資源簡介

(共25張PPT)
專題六 了解物聯網
（1）了解物聯網技術的現狀與發展；
（2）了解智慧城市相關知識；
（3）了解典型的物聯網系統并體驗應用，如智能監控、智能物流等。
考綱要求
1．物聯網技術概念
國際電信聯盟對物聯網（Internet of Things，簡稱IOT）做了如下定義：通過二維碼識讀設備、射頻識別( RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
物聯中的“物”必須具備四個特性，一是擁有唯一的地址標志，能被物聯網中的其它“物”所識別，并知道它所在的位置，如監控攝像頭；二是擁有感知能力，能感知周圍的環境狀況，如攝像頭能感知鏡頭范圍內的物品；三是擁有通信能力，能與其它“物”進行通信，如攝像頭能把感知的信息傳輸給后臺的管理中心；四是執行控制，能根據指令完成任務，如報警，語音提示等。
任何事物附加接入物聯網的設備，均可以成為物聯網中的“物”。包括手機、耳機、智能家具、可穿戴設備等幾乎所有你能想到的物品。
一．物聯網技術的現狀與發展
一．物聯網技術的現狀與發展
當前物聯網的應用越來越廣泛，常見的應用系統有：智能交通、智能電網、智能小區、數字博物館、數字醫療、食品安全監控、智能物流等。物聯網的基本組成如圖2-6-1所示。
2．物聯網主要技術 物聯網技術的本質是網絡通信技術，核心是無線技術，包括傳感器技術、RFID 射頻識別技術、移動通信技術、智能信息處理技術、嵌入式系統技術、智能控制技術、云計算技術、信息安全技術等。 它的目的是通過以上技術的融合實現物與物、物與人以及人與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。3．物聯網技術的基本架構
當前較為公認的物聯網基本架構包括四個邏輯層，即感知層、網絡層、平臺層和應用層。其框架如圖2-6-2所示。傳感和控制技術構成感知層，通信技術構成網絡層，大數據、云計算、人工智能、操作系統和組件構成平臺層，智能物流、智慧農業、智慧交通、智慧電網等在平臺層或網絡層基礎上形成應用層。
（1）感知層
物聯網的感知層包括傳感器等數據采集終端，是數據之源，現實中的數據通過各種途徑和方式采集到物聯網系統中，供物聯網系統中的終端或平臺決策使用。在感知層中主要的技術是傳感器技術、RFID射頻技術、智能識別技術、二維碼技術、衛星定位技術。
一．物聯網技術的現狀與發展
圖2-6-2 物聯網技術基本架構
一．物聯網技術的現狀與發展
一．物聯網技術的現狀與發展
①傳感器技術
傳感器類似于人類的感官系統，它能感知周圍環境中的聲音、光強、溫度、濕度、壓力、空間位置等物理量的變化，獲取各種信號，如聲音傳感器的基本工作原理如圖6-2-3所示。
②射頻識別技術
射頻識別（英文簡稱為RFID），又稱為無線射頻識別，俗稱為電子標簽。它是一種非接觸式、雙向通信的自動識別技術，由一個閱讀器和目標電子標簽兩個基本器件組成，它通過射頻信號自動識別目標對象以獲取相關數據，識別工作不需要人工干預，可工作于各種環境。RFID技術可識別高速運動的物體并可同時識別多個標簽，操作便捷。最簡單的RFID系統，由電子標簽、閱讀器及天線組成，實際應用時還要與計算機及應用系統組合，其組成如圖2-6-4所示。
圖6-2-3 聲音傳感器工作原理
一．物聯網技術的現狀與發展
③智能識別技術
當前隨著人工智能技術的發展，各種智能識別技術，如圖像識別、語音識別、生物識別技術有了廣泛的應用，比如我們經常在手機上利用指紋識別、人臉識別、語音識別進行身份認證。
射頻標簽是物品電子代碼的物理載體，附著于可跟蹤的物品上，可全球流通并能對其進行識別和讀寫。
圖6-2-4 RFID的系統組成
電子標簽
手持閱讀器
計算機
（2）網絡層 網絡層也稱為“傳輸層”，將來自感知層的各類信息通過基礎承載網絡傳輸到應用層，相當于人的神經系統。網絡層是基于現有的通信網和互聯網建立的。物聯網就是在互聯網的基礎上發展起來的。物聯網的網絡層采用多種通信技術，包括有線和無線網絡技術、藍牙通信技術、移動通信技術，還采用了NB-IOT、LoRa、ZiBee等物聯網專用通信技術。網絡層負責把感知的數據傳輸到應用層，同時把應用層的數據傳輸到感知層中的終端。
物聯網中還要用到物聯網網關，其作用是負責感知層和網絡層之間數據中轉以及感知層內部不同感知網絡之間的數據中轉，同時具備感知層終端設備的管理功能，運營商通過物聯網網關設備可以管理低層的各感知結點，了解各結點的相關信息，以實現遠程控制。
（3）應用層 應用層是把感知層得到的信息進行處理，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理等實際應用。物聯網的應用層可進一步分為管理服務層和行業應用層。管理服務層通過數據挖掘、智能數據處理與智能決策計算，為行業應用層提供安全的網絡管理與智能服務。
一．物聯網技術的現狀與發展
4．物聯網技術的的現狀（1） 美國物聯網技術的現狀 美國國家情報委員會將物聯網列為六種“2025年可能影響美國的國家權力的技術”，美國已把它當成重振經濟的法寶，所以非常重視物聯網和互聯網的發展，它的核心是利用信息通信技術（ICT）來改變美國未來產業的發展模式和結構（金融、制造、消費和服務等），改變政府、企業和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應速度。把信息通信技術充分應用到各行各業，把感應器嵌入到全國每個角落，例如電網、交通（鐵路、公路、市內交通、相關設備、工具）等物體上。并利用網絡和設備收集的大量數據通過云計算、數據倉庫和人工智能技術做出分析，給出解決各種問題的方案。（2）中國物聯網技術的現狀 我國高度重視發展物聯網，提出“感知中國，感知城市 ”，也是為了推動我國經濟結構轉型，搶占人類未來發展方向的制高點。物聯網具有廣闊的行業應用需求，但各行業發展并不均衡，整體來看，中國物聯網產業發展仍處于初級階段，技術標準、產品以及市場并不成熟。細分市場方面，交通、安防、物流、零售、電力、金融、環保、醫療等將成為物聯網行業應用的重點領域，但由于不同行業在物聯網政策傾向、技術與市場成熟度、市場需求等方面差別較大，物聯網的細分市場發展差距很大。
一．物聯網技術的現狀與發展
5．物聯網技術在我國未來發展趨勢（1）以應用引領產業發展 中國物聯網產業的發展是以應用為先導，存在著從公共管理和服務市場，到企業、行業應用市場，再到個人家庭市場逐步發展成熟的細分市場遞進趨勢。（2）標準體系逐漸成熟 物聯網標準體系是一個漸進發展成熟的過程。物聯網產業的標準將是一個涵蓋面很廣的標準體系，將隨著市場的逐漸發展而發展和成熟。（3）綜合性平臺即將出現 隨著行業應用的逐漸成熟，新的通用性強、綜合型的物聯網技術平臺將出現。隨著產業的成熟，支持不同設備接口、不同互聯協議，可集成多種服務的共性技術平臺將是物聯網產業發展成熟的標志。（4）有效商業模式逐步形成 針對物聯網領域的商業模式創新將是把技術與人的行為模式充分結合的結果。這個商業模式就是要實現多方共贏，讓物聯網真正成為一種商業的驅動力，讓產業鏈所有參與物聯網建設的各個環節都能從中獲益。
一．物聯網技術的現狀與發展
二．典型的物聯網系統
1．智能物流系統
（1）智能物流概念 智能物流是指貨物從供應者向需求者的智能移動過程，包括智能運輸、智能倉儲、智能配送、智能包裝、智能裝卸等，為供方提供最大化的利潤，為需方提供最佳的服務，同時也應消耗最少的自然資源和社會資源，最大限度地保護好生態環境，從而形成完備的智能社會物流管理體系。智能物流的特點是：智能化、一體化和層次化、柔性化與社會化。
（2）智能物流界定 智能物流就是利用條形碼、射頻識別（RFID）技術、傳感器、全球定位系統等先進的物聯網技術通過信息處理和網絡通信技術平臺廣泛應用于物流業運輸、倉儲、配送、包裝、裝卸等基本活動環節，實現貨物運輸過程的自動化運作和高效率優化管理，最終實現快速響應、準時配送的優質服務，帶動現代物流配送行業經濟效益的提高。（3）物聯網技術在智能物流中的運用 射頻識別（RFID）技術主要用來感知定位、過程追溯、 信息采集、物品分類揀選等。全球定位系統（GPS/GIS）技術用于對物流運輸與配送環節的車輛或物品進行定位、追蹤、監控與管理，尤其在具有運輸環節的物流信息系統中應用最廣。視頻與圖像感知技術在物流系統中主要作為其他感知的輔助手段，也常用來對物流系統安防監控，用于物流運輸中的安全防盜等，這一系統往往會與RFID、GPS等技術結合應用。傳感器的感知技術主要用于對危險物流系統、糧食物流系統、冷鏈物流系統的物品狀況及環境進行感知。尤其在食品、醫藥冷鏈物流和危險品物流具有廣泛的應用前景。另外，掃描、紅外、激光、藍牙等其他感知技術在物流行業中也有少量應用。
二．典型的物聯網系統
（4）智能物流系統運用①運用于產品的智能可追溯網絡系統 目前，在醫藥、農產品、食品、煙草等行業領域，產品追溯體系發揮著貨物追蹤、識別、查詢、信息采集與管理等方面的巨大作用，已有很多成功應用。農產品追溯系統如圖2-6-6所示。
二．典型的物聯網系統
②運用于物流過程的可視化智能管理網絡系統 這是基于GPS衛星導航定位技術、RFID 技術、傳感技術等多種技術，在物流過程中實時實現車輛定位、運輸物品監控、在線調度與配送可視化與管理的系統。③運用于智能化的企業物流配送中心 這是基于傳感、RFID、聲、光、電、移動計算等各項先進技術，建立的全自動化的物流配送中心。借助配送中心智能控制、自動化操作的網絡，可實現物流、信息流、資金流的全面協同。目前一些先進的自動化物流中心，基本實現了機器人隊碼垛,無人搬運車搬運物料，分揀線上開展自動分揀，計算機控制堆垛機自動完成出入庫。④運用于企業的智慧供應鏈 在競爭日益激烈的今天，面對著大量的個性化需求與訂單，怎樣能使供應鏈更加智慧？怎樣才能做出準確的客戶需求預測？這些是企業經常遇到的現實問題。這就需要智慧物流和智慧供應鏈的后勤保障網絡系統支持。
二．典型的物聯網系統
2．智能監控系統（1）智能監控概念 智能監控是在嵌入式視頻服務器中，集成了智能行為識別算法，能夠對畫面場景中的行人或車輛的行為進行識別、判斷，并在適當的條件下，產生報警提示用戶。（2）智能監控識別類型 當前比較主流的識別種類包括：物體識別、越界識別、軌跡跟蹤、丟失物體識別、車牌識別、車速測量、流量統計、逆行告警、涂鴉行為識別、反常行為視頻等。（3）智能監控應用領域 從功能上講，視頻監控可用于安全防范、信息獲取和指揮調度等方面，可以提供生產流程控制、大型公共設施的安防，也能為醫療監護、遠程教育等提供各種服務。如數字化家庭監控系統、住宅小區及辦公室的安全防范、智能大廈與停車場的無人監控等。 從應用領域上看，視頻監控在各行各業都得到了廣泛的應用，除了檔案室、文件室、金庫、博物館等重要部門的監視和報警，在公共場所進行安全監控，在其他經濟和生活領域進行管理和控制也是必不可少的。如電信、電力領域的遠程無人值守監控，交通領域的遠程圖像監控等。
二．典型的物聯網系統
3．校園一卡通系統
校園一卡通是一個綜合型的信息處理系統，也是一個典型的物聯網應用，其
主要功能有身份識別、門禁識別、圖書借閱、內部消費、自助上網、校內自助租用自行車等，如圖6-2-7所示為校園一卡通的門禁識別應用、圖書自助借閱應用。
圖6-2-7 門禁識別應用（a）
圖6-2-7 圖書自助借閱（b）
二．典型的物聯網系統
三．智慧城市相關知識
圖2-6-8智慧城市全景圖
三．智慧城市相關知識
1. 智慧城市概念 智慧城市（Smart City）起源于傳媒領域，是指利用各種信息技術及創新概念，將城市的系統和服務打通、集成，以提升資源運用的效率，優化城市管理和服務，以及改善市民生活質量。智慧城市應用全景如圖2-6-5所示。
2．產生背景 改革開放30多年以來，我國城鎮化建設取得了舉世矚目的成就，尤其是進入21世紀后，城鎮化建設的步伐不斷加快，每年有上千萬的農村人口進入城市。隨著城市人口不斷膨脹，“城市病”成為困擾各個城市建設與管理的首要難題，資源短缺、環境污染、交通擁堵、安全隱患等問題日益突出。為了破解“城市病”困局，智慧城市應運而生。21世紀的“智慧城市”，能夠充分運用信息技術和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息，從而對于包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求做出智能的響應，為人類創造更美好的城市生活。3．形成因素 有兩種驅動力推動智慧城市的逐步形成，一是以物聯網、云計算、移動互聯網、人工智能為代表的新一代信息技術，二是知識社會環境下逐步孕育的開放的城市創新生態。前者是技術創新層面的技術因素，后者是社會創新層面的社會經濟因素。
三．智慧城市相關知識
4．智慧城市的特征 “智慧城市”需要具備四大特征：全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯、智能融合的應用以及以人為本的可持續創新。（1）全面透徹的感知 通過傳感技術，實現對城市管理各方面監測和全面感知。智慧城市利用各類隨時隨地的感知設備和智能化系統，智能識別、立體感知城市環境、狀態、位置等信息的全方位變化，對感知數據進行融合、分析和處理，并能與業務流程智能化集成，繼而主動做出響應，促進城市各個關鍵系統和諧高效的運行。（2）寬帶泛在的互聯 各類有線、無線網絡技術的發展為城市中物與物、人與物、人與人的全面互聯、互通、互動，為城市各類隨時、隨地、隨需、隨意應用提供了基礎條件。寬帶泛在網絡作為智慧城市的“神經網絡”，極大的增強了智慧城市作為自適應系統的信息獲取、實時反饋、隨時隨地智能服務的能力。（3）智能融合的應用 現代城市及其管理是一類開放的復雜系統，新一代全面感知技術的應用更產生了城市的海量數據。
三．智慧城市相關知識
集大成，成智慧。基于云計算，通過智能融合技術的應用實現對海量數據的存儲、計算與分析，并引入綜合集成法（綜合集成研討廳），通過人的“智慧”參與，大大提升決策支持的能力。基于云計算平臺的智慧工程將構成智慧城市的“大腦”。技術的融合與發展還將進一步推動“云”與“端”的結合，推動從個人通訊、個人計算到個人制造的發展，推動實現智能融合、隨時、隨地、隨需、隨意的應用，進一步彰顯個人的參與和用戶的力量。
（4）以人為本的可持續創新
面向知識社會的下一代創新重塑了現代科技以人為本的內涵，也重新定義了創新中用戶的角色、應用的價值、協同的內涵和大眾的力量。智慧城市的建設尤其注重以人為本、市民參與、社會協同的開放創新空間的塑造以及公共價值與獨特價值的創造。注重從市民需求出發，以信息化工具和方法強化用戶的參與，匯聚公眾智慧，不斷推動用戶創新、開放創新、大眾創新、協同創新，以人為本實現經濟、社會、環境的可持續發展。
5．建設意義
建設智慧城市在實現城市可持續發展、引領信息技術應用、提升城市綜合競爭力等方面具有重要意義。
（1）建設智慧城市是實現城市可持續發展的需要
由于智慧城市綜合采用了包括射頻傳感技術、物聯網技術、云計算技術、下一代通信技術在內的新一代信息技術，因此能夠有效地化解“城市病”問題。
三．智慧城市相關知識
這些技術的應用能夠使城市變得更易于被感知，城市資源更易于被充分整合，在此基礎上實現對城市的精細化和智能化管理，從而減少資源消耗，降低環境污染，解決交通擁堵，消除安全隱患，最終實現城市的可持續發展。
（2）建設智慧城市是信息技術發展的需要
當前，全球信息技術呈加速發展趨勢，信息技術在國民經濟中的地位日益突出，信息資源也日益成為重要的生產要素。智慧城市正是在充分整合、挖掘、利用信息技術與信息資源的基礎上，匯聚人類的智慧，賦予物以智能，從而實現對城市各領域的精確化管理，實現對城市資源的集約化利用。
（3）提高國家綜合競爭力的戰略選擇
戰略性新興產業的發展往往伴隨著重大技術的突破，對經濟社會全局和長遠發展具有重大的引領帶動作用，是引導未來經濟社會發展的重要力量。一方面，智慧城市的建設將極大地帶動包括物聯網、云計算、三網融合、下一代互聯網以及新一代信息技術在內的戰略性新興產業的發展；另一方面，智慧城市的建設對醫療、交通、物流、金融、通信、教育、能源、環保等領域的發展也具有明顯的帶動作用，對國家擴大內需、調整結構、轉變經濟發展方式的促進作用同樣顯而易見。
課后練習
1．以下不屬于物聯網應用的是 ( )。A．快遞物品的位置查詢服務B．用電視遙控器遙控電視C．通過無人超市購買商品D．通過手機遠程控制家用電器的運行2．傳感器技術是物聯網的關鍵技術之一，傳感器主要用于 ( )。A. 采集信息 B．傳遞信息 C．控制信息 D. 識別信息3．關于物聯網的說法中正確的是 ( )。①能夠互動、通信的產品都可以看作是物聯網的應用②電子不停車收費系統 (ETC) 是物聯網技術的典型應用之一③物聯網的基礎是互聯網，是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡④物聯網就是物物互聯的無所不在的網絡，因此物聯網是空中樓閣，是不可實現的技術A．①② B．②③ C．①④ D．③④4．組成物聯網的主要技術不包括（ ）。A．傳感器技術 B．美工技術 C．網絡技術 D．智能數據處理技術
課后練習
5．物聯網的體系結構包括( ) 。①感知層 ②網絡層 ③應用層 ④轉換層A．①②④ B．①③④ C．①②③ D．②③④6．在各種自動識別技術中，識別速度最快的是 ( )。A. 條形碼 B. RFID C. 生物識別 D. 光學字符識別7．現代物流的主要特征是 ( )。A.物流總成本最小化、柔性化B. 物流系統化、信息化、現代化、社會化C. 物流管理專門化、網絡化、智能化、標準化D．以上都是8．智慧城市的主要特征包括（ ）。①全面透徹的感知 ②智能融合的應用 ③以人為本的可持續創新 ④寬帶泛在的互聯A．①②③④ B．①③④ C．②③④ D．①②③
課后練習
9．關于智慧城市的描述中，不正確的是( ) 。A．智慧城市建設的關鍵是大量、有效地建設城市IT系統B．智慧城市是虛擬的城市，不會給生產、生活帶來很大改變C．智慧城市是物聯網、大數據與云計算、人工智能、移動通信等技術的綜合應用 D．通過傳感器或信息采集設備全方位地獲取城市系統數據是智慧城市的基礎
10．智慧城市的建設項目應包括( ) 。
①智慧交通 ②智慧公共服務 ③智慧安居 ④智慧安防
A．①②④ B．②③④ C．①②③ D．①②③④
練習答案
題號 答案 題號 答案 題號 答案 題號 答案 題號 答案
1 B 2 A 3 B 4 B 5 C
6 B 7 D 8 A 9 B 10 D

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