引入實踐化教學后下降至12%,到最后引入過程化考核后直接下降到7%左右,而良好率逐年上升,連續2年保持在70%左右,達到了改革的目的。
3總結與展望
關鍵詞:課程體系;教學模式;平臺建設;分層/分類培養
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B 文章編號:2095-1302(2014)01-0077-03
0 引 言
物聯網是繼計算機、互聯網、移動通信網之后的又一次信息產業浪潮。代表了未來網絡的發展趨勢與方向,政府大力支持物聯網的發展,企業和教育界、科技界共同推動,物聯網產業已經成為國家戰略性新興產業,需要大量熟悉和精通物聯網的專業人才[1,2]。在此背景下,北京聯合大學自動化學院對2011版自動化專業培養計劃進行了修訂,在 “智能測控技術”專業方向的基礎上建立了“信息處理與物聯網技術”方向[3]。
1 專業現狀與背景分析
原“智能測控技術”專業方向以信息的采集和處理為主,課程主要包括檢測技術、傳感器原理及應用、智能儀器、計算機控制技術以及LabVIEW技術等,是傳統的專業方向,課程的覆蓋面較窄,偏重于系統前端的硬件采集原理,系統的概念較為薄弱;從人才培養的角度來看,已經滿足不了厚基礎、寬口徑的人才需求,學生掌握知識的集成度不高。為了既保持傳統的經典知識內容,又要為課程體系增加新的特色和先進內容,將傳統的專業方向賦予時代意義,使學生們真正學以致用,“信息處理與物聯網技術”專業方向應運而生。
“智能測控技術”和“信息處理與物聯網技術”并不是割裂的,前者是后者的基礎,后者是前者的延續和拓展。從技術的角度上講,物聯網分成三個層次[4,5],即感知層、網絡層、應用層,形成了物聯網的體系架構。物聯網的感知層涉及到傳感網技術,會有多種傳感器應用其中,正是“智能測控技術”方向的核心內容;物聯網的應用層是多種信息的智能處理技術,也是“智能測控技術”方向的主要內容,它們被物聯網網絡層連接,即新的專業方向加入無線傳感網等新知識、新技術,形成物聯網系統體系的概念。
我們的教學理念在于從一個大系統的角度看待物聯網,利用物聯網實現系統的集成創新應用和信息化服務。以物聯網體系框架為依托,實現信息的采集、傳輸、有用信息的提取和整理、以及完成相應的控制和信息應用,重點突出無線傳感網和應用層設計,及物聯網的行業應用和信息化服務。因此本課程體系的設置將突出系統網絡架構、選擇物聯網關鍵技術,并將物聯網技術與經典的檢測及控制方法相結合,實現物聯網的多領域應用[6,7]。以物聯網為載體,培養學生的創新意識,增強學生的實踐動手能力,提高學生專業綜合素質。
2 課程體系設置
“信息處理與物聯網技術”專業方向設置在自動化學院,因此它的應用特色非常鮮明。課程體系的設置如圖1所示,加強了實驗/實踐環節的內容設置。其中,理論教學是基礎,對物聯網的體系結構、關鍵技術和相關領域的典型應用形成完整的闡述,實驗教學作為理論課程的延伸,是抽象到具體的過程,試驗環節的設置按照物聯網的體系結構,完成由下而上的知識獲取和驗證;物聯網作為一種實用技術,讓學生去感受、去體驗、去親自動手設計和實現一個系統更是至關重要的。通過實踐環節中的認識實踐,學生去企業參觀感受,體會知識的力量和企業文化,培養對專業的認知和信心;工作實踐則更近了一步,利用假期時間到相關企業中從事基礎和簡單的專業工作,深化所學知識的專業應用技能;請工程師或行業企業從業者走進學校的課堂,結合實際的應用案例,為學生出題和指導,進行專業綜合訓練,為學生的實際設計能力和實際動手能力培養打造了平臺,提供了方向。理論教學、實驗教學、案例教學和各個實踐環節相結合,增加課程的實用性。為應用型人才的培養奠定了基礎。
2.1 理論課程
集成了多種新知識和新技術的應用,涉及的知識點眾多,作為系統的學習和設計,理論教學中課程內容的銜接、承上啟下的課程安排非常重要;理論課程包括基礎課程(也稱為學科大類課程)和專業課程[1]。
本專業方向偏重于傳感檢測、無線網絡的設計以及行業應用,尤其是工業物聯網的兩化(信息化、自動化)融合,因此在限選課中還有相關行業技術應用課程:虛擬儀器技術、現場總線技術等。任選課作為專業限選課的補充,完善物聯網的設計和應用。
通過理論課的學習,學生將會對知識融會貫通,對信息處理和物聯網的應用體系和架構充分了解,具有物聯網系統的理念和基本的組網設計能力。但是在實際應用中,需要將多門課程、甚至多學科的知識融為一體,去設計、安裝、調試、運行一套系統。這種靈活運用所學知識于實際系統的能力,是真正的學以致用的體現。因此實驗室建設、實驗基地建設和實驗項目開發,對于學生消化、理解理論知識和培養實際動手能力至關重要。
2.2 實驗室建設
圖2所示是物聯網專業方向的實驗室建設框架,實驗室建設與課程設置緊密相連,并考慮到學生的分層教學以及科研平臺的擴展性。利用已申請的中央財政支持地方高校專項資金,正在籌建支撐“物聯網技術及應用”、“無線通信和無線網絡基礎”及“物聯網應用層系統設計”等課程的課內實驗平臺,包括三個模塊:第一是物聯網技術基礎實驗模塊; 第二是無線傳感網開發設計模塊;第三是物聯網技術沉浸式體驗模塊。其中第一和第二模塊在教學上采用學生熟悉的C或C++語言實現節點和無線網的設計,網關采用Linux、andor兩種操作系統,學生可以根據自己的基礎和喜好選擇;第三模塊是智能家居(體驗)實驗室,根據家居實景建立的物聯網系統,可以實現燈光、安防、煙感、窗簾、空調等家居設備的遠程控制。此系統采用最適合無線傳感網絡的Tiny OS操作系統,可以作為學生初識物聯網系統的感性認識體驗模塊,也可以作為教師、學生進行科研開發的平臺。目前在建實驗室物流綜合實驗室和未來超市都是物聯網在行業中的具體應用,提供學生進行專業綜合訓練。
課程的實驗內容全部以實際系統為主,綜合訓練學生的系統設計、軟件編程和系統調試能力,包括對傳感/變送器的選取、信號的采集與處理方法、無線傳感網組網技術、物聯網應用層設計、針對不同領域執行器的選擇等;并將先進的虛擬儀器技術與物聯網應用相結合作為物聯網的信息處理方式,培養學生設計智能儀器的開放性創新能力。通過實際項目訓練,學生可以完成從了解任務的需求、根據需求制定系統方案、在最佳性價比的基礎上選型系統的硬件配置、組網,到應用所學知識編制合理的軟件程序,并具有系統調試、通過系統運行結果分析問題、定位問題、以及解決問題的專業核心能力。
2.3 實踐基地建設
物聯網工程技術是集成的信息/控制服務系統,可以應用于不同的行業和領域。據報道目前物聯網專業的人才缺口近20萬,因此培養適合于企業的應用型人才就是物聯網專業的人才培養目標。產學研的辦學模式是企業和學校快速溝通、共建共贏的很好方法。在課程建設、實驗室建設的同時,積極與企業聯系,建設校外實踐教學基地是專業方向建設的重要環節。同時在我們的教學計劃中還有工作實踐的內容,建設實踐基地也為學生的工作實踐提供了場所和條件。利用北京市高新企業多,許多區縣建立數字北京、智慧北京的物聯網項目的機會,與企業和公司合作,進行橫向項目的開發和實踐基地的建設。選派學生到相應的公司企業進行畢業設計,不但使學生掌握了物聯網技術、熟悉了企業的運行模式,還可以為企業提供專業的人才,實現企業與學生的雙向選擇。
3 教學模式的探索
物聯網教學涉及的知識點眾多,學生直接進行理論課的學習難免感覺枯燥和凌亂;但物聯網的應用可以無所不在、生動有趣,這樣的特點決定了我們在教學時可以先引起學生的興趣,讓他們明白所學可以如何用。因此在課程的安排上首先是導論和浸入式體驗的認識實踐,然后才是相關專業課的學習和實驗,并在第六個學期進行工作實踐,加深專業知識的應用,第七學期開設專業綜合訓練,學生進行設計性、應用性訓練,形成物聯網系統。圖3所示是學校物聯網方向的教學進程圖。
4 結 語
物聯網技術的課程設置應當具有以下特色:
第一是先進。課程設置針對目前最熱門的集成技術應用—物聯網系統的設計及應用,是傳感技術、計算機技術、網絡技術和信息控制技術的發展方向,體現了先進技術的特質;
其次就是實用。課程設置和內容將重點突出實用性,理論是基礎,實用是根本。強調實驗環節,以增強學生的實踐動手能力和畢業后對崗位的適應能力為宗旨,突出重點,強調實用。
第三是靈活。不但體現在課堂上課程設置的靈活性,也顯示了物聯網學習的靈活性。以物聯網體系框架為依托,重點突出無線傳感網和應用層設計及工業物聯網的應用。學生可以根據實際系統的需要靈活配置。強調培養學生靈活思維,突出創造性和創新意識,是學生綜合素質的體現。
最后是深入。課程的工程性、實用性、設計性很強,也有許多公司會舉辦大型的物聯網設計大賽,因此可以為有興趣的同學開辟第二課堂,通過指導學生參加相關專業的科技競賽帶動大家的學習熱情,深入理解本門課的內容。
參 考 文 獻
[1] 王志良,閆紀錚.普通高等學校物聯網工程專業知識體系和課程規劃[M].西安:西安電子科技大學出版社,2011.
[2] 王志良,石志國.物聯網工程導論[M].西安:西安電子科技大學出版社,2011.
[3] 教育部高等學校計算機科學與技術專業教學指導委員會.高等學校物聯網工程專業實踐教學體系與規范[M].北京:機械工業出版社,2011.
[4] 張光會,余晃晶.試論物聯網工程專業的人才素質和培養目標[J].科技信息,20ll(11): 216-217.
[5] 沈蘇彬,范曲立,宗平,等.物聯網的體系結構與相關技術研究[J].南京郵電大學學報,2009,29(6):1-11.
【關鍵詞】 農業 物聯網 冬棗
農業是國民經濟的基礎,是支撐整個國民經濟不斷發展與進步的保證。在我國全面實現小康的關鍵時期,必須把穩定發展農業經濟作為首要任務。然而我國農業的發展存在多方面制約因素。隨著信息技術,尤其農業信息技術的發展和應用,將有效解決農業發展中存在的各種問題。近年來,冬棗種植效益較高,農民廣有種植,但粗放式的冬棗種植手段和管理模式,存在著多種弊端,嚴重影響了冬棗產業的發展。農業物聯網技術是現代農業發展的重要支撐,在冬棗種植中有廣泛的應用。
1 農業物聯網技術能推動冬棗種植產業的信息化、智能化、現代化的實現
農業物聯網通過各種環境和視頻感應芯片和傳感器,實現設施環境監控。可以最大廣度地收集人和自然界各種相關信息,然后借助有線、無線和互聯網絡,實現三個互聯互通。首先是實現各級政府管理部門、農民、農業科技專員等“人與人”的互聯互通;其次是實現土、肥、水、氣、作物、倉儲以及物流等“人與物”的互聯互通;最后是實現農業數字化機械,自動溫室控制,自然災害監測預警等“物與物”之間的互聯互通,三個互聯互通真正實現即時感知、信息通暢和高度智能化。
例如,環境和視頻傳感器能采集到冬棗生長環境中的氣溫、濕度、用藥、土壤營養等全部信息,設施環境監控,采集單株棗樹位置信息,生產棗樹分布電子地圖,將電子地圖作為底圖實現信息查詢、生產信息管理、數據統計等功能。再如,可把每棵冬棗上植入一個感應芯片,每個感應芯片,就是每棵冬棗的“標簽”或者“身份證”。這個“身份證”不但能夠記錄冬棗生產的全過程,而且能夠隨時向信息平臺智能反饋每棵樹的生產管理情況,做到一有質量預警信息,就會自動報警。另外,土壤感應器可以檢測冬棗的施肥狀況,為保證品質,冬棗所用的肥料都是有機肥,如果肥料成分不達標,土壤感應器可以即刻檢測出結果。
2 農業物聯網技術能提高冬棗種植全方位精準化、精細化、數字化等生產過程管理水平
基于物聯網技術提出的農業生產過程管理解決方案,利用了物聯網信息技術來改善生產系統的工作效率、提高投入資源的附加值、減少不必要的浪費及資源損耗,從而實現生產過程管理水平的提高。
在冬棗種植環節,利用農業智能傳感器可實現冬棗種植環境信息的實時有效采集和利用自組織智能物聯網對采集數據進行遠程實時傳輸報送。通過農業物聯網技術監視冬棗種植環境的各種參數,如土壤濕度、空氣濕度、土壤養分、土壤酸堿度值、降水量、溫度以及氣壓、光照度、二氧化碳濃度等等,這樣就為冬棗種植精準化、精細化、數字化調控提供了科學依據,優化了冬棗種植生長環境,既可獲得適宜冬棗種植生產的最佳條件,提高冬棗產量和品質,同時又可提高水資源、化肥等農業外部投入品的利用率和產出率。通過標準化管理、精耕細作管理、設施農業管理和健康種植,實現了對冬棗種植生產過程的科學管理,提升了冬棗生產競爭力。
3 農業物聯網技術能有效地保障冬棗生產和食用安全
在農產品和食品流通領域,集成運用電子標簽、條碼、移動通信網絡、傳感器網絡以及計算機網絡等農產品和食品追溯系統,可以實現農產品和食品質量跟蹤、溯源和可視數字化管理,對農產品從田間地頭到餐桌嘴邊、從生產領域到銷售領域全過程全方位實行智能監控,可實現農產品和食品質量安全信息在不同供應鏈主體之間的無縫銜接,不僅實現農產品和食品的數字化物流,同時也可大大提高農產品和食品的質量。
如在棗包裝或出廠時,冬棗芯片內各種信息可通過系統統一數據接口將數據傳送到中心數據庫,并通過條碼打印控件打印二維條碼,實現與流通環節的銜接。大的包裝可采用RFID芯片標簽,可采用特制的讀寫裝備進行讀寫,內部小的包裝可采用一維+二維條碼的方式進行追溯。在這個平臺上,不僅能夠實現冬棗質量的全程追溯,而且能夠對生產管理過程進行全程控制。消費者還可以通過網站、手機短信以及觸摸查詢機等方式訪問公共服務平臺,通過條形碼、RFID等標識查詢到所購買的冬棗在生產—加工—倉儲—物流--銷售等全程環節的具體信息,從而保障質量安全可追溯。
4 農業物聯網技術能推動冬棗觀光—采摘—休閑—科普等于一體的產業鏈條延伸發展
農業產業延伸能帶來更多的附加值。在農業產業延伸領域,通過智能農業物聯網技術的應用,可把農業生產過程與農業觀光旅游、教育科普等有機融合起來,招引市民到郊區、鄉村,與村民共同參與、體驗到農業生產中來,市民可以種植管理農產品,采摘農產品,體驗勞動生活,也可以全程監督農產品的生產流程,這樣可以實現城鄉互動,村民市民互動,消解二元社會,促進社會和諧;生產與消費的無縫對接,促進形成新型綜合性農業生態體系,這可以從本質上實現傳統農業生產、經營向現代農業生產、經營的根本性轉變。
借用物聯網智能化信息化管理模式,可以有效拉長冬棗產業鏈,促進冬棗產業長遠發展。例如,沾化成立冬棗生態旅游區,景區內部的信息實況實現農業物聯網平動,智能管理,有效提高了運作效率。冬棗生態旅游區以“品嘗沾化冬棗,體驗農家風情,享受自然休閑”為主題,突出了濃郁的冬棗文化,其中冬棗嫡祖、冬棗示范園、天女獻棗、棗鄉藝苑、科研科普區以及認養冬棗林區等獨具特色的景觀,集觀光、采摘、旅游、科普、考察、休閑于一體,發展成績十分顯著。
當前,我國農業現代化進程明顯加快,但也面臨著資源、環境與市場的多重約束,保障糧食安全、食品安全、生態安全的壓力依然存在,確保農民穩定增收的任務越來越重。農業物聯網技術是現代農業發展的有力支撐。農業物聯網技術的應用標志著冬棗產業進入了一個新的現代化發展階段,對于優化冬棗產業種植結構、激發冬棗產業發展活力、提升冬棗產業生產流通安全、加快冬棗產業轉型升級、促進果農增產增收都具有重要意義。
參考文獻:
[1]杜曉明,陳巖.無線傳感器網絡在溫室農業監測中的應用.農機化研究,2009,31(6):141-144.
[2]牛孝國,朱桂芝,夏寧等.基于無線傳感器網絡的農業現場數據采集研究進展.中國農學通報,2009(24):515-519.