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活動鏈接：2013年控制網行業專題---物聯網革命

                               
                          
                                  華東理工大學博士生導師凌志浩教授 

        
                             華東理工大學博士生袁宜峰、曹建福  

   隨著物聯網概念一飛沖天，炙手可熱。各地政府紛紛出臺支持政策，企業摩拳擦掌，而與物聯網產業緊密相關的自動化行業也不例外，很多自動化企業開始發力物聯網應用開拓，然而雖然物聯網各個層面的產業形態都具有一定基礎，對于這一新領域我們仍需立足現實，梳理現狀，理清優勢劣勢，確定正確的發展路線，本期專題特別邀請華東理工大學博士生導師凌志浩教授及其博士生袁宜峰、曹建福深度解讀中國物聯網產業的現狀與未來， 物聯網給自動化行業帶來的機遇與挑戰。

   Q如何看待我國物聯網行業當前的發展現狀？我國物聯網行業正處于怎樣的發展階段？ 

   A物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后的又一次信息技術浪潮和新經濟引擎，并且給人以巨大的想象空間：未來人們的生活將是智能的。近年來，我國在物聯網領域發展迅猛，特別是從去年年底、今年年初開始，自工信部出臺《物聯網“十二五”發展規劃》后，已經漸漸步入正軌。《物聯網“十二五”發展規劃》確立了未來五年內物聯網產業的快速發展，感知制造業成為《規劃》重點扶持和推進的方向。工信部預測至2015年，物聯網產業規模將達5000億以上，年均增長率為11%左右。被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。

   我國物聯網產業尚處于初創階段，標準、技術、商業模式以及配套政策等尚未成熟，但鑒于其廣闊的應用前景，物聯網將是下一個萬億級的產業。據業內人士介紹，在未來3年內中國物聯網產業將在智能電網、智能家居、智慧城市、智能醫療、車用傳感器等領域率先普及，預計將實現約3萬億的總產值。并且如今發展物聯網已提到國家的戰略高度，它不但是信息技術發展到一定階段的升級需要，同時也是實現國家產業結構調整、推動產業轉型升級的一次重要契機。目前正處于物聯網關鍵技術研發和規模化應用的初始階段，快速突破規模產業化的瓶頸技術，搶占制高點是最緊要的。只有這樣，我國的物聯網事業才能繼續保持領先地位，在國際競爭中占據制高點，掌握主動權。

   Q近期出臺的一系列規劃政策讓很多人預言我國物聯網行業將迎來蓬勃發展期，如何看待這一問題？

   A物聯網產業具有產業鏈長、涉及多個產業群的特點，其應用范圍幾乎覆蓋了各行各業。

   到2020年之前，全球接入物聯網的終端將達到500億個。我國作為全球互聯網大國，已經圍繞物聯網產業鏈，在政策市場、技術標準、商業應用等方面重點突破，打造全球產業高地。我國的物聯網發展優勢主要有以下幾個方面：
第一，我國早在1999年就啟動了物聯網核心傳感網技術研究，研發水平處于世界前列；第二，在世界傳感網領域，我國是標準主導國之一，專利擁有量高；第三，我國是目前能夠實現物聯網完整產業鏈的國家之一；第四，我國無線通信網絡和寬帶覆蓋率高，為物聯網的發展提供了堅實的基礎設施支持；第五，我國已經成為世界第二大經濟體，有較為雄厚的經濟實力支持物聯網發展。

   目前物聯網被正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一。有理由相信，國內物聯網產業必將迎來一個蓬勃的發展機遇。

  Q當前物聯網最具發展潛力的行業有哪些？物聯網發展的亮點將會出現在哪些領域？

  A當前，物聯網最具發展潛力的行業包含：智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。并且，物聯網技術已在安防、智能電網、智能交通領域有了典型的工程應用，可以預測，物聯網技術在這些領域的應用前景將是一片光明。

  物聯網技術典型的工程應用有：

  （1）物聯網傳感器產品已率先在上海浦東國際機場防入侵系統中得到應用。系統鋪設了3萬多個傳感節點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。

   （2）ZigBee路燈控制系統點亮濟南園博園。ZigBee無線路燈照明節能環保技術的應用是此次園博園中的一大亮點。園區所有的功能性照明都采用了ZigBee無線技術達成的無線路燈控制。

   （3）智能交通系統(ITS)是以現代信息技術為核心，利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術，實現對交通的實時控制與指揮管理。交通信息采集被認為是ITS的關鍵子系統，是發展ITS的基礎，成為交通智能化的前提。無論是交通控制還是交通違章管理系統，都涉及交通動態信息的采集，交通動態信息采集也就成為交通智能化的首要任務。

   （4）首家高鐵物聯網技術應用中心在蘇州投用。我國首家高鐵物聯網技術應用中心在蘇州科技城投用，該中心將為高鐵物聯網產業發展提供科技支撐。高鐵物聯網作為物聯網產業中投資規模最大、市場前景最好的產業之一，正在改變人類的生產和生活方式。據中心工作人員介紹，以往購票、檢票的單調方式，將在這里升級為人性化、多樣化的新體驗。刷卡購票、手機購票、電話購票等新技術的集成使用，讓旅客可以擺脫擁擠的車站購票；與地鐵類似的檢票方式，則可實現持有不同票據旅客的快速通行。為應對中國巨大的鐵路客運量，該中心研發了目前世界上最大的票務系統，每年可處理30億人次，而目前全球在用系統的最大極限是5億人次。

   Q當前我國物聯網行業發展面臨的挑戰有哪些？應如何來應對？

   A第一，應用較少：物聯網的一些相關應用已經出現產品，但其還僅停留概念階段，進行實際應用的產品非常少，僅僅有手機控制空調、熱水器等家用電器及家庭安防聯網的概念性產品，智能家居也已經提出多年了，但產品及應用就是這幾個，物聯網概念下的創新應用明顯不足；

   應對方法：大力推進重點領域中的重大專項實施。通過在物聯網領域的一批重點應用項目，將物聯網關鍵技術研發與應用實際相結合，通過“局部試點，重點示范”產業發展模式，以點帶面，推進物聯網技術應用領域的快速發展。

   第二，整合困難：物聯網涉及多個行業，物流、交通、建筑、安防等等，產品多元、產業鏈復雜是該概念的明顯特征，物聯網作為一個新興產業，如何整合這些產業，提出整體解決方案，現階段看無從下手。

   應對方法：各個行業主管部門與企業積極協調與互動，鼓勵跨行業之間、產業上下游之間的物聯網產品技術開發與合作。

   第三， 協議眾多： 近距通信技術協議眾多： 藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi、紅外數據傳輸、ZigBee、超寬頻(UltraWideBand)、短距通信（NFC)、WiMedia、GPS、DECT、無線1394和專用無線系統等等，如何有效整合各種協議或進行有效兼容，也成為物聯網開發及應用過程中的一個無法繞過的問題。應對方法：建立物聯網行業的標準化體系。當前世界范圍內，仍然沒有統一的標準體系出臺，標準的缺失大大制約了物聯網技術的發展速度和應用范圍。

   第四，地址短缺：為了實現真正的物聯網，眾多設備需要分配IP地址，而目前的IPV4所提供的IP地址數量無法滿足需求，只有使用IPV6具有可行性，而IP地址過渡并不是短期內能完成的。應對方法：加快進行IPV4協議的升級，推廣IPV6協議的使用。Q自動化技術在物聯網產業的發展中起著怎樣的作用？哪些自動化技術在物聯網具有應用前景？ 
A自動化技術是物聯網發展的基礎。物聯網的目的是實現全面感知、可靠傳送、智能處理，這構成了物聯網的三層體系架構——感知層、傳輸層、應用層。感知層需要的自動化產品包括傳感器、RFID、條形碼閱讀器等，以實現視頻、音頻、溫度、氣體等眾多信息的采集和提取。傳輸層通過無線和有線方式，如Wi-Fi、ZigBee、2G、3G、有線IP網絡等，對上述信息進行傳輸。應用層對海量信息進行處理，得到符合業務需求的結果，例如云服務、云計算等。可見，自動化產品在物聯網的各個層面上都將有著廣泛的應用，傳感技術、通信技術、智能處理技術，都將成為構建物聯網的基礎。

   Q 物聯網的未來發展對于自動化技術提出了哪些新的需求?

   A（1）安全

  在傳.統的自動化系統中，設備大多獨立或組成局部網絡運作，設備互聯僅限于控制器與控制設備之間。而在物聯網中，為了實現云服務、云計算等智能應用，設備將進行廣泛、深度地互聯。在這種背景下，信息安全問題日益凸顯，傳統的生產安全、機器安全需要結合新的需求加以改進。例如，黑客可以通過電腦或手機連入互聯網，在云端滲透到工廠的ERP系統、SCADA系統、甚至是控制系統，因為這些系統在物理上都將是連在一起的了。事實上也正是如此。據公開資料顯示，伊朗涉核的加工廠曾遭到來自互聯網的震網病毒入侵。工廠的控制設備遭到病毒指令的惡意破壞，全廠設備癱瘓，工廠蒙受了巨大損失。另一個案例是英國謝菲爾德一家醫院里，震網病毒通過一醫生的筆記本電腦接入醫院網絡，整個醫院網絡，甚至多家聯網醫院的網絡遭到入侵， 5000多臺電腦被感染。在正在進行的外科手術操作臺上，視頻顯示突然消失，人命關天的手術無法正常進行，影響極其惡劣。

   （2）海量信息處理

   數量龐大的物聯網節點將會產生海量的業務信息，如何對這些信息進行處理，提取、綜合成真正需要的信息，成了傳統自動化系統所面臨的新需求。

   以智能交通系統為例，7•21北京特大暴雨事故引發了人們對城市基礎設施薄弱、應急措施不到位等一系列問題的詬病，而基于物聯網的智能交通系統將使人們更加從容自如地應對這類問題。智能交通系統需要從海量的路況、車況信息中，提取出綜合、全方位的交通信息，并提供給交通指揮中心和用戶以做決策。

   （3）智能業務提供

   發展物聯網的最終目的是為社會和公眾提供更好的服務。傳統自動化行業由于缺乏物聯網中豐富的感知信息和無所不在的聯通能力，而在智能業務提供上存在局限性。物聯網應用將集中在交通、物流、智能家居和智能醫療上，這些領域應該能占到整個市場份額80%以上的比例。

   Q 對于傳統的工業自動化系統來說，物聯網的發展將給其帶來哪些變革？ 

   A傳統的工業自動化系統需要在各個環節與先進物聯網技術融合，并在物聯網專用芯片、終端應用系統開發、互聯互通、信息安全、測試技術、標準體系等方面進行全面升級。物聯網化的工業自動化產品，將趨于小型化、網絡化、低成本化，有利于加強對生產過程的控制，提高生產力。從當前技術發展和應用前景來看，物聯網在工業領域帶來的變革將主要集中在以下幾個方面： 

  （1）制造業供應鏈管理

   物聯網應用于企業原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。例如，空中客車（Airbus）通過在供應鏈體系中應用傳感網絡技術，構建了全球制造業中規模最大、效率最高的供應鏈體系。

   （2）生產過程工藝優化

   物聯網技術有利于提高生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平也將不斷提高。例如，鋼鐵企業應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現對加工產品的寬度、厚度、溫度的實時監控，從而提高產品質量，優化生產流程。Oil&Gas集團在全球建立了13個面向不同產品的i-Center，通過傳感器和網絡對設備進行在線監測和實時監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

   （3）環保監測及能源管理

   物聯網與環保設備的融合將實現對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。在重點排污企業排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發性環境污染事故的發生。其中，電信運營商已開始推廣基于物聯網的污染治理實時監測解決方案。

   （4）工業安全生產管理

   物聯網通過將各種傳感設備部署到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

   Q物聯網行業的蓬勃發展將給自動化行業帶來哪些機遇和挑戰？ 

   A物聯網行業的發展主要以業務驅動為主，其在自動化行業的切入點包括裝備制造業供應鏈管理、食品安全追溯體系、石化設備智能測控、煤礦安全生產管理、工業排污實時監控等。目前，物聯網還處于起步階段，其大規模應用還面臨一些關鍵技術問題，概括起來主要有以下幾個方面。

   （1）工業用傳感器

   工業用傳感器是實現工業自動檢測和自動控制的首要環節。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。物聯網對工業用傳感器提出了網絡化、安全化、智能化等新的需求。

   （2）工業無線網絡技術

   工業無線網絡是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節點組成的網狀(Mesh)網絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等。物聯網中的工業無線網絡技術具有低耗、自組織、泛在協同、異構互連等特點。

   （3）工業過程建模

   物聯網在工業領域的大規模應用面臨著工業集成服務代理總線技術、工業語義中間件平臺等關鍵技術問題。

  （4）工業應用拓展

   物聯網將推動工業應用由垂直應用向聚合應用拓展。垂直應用是指企業結合自身的特點、行業的特點進行生產過程的控制。垂直應用與行業生產和業務流程緊密結合，通過提供集成化的行業解決方案，為行業內企業的生產管理提供各種服務。如在汽車行業中，產業鏈環節中的企業各自建立物聯網應用系統，感知車輛實時狀態，車載控制模塊匯聚和發送車輛信息，完成對車輛的控制。

   聚合應用是跨行業的應用，是基于公共服務平臺的信息化服務。聚合應用是運營商和解決方案提供商以行業用戶、家庭用戶和個人用戶為重點，規模化推廣和普及基于物聯網的相關業務和服務。如集成應用車載傳感網、GPS定位、通信等技術的汽車，可以提供全方位和全天候的檢測、導航、娛樂、呼救等信息服務，再通過公共服務平臺完成信息維護和綜合服務運營。消費者、整車廠、維修商、車輛管理機構均可共享信息和服務，從而進一步完善整車和零部件的設計和工藝流程，實現車輛全生命周期管理。

    摘自《自動化博覽》2013年4期