物联网导论论文

浅析物联网在智能家居中的应用
摘要：众所周知， 物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 在当今社会以及未来社会
发挥着巨大的作用，而且其应用方面也越来越广阔。虽然当前的物联网技术还不是很成熟，
但是在某些领域方面的研究还是比较靠前的， 比如家居方面。 所以本次选取了物联网在智能
家居中的应用这一话题。 在论文中， 会首先介绍物联网的相关内容， 包括对物联网的认识以
及物联网的作用， 然后介绍物联网是如何在智能家居中应用的还有目前大家对智能家居的评
价，最后我们会展望一下智能家居的未来发展状况以及目前我们可以做的一些相应改变。
关键词：物联网、技术框架、智能家居、发展前景
一 、 对 物 联 网 的 认 识
物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 是一个基于互联网、 传统电信网等信息承载
体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、
自治终端互联化和普适服务智能化 3 个重要特征。其英文名称是“ The Internet of things ”。
由此，顾名思义， “物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心
和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二，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。因此，物联网的定义是通过射频识别
（RFID）、红外感应器、全球定位系统、等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与
互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管
理的一种网络。
从技术架构上来看， 物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层由各种传感器
以及传感器网关构成， 感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢， 它是物联网识
别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互
联网、有线和无线通信网、 网络管理系统和云计算平台等组成， 相当于人的神经中枢和大脑，
负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、 组织和其他系统）的
接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
同时我们也应该注意到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。 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。
二 、 物 联 网 的 作 用
从上文我们对物联网的认识， 物联网可以实现物物相通。 但是除此之外， 物联网还有其
他的作用：
1、除了实现人与人之间的相互交换信息和通信之外，还可以实现人与物、物与物之间
进行信息交换和通信。当然，这里人还是主体。因为，物与物之间进行信息交换和通信的目
的，还是要为人服务、为人所用。
2、除了实现信息的交换与通信的目的，还可以通过安装信息传感设备，如射频识别装
置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，将所有的物品都与网络连接在一起，方便
识别和管理。
由以上我们可以总结对物联网的一个大概认识： 物联网是一项利用传感器的连接来实现
物物相通的网络， 在这个网络之中可以实现信息的交换与分析； 同时在这个网络中还能实现
对物体的智能控制，以此来满足对大众的相应需求。
三 、 物 联 网 在 智 能 家 居 中 应 用 情 况 分 析
41 对智能家居的相关认识
智能家居， 或称智能住宅。首先，它需要在一个家庭中建立一个通讯网络， 为家庭信息
提供必要的通路， 在家庭网络 *** 作系统的控制下， 通过相应的硬件和执行机构， 实现对连入
家庭网络的所有家电和设备的控制和监测； 其次，它们都要通过一定的媒介， 构成与外界的
通讯通道， 以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求，其
最终目的都是满足人们在家庭中对安全、舒适、方便地工作和生活的需求。
42 智能家居的主要功能
（1）安全防护及消防报警自动化
安全防护及消防报警自动化是智能家居的最基本的一项功能， 由于人们对自身及财产的
安全更加重视，选择智能化家居的一个基本出发点是家庭保安和灾害报警自动化。
（2）家电设施智能化
家电设施智能化是智能家居的一个重要组成部分。 智能家居的一个显著特点就是它能根
据住户的要求对家电和家用电气设施灵活方便地实现智能控制， 更大程度地把住户从家务劳
动中解放出来。随着社会的发展和技术的进步，家电设施智能化还会出现更多更新的应用。
（3）物业管理自动化
通过与小区智能系统联网，住户可对用水、用电、用气以及电话、网络等的使用情况进
行监视。 一是实现各种费用的自动计量， 减少物业管理工作量； 二是方便用户对费用进行自
我控制， 避免费用严重超支； 三是可及时发现并避免电话或其他资源被盗用。 物业管理自动
化是小区智能化的一种标志。
（4）信息和通讯自动化
一般的通讯自动化只是通过电话实现简单的电话自动录音、 传真自动接收或回复； 而通
讯智能化可将家中异常情况通过电话自动拨打 110、119 报警电话或主人的办公电话、手机
等通讯工具。 智能家居的通讯信息自动化的内容将更加广泛。 如将住户的个人电脑连入局域
网、互联网，充分利用计算机网络资源，实现从社区信息服务、物业管理服务、网上资料查
询、网上商务等各种互联网功能。在条件具备的情况下，还可实现远程医疗、远程教学、咨
询预约等功能。
（5）各种设备之间的协同工作
智能家居系统可以提供更丰富的系统关联功能。 例如，当您准备看电视时， 客厅灯光自
动调到您喜欢的亮度 （通过调光控制模块实现） 、窗帘自动拉上 （通过窗帘控制模块实现） 、
电视机打开并调整到您最喜欢的频道，等等。
（6）环境与节能
智能家居能监视室内的温度、 湿度、 亮度等环境状态值， 并根据住户的习惯进行调节控
制，它在一定程度上既能使生活空间更加舒适，又能节约能源。不仅如此， 通过对家电的智
能控制还可实现对水、煤气等资源的节约。
43 智能家居的组成
学术界对智能家居的组成没有定论， 综合各种观点， 一个完整的智能家居系统除了具有
各种功能的信息电器外，还必须包括以下几个模块：
（1）信息处理模块
为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作， 智能家居系统中必须具有专
门的信息处理模块。 它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求， 对各种数
据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。
（2）通信模块
如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经。
根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如电力载波），或者采用无线传输（如
蓝牙、 红外）等。 由于不同的信息电器对传输时的带宽要求不同，实际中的通信模块常采用
多种方式混合组网。
（3）功能驱动模块
功能驱动模块是信息流入、 流出各个信息电器的接口。 由于各个电器生产厂商的产品在
功能和实现上都有很大的不同， 所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电
器可以执行的电平信号， 以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制
信息。
（4）外界信息接口模块
该模块可以看成是一个家庭通向外界（如 Internet）的网关。它在家庭内部各种电器信
息共享的基础上，进一步实现了基于 Internet 的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度
和广度， 也将是未来智能家居系统发展的热点。 由于家庭内部网络通常不使用 TCP/IP 协议，
所以外界的信息接口模块中最基本的功能就是从 TCP/IP 协议到各种家庭内部网络协议的转
换。
四 、 智 能 家 居 的 缺 陷
市场经济具有自发性和盲目性， 这两种特性一方面造成了智能家居行业的迅速壮大， 另
一方面也为孕育了某此缺陷。 对于新事物而言， 其优势往往显而易见的， 而缺陷则是隐形的。
站在行业发展的高度来看，这些隐身在兴盛背后的缺陷将会严重阻碍整个行业的未来发展。
目前智能家居行业的缺陷主要可以概括为“弱智”和“复杂”两点。
1、所谓的“弱智”是指不够智能。智能家居除了设备本身具有计算、判断能力之外，
还需要各设备之间的联动来实现智能。 联动性上正是当前智能家居行业的短板， 其原因在于
我们智能家居系统的功能不全。 而大部分品牌往往只能实现安防报警、 可视对讲、 智能照明
等三、 四个功能，可互相组合派生的功能甚少，更谈不上什么联动了， 因此其智能程度大遭
消减。
2、复杂主要体现产品布线复杂，配置复杂， *** 作复杂这三点。现在有许多智能家居系
统组网是基于总线技术的， 不可避免的带来了繁复的布线问题， 增加了施工成本。 部分智能
家居系统， 缺乏软件支撑，配置起来其过程十分复杂，基本只有专业人员才能完成。 *** 作复
杂，主要表现为产品设计不够人性化，界面太多，杂乱无章，甚至没有界面，为用户带来了
很大的记忆量。
五 、 物 联 网 的 发 展 前 景
尽管目前物联网在智能家居行业还有很多需要改进的地方， 但这并不影响我们对物联网
的展望，以后的物联网发展趋势应该有以下几点：
1、无线控制不断深化：比如在智能家居这一应用方面，业内人士认为，未来， WiFi 无
线网络传输技术和 Zigbee 无线技术会在家庭中得到更广泛的应用。 用户通过 Zigbee 遥控器，
可以对连接在家庭网络上的家用电器使用状况进行查询， 并对其进行无线遥控。 用户在使用
时，不再局限于传统的智能终端设备，家中的电视、电脑、手机等显示设备都可以作为控制
终端。因此，在智能家居系统中加入无线和远程控制技术，将更好地发挥智能家居的功能，
为用户带来便捷生活体验。 我们相信， 未来的物联网应用方面会通过技术改进， 继续深化无
线智能控制技术，以此来满足更多消费者的需求。
2、网络功能强势凸显：一直以来，网络化是物联网的主要发展趋势。通过互联网，人
们可以将智能家居系统中的视频监控与手机有效结合起来， 一旦有小偷进入家中， 报警信号
即可迅速通过网络， 传送到小区安防中心、 地区报警中心及用户手机上。 各报警中心和用户
可以立即调入视频图像， 保证在第一时间有效地监看到小偷的面貌， 确保日后调查取证。 同
时我们还可以利用智能交通系统将交通中出现的任何相关问题及时反应到交警值班处， 以此
来提高办事效率。
3、智能控制内容逐步扩大：物联网通过智能化手段，使得人们生活体验变得更加的方
便、舒适。 针对目前物联网的一些应用方面的缺陷， 可以想象在未来的社会我们必定要克服
当前出现的智能不能完全实现智能、过于复杂等缺陷。
总体来说， 物联网是一个新兴的但是却是一个很有用处的行业， 它在当今社会以及未来
社会都会对人们的生活带来翻天覆地的改变。 虽说目前的物联网在各个领域都有所运用， 尤
其是在智能家居领域已经有了比较好的发展，但是我们也应该看到目前所出现的一些问题，
我们只有解决好目前物联网在一些领域的应用中所出现的缺陷， 这样才能让物联网更好的为
我们服务，使得我们的生活变得更加方便、舒适。

1我国城市生命线工程安全运维管理现状
为了保障城市生命线工程安全运行，我国部分城市相关部门采取了一定的监控措施。以上海为例，为了有效减少爆管或是漏水情况，上海浦东威立雅自来水公司在所辖部分区域水管内安装了流量仪；为了确保用电安全，上海电力建立了远程监控预警系统；为确保生命线工程的安全，上海市由国土资源管理部门和轨道交通企业合作建设了全球首个地面沉降监测网络——上海市轨道交通沉降基准网。
由于现有煤气、自来水地下管道、供电和通信线路等部分设施老化，加上违章施工和使用不当及偷盗、人为破坏等问题，造成煤气泄漏燃爆和大口径水管爆裂、通信供电线路中断等事故时有发生。城市生命线工程安全运维管理还存在一些薄弱环节，城市公共安全风险和隐患日益增多，原因主要有：
1）城市生命线工程相关的管理部门众多，运行监测信息获取、公共安全风险和隐患监测等无法在一个平台上统一管理；
2）各部门独立的管理平台系统往往互不相通、自成体系，形成信息孤岛，导致信息和资源无法共享；
3）突发事件应急指挥技术支撑系统的智能分析和辅助决策水平亟需进一步提高。因此，作为智慧城市以及城市公共安全的重要组成部分，城市生命线工程的安全保障要依靠预防加控制，必须采取有效的监控和预警。
2物联网和bim技术在城市建筑安全生命线运维管理中的适用性
从国内外研究现状来看，城市生命线工程的研究主要集中在地震震害分析、风险评估、应急管理等方面。1991年美国麻省理工的Kevin教授首次提出物联网（TheInternetofThings）的概念，是指将利用RFID等传感技术随时随地获取物体的信息，然后通过各种网络与互联网的融合，将信息实时准确地传递出去，最后利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据信息进行分析和处理，从而对物体实施智能化控制。
近年来，国内外陆续开展了物联网在供热、供气和供水等方面的应用研究，并在此基础上将物联网与GIS相结合，提出基于物联网和GIS的基础设施管理系统。目前关于城市生命线工程方面的研究主要存在以下问题：
1）将物联网技术单独应用在某一类生命线工程中，尚无建立统一的运维应急管理框架以及各部门间的协同响应机制；
2）物联网与三维GIS的融合从一定程度上解决了运维阶段发生事故时管道线路的定位问题，在利用三维动态模拟不同管线之间以及管线与建筑物之间的具体关系和影响问题时，必须将设计施工等信息录入模型，需大量的手动输入，造成数据信息丢失严重。
建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的出现不仅可整合城市生命线工程的图形化及非图形化资料，提供虚拟实境模型，并纳入流程的观念，降低规划、设计、施工、运维各阶段转移工程资料的信息遗漏问题。国际标准组织于2006年提出了CGB（CAD-GIS-BIM）架构，并制定相关技术标准以达到整合宏观与微观空间信息，并进行交换与交互 *** 作，提供城市数字化、救灾等相关应用。
事实上，BIM是三维GIS发展的新趋势，是一种应用于工程设计、建造、运行和维护管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目所具有的真实信息，并在项目全生命周期过程中为各方主体提供信息协同、共享和传递，具有可视性、可模拟性等特点。BIM是物联网应用的基础数据模型，而物联网作为互联网的有效延伸，包含并兼容了互联网所有的应用和资源。城市生命线工程运维安全管理以其多领域、多主体、多目标等特征，成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台，是实现智慧城市的重要发展方向，如图1所示。
3基于物联网和BIM的城市建筑安全生命线运维管控平台设计
31设计目标
本系统采用以公共安全科技为核心，以物联网、bim技术为支撑，以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线，软硬件相结合，通过对城市生命线工程的实时动态监控，旨在突发事件应急管理等提供科学决策的技术平台。生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库，实现统一化管理，最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据，技术体系如图1所示。
陈兴海，等•基于物联网和BIM的建筑安全运维管理应用研究本系统按照城市生命线工程建设与运行信息的采集、传输、分析和应用（简称“感、传、知、用”）四个环节展开，以标准规范与运行管理、信息安全为保障，分为感知、网络和应用三个层面，确保各单位相关数据互联互通和资源共享，如图2所示。其中，感知层主要利用射频识别等感知设备，即把传感器分别安装到生命线工程及相邻建筑物的关键部位，实时获取位置距离、力学性能、运行参数等感知信息；网络层主要通过各类相关网络，特别是有线宽带和无线宽带专网的建设和应用，对感知信息进行安全可靠传输；应用层主要是运用云计算、云存储等技术，对获取的物联网信息进行共享整合、智能分析和处理控制，通过有效的运行管理模式，服务城市统一应急管理科学决策。
32系统主要功能
模块根据生命线工程监测预警与应急管理系统的特征和目标，并结合供水、供气管道、电力、通讯线路，桥梁结构监测等类型分析，城市生命线工程安全运维管控平台系统应包括工程信息共享平台、监测数据管理、三维模拟与漫游、健康诊断与安全评估与应急预警管理的五大功能模块。
33技术架构
331工程信息共享平台通过制订相关标准，在设计施工阶段形成BIM的基础上，开展城市生命线工程相关各单位物联网感知设备和管理对象的编码服务，收录生命线工程的基本信息，包括工程名称、地理位置、项目规模、建造日期、主要设备材料信息、参建单位相关资料，以及动态监测测点布置、传感器类型、参数设定等内容。
332监测数据管理系统能够通过传感器实时采集工程结构健康安全数据信息，利用网络将获取的信息传输到BIM数据库中进行位置定位，然后存储在云计算网络服务器中，用户可以实时共享查询所需信息。
333三维模拟与漫游系统可以根据用户的选择范围生成三维浏览图，从不同角度观察生命线工程的空间位置、相互关系等信息，通过改变参数来模拟生命线工程综合网络的变化情况。
334健康诊断与安全评估针对不同生命线工程的特点，当监控系统发现监测数据有异常情况时，通过预先设置的阀值来判断生命线工程的安全运行状况，超过设置的安全设计值将会触发调用服务器中的历史数据进行健康诊断与安全评估，并整合各单位工程的相关业务信息，实现智能分析研判，同时将分析结果存入数据库中。
335应急预警管理根据健康诊断与安全评估系统模块的研判，应急预警管理系统具有制定生命线工程的维护管理方案、启动城市联动防灾应急预案，以及提供城市防灾指挥数据支持等功能。基于物联网和BIM的城市生命线工程安全运维管控平台通过上述五大系统功能模块，全面对工程结构和管线安全运维状况开展在线动态实时监测，系统维护人员和各相关部门可以通过平台提供的客户端查询各个系统功能模块的工作状态和监测对象的实时工共享信息，协同对工程出现的异常状态做出及时科学决策。
随着经济社会的快速发展以及城市化进程的不断推进，城市公共安全风险和隐患逐步增多，作为智慧城市的重要组成部分，基于物联网的城市建筑安全生命线工程运维管理平台在城市管理中的地位也日益凸显，它能发挥不断提高城市安全运行和应急管理能力。通过本文研究，主要得到以下成果：
（1）针对城市生命线工程运维安全管理多领域、多主体、多目标等特征，成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台，是实现智慧城市的重要发展方向；
（2）采用以公共安全科技为核心，以物联网、BIM技术为支撑，以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线，软硬件相结合，通过生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库，实现统一化管理，最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据；
（3）根据生命线工程监测预警与应急管理系统的特征和目标，并结合供水、供气管道、电力、通讯线路，桥梁结构监测等类型分析，提出了城市生命线工程安全运维管控平台系统五大功能模块的技术架构。
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