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1、“十二五”规划下物联网产业发展案例分析及展望陈景君天津锐敏科技发展有限责任公司天津市华苑产业园区榕苑路16号鑫茂科技园D2座CD单元6层,邮编300100电话：15608639002tgchenjingjun【摘 要】 物联网是世界范围内的又一次技术浪潮，发展物联网在“十二五”期间被提升到国家战略的高度。本文介绍物联网的发展及技术方向，以物联网与交通运输行业和电力行业的融合为案例论证了发展物联网的重大意义，深入探讨了在“十二五”规划下物联网发展的前景。【关键词】 十二五规划；物联网；RFID；智能交通系统；智能电网；政府政策；自主知识产权【Abstract】 The IoT (Internet
2、 of Things) sets off bright wave of technology world-wide and has become national technology strategy of Chinas Twelfth Five-Year Plan. The article first introduces the development of IoT and its technological trends and then uses two case study which elaborate the integration of IoT with both trans
3、portation sector and the electricity industry to demonstrates the significance of development of IoT. At last, we discuss the prospects for the development of IoT in the Twelfth Five-Year Plan. Keywords: Twelfth Five-Year Plan.；IoT (Internet of Things)；RFID；Intelligent Transportation Systems；Smart G
4、rid；Independent intellectual property rights一 物联网定义及简介“物联网”（Internet of Things）这一概念于1999年提出，定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。通过对物体实现智能化的控制与管理，实现物与物之间的交流，以及人与物之间的沟通。物联网在内涵和外延上较现有的互联网更为广泛。互联网给每一台计算终端（计算机、手机等）分配一个IP地址，实现计算终端之间的通讯；而在物联网中，
5、任何物体，大到建筑、汽车，小到杯子、水壶，只要搭载了RFID芯片，便能与其它物体交流、通讯或共享数据。一方面，物联网是各种感知探测技术的广泛应用。物联网中部署了海量的RFID、二维码、红外扫描器等传感器，每个传感器从所在环境中实时地采集捕获信息。另一方面，它又具有智能处理的能力。物联网中海量的信息能够互相交换，相互共享，通过这种机制，物联网能够对物体实施智能控制。在云计算、人工智能、数据挖掘等技术的支持下，物联网的应用可以触及生产与生活的每个角落，可以从环境中采集的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应日新月异的社会需求，并发现新的应用领域和应用模式。二 国外物联网发展现状物联网自问
6、世以来，便受到了极大的重视，被国内外业界视为是继计算机、互联网与移动通信网络之后的又一次革命性的信息浪潮。国外政府普遍将物联网浪潮视作塑造国家长期竞争力的重大历史机遇，并为之制定了相应的扶持战略，提出了发展方针。2005年11月17日，国际电信联盟（ITU）在举行于突尼斯的信息社会世界峰会（WSIS）上发布了ITU互联网报告2005：物联网，指出无所不在的“物联网”通信时代即将到来，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用3。在美国，奥巴马向IBM提出的“智慧地球”构想发出了积极回应，并将物联
7、网发展提升到国家战略的方针。在美国经济刺激计划中，有数百亿美元投入到物联网相关应用中。美国国防部提出“智能微尘”计划，并计划将相关技术从军事领域转移到民用领域。在智能电网方面，美国政府出资34亿美元建立“智能电网”投资基金，加上民间资本，总投资规模将达到80亿美元。美国国家情报委员会NIC将物联网列为六大“具有毁灭性意义的民生科技”之一，认为其对一国国力有巨大的影响力，并预测到2025年，物联网节点将遍布国民经济的各个环节5。欧盟于2009年提出了欧盟物联网行动计划及欧盟物联网战略研究路线图，不仅投入了大量资金，还搭建了政策框架、作出了法律准备。三 物联网在中国我国一直对物联网的发展高度重视，
8、在政策和资金上加以大力扶植。2009年8月，温总理指出尽快突破核心技术，把传感技术和通信技术结合越来，建立“感知中国”中心；随后温总理又在政府工作报告中指出，中国要大力培育战略性新兴产业，特别提出要加强物联网的研发应用2。“十二五”规划纲要中，物联网关键技术研发和产业示范应用被列为重点支持对象，已被国务院作为战略性新兴产业上升为国家发展战略1。中央财政将进健全支持物联网发展的财政政策体系，积极吸引投资。工信部物联网“十二五”发展规划等相关文件的出台，体现了政府发展物联网产业的决心，为后续发展奠定了强有力的政策支撑。地方政府也纷纷出台相关规划，而包括上海、江苏、广州等物联网发展较快的地区均将智能
9、电网列入重点发展领域，其中江苏、上海分别发布江苏省智能电网产业发展专项规划纲要(20092012年)、上海推进智能电网产业发展行动方案(20102012年)，对当地智能电网的发展做出了规划性指引。四 物联网主要技术方向物联网从层次上分为三层：应用层、传输层与感知层：而整个产业链又可分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术是RFID、传感器、智能芯片与运营商的传输网络。物联网要实现万物相连，在以上技术中，无线传感技术是关键媒介，是目前需要大力研究与发展的技术问题。RFID6与MEMS传感器等芯片正是物联网发展的排头兵。现在的城市一卡通、图书馆电子借阅、大型建筑室内定位、汽车自动
10、收费等等应用，都是依靠物品上的RFID芯片完成。(图：RFID市场规模)可以看出，由于金融危机的影响，RFID市场规模一度有较大下降，但近年来随着经济的回温，RFID呈现出较强的上升势头。MEMS传感器由于体积小，大规模量产后下降成本快，现在广泛应用于汽车和消费电子领域。2010年全球市场强劲增长，比2009增长25%，达86亿美元。然而，由于我国技术基础相对薄弱，我国在无线传感领域存在一定的发展瓶颈。如RFID等高端芯片等核心领域无法产业化，仅以低端产品为主；传感器存在严重的国外厂商垄断现象。在“十二五”规划下，发展具有自主知识产权的核心技术将成为物联网产业发展的重中之重。五 物联网在交通运
11、输行业应用物联网从概念的提出到今天，已经有十多年历史；而物联网，也 不再仅是一个专家学者挂在嘴边的技术名词，而是早就悄然走入了人们的生活，在社会建设中发挥着巨大的作用。物联网现阶段的一大重要作用，就是“智能交通”的实现。1. 智能交通迅猛发展的背景工业化进程已经进行了一个多世纪，大多数发达国家与发展中国家已经实现了汽车化，变成了“轮子上的国家”。北京在2010年底机动车突破476万，全中国机动车保有量将突破2亿。汽车化社会带来的交通事故、交通堵塞、能源消费和环境污染等社会问题日趋恶化。2008年全球因交通事故死亡130万人，2000至5000万人受伤，直接经济损失达5180亿美元。美国因交通堵
12、塞造成的年度经济损失高达872亿美元，占全国GDP的1.5%到4%，汽车排放的二氧化碳排放量占总量的22%。在汽车数量激增的今天，美国和日本的经验告诉我们，仅依赖道路建设来改善这些社会问题，而不引入高科技手段重新对交通进行规划，是不可行的。我国的城镇化进程也带动着智能交通系统迅猛发展。目前在城镇人口约20万左右的中等城市，只有60%有高速公路连接。而根据规划，高速公路网将连接全国所有中等以上城市，覆盖10亿多人口。与此同时，我国城市的机动车保有量以15%的速率增长，而道路增长速度只有3%。目前人均道路面积仅10.6平方米，远低于国外的15-20平方米的数值。在土地资源有限，环境问题日趋严重的情
13、况下，只有通过交通智能化与信息化建设，才能有效缓解交通供需矛盾。2. 用物联网技术实现智能交通物联网技术在智能交通系统中的应用，大体上分为以下几个部分：车载智能控制系统、道路监视系统、交通规划系统。车载智能系统：RFID芯片装在车辆上，可以实现车辆之间的通信、车辆与基站的通信、自动识别、定位、监控等功能，在智能交通系统中起到不可替代的作用。RFID芯片与人工智能技术结合，可以起到自动驾驶、路线规划等等作用。RFID芯片与路标通信后，车载智能终端可以自动作出相应的驾驶指令，例如遇到红灯时阻止驾驶员强行闯过；车与车之间的RFID相互通信，动态调节车速与车向，可以避免追尾、抢道等事故发生。交通监控系
14、统：目前的交通监控基本完全依靠视频监视和电子眼实现，信息处理量和处理精度均存在一定的问题。车辆联入物联网后，车辆的实时驾驶情况可以被交通监控系统精准地记录下来作为执法人员判罚的依据。交通规划系统：汽车连入物联网后，交通管理中心可以得到整个城市任何一条道路上的实时车流量，并通过卫星系统或其它通讯手段实现驾驶员与调度中心的双向通讯，来提供更好的道路规划。对公共交通设施，如公交、地铁、轻轨、出租汽车，系统可以根据车流量作出最合理的安排。具体地说，智能交通系统的工作流程为：通过RFID与传感器技术将物理世界的海量实时、真实信息采集下来，通过互联网、3G网络或其他方式发送到交通指挥中心，在大规模运算集群
15、上进行智能分析，实现交通路线诱导、交通环境控制等功能。除此之外，智能交通系统还能实现不停车收费、按热点差价收费等等附加功能。3. 智能交通系统运用的实例北京智能交通物联网北京十年来构建了一个集成视频监控、GPS警车定位、信号控制、集群通信等近百个系统，实时处理733T海量异构数据的智能交通管理系统。在快速路、主干路网上分布着上万个检测线圈，埋在接近路口的地下面，和大量的超声波、微波、视频等设备一起采集实时道路信息，将数据返回后台进行整合处理，当数据超过历史平均值时会向交管部门警告，要求交管部门相应部署警力。采集到的实时信息不仅用来执法，在城市交通中更多地体现在微观的交通控制与诱导上。系统根据整
16、个城市的车流状况，通过复杂度极高的处理，来计算出最佳方案，反馈给子系统以实现对车辆通行的规划。在智能交通系统的帮助下，北京地铁的发车间隔成功地从2分中缩短到1分半中。在某些路段上，智能交通系统实现了遥测汽车尾气污染数据的功能，在大规模普及后将成为空气治理的一项重要参考指标，改善现有的空气质量监测体系。在总投入14亿元的北京智能交通系统三期建设中，RFID技术得到了大规模应用。车辆电子注册管理系统给注册车辆加上RFID电子车牌，每个车对应的车牌中存储着全球唯一的UID，起到了防伪、打击黑车的作用。同时交通管理系统通过道路口的显示屏、电台、手机短信的方式，向市民发布实时的全城路况情况，帮助驾驶员作
17、出合理决策。在未来，随着后台系统的改进，类似于天气预报的路况预报也将向公众公开。不停车收费系统随着社会、经济的快速发展，特别是跨省市国道主干线高速公路网络的形成，传统的人工收费方式由于需要停车、人工操作，通行能力已经不能满足高峰交通的需要。收费标准的统一、收费站建设的费用、停车对交通压力和环境污染的影响，都迫切地需要物联网技术加以解决。电子不停车收费系统（ETC）是智能交通系统提供的服务之一，过往车辆在通过道口时无须停车即可实现全自动收费，特别适合在高速公路或者交通繁忙的桥隧环境下使用。ETC利用射频识别技术RFID，实现车辆的快速通行。车辆进、出收费路口的前后，信息被路口的采集装置采集并上传
18、至收费系统数据管理中心，该数据管理中心进行分析形成扣费交易事实上传银行；银行完成交易处理后实时返回该数据管理中心。从技术上，主要有自动车辆识别技术自动车辆识别（AVI Automaic Vehicle Identification）技术自动车型分类（AVI Automatic Vehicle Classification）技术、短程通信（DSRC Dedicated Short Communication）技术、逃费抓拍系统（VES Video Enforcement System）等，采用RFID、二维码、红外、地磁等手段实现。采用ETC系统后，收费管理的成本降低，收费口由于无需停车，噪声水
19、平和废气排放也会大幅下降。在此前提下，收费站的规模可以大幅缩减，节约基建费用和管理费用。同时，ETC系统能避免因停车收费而在交通枢纽处产生堵塞，大大减轻交通管理的难度。ETC技术在国外已经发展数年，美国等发达国家已经实现收费系统的局部联网并逐步形成规模效益。我国北京、广东等发达地区已经开通ETC系统，江西省35.1%的高速收费站开通ETC国产，并与浙江、福建完成互联互通测试。4. 发展前景从近年来的发展看，物联网应用于智能交通已经成为星火燎原之势。智能交通系统已经在我国取得了越来越大的成效。但我国当前的智能交通物联网尚处于初级阶段，形式较为分散，成熟的系统分布在大的省市，还未形成规模。在“十二
20、五”发展规划下，物联网被提升到国家战略的高度，必须抓住这个历史机遇，在政府的大力扶持下研发技术、制定标准，将智能交通物联网向规模化、网络化、集成化、服务化发展，成为智慧城市的重要组成部分。六 物联网在电力行业的应用进入21世纪以来，随着世界经济的发展，能源需求量持续增长，环境保护问题日益严峻，调整和优化能源结构，应对全球气候变化，实现可持续发展成为人类社会普通关注的焦点，更成为电力工业实现转型发展的核心动力。在此背景下，智能电网成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。智能电网是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网
21、。物联网技术的应用对于提升智能电网在发电、输电、变电、配电和用电五大环节的信息收集、信息智能处理、信息双向交流能力将起到重要作用，能够更好地提升现有输电能力和各级电力设备利用率，提升电网的安全性、可靠性及用户的用电质量和效率，为用户提供更加智能化、个性化的服务，这将对智能电网的建设带来正面影响。在未来，智能电网的建设将产生世界上最大、信息感知最全面的物联网。输电线路状态在线监测是物联网在智能电网上的重要应用之一。通过在输电线路上安装大量的传感器来实时监测气象条件、覆冰、导地线微风振、导线温度与弧垂、输电线路风偏等参数，将数据返回指挥中心进行实时分析，并提前作出故障预警，在第一时间为维修人员定位
22、故障，解决了人力测量高压输电线路的困难，大大增强了输电线路对恶劣环境条件的适应能力。电力生产管理中，物联网技术可以降低现场作业管理、调度的难度，消除误操作、误进入等安全隐患。借助RFID射频芯片，对工作人员身份与工作区域进行校验，实现远程监控与调度，达到指挥中心与现场人员的实时互动。通过物联网定位，指导巡检人员按照标准流程进行作业。物联网技术有助于智能用电，实现用户与电网之间的交流互动。新时代的用电已经不仅限于家庭照明电路与工业用电，而是包括电池、电动汽车、家庭电器等等用电设备。通过在电动车、电池、充电设备上安装传感器与RFID芯片，可以将这些设备纳入分布式网络中，实时感知电动汽车状态、电池安
23、全情况，实现电动汽车与充电设施的综合监测与管理。家庭中的电器，大到电视、空调，小到热水壶、门禁装置，嵌入智能采集模块和通信模块后，也可纳入智能电网中，对家庭用电设备进行统一管理，同时方便设备与设备之间的数据、状态共享。当智能电网的概念得到外延后，可以为智能用电双向交互服务、家居智能化、能效管理、分布式供电接入提供保障。（图：智能电网与物联网的深度融合）美国每年因电网扰动与断电损失790亿美元，因发电量与用电量的不匹配，利用率仅有55%。美国通过将物联网运用在发电、输电、变电、配电和用电环节，将以前因发电不平衡而难以接入电网的风电、太阳能等分布式能源用于补助主电网，并通过监控用户用电负荷，赋予消
24、费者选择电价和能源类型的权力。我国国家电网公司提出了智能电网2020发展战略，在2012年前制订技术与管理标准，开展关键技术研发；2013-2015年加快特高压电网和城乡配电网建设，在5-10个城市建设智能电网，初步形成互动服务体系；2016-2020年总投资计划达4万亿元，清洁能源装机35%，分布式电源即插即用，单位GDP二氧化碳排放降低40%至50%。需要注意的是，电网作为关系国计民生的命脉，在建设中容不得半点马虎。智能电网在调节发电以匹配用电负荷时，可能带来电网的不收敛，甚至因非线性而使电网瘫痪；智能电网中的物联网传感器可靠性如果不高，会给输电带来大量不稳定因素；将家庭用电纳入智能电网中
25、，也可能造成个人隐私的泄漏。鉴于电网建设处于要害地位，出于国家安全的考虑，政府应大力扶持本土企业投入到智能电网与物联网的融合建设之中。七 总结物联网是一次新的全球性的技术革命，孕育着无穷的发展机遇。“十二五”期间，物联网的发展被提升到了国家战略的高度。在这个历史机遇面前，一方面需要由国家主导，由政府部门来管理和协调行业的竞争，促进现有标准的融合，形成统一的技术标准与行业规范；另一方面，我国工业和技术基础相对薄弱，在高端领域缺少龙头企业，故掌握具有自主知识产权的核心技术将是产业发展的重中之重。在“十二五”规划下，凭借我国雄厚的经济实力支持，以及覆盖率极高的无线通信网络作为坚实的基础设施， 我国必
26、能在物联网领域迎头赶上甚至占领产业价值链的最高端。参考文献1 物联网“十二五”发展规划R. 北京：工业和信息化部. 2011-11-282 温家宝. 2010年政府工作报告R. 北京：第十一届全国人民代表大会第三次会议. 2010-3-53 The Strategy and Policy Unit of ITU. ITU Internet Reports 2005: The Internet of ThingsR. Tunis: the World Summit on the Information Society (WSIS), 2005(11)4 The RFID Working Grou
27、p of EPOSS. The Internet of Things in 2020: A Roadmap for the FutureR. 2008(9)5 National Intelligence Council, Disruptive Civil Technologies Six Technologies with Potential Impacts on US Interests Out to 2025 Conference Report CR 2008-07, April 2008, .6 L. Srivastava, Pervasive, ambient, ubiquitous: the magic of radio, in: European Commission Conference From RFID to the Internet of Things”, Bruxelles, Belgium, March 2006.
