物联网的关键技术有哪些

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物联网在之前被定义为通过射频识别（RFID）、红外线感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备按约定的协议把任何物品与互联网连接起来进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，简言之物联网就是“物物相连的互联网”。
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后来被重新定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间：环境以及状态信息实时的实时共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。广义上说，当下涉及的信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴。
物联网的关键技术
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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。
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RFID标签技术：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。
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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。
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现在的物联网产业以应用层、支撑层、感知层、平台层以及传输层这五个层次构成。

一、从“信息高速公路”到“物联网”
1993年，美国政府宣布实施一项新的高科技计划——“国家信息基础设施”，旨在以因特网为雏形，兴建信息时代的高速公路——“信息高速公路”，使所有的美国人方便地共享海量的信息资源。这一计划的提出，导致美国信息产业高速发展，进入了以网络经济为主导的新经济时代，创造了巨大的经济效益和社会效益。如今面对来势凶猛的金融危机，美国的经济社会发展面临着前所未有的挑战，亟需一个全新的经济增长点拉动经济走出低谷并再次迎接长时间的繁荣。由此，物联网战略——“智慧的地球”应运而生。

2008年的时候IBM提出了智慧地球的计划，该计划的核心就是物联网。物联网具备极其广泛的行业覆盖度以及影响力。物联网的发展不仅能促进新兴信息技术产业的发展，而且还能带动诸如智能能源、智能运输、智能医疗等诸多传统行业的发展。将物联网技术引入家庭生活，还能带来智能家居。由于物联网能够全面改善居民生活水平，提高整个经济社会的运转效率，因此物联网的发展被称为是继计算机、互联网之后，世界信息产业发展的第三次浪潮。

今天，“智慧地球”战略被美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，为世界所瞩目。
二、“智慧城市”的研究现状

智慧城市的概念

·数字城市与物理城市

数字城市存在于网络空间（cyber space）中，虚拟的数字城市与现实的物理城市相互映射，是现实生活的物理城市在网络世界中的一个数字再现（Li Deren&Yao Yuan&Shao Zhenfeng&et al,2014）

·智慧城市定义
                                             图“智慧城市”研究的相关知识点

智慧城市则是建立在数字城市的基础框架上，通过无所不在的 传感网 将它与现实城市关联起来，将 海量数据 存储、计算、分析和决策交由 云计算 平台处理，并按照分析决策结果对各种设施进行 自动化的控制 。（Li Deren&Shan Jie&Shao Zhenfeng et al,2013）

即， 智慧城市＝物联网＋大数据＋云计算 。

                                              （李德仁,姚远,邵振峰，2014）
智慧城市的建设历程

                                                  图国内外智慧城市建设历程
（王广斌,张雷,刘洪磊，2013）

三、物联网在智慧城市中的行业应用
1在民生领域中的应用。民生大数据包括有人口、环境、交通、健康、经济等数据。

2在市场监管领域的应用。可以挖掘技术来分析不同变化的市场数据，以便于相关部门及时的对市场变化做出相应的反应，提高对于未来实践的准确预警度，实时进行监管。

3在政府服务领域的应用。可以共享帮助政府的各个部门间或政府与市民间形成信息共享。

4在基础设施领域的应用。可以更加方便对交通和电力等设施进行数据的采集和分析，能够更加完善的促进城市基础设施建设。

“民生”一直以来都是全球物联网市场与中国本土发展最重要的切入点。居家养老、科技农业、食品追溯、车联网等一批围绕民生开展的应用正日趋成熟。

例：

1 比如一个产品“伴”系统。通过一个传感器、一块大垫子，就可以监控家中老人的身体状况，并作出判断是否需要通知子女或社区医生。通过垫在床脚处的传感器，远程监控中心可以发现老人生理数据上的异动，如心跳、血压发生大的变化，则在远端预警。服务中心可就此发出指令，或联系子女，或联系街道以提供帮助。而另一块铺在地上的大垫子则能察觉老人是否跌倒。通过跌倒在地上的姿势、卧地时间长度等数据，可以判断是不是出了意外。这一套系统已在上海一些社区试点。

2 近年来，从毒豇豆、地沟油、瘦肉精，到漂白蘑菇、化学火锅……面对频发的食品安全事件，不禁想问，吃什么才是安全的？企业物该如何重拾消费者信任？联网技术可以作为一个全面管控体系，可以从源头上把控风险。

比如餐厨垃圾中的油脂排放到采用物联网技术的专用油桶中，通过互联网自动将油脂数量、时间、地点等信息上传至监管系统，运输车辆采用GPS跟踪路径，轨迹信息同样上传至监管系统……通过大数据技术，当发现GPS轨迹信息、油桶身份信息等数据异常时，系统会及时提醒监管部门处理。

3 美国调研公司曾调查超过600名来自教育和IT行业的领袖，其中将近一半的人相信，在未来两年内，物联网技术将会改变学生们在校园的学习方式。

具体看，智慧校园是把感应器嵌入和装备到食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现教学、生活与校园资源和系统的整合。

比如流媒体视频课程和数据分析可以帮助教师跟踪学生的学习情况，根据他们的能力水平定制教学内容，以及预测学生的执行情况。

4 物联网技术在医疗领域的应用潜能同样巨大。普遍认为，未来20年内将迎来人工智能诊疗的时代。

例如儿科部会记录早产儿和患病婴儿的每一次心跳，然后将这些数据与历史数据相结合。基于这些分析，系统可以在婴儿表现出任何明显的症状之前就检测到感染，这使得医生可以早期干预和治疗。

远程医疗监护也在兴起。利用物联网技术，构建以患者为中心，基于危急重病患的远程会诊和持续监护服务体系。可以减少患者进医院和诊所的次数。

四、物联网中大数据的价值与痛点

物联网简单来说，其实就是利用互联网把现实中的所有物品利用传感器连接起来，在这个基础上会产生大量的数据。而如何从这些数据中挖掘出有用的信息，充分利用这份资源，才是最具难度和价值的。

比如监测老年人身体健康的数据，除了应用于通知子女和社区医生，还可提供给医疗机构、养老机构等。甚至可以运用这份数据，针对每位老人制定相应的养老计划。

监测食品安全的数据也是如此。除了提供给政府方便监管以外，还可以提供给餐饮机构。将后厨的信息、食材履历、厨余去向等信息在互联网平台展示，让消费者通过互联网随时走进企业。一份数据，可以同时起到监控、管理、宣传三大功能。

数据的价值是强大的。SNS霸主Facebook就将他拥有的海量用户数据玩的非常漂亮。Facebook可以知道你什么时候跟别人约会，什么时候分手。就在今年情人节后第三天，Facebook通过其开发博客公布了其数据研究部门科学家团队的一项发现，即利用Facebook网站的统计数据，可以判断发帖的用户是否、何时擦出了爱的火花。

活跃用户规模已达到27亿的Facebook掌握了数以亿计的用户信息。使用一定的模型，可以从这些数据中挖掘出无限有趣的信息。比如新的感情开始时人们最喜欢的音乐、最喜欢的商品等等。

随着物联网技术的不断进化，智慧城市的不断快速发展，各种大数据也在不断被人们所发现，并应用实际中。所以需要同步发展的是数据挖据、决策分析的能力。将大数据转化为数据资产，将智慧城市建设成智能化、互联化的城市。

随着汽车数量的增加，停车位相形之下越来越少，尤其市区停车往往一位难求。庆幸的是，智能停车借助各种连接设备与传感器，能够有效帮助使用者减少搜寻停车位的问题。

智能停车导引系统具备多种优点，而降低车流量以及碳排放量则是最重要的一点。Streetline公司营销事业开发部门资深副总Kurt Buecheler引用经济学家Donald Shoup的说法，“每改善10%的塞车问题可促进城市GDP成长2%。我们可以大胆推估，借助提供智能停车系统，将使得与洛杉矶同等级的城市GDP成长达200亿美元。”

Smart Parking Technology欧洲、中东暨非洲区业务经理表示，“智能停车技术能有效降低在大城市中车辆回堵以及碳排放量的问题，让驾驶人不需要持续制造二氧化碳，只为了寻找停车位。”

智能停车技术发展

智能停车导引系统主要包含可侦测停车空位并能将数据传送到后台的传感器，接着转送相关讯息到客户端的App应用程序或是标示系统。目前市场上主要应用的两种传感器为超音波传感器与磁性传感器。超音波传感器通常应用于室内停车场，传输音波频率范围从25∼50KHz，这个频段是人体所无法接收到的声谱。系统控制终端能连接以太网络，并借助有线(RS485)或是无线(频率433 MHz)与传感器相互连接。

至于城市街道停车系统则多半使用埋在地下的充电式磁力传感器。Happiest Minds Technologies物联网中心总经理Manu Tayal表示，“通常传感器的磁性范围会固定在±1200μT。而使用者能依据需求选择，设定每个传感器的输出数据频率在1563Hz到800Hz之间。传感器必须确保工作温度范围在零下40度∼85度之间。”

大华科技停车解决方案经理Jieruo Zhang表示，“磁力传感器通常只采用无线方式与控制终端连接。一般有两种无线连接解决方案，短距离以及NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄频物联网)等两种。短距离的方案多半采用无线433MHz频率连接邻近的控制端，而控制器则透过手机通讯连接网络。至于NB-IoT方案，每个磁力传感器都能连接至透过手机通讯的NB-IoT网络，可说是大型物联网应用的理想选择”。Nedap Identification Systems停车场无线检测技术产品(SENSIT)项目经理Edwin Siemerink指出，“我们采用一套无线网络解决方案作为SENSIT传感器以及终端控制系统数据传输的桥梁。同时，在无线电网络中也设置了中继节点以及SENSIT网关。”

影像在系统中扮演的角色

传统传感器例如超音波以及磁力等多半用来侦测停车空间是否仍有空位或已经被占用。然而，近年来影像感测已经成为一种可行性高甚至更经济的替代方案。海康威视垂直整合方案营销经理Adler Wu指出，“摄影机能协助辨识可用车位与位置等信息，并实时在停车场地图中显示，用户能借助App找到有空位的停车场、计算出最快的到达路线以指引驾驶人前往停车。”

Zhang也指出，“有些监控业者例如大华科技，正在开发应用于城市道路的影像侦测技术，所有空间侦测摄影机可同时观测多处场所(2∼3个点)，有些地下停车场或是停车塔甚至能一次监测6个点左右，可说是一套相当经济又方便的系统架构。”

自动车牌辨识系统(ALPR)

与其他传感器不同，影像还能提供另一个重要功能：车牌辨识(ALPR)，能协助执行各种任务例如取缔违规停车等。以Genetec的ALPR系统AutoVu为例，该系统能协助终端用户更有效的监看停放于设施或道路上的车辆。此方案需要将ALPR摄影机安装在用户的车顶上不断运作，或是固定在无栅栏的流动式停车场顶部。在市区街道上，架设ALPR摄影机的汽车也可以协助取缔交通违规事件。

Genetec产品营销经理CharlesPitman说明，“ALPR之所以能达到停车智能化的原因在于能让停车场管理单位更有效率的执行工作。在过去，倘若想要知道这台车子是否取得停车许可，警卫必须要求驾驶出示或确认挡风玻璃上是否有停车许可证，这是一项非常耗时耗力的工作。借助ALPR系统，不需要警卫查看，摄影机就会自行判别来访者是否具有权限进入该区域。”

事实上，ALPR系统不仅能协助简化 *** 作流程，也能让驾驶人更为便利。以大学校园为例，与过往需要排队购买纸本通行证的做法不同，学生现在只需要上网预先登记，在出入停车场的时候ALPR就会自动验证。Pitman表示，“采用ALPR时用户不需要实体证件，而是拿到一份个人的虚拟车牌许可证。使用者仅须上网、支付登记费、输入个人车牌，就完成申请程序。”

数据分析才是系统的实际价值

除了能更简单搜寻外，传感器以及设备所产生的数据能被加以分析，从而协助改善城市中的各项服务、提升居住质量。Jieruo Zhang表示，“在物联网时代，大数据以及网络经济、数据流更显重要。以智能停车而言，如果没有车牌信息，则停车纪录内容将会完全不同。就影像侦测智能停车来看，停车与付款信息至少在三个部分会有很大的差异：第一，系统能引导驾驶如何停车与出场，进而提升停车场的轮转率;第二，能提供客制化停车服务，例如预约停车或VIP据点管理，提升附加价值;第三，借助更稳定的用户数量以及金流，停车App将成为驾驶普遍使用的工具之一，从而吸引其他汽车应用领域，例如洗车行或租车公司等。”Adler Wu也补充，“ALPR/ANPR可以实现车辆出入口自动化的目标，并为停车场业者提供车辆停留时间或特定车辆的收费规范等丰富信息。”

对地方政府而言，智能停车在简化流程上的成果显而易见，然而，智能停车的真正价值在于所收集到的资料，能协助政府制定相关政策以及未来发展蓝图。例如某些区域没有足够的停车空间可以应付过多的车辆，但借助智能停车获取的信息，各县市政府将可以去规划并决定要在哪里设立更多的停车空间及停车位设施，或是在特定区域提高停车费等。

Pitman指出，“现在系统都能够收集到这些数据，而人们也能在取得数据后进行分析、制作报告，从而发现哪些区域停车空间减少，但车辆却比以前更多，政府便可为增加停车空间进行长期的规划与策略。例如当街道上已经没有任何停车的空间时，即需要兴建一座新的立体停车场。”

宏碁商业交易及智能辨识部门资深经理Jay Liu表示，“倘若地方政府希望这个区域有较高的轮转率，例如政府并不希望人们在这里停车超过4至5个小时，便可以提高该区域的停车费率，这就是利用大数据分析得到的结果。你可以发现某些路段在某段时间的占用率较高，便可依此调整费率。”

这最终将使得地方政府收入增加。Streetline市场与企业发展部门资深副总裁Kurt Buecheler指出，“物联网设备是收集停车空间、高速公路时速、出发地/目的地研究以及其他实时与现场信息的关键。倘若市区通行更容易，则人们会更常进出市区，我们的系统已经协助让市区停车场增加172%，营业额也成长11%。公司刚开始进行智能城市的规划，而停车问题是最实际的起点。”

迈向智能化

智能停车毫无疑问将是智能城市的关键之一。物联网传感器与设备正在简化车位导引与付费流程，而透过这些传感器或设备产生的资料，可以让地方政府或是停车场运营商更了解如何改进服务或制定未来相关发展计划。随着世界各地城市逐渐迈向智能化，智能停车势必成为现在与未来的发展趋势!

在磁力传感器中加入红外线技术

有些系统供货商纳入如红外线等技术到磁力传感器之中，以强化传感器的准确性。Nedap Identification Systems公司SENSIT企业经理Edwin Siemerink表示，“我们公司同时采用两种技术，一个是红外线，另一个是磁力侦测，以确保其成为市场上准确率最高的系统。由于磁性侦测会受到其他车辆、电缆、架构、轨道以及地铁缆线等因素影响，这正是我们会搭配红外线技术的主要原因”。

Smart Parking Technology公司欧洲、中东暨非洲区业务经理Jim Short也指出，“由于磁力侦测很容易受到外在环境干扰，例如周围的大型金属对象、各种类型的电器、混凝土或柏油碎石中所包含的磁性物质，甚至是最常见的、存在于周边环境的磁铁。而我们的磁力传感器若侦测到汽车出没的阈值变化时，同时也会利用红外线传感器进行验证。”

ALPR让停车付款更智能

在许多停车场已经可以看到ALPR的实际应用，系统会在车辆入场时撷取车牌信息，而当驾驶出场前到自动缴费机输入车牌号码，即可付款离场。甚至，更方便的系统能在车辆出场之际自动扣款，驾驶人完全不需再去自动缴费机付款。Happiest Minds Technologies物联网中心总经理Manu Tayal表示，“我们提供了一个整合付款网关的手机App给通勤者，通勤者可以储值任何金额到与车牌连结的电子货币包之中，当车辆离开通过网关时即自动扣款。”

ALPR也可以方便地应用于全市的路边停车场。宏碁便提出一个解决方案，运用超音波传感器结合电子广告牌与摄影机，前者用于侦测是否有停车位，一旦有车辆进入停放，摄影机会立即在车辆出入时撷取车牌信息与停车时间。接着，这些信息就会传送到付款系统，直接从驾驶者账户扣款。

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