第一篇：公有云在物聯(lián)網(wǎng)課程實踐教學中的應用

公有云在物聯(lián)網(wǎng)課程實踐教學中的應用

摘 要： 針對當前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學中存在的問題和工程領域對該專業(yè)的應用需求，對公有云平臺這一新技術在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教育實踐中的應用進行研究，通過研究和教育實踐，將主流的工程應用與傳統(tǒng)實踐教學相結合，通過對諸多云平臺的測試和應用，選擇主流并適合于教育教學的平臺進行重點的推廣應用，并在人才培養(yǎng)、學科競賽等方面取得一定的應用成果。

關鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)課程 公有云 實踐教學

隨著國家對物聯(lián)網(wǎng)經濟的重視和對相關人才的迫切需求，許多高校陸續(xù)開展了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。在2012年最新頒布的普通高等學校本科專業(yè)目錄中，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于工學中的計算機大類，標準學制四年，畢業(yè)后授予工學學士學位。該專業(yè)是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術、電子技術、測控技術等專業(yè)基礎知識，以及管理學、軟件開發(fā)等多方面知識。作為一個處于摸索階段的新興專業(yè)，各校都專門制定了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案。學生需要學習包括計算機系列課程、信息與通信工程、模擬電子技術、物聯(lián)網(wǎng)技術及應用、物聯(lián)網(wǎng)安全技術等幾十門課程[1]。

近年來，云計算大行其道，許多大的IT公司推出了面向工程應用的公有云服務，如開放式開發(fā)平臺（如GAE、SAE、BAE）、源代碼云平臺（如github）、物聯(lián)網(wǎng)云平臺（如YeeLink），這些創(chuàng)新服務為物聯(lián)網(wǎng)教育帶來新的機遇和變革[2]。借助這些優(yōu)秀的云計算平臺，將諸多的物聯(lián)網(wǎng)課程實踐環(huán)節(jié)遷移到云端進行，不僅能更好地促進該學科的教學實踐水平，而且能更好地使高等教育與工程實踐相結合，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標。

1.公有云應用情況

1.1開發(fā)云：SAE

Sina App Engine（以下簡稱SAE）是新浪于在2009年11月3日正式推出第一個Alpha版本的國內首個公有App Engine，SAE是新浪云計算戰(zhàn)略的核心組成部分。SAE作為國內的公有云計算，從開發(fā)伊始借鑒吸納Google、Amazon等國外公司的公有云計算的成功技術經驗，并很快推出有別于國外公司并具有自身特色的AppEngine。SAE選擇在國內流行最廣的Web開發(fā)語言PHP作為首選的支持語言，Web開發(fā)者可以在Linux、Mac或Windows上通過SVN或者Web版在線代碼編輯器進行開發(fā)、部署、調試，團隊開發(fā)時還可以進行成員協(xié)作，不同的角色將對代碼、項目有不同的權限；SAE提供了一系列分布式計算、存儲服務供開發(fā)者使用，包括分布式文件存儲、分布式數(shù)據(jù)庫集群、分布式緩存、分布式定時服務等，這些服務將大大降低開發(fā)者的開發(fā)成本。

在相關課程教學過程中，引入新浪SAE公有云計算開發(fā)平臺，SAE在一定流量內免費，足夠滿足教學實踐需要，要求每個學生開通新浪SAE賬號，將自己完成的個人主頁和其他Web開發(fā)課程的作業(yè)均通過版本控制工具上傳到云端，在課堂上，本人和學生一起對他們所完成的任務進行點評，取得非常好的效果，不但節(jié)省教學時間，免去學生配置傳統(tǒng)服務的煩惱，更使其與當前主流的工程應用親密接觸。在該課程的后期，講授JSP動態(tài)網(wǎng)頁階段，要求學生直接在SAE云端設計數(shù)據(jù)庫結構，取得良好的教學效果。

1.2實驗云：實驗樓

實驗樓是一個IT在線學習的平臺，為用戶提供的不是視頻，而是配置好的虛擬機，通過虛擬的實驗環(huán)境，學習者可邊看文檔邊動手操作，從而提高學習者的動手實踐能力，而且實驗樓虛擬環(huán)境不僅是簡單的在線編譯器，更可以支持廣泛的IT內容學習，不再局限于編程領域，為用戶提供的是一站式的IT在線動手實踐環(huán)境，學習者不用本地創(chuàng)造環(huán)境，只需一臺電腦，登錄實驗樓網(wǎng)站即可。

實驗樓平臺開通了諸多課程的實驗平臺和實驗指導，包括但不限于《C程序設計》、《Java程序設計》、《Python語言》、《Android應用開發(fā)》、《Linux操作系統(tǒng)》、《網(wǎng)絡與信息安全》等物聯(lián)網(wǎng)課程的實驗環(huán)境，為學習者提供動手實踐的環(huán)境。在最近幾學期的《嵌入式操作系統(tǒng)》和《嵌入式系統(tǒng)設計》課程中，授課教師要求學生申請“實驗樓”云平臺賬號，布置任務，在線編程，在瀏覽器打開的虛擬環(huán)境下進行程序的調試和驗證，達到良好的教學效果，也使學生感受到在線實驗的魅力。

1.3物聯(lián)網(wǎng)云：Yeelink

Yeelink是一個通用的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，允許用戶將設備接入網(wǎng)站，提供傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲和顯示服務，用戶不用考慮服務器實現(xiàn)細節(jié)和運維情況，即可擁有交付物聯(lián)網(wǎng)化的電子產品的能力。利用Yeelink提供開發(fā)接口，即可將傳感數(shù)據(jù)接入到Yeelink平臺。Yeelink提供了方便的物聯(lián)網(wǎng)云端接口，支持各類單片機開源硬件，為相關專業(yè)開設單片機應用、物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee、網(wǎng)絡技術等課程提供云端實踐平臺[3]。

在相關課程的課程設計環(huán)節(jié)，授課教師給學生布置“基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程環(huán)境檢測系統(tǒng)”的題目，題目要求基于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點完成當前環(huán)境溫濕度的采集，通過WSN網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)的顯示部分，提出按照物聯(lián)網(wǎng)云Yeelink的協(xié)議格式要求，將數(shù)據(jù)定時送往Yeelink平臺，以隨時隨地在云端實時檢測到被測環(huán)境的狀態(tài)和數(shù)據(jù)曲線，如下圖所示。

2.應用效果

2.1人才培養(yǎng)

通過在物聯(lián)網(wǎng)相關的課程中進行云計算平臺的應用，將目前主流的工程領域的開發(fā)方法引入教學實踐中，大大促進理論與工程實踐的結合[4]。所培養(yǎng)的學生進入工作崗位后，能夠迅速地進入角色，在目前物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等技術廣泛應用的時代，提前站穩(wěn)腳跟。根據(jù)部分學生的就業(yè)反饋，他們在學校進行的這些實踐活動基本與當前IT公司的路線一致，在相關的開發(fā)領域能夠迅速上手，得到用人單位的好評。

2.2學科競賽

將公有云平臺應用到學生的相關學科競賽中進行，取得了良好的競賽成績。

（1）2012年，在教育部舉辦的全國信息技術大賽中，我校學生利用公有云SAE完成的作品“校園一機通”取得了全國二等獎的好成績，該作品后端采用當時十分先進的云計算平臺SAE進行數(shù)據(jù)存儲和邏輯處理，前端使用移動終端，采用JSON方式進行數(shù)據(jù)通訊。

（2）2014年，在教育部舉辦的全國大學生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)競賽中，參賽作品“藍牙控制物聯(lián)網(wǎng)小車”利用手機控制藍牙小車，藍牙小車進行環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測，監(jiān)測結果通過無線網(wǎng)絡傳送至物聯(lián)網(wǎng)云端Yeelink，在Yeelink端進行數(shù)據(jù)的可視化和存儲，該作品充分利用Yeelink云提供的開發(fā)接口，具有一定的創(chuàng)新性，最終獲得大賽全國二等獎。

（3）2015年，在教育部計算機教指委主辦的TI杯全國大學生物聯(lián)網(wǎng)競賽中，參賽作品“手機控制物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關”利用TI的CC2530無線傳感網(wǎng)節(jié)點采集和傳輸數(shù)據(jù)，Android智能終端作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關與外部網(wǎng)絡進行通訊，Yeelink云端進行傳感數(shù)據(jù)的可視化，該作品最終獲得西北賽區(qū)二等獎的成績。

（4）2015年，甘肅省首屆青年APP大賽中，所指導的參賽作品“校園移動信息平臺”采用阿里云平臺進行部署，最終獲得省級三等獎。

2.3教學相長

在云平臺與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐課程的結合應用過程中，相關授課教師可獲得很大的收獲，教學思路由原來的傳統(tǒng)觀念逐步向主流的工程應用角度轉變，動手能力也得到增強，這都為以后教學工作的開展帶來了有益幫助。

3.結語

借助云計算的強大優(yōu)勢，將無線網(wǎng)專業(yè)相關課程的教學實踐逐步遷移到云計算平臺。通過研究和教育實踐，將主流的工程應用與傳統(tǒng)的實踐教學相結合，通過對諸多云平臺的測試和應用，選擇主流并適合于教育教學的平臺進行重點的推廣應用，并在人才培養(yǎng)、學科競賽等方面取得一定的應用成果。實踐表明，該項應用能夠促進物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學模式和教學手段的創(chuàng)新，對學生工程實踐和創(chuàng)新能力的提高起到促進作用。

參考文獻：

[1]李爽.基于云計算的物聯(lián)網(wǎng)技術研究[D].合肥：安徽大學，2014.[2]朱靜宜.基于云計算的高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)教學資源平臺構建研究[J].中國教育信息化，2012（9）：33-35.[3]李凱.基于YeeLink物聯(lián)網(wǎng)平臺的校園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D].保定：河北大學，2015.[4]鮑宇暉，崔德鳳，張永紅.云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術應用于“實驗動物學”教學模式的探討[J].北京教育（高教），2014（4）：75-76.基金項目：甘肅省“十二五”教育科學規(guī)劃課題（GS[2013]GHB0938）；蘭州工業(yè)學院教學改革研究項目（2013-17）。

第二篇：對于物聯(lián)網(wǎng)在教學中的應用

數(shù)字化教學應用及對教學的影響

劉春苗

[摘要]數(shù)字化教學設備的選擇與應用，是教學設計過程中一個重要的組成部分，作為教學設計的要素之一，它同時對教學效果產生很大的關聯(lián)作用。如何對于現(xiàn)代與傳統(tǒng)的教學媒體采取不同設計與應用就顯得尤其重要了。[關鍵詞]數(shù)字化教學媒體；教學方式；影響；對策；

引言：隨著信息化產業(yè)的蓬勃發(fā)展，技術領域也出現(xiàn)了亙古未有的變化，為教育行業(yè)了福音，正無形中改善著課程教學，改變著師生的學習方式。[1]。

一、數(shù)字化教學設備的到來

傳統(tǒng)教學是教師通過書本及以往的經驗經行傳授，通過黑板展示給學生來看，是一種流水線式的教學方式。教師再根據(jù)學生的反饋情況，了解學生對于知識的掌握情況，并把經驗記入備課筆記。這種教育方式有其魅力所在，在于教師的個人講課魅力。這種教學方式與現(xiàn)代社會對人才培養(yǎng)的要求是不相符合的，是跟不上時代發(fā)展的要求的，這種模式也就完成不了培養(yǎng)高素質的創(chuàng)造性人才的目標。

隨著數(shù)字化教學技術的到來，現(xiàn)代教學的方式也隨著變化，將數(shù)字教學信息通過圖像、聲音、圖表、文字等多種形式，生動地作用于學生感覺器官而進行的教學活動。這種數(shù)字化教學能將文字、圖形、圖像、動畫、聲音等多種媒體融為一體，因而在教學過程中有助于營造出一個理想的學習氛圍與學習環(huán)境，對教學過程形成強有力的支撐作用。這樣，在現(xiàn)代教學中運用數(shù)字化技術，能夠有效增加教學信息，優(yōu)化教學過程，激發(fā)學生的思維，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力[2]。

二、利用數(shù)字化技術進行教學容易出現(xiàn)的問題

1、數(shù)字化“講稿”化

利用數(shù)字化技術進行教學，主要是利用數(shù)字化聲畫并茂、形象直觀的優(yōu)勢進行教學，這樣有利于調動學生學習的積極性，幫助學生對問題的理解和接受。然而，在教學中卻發(fā)現(xiàn)有的教師所用的課件純屬一般性的講稿，只是把教材中整段的文字和圖片搬到“數(shù)字化課件”上來，相當于書本搬家，課件從內容到例題與教材相差無幾，授課時，教師只顧對著屏幕“照本宣科”，根本看不到學生的表情，更談不上與學生互動，課件讀完了“課也講完了”。這樣的授課又有什么意義呢? “數(shù)字化”在這樣的教學中又能起到什么作用呢？只能說明教師對所授教學內容不熟或課前準備不足。

2、信息量過大

由于數(shù)字化教學是利用計算機播放課件，免去了教師大量的板書過程，教師不需要去現(xiàn)場寫、畫，因此教學節(jié)奏比傳統(tǒng)教學方式快，如果教師在授課過程中將課件的圖像切換頻率加快，每課規(guī)定的內容很快就“播放”完畢，課堂時間往往會大大節(jié)余。于是，有的教師不是靠發(fā)揮自己的主觀能動性去組織課堂教學，而是想方設法將可使用完，這就出現(xiàn)兩種情況：一是將兩次課、甚至三次課的內容在一次課完成；二是把所有能收集的可有可無的資料塞進課件中，結果是課堂容量過大，重點不突出。在有限的教學時間內，學生接受知識的容量是有限的，如果不結合學生學生的思維水平和思維速度進行教學，沒有給學生留足思維活動時間，學生很難理解和掌握相關知識，課堂上看似聽懂了，實際上并沒有弄通所學知識，使學生“吃多了不好消化”，反而加重了學生的學習負擔。

知識的掌握是一個逐漸積累的過程，數(shù)字化教學手段的運用給知識的陳述提供了很大的自由空間，但在實際教學中，不管是貪多也好，還是怕時間用不完而硬塞進許多內容也好，最終都會造成課堂容量過大，其結果必然會造成學生走馬觀花，過猶不及，當然也就無教學效果可言了。

3、課件設計喧賓奪主

課件畫面的美觀，是數(shù)字化課件的基本條件和要求。然而過多的修飾界面，使畫面過于華麗，盲目追求課件的美觀，而忽略了教學內容及目的，將許多與教學內容毫不相關內容嵌入課件，學生可能會把興趣放在課件上，而放松對講述內容的注意力，從而分散學生的精力。應當指出，計算機數(shù)字化技術只能作為教學的輔助手段。在課件制作時，要重視主要教學內容，恰當處理教學的重點和難點，做到主次分明，重點突出。所以課件制作要簡潔、最主要的是實用，畫面的配置要以有利于教學內容的理解和接受，不能喧賓奪主，更不能畫蛇添足。

三、利用數(shù)字化技術進行教學應采取的對策

我們必須清楚的認識到，數(shù)字化技術在院校課堂教學中，它只能是課堂教學的輔助手段，不能也不可能完全取代傳統(tǒng)的教學模式和手段。從這點出發(fā)，我們在使用數(shù)字化進行教學時，應注意把握好以下策略：

1、科學合理地利用數(shù)字化技術

利用數(shù)字化技術進行教學和傳統(tǒng)的教學一樣，需要針對教學內容和要求，結合學生的具體情況，對授課過程進行系統(tǒng)的設計，分析學習需求和學習內容，確定出需要用什么樣的數(shù)字化技術來展示教學過程，使數(shù)字化教學應用更加科學、合理。數(shù)字化技術需要通過教師制作課件展示給學生，而課件的制作必須對教學內容精挑細選，不是所有的教學內容都需要或都可以運用數(shù)字化技術來展示的。首先，課件的內容必須來源于教材，不能與教材脫離，嘩眾取寵。其次，課件的制作以粗不宜細，不能把課本上的內容照搬到課件中。再次，教師在運用課件時，需要對學生加以引導，讓學生去推理、思考，而不能簡單的將內容展示給學生。

教學實踐證明，利用數(shù)字化技術進行教學，只是改變了傳統(tǒng)的教學方式與方法，就目前而言，它還不可能完全取代傳統(tǒng)的教學模式，二者應當有機地結合。利用數(shù)字化技術進行教學，雖可以彌補傳統(tǒng)教學中的效率低的不足，但我們有時還必須利用傳統(tǒng)教學中慢條斯理的分析和講解的特點來彌補數(shù)字化技術節(jié)奏太快的不足，學生也可以利用其間隙時間進行思考和思維整理。解決一些較難解決的抽象問題時采取數(shù)字化教學效果較好，而諸如數(shù)學推導、邏輯推理等，采用傳統(tǒng)的“黑板式”的教學手段效果同樣較好。傳統(tǒng)的教學手段通過教師與學生的直接交流，能夠將思維的發(fā)生、形成乃至發(fā)展的過程“原汁原味”的傳授給學生。從長遠的角度看，傳統(tǒng)教學手段更有利于培養(yǎng)學生的抽象思維能力。

2、把握適度的原則，防止信息濫用

利用數(shù)字化進行教學，拓展了學生的視野，拓寬了學生的思維。但在教學過程中只是一味增加信息量，結果可能導致信息泛濫。久而久之，就會使學生喪失學習興趣。因此，在教學中要注意做到：

⑴教師在課堂上要注意學生的反應，不斷的與學生進行交流。⑵教學過程中，信息要適量，以留給學生足夠的思考空間。⑶教師要依據(jù)學生的接受能力進行教學，一味的追求效率和信息量的增大只能達到事倍功半的效果。

3、加強培訓，不斷提高教師運用數(shù)字化技術的能力 在課堂教學中，由于數(shù)字化技術的應用使得教師的角色發(fā)生了變化，課堂上教師由原來的主講者轉變成為利用多種媒體進行教學活動的組織者和設計者，這對教師的自身素質就提出了更高的要求，要求教師不僅對自己所授知識內容要全面、細致、熟練的掌握，而且還必須具備現(xiàn)代教育觀念和技能。教案也不是以前的純文字形式，而是具有現(xiàn)代教學特色的數(shù)字化課件和網(wǎng)絡數(shù)字化教材。

教師制作數(shù)字化課件的技能，直接關系到授課質量。就像傳統(tǒng)教學中教師的教案一樣，準備的充分與否，教案的內容粗細都會反映到教學過程中。教師只有具備了一定的媒體開發(fā)知識與媒體素材，才能將教學設計的具體細節(jié)與開發(fā)工具的技術優(yōu)勢結合起來。因此，教師必須要了解和掌握教學設備的基本工作原理，熟練使用并掌握數(shù)字化教學設備的操作技能。但是，就目前來講，很多高校教師雖然結合自己的教學實踐和需求，制作了一定數(shù)量的教學課件，但普遍感到力不從心。就像寫教案那樣，對這種新的教案不知道怎么寫才是合格的教案，這種教案在課堂上怎么使用效果更好。究其原因是制作數(shù)字化課件的技能欠佳。有的只能用PowerPoint部分功能制作課件。有的就是將word文檔當“課件”使用，諸如Authorware、Flash等工具軟件均不會使用，更從何談及多種媒體有機結合的能力。因此，從各級教學主管部門到各院校都應采取有力措施，加大對教師制作數(shù)字化課件制作技能的培訓，提高教師數(shù)字化課件制作技能。

總之，科學、合理地在教學中利用數(shù)字化進行教學，應該是一種行之有效的方式之一。當然，在使用過程中，結合自身的實際教學情況進行改進，力爭做到數(shù)字化課堂教學的生動豐富，同時要將數(shù)字化技術與傳統(tǒng)教學模式有機地結合起來，充分發(fā)揮它在教學過程中的積極作用，以提高教學效果。相信通過我們的努力探索，數(shù)字化技術會在課堂教學中大放異彩。

[1]趙富榮

多媒體技術對課堂教學的影響及對策

[2]王利,張景生,高國元,徐恩芹.淺談多媒體課堂教學中的互動

[3]侍松門 李征宇 徐明 數(shù)字化多媒體教學設備在課堂教學中的運用

第三篇：傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

提到智能時代，不得不提的就是物聯(lián)網(wǎng)和傳感器，物聯(lián)網(wǎng)就是整個的智能網(wǎng)絡，傳感器則是一個重要的組成部分。如果將物聯(lián)網(wǎng)比作一個人，那傳感器就是神經末梢，是全面感知外界的最核心元件。傳感器就是將外界的各種信息轉換為可測量可計算的電信號，經過設置的程序輸出結果，發(fā)送指令使各種事物可以不由人控制而只是由外界條件的變化自覺地調整行為。

物聯(lián)網(wǎng)，傳感器早已滲透日常生活中的每一個領域，上至宇宙海洋，下至醫(yī)學日用，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器?，F(xiàn)在只是智能技術的最初階段，例如：圖像傳感器，指紋傳感器，壓力傳感器等，人類需求的不斷提升，必然導致其技術的不斷進步創(chuàng)新。

一、物聯(lián)網(wǎng)概念與定義

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的,它的定義很簡單:把所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通訊,實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

現(xiàn)在對物聯(lián)網(wǎng)的定義至少有幾十種,都是不同領域專家從不同領域定義的,我們取幾種有代表性的供大家參考: 1.英語中“物聯(lián)網(wǎng)”一詞:InternetofThings,可譯成物的互聯(lián)網(wǎng)。

2.2005年ITU關于物聯(lián)網(wǎng)的定義:是一個具有可識別,可定位的傳感網(wǎng)絡。3.經過與無線網(wǎng)絡(也含固定網(wǎng)絡)連接,使物體與物體之間實現(xiàn)溝通和對話,人與物體之間實現(xiàn)溝通與對話。能實現(xiàn)上述功能的網(wǎng)稱為物聯(lián)網(wǎng)。

4.作者比較贊成一種基于泛網(wǎng)及其多制式、多系統(tǒng)、多終端等綜合的物聯(lián)網(wǎng)的定義——或稱為廣義物聯(lián)網(wǎng)。

二、國內外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

從國際上看,歐盟、美國、日本等國都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的工作,并且已作了大量研究開發(fā)和應用工作。如美國把它當成重振經濟的法寶,所以非常重視物聯(lián)網(wǎng) 和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,它的核心是利用信息通信技術(ICT)來改變美國未來產業(yè)發(fā)展模式和結構(金融、制造、消費和服務等),改變政府、企業(yè)和人們的交互方式 以提高效率、靈活性和響應速度。按歐盟專家講,歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)先于美國,確實歐盟圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術和應用作了不少創(chuàng)新性工作。在北京全球物聯(lián)網(wǎng)會議上,他們 介紹了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》(Internetofthings-AnactionplanforEurope)其目的也是企圖在“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展上引 領世界。

我國在“物聯(lián)網(wǎng)”的啟動和發(fā)展上與國際相比并不落后,我國中長期規(guī)劃《新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)》中有重點專項研究開發(fā)“傳感器及其網(wǎng)絡”,國內不少城市和省份已大量采用傳感網(wǎng)解決電力、交通、公安、農漁業(yè)中的“M2M”等信息通信技術的服務。

在溫總理關于“感知中國”的講話后我國“物聯(lián)網(wǎng)”的研究、開發(fā)和應用工作進入了高潮,江蘇省無錫市一馬當先率先提出建立“感知中國”研究中心,中國科學院、運營商、知名大學云集無錫共同協(xié)力發(fā)展我國的物聯(lián)網(wǎng)。

三、傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

一說到傳感器,可能大家就會往小的方面想,在物聯(lián)網(wǎng)的大概念下,一個泛在的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),隨著參照物的不同,傳感器可以是一個“大”的“智能物件”, 它可以是一個機器人、一臺機床、一列火車,甚至是一個衛(wèi)星或太空探測器。物聯(lián)網(wǎng)關注傳感器的實際應用,下面是按應用方式進行的分類。

1.液位傳感器:利用流體靜力學原理測量液位,是壓力傳感器的一項重要應用,適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質的液位測量。

2.速度傳感器:是一種將非電量(如速度、壓力)的變化轉變?yōu)殡娏孔兓膫鞲衅?適應于速度監(jiān)測。

3.加速度傳感器:是一種能夠測量加速力的電子設備,可應用在控制、手柄振動和搖晃、儀器儀表、汽車制動啟動檢測、地震檢測、報警系統(tǒng)、玩具、結構 物、環(huán)境監(jiān)視、工程測振、地質勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析,以及鼠標,高層建筑結構動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。

4.濕度傳感器:分為電阻式和電容式兩種,產品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?元件的阻抗、介質常數(shù)發(fā)生很大的變化,從而制成濕敏元件,適用于濕度監(jiān)測。

5.氣敏傳感器:是一種檢測特定氣體的傳感器,適用于一氧化碳氣體、瓦斯氣體、煤氣、氟利昂(R11、R12)、呼氣中乙醇、人體口腔口臭的檢測等。

6.壓力傳感器:是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器,廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。

7.激光傳感器:利用激光技術進行測量的傳感器,廣泛應用于國防、生產、醫(yī)學和非電測量等。

8.MEMS傳感器:包含硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器,兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器,廣泛應用于國防、生產、醫(yī)學和非電測量等。

9.紅外線傳感器:利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器,常用于無接觸溫度測量、氣體成分分析和無損探傷,應用在醫(yī)學、軍事、空間技術和環(huán)境工程等。

10.超聲波傳感器:是利用超聲波的特性研制而成的傳感器,廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等。

11.遙感傳感器:是測量和記錄被探測物體的電磁波特性的工具,用在地表物質探測、遙感飛機上或是人造衛(wèi)星上。

12.視覺傳感器:能從一整幅圖像捕獲光線數(shù)以千計的像素,工業(yè)應用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。

雖然,物聯(lián)網(wǎng)的產業(yè)供應鏈包括傳感器和芯片供應商、應用設備提供商、網(wǎng)絡運營及服務提供商、軟件與應用開發(fā)商和系統(tǒng)集成商。但是,作為“金字塔”的 塔座,傳感器將會是整個鏈條需求總量最大和最基礎的環(huán)節(jié)?！皞鞲衅魇俏锫?lián)網(wǎng)技術的支撐、應用的支撐和未來泛在網(wǎng)的支撐,傳感器感知了物體的信息,RFID 賦予它電子編碼,傳感網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的演變是信息技術發(fā)展的階段表征?！?/p>

0905094128 劉繼源

第四篇：物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸中的應用

物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸中的應用

鄭繼偉，周偉智，鐘源，趙延

（計算機研究生六班）

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展勢必會給中國鐵路運輸領域帶來深刻變化和深遠的影響。本文主要闡述和分析了物聯(lián)網(wǎng)最關鍵的技術——RFID射頻識別技術，以及它的工作原理，并且通過結合物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸行業(yè)領域中的早期的應用實例，提出了物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路運輸領域的發(fā)展方向和推廣方案。期望在未來的鐵路運輸領域信息化中，物聯(lián)網(wǎng)技術能夠得到更廣泛，更深入的應用。關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，鐵路信息化，RFID射頻識別，車號自動識別系統(tǒng)

The Application of IOT in Railway-Transportation ZHENG ji-wei, ZHOU wei-zhi, ZHONG yuan, ZHAO yan

(Graduate Class 6)

Abstract: The development of Internet of things technology will bring about profound changes and far-reaching effects in the field of railway transportation.This paper mainly describes and analyzes the key technology of The Internet of things – RFID, and its working principle, and put forward the development direction and some promotion schemes in the area of railway transportation from some early applications.We look forward The Internet of things to be more extensive and deeper application in the informatization construction of railway transportation.Keyword: The Internet of things, Railway Infomationization, RFID, ATIS 1.引言

縱觀鐵路發(fā)展歷史，從1825年鐵路在英國誕生以后，鐵路經歷了從大發(fā)展到被冷落的過程。但現(xiàn)如今，鐵路又成為全球發(fā)展的熱點。在全球鐵路的飛速發(fā)展中，我們中國的表現(xiàn)令世界驚嘆。近幾年來，中國鐵路系統(tǒng)的發(fā)展更是有著相 當大的增長后發(fā)優(yōu)勢，中國有機會建設世界最領先的鐵路系統(tǒng)。統(tǒng)計資料顯示，截至2010年底，全國鐵路營業(yè)里程達到9.10萬公里，居世界第二。其中，高鐵投入運營里程達8358公里，高速鐵路運營里程高居世界第一。

回顧鐵路的發(fā)展，我們可以發(fā)現(xiàn)中國鐵路在全球化的進程中走向世界也成為必然趨勢。我國鐵路正在朝著高速鐵路、客運專線方向發(fā)展。未來5至10年，我國快速鐵路和高速鐵路將會有很大的發(fā)展。目前大力推進實現(xiàn)信息化是推動鐵路和高速鐵路發(fā)展的迫切和必然要的需求。在不同的發(fā)展時期，鐵路信息化的目標是不同的，而未來的幾年中，基于RFID射頻技術的物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸當中的應用將會是21世界鐵路現(xiàn)代化的最重要任務。

2.研究背景和現(xiàn)狀

鐵路運輸信息化建設的目標就是將信息技術應用于現(xiàn)代鐵路的運輸生產、管理和營銷，從而提高生產效率，減輕勞動強度，保障運營安全。由于傳統(tǒng)鐵路信息管理系統(tǒng)的不足，隨著鐵路系統(tǒng)的多次提速，客戶對于信息量的需求以及信息的實時性有了更高的要求，而且伴隨著RFID射頻技術以及傳感網(wǎng)絡技術的不斷進步，基于這些技術從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在高速鐵路運輸上的全面應用也變?yōu)榭赡堋?/p>

鐵道部已經成功實施了一個信息系統(tǒng)——車號自動識別系統(tǒng)，其中采用了RFID技術，通過把RFID技感應安裝到鐵路、橋梁及一些關鍵的設施利用物聯(lián)網(wǎng)使現(xiàn)有的信息網(wǎng)整合起來實現(xiàn)對于鐵路的設備、基礎設施全面的管理，實現(xiàn)鐵路客運管理的智能化推進信息組織建設。還有紅外線列車軸溫檢測系統(tǒng)，通過在鐵路沿線區(qū)間設置的紅外線軸溫探測設備，將熱軸故障及時通過傳輸回線將信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中心，有效地跟蹤檢測軸溫變化，及時發(fā)現(xiàn)熱軸故障。這些都是目前國內鐵路運輸上的物聯(lián)網(wǎng)應用。當然，隨著3G建設和其在鐵路覆蓋的完善，為公網(wǎng)運營商進入鐵路物聯(lián)網(wǎng)世界提供了網(wǎng)絡和鐵路應用服務的基礎。

3.物聯(lián)網(wǎng)與鐵路運輸?shù)年P系

鐵道部信息技術中心擁有強大的初級物聯(lián)網(wǎng)信息資源。信息技術中心擁有充沛的網(wǎng)站資源，能提供豐富的業(yè)務接口；擁有以6E（電子貨票、電子運單、電子查詢、電子保價、電子理賠、電子支付）為核心的信息管理手段；擁有LAIS 系統(tǒng)、5T系統(tǒng)、紅外線實時貨車、貨運追蹤信息等獨有的IT產業(yè)，為貨物的實時追蹤提供支持；擁有全國統(tǒng)一IT網(wǎng)絡，虛擬網(wǎng)與實體網(wǎng)統(tǒng)一，可以建設統(tǒng)一數(shù)字通訊網(wǎng)，為現(xiàn)代物流提供遠程支持；擁有鋪設世界一流傳感網(wǎng)的能力與手段；擁有為各中小企業(yè)或各企直通提供私有云計算平臺和建設虛擬信息中心的能力；擁有與網(wǎng)絡廠商和媒體的合作優(yōu)勢，與阿里巴巴、經濟網(wǎng)、人民鐵道網(wǎng)有很密切的合作關系；擁有建設新型Home Office系統(tǒng)的能力，鐵路運輸本身即含綠色、環(huán)保、低碳、創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展的意義。

物聯(lián)網(wǎng)在鐵路物流很多方面都起到重要作用。首先，能顯著提高倉儲與包裝整理的安全效率。通過計算機和無線射頻識別技術管理，實現(xiàn)了信息的實時化，一般統(tǒng)計，可減少存儲量17%，提高工作人員效率32%。庫存貨物堆碼實行分層疊加，提高倉庫利用率2至3倍，并實現(xiàn)了庫存貨物的實時管理，大大提高了倉庫周轉率。其次，貨物的裝卸搬運煥然一新。無線射頻識別技術好像是為物流業(yè)量身定做的：原先商品的存貨量統(tǒng)計缺乏準確性，填寫的貨物訂單往往不規(guī)范，不能及時清點貨物，不知道貨物在哪個環(huán)節(jié)損失或被盜竊了，需要耗費許多人來清點和短途搬運貨物。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理后，電子標簽自動引導裝卸機械作業(yè)或傳送帶裝卸作業(yè)，大幅度地提高了勞動生產率，降低了勞動強度。然后，能使配送環(huán)節(jié)與物流各要素融為一體。如果物流配送過程中應用了無線射頻識別技術，它能縮短作業(yè)流程，增加物流中心吞吐量；同時操作透明化了，這大大改善了作業(yè)質量，任何物品出廠后，一直處于被跟蹤的范圍，流轉中大大減少可能的遺漏和差錯；它還降低了流轉費用，實現(xiàn)無紙操作，極大提高了管理水平。據(jù)有關統(tǒng)計，應用無線射頻識別技術，可減少庫存10%~30%以上，降低損耗50%左右，提高存儲率，銷售收入增加2%~10%。物流配送更加順暢合理，節(jié)約成本。最后，物聯(lián)網(wǎng)技術應用實現(xiàn)了人物相聯(lián)、物物相聯(lián)，它能把電子商務提升到新階段。

4.物聯(lián)網(wǎng)技術概述

物聯(lián)網(wǎng)又叫傳感網(wǎng)，指的是將各種信息傳感設備，如RFID射頻識別裝置，紅外感應器，GPS全球定位系統(tǒng)，激光掃描器等各種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，進行信息交換和通訊，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，從而給物體賦予智能，實現(xiàn)人與物體之間的互聯(lián)，或者是物體與物體之 間的互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當時基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用射頻識別技術、無線數(shù)據(jù)通信技術等，構造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”（簡稱物聯(lián)網(wǎng)），這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯(lián)網(wǎng)熱潮的基礎。

和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有鮮明的特征：

首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。

其次，它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)技術的重要基礎和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時采集的信息需要通過網(wǎng)絡傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應各種異構網(wǎng)絡和協(xié)議。

另外，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應不同的用戶不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。

支撐物聯(lián)網(wǎng)的技術主要有以下四種，他們之間的關系如圖Figure 1所示：

Figure 1物聯(lián)網(wǎng)四大支撐業(yè)務群

1.RFID射頻技術：一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

2.傳感網(wǎng)：借助于各種傳感器，探測和集成包括溫度、濕度、壓力、速度等物質現(xiàn)象的網(wǎng)絡。具有實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督監(jiān)控和信息共享與存儲管理等功能。傳感網(wǎng)技術使得目前的網(wǎng)絡技術的功能得到極大的拓展，使通過網(wǎng)絡實時監(jiān)控各種環(huán)境、設施及內部運行機理等成為可能。3.M2M：廣義上M2M可代表機器對機器（Machine to Machine）人對機器（Man to Machine）、機器對人（Machine to Man）、移動網(wǎng)絡對機器(Mobile to Machine)之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現(xiàn)在人、機器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術和手段。

4.兩化融合：兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結合，是指以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，走新型工業(yè)化道路；兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。5.RFID射頻識別技術

物聯(lián)網(wǎng)是利用無所不在的網(wǎng)絡技術建立起來的，其中最重要的技術就是RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別技術。RFID系統(tǒng)由三部分組成：標簽(Tag)，即射頻卡，由耦合元件及芯片組成，芯片中存儲著由管識別對象的信息，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信；閱讀器是用于讀取或者寫入標簽信息的設備；天線用于在標簽和讀取器之間傳遞射頻信號。

RFID技術的基本工作原理并不復雜：閱讀器會通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當標簽(Tag)進入該信號場后，接受閱讀器(又說解讀器)發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量將標簽(即射頻卡)內存儲的信息發(fā)送出去；然后，閱讀器通過接受天線接受到從標簽發(fā)送來的載波信號，并對接受的信號進行解調和解碼后，送到后臺中央信息主系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)的處理；最后，主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算推斷該卡的合法性，針對不同設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。如圖Figure 2。

Figure 2 RFID基本工作原理和基本組成

關于射頻卡的技術標準，由于目前生產RFID產品的很多公司都采用自己的標準，所以國際上還沒有統(tǒng)一的標準。目前可供射頻卡使用的標準有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。

6.RFID射頻識別技術應用

早在2001 年，RFID 技術就已經運用在鐵路車號自動識別系統(tǒng)中，成為物聯(lián)網(wǎng)目前在我國鐵路運輸領域運用最早的成熟典范。過去車號的抄錄和匯總全靠口念、筆記、手抄的人工方式進行，錯漏多、效率低，勞動強度大，由于漏抄車號造成了鐵道部貨車占用費的大量流失。此外，鐵路用貨車數(shù)量龐大，車輛分散于全國各地，鐵道部每年都需要抽調大量人力、物力進行清查、盤點，耗時費力。在采用車號識別技術以后，鐵路車輛管理系統(tǒng)實現(xiàn)了統(tǒng)計的實時化、自動化，降低了管理成本。

該系統(tǒng)主要由車輛標簽、地面AEI設備、車站CPS設備、列檢復示系統(tǒng)、鐵路局AEI檢測中心設備、標簽編程網(wǎng)絡等部分組成。其工作流程是：先將車號信息及車輛的技術參數(shù)信息輸入車輛標簽內部存儲器(裝載在機車底部)；由地面的AEI設備實時準確地完成對列車車輛標簽信息的采集，并將采集的信息進行處理，通過專線傳輸?shù)杰囌綜PS設備；CPS 管理設備完成AEI 采集數(shù)據(jù)的處理，并向列檢復示系統(tǒng)轉發(fā)數(shù)據(jù)，為車輛管理和設備維護提供可靠信息。在此期間，由鐵路局AEI監(jiān)控中心設備實時監(jiān)測每臺地面AEI 的工作狀態(tài)，協(xié)調、指揮AEI 設備維護，確保AEI 設備良好運用，并實時接收AEI 采集的列車、車號數(shù)據(jù)和每臺AEI 產生的故障信息和設備狀態(tài)信息，通過對故障信息和設備狀態(tài)信息進行分析，及時了解地面AEI 設備的工作狀態(tài)，對故障及時處理，同時還可以監(jiān)測貨車標簽的工作狀態(tài)。標簽編程網(wǎng)絡的主要功能是在標簽安裝前，將車輛信息寫入標簽內存的網(wǎng)絡系統(tǒng)，防止出現(xiàn)錯號、重號車，并對丟失損壞的標簽進行補裝。

ATIS的網(wǎng)絡拓撲結構圖，如圖Figure 3。

Figure 3 ATIS的網(wǎng)絡拓撲結構圖

該系統(tǒng)的投入使用，不僅實現(xiàn)了對列車車次、車號的自動識別、實時跟蹤和故障車輛的準確預報、動態(tài)管理等主要功能，大大提高了車輛利用水平和運輸組織效率，同時也為我國鐵路探索更加科學化、現(xiàn)代化、智能化的管理模式提供了有益的實踐經驗，為物聯(lián)網(wǎng)技術在我國鐵路運輸領域的普遍應用奠定了良好基礎。

7.物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸?shù)陌l(fā)展方向

近年來，隨著我國高速鐵路、客運專線建設步伐的加快，對鐵路信息化水平的要求越來越高，鐵路通信信息網(wǎng)絡也正朝著數(shù)據(jù)化、寬帶化、移動化和多媒體化的方向發(fā)展，各方面的條件已經基本滿足了物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸領域的推廣和應用。其中，在以下幾個方面尤為值得關注和期待：

1.客票防偽與識別：如果鐵路客票采用RFID 電子客票，其電子芯片的內部數(shù)據(jù)是加密的，只有特定的讀寫器可以讀出數(shù)據(jù)，這將是對造假者以沉重打擊。同時車站及車上的檢票人員只需通過便攜式的識讀器對車票上的RFID 電子標簽進行讀取，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對就可以辨別車票的真?zhèn)?，大大加快了旅客進出站的速度，為方便車站組織旅客乘降提供了便利。

2.站車信息共享：目前鐵路在站車信息共享方面還很不成熟，造成的經濟 8 損失以及旅客列車資源浪費的現(xiàn)象還比較嚴重。如果利用RFID 技術的網(wǎng)絡信息共享性，可以及時將車站的預留客票發(fā)售情況反饋給車上，同時將車上的補票情況反饋給車站，就可以清楚的知道有哪些車站的預留車票是沒有發(fā)售完的，從而方便車上的旅客及時補票。此外，通過該系統(tǒng)中乘坐人員的信息與車站售出車票信息對比，還可以查看是否有用假票乘坐列車的現(xiàn)象。

3.集裝箱追蹤管理與監(jiān)控：集裝箱運輸是鐵路貨物運輸?shù)陌l(fā)展方向，是提高鐵路服務質量非常有效的運輸方式，蘊藏著巨大的增長空間，具備很強的發(fā)展優(yōu)勢。目前國際上集裝箱的管理基本都是使用箱號圖像識別，即通過攝像頭識別集裝箱表面的印刷箱號，通過圖像處理形成數(shù)字箱號采集到計算機中，這種方法識別率較低，而且受天氣及集裝箱破損的影響較大。如果將RFID 技術應用到鐵路集裝箱，開發(fā)出信息化集裝箱，不僅能夠隨時觀測到集裝箱在運輸途中的狀態(tài)，防止貨物丟失和損壞，也能大大提高鐵路集裝箱利用的效率和效益。

4.倉庫管理：在鐵路的貨運倉庫管理方面，RFID 也可充分發(fā)揮其電子標簽穿透性、惟一性的特點，借助嵌在商品內發(fā)出的無線電波的標簽所記錄的商品序號、日期等各項目的信息，讓工作人員不用開箱檢查就知道里面有幾樣物品。同時也可以防止貨物在倉庫被盜、受損等情況。

5.高速鐵路檢測：高速鐵路安全體系，有穩(wěn)定性要求，擴展性要求，和移動性要求。未來要達到的話，建立一個基于光纖無線融合傳感技術，構建高速鐵路基礎設施服役狀態(tài)檢測傳感物聯(lián)網(wǎng)，利用固定傳感、巡檢車傳感以及洞徹車載傳感等多種方式，實現(xiàn)全程動態(tài)實時采集高速鐵路基礎設施服務狀態(tài)數(shù)據(jù)，提供運行安全態(tài)勢預警。

8.物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸中的愿景——IBM智慧鐵路

當前全球范圍內鐵路服務需求的增加，給現(xiàn)有的鐵路運輸能力和基礎設施帶來前所未有的壓力。然而，日益老化的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的業(yè)務實踐往往無法解決這些問題。通過積極地采用新技術和現(xiàn)有技術來獲取整個鐵路網(wǎng)的信息，并對這些信息進行關聯(lián)和分析，可以讓鐵路部門變得更加高效靈活，從而建立一個響應速度更快、更加靈活的運作環(huán)境。

IBM和Cisco 聯(lián)合設計鐵路行業(yè)智能解決方案提供了一個基于智能化信息 網(wǎng)絡的統(tǒng)一信息系統(tǒng)，解決了運營中心、移動車輛、車站和其他機構間的有效的信息共享和管理流程集成。它是幫助鐵路行業(yè)提高運營效率的重要手段，也是鐵路運輸領域物聯(lián)網(wǎng)化的下一個方向和目標。該套方案可以幫助鐵路運營單位通過一個結合了現(xiàn)有系統(tǒng)和新技術的開放架構，來迎接新的生產運營、客戶服務與運輸安全的挑戰(zhàn)。

智能化的列車的解決方案可以支持以下功能：

集成和增強的通信功能——聯(lián)網(wǎng)的列車可以受益于覆蓋車輛內外的集成多頻通信系統(tǒng)。這可以幫助我們有效地集成生產運輸信息和提高獲取生產運輸信息的準確性，包括車號識別，車輛跟蹤，預防性維護和修理信息，車輛和乘務人員調度信息，列車編組，預確報信息和視頻監(jiān)控信息等，并且可以通過顯示屏和話音廣播播放提供乘客關心的信息（如準、晚點預告，票額情況）。

數(shù)據(jù)采集——通過在預定的維護時間從車輛的關鍵系統(tǒng)搜集車輛運行信息（例如軸溫檢測，剎車系統(tǒng)，車速等），實施地或者在在每天結束時將來自列車的運行數(shù)據(jù)上傳到車輛管理和指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)生成實時的故障報告，提醒維修管理人員對存在問題的列車進行維修，通過人工檢測和自動檢測相結合，進一步避免可能出現(xiàn)的故障隱患，提高列車的安全運輸水平。

車載互聯(lián)網(wǎng)接入——通過為乘客提供更加有效、愉悅的乘車體驗，可以增加上座率和提高乘客的滿意度。通過在列車中部署無線局域網(wǎng)絡技術，鐵路行業(yè)運營單位可以為乘客和城間列車的乘客提供安全的互聯(lián)網(wǎng)接入服務，一方面提高了乘客的滿意度，另一方面也獲得了基于服務費用的新創(chuàng)收機會。

車載多媒體終端——通過車載的和可以網(wǎng)絡控制的多媒體終端，可以實時的視頻監(jiān)控車輛的運行情況，提供增值的廣告發(fā)布手段，增加新的服務機會和收入。

構建“智慧鐵路”愿景，包括以下幾個解決方案：

可感應，可度量的解決方案——列車停運的機率由于自診斷子系統(tǒng)的存在而大大降低。智能的傳感器在列車停運甚至出軌前，就能發(fā)現(xiàn)潛在的問題。車廂可以監(jiān)控自身的狀況。

視頻監(jiān)控解決方案——智慧鐵路提供了一種更智慧的方法去協(xié)助人工監(jiān)控。IBM的先進視像識別技術將可以把從攝像頭所收集到的影像數(shù)據(jù)進行智能分析和篩選，協(xié)助發(fā)現(xiàn)潛在危機，打造更好的安全鐵路。

遠程傳感解決方案——運用先進的無線傳感器網(wǎng)絡在每節(jié)車廂的關鍵點處安裝傳感器，持續(xù)監(jiān)控車廂的情況并在火車改組時自動檢測其編組，這些措施可推動制訂一個可行解決方案以檢測，甚至預測潛在的災難性故障。

資產管理解決方案——智慧的鐵路將可以實時收集并分析來自鐵路設備資產的信息以及性能的趨勢，并以此作為施行預測性維護的標準，在優(yōu)化設備性能的同時最小化對于乘客的影響。

智能化的智慧鐵路解決方案——可感知和互聯(lián)互通的對象與流程和復雜的商務系統(tǒng)可以彼此對話，深度挖掘數(shù)據(jù)，分析相關性，連續(xù)而實時的進行決策。智能被注入每一個系統(tǒng)以及流程，從而進行與產品和人有關的生產、銷售、流通及服務。

商務智能解決方案——通過對供應鏈、旅客出行模式等方面進行智能分析，不但可以實現(xiàn)鐵路運力的提升以及鐵路資源的利用率，更可以減少鐵路的擁擠情況以及最小化對環(huán)境的影響。

而IBM提出構建智慧的鐵路愿景，就是要利用其更透徹的感知和度量、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化三大特點，實現(xiàn)智能信息的網(wǎng)絡化，進而在整個鐵路系統(tǒng)、企業(yè)內部以及合作伙伴之間實現(xiàn)信息的互聯(lián)和共享。在這個基礎上，感知和度量可幫助鐵路公司收集信息，進而更好地監(jiān)控運營，而信息整合、復雜的分析可將戰(zhàn)略決策與新銳洞察結合起來，幫助鐵路系統(tǒng)提高服務質量、服務安全性、服務可靠性并節(jié)約成本。這個策略是鐵路信息化實現(xiàn)更好發(fā)展的一條路徑，可以幫助打造安全、高效、綠色、智能的鐵路。

9.結束語

自2009年8月溫家寶總理提出―感知中國‖以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一寫入―政府工作報告‖，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會極大的關注，其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。雖然現(xiàn)如今關于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展勢頭很猛，但很多關鍵的技術依舊處于探索階段。尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術在鐵路運輸領域的應用領域，雖然我們國家在這方面已經取得了一定的研究成果，但是要實現(xiàn)真正的鐵路運輸領域的物聯(lián)網(wǎng)，以及所謂的―智慧鐵路‖還有很長的道路要走。當然，隨著RFID射頻技術以及傳感網(wǎng)絡等物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷進 步，相信不遠的將來，在我國鐵路運輸領域也能隨時隨出的感覺到物聯(lián)網(wǎng)帶來的深刻變化。

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第五篇：物聯(lián)網(wǎng)在公安系統(tǒng)中的應用

淺談物聯(lián)網(wǎng)在公安系統(tǒng)中的應用

——長安分局政工科劉青劍

摘要：本文在物聯(lián)網(wǎng)呼之欲出的大背景下，結合公安工作的實際情況，從物聯(lián)技術在公安內部管理和安全保衛(wèi)方面的應用、物聯(lián)技術在博物館等重點場所管理方面應用、物聯(lián)技術在野外救援和公安特殊任務中的應用等三個方面淺析了物聯(lián)網(wǎng)在公安系統(tǒng)中的應用。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things），是指將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等多種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，將從任何時間、任何地點、任何人之間的溝通連接擴展到人與物（Human to Thing）和物與物（Thing to Thing）之間的溝通連接。

通過在物品上嵌入電子標簽、條形碼等能夠存儲物體信息的標識，通過無線網(wǎng)絡的方式將其即時信息發(fā)送到后臺信息處理系統(tǒng)，而各大信息系統(tǒng)可互聯(lián)形成一個龐大的網(wǎng)絡。從而可達到對物品進行實時跟蹤、監(jiān)控等智能化管理的目的。通俗來講，物聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)人與物之間的信息溝通。溫家寶總理在《讓科技引領中國可持續(xù)發(fā)展》的講話中，特別指出要著力突破傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術，及早部署后IP時

代的相關技術研發(fā)，使信息網(wǎng)絡產業(yè)成為推動產業(yè)升級，邁向信息社會的發(fā)動機，將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略高度。

目前，物聯(lián)技術開始應用于家居生活、數(shù)字化城市、安防、物流等多個領域。在公安業(yè)務方面，采用物聯(lián)技術的系統(tǒng)已經率先應用于交通管控、證件防偽、旅館人口管理等多個警務領域，如何更好的依托物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術提升現(xiàn)代化警務的戰(zhàn)斗能力和服務水平是我們應該研究的重要課題。

公安物聯(lián)網(wǎng)是將物聯(lián)技術和傳統(tǒng)警務進行融合、應用的平臺，是物聯(lián)網(wǎng)技術中最具發(fā)展?jié)摿Φ捻椖?。近年來物?lián)技術的發(fā)展，不僅實現(xiàn)了動態(tài)、批量的對信息進行采集，更為重要的是可以對物品進行單項管理，全程跟蹤和信息溯源。大幅提升了傳統(tǒng)的管理模式，給現(xiàn)代化警務的多個方面提供了更為先進的管理模式。今天我們主要來談談物聯(lián)時代到來時，物聯(lián)設備在公安系統(tǒng)中的應用。

本文將從以下幾個方面淺析物聯(lián)技術在公安業(yè)務領域的應用：

一、物聯(lián)技術在公安內部管理及安全保衛(wèi)方面的應用

（一）物聯(lián)技術在公安停車場自動識別系統(tǒng)的應用

在這里我們要先引出一個概念，無線射頻識別（RFID）是一種高級的非接觸性識別技術。

其特點是1.）無需可視讀取，實現(xiàn)遠距離自動識別。2.）可識別靜止物體也可識別移動物體。3.）可實現(xiàn)多個同時識別，識別率較高。4.）存儲容量大，可存儲相對較多的信息。其工作原理是：RFID標簽在通過識讀器發(fā)出的射頻區(qū)域時，識讀器發(fā)出詢問信號，并讀取芯片中的信息到服務器，服務器也可同時通過識讀器寫入信息到RFID標簽內部?？勺龅诫p向反饋。其標簽內部的（EPC代碼）為每一件物品建立全球唯一的開放性代碼，可實現(xiàn)追蹤、溯源，是物品全球唯一的身份識別ID。

公安停車場自動識別系統(tǒng)就是基于RFID技術的一種物聯(lián)網(wǎng)管理模式，通過RFID傳感技術將車輛信息（包括車輛的牌號、車架號、發(fā)動機號）存儲于標簽中，當車輛到達停車場識別區(qū)域，RFID電子身份證通過識別器向后臺服務器發(fā)送車輛信息，服務器通過系統(tǒng)比對確

認車輛是否有通過權力，并確定是否放行。對放行車輛自動安排泊車位置，完成整個泊車過程。（如圖所示）

本系統(tǒng)還可結合全球地理信息系統(tǒng)對車輛進行交通引導管理和定位服務。交通引導服務可解決在處警過程中的交通擁堵，提高處警的時間。例如：上下班高峰期某小區(qū)發(fā)生了一起殺人案件，接到報警后，到達小區(qū)的路線有四條，但不能確定那條路不堵車，本系統(tǒng)可引導警車走最容易到達的路線，并隨時指揮車輛進行改道，從而達到優(yōu)化處警線路的引導服務；定位服務可加強對警車的管理，可隨時掌控巡邏車輛的巡邏路線，解決公車私用等警務車輛管理問題。

（二）物聯(lián)技術在公安辦公場所自動識別系統(tǒng)的應用

本系統(tǒng)包括公安辦公場所管理，公安人員內部管理，公安內部保衛(wèi)管理，公安槍支、案件物證管理。

以一座大型的辦公樓為例，其內部包括日常辦公區(qū)域、餐廳、健身區(qū)、槍械庫、物證室等區(qū)域。本解決方案是將RFID射頻技術和銀行卡相關聯(lián)，實現(xiàn)一卡多用的目的。

舉例說明：

1.當一個警員開始一天的工作，早上上班到大樓門口識別區(qū)域后，識別器將電子身份證內信息發(fā)送給服務器，服務器根據(jù)授權決定放行與否。并確定進入時間進行考勤。對于沒有電子身份證的人員需要進入辦公大樓的，可在門衛(wèi)處辦理臨時電子身份證，取得臨時電子身份證后可進入大樓，如無電子身份中而暴力闖入的話，系統(tǒng)會反饋給后臺服務器進行報警，報警后保衛(wèi)人員可根據(jù)報警進行相應的處理。這樣即優(yōu)化了傳統(tǒng)的上下班考勤制度又解放了門衛(wèi)人員，并能夠有效的防止閑雜人等進入辦公大樓。2008年上海閘北分局如果能夠使用本系統(tǒng)也不會發(fā)生警察局內警察被殺事件。

2.進入辦公區(qū)，不同的辦公室人員有不同的授權，根據(jù)授權不同可進入不同的辦公室，各級領導會有相應的授權，在授權范圍內對工作進行督導、檢查。

這樣就會有效的防止在工作時間，無正常交涉 的情況下，不同崗位的民警相互串門、聊天。

3.在用餐時間警員可用銀行卡到餐廳刷卡進行消費，每月的餐補可定時打入銀行賬號?？蓛?yōu)化財務人員的工作流程，又可使用餐簡便化。

4.在健身區(qū)，警員在固定時段可進入健身區(qū)進行健身。由于健身器材有限，健身區(qū)不宜容納過多的健身人員，所以多健身時段和人員出入進行授權。如：刑偵大隊每周四下午4:00——6:00之間，緝毒大隊每周五晚上6:00——8：00之間。規(guī)定時間內授權人員可進入健身區(qū)，其他人員則不能進入，這樣即合理的安排了健身房人員調配，又可充分發(fā)揮健身房的作用，更好的維護健身設備。

5.在槍支保管方面，當執(zhí)行任務需要攜帶槍時，在槍械庫領取槍支時，每個槍支將會有唯一的電子射頻標簽（即槍支的編碼），警員有自己的電子身份證。槍支出庫時，服務器通過識讀器將槍支的電子射頻標簽和警員的數(shù)字身份證進行綁定，綁定后服務器可跟蹤記錄槍支和警員的行蹤，確保一人一槍，當槍支和使用人分離時，系統(tǒng)會在后臺進行報警提示。任務執(zhí)行完畢，槍支歸還槍械庫，解除綁定，即完成一次槍支的使用。本系統(tǒng)的優(yōu)點：能夠隨時掌握警員使用槍支的過程，做到槍不離人，并優(yōu)化了槍支的出入庫過程。達到自動化管理。

6.在物證管理方面，制作專用的物證保管袋，對每個案件的物證進行分類保管，對每一案件的物證建立RFID電子標簽，標簽內存儲案件的發(fā)案時間、地點、性質、內容簡介及案件的物證名稱。當警務人員要借案件的物證時，物證管理人員將警員電子身份證和物證電子標簽讀入后臺服務器，服務器進行關聯(lián)完成借出管理，使用完成后警員歸還物證到物證室，服務器解除兩者的關聯(lián)并做相應記錄，完成一次借出、歸還。

以上是物聯(lián)技術在公安日常辦公場所的幾點應用，希望能夠起到拋磚引玉的作用。

二、物聯(lián)技術在博物館等重點場所管理方面應用。

眾所周知，博物館等重點場所因特殊性決定了其對安全的要求級別較高，傳統(tǒng)的安全保衛(wèi)措施已經不能很好的適應當前時代發(fā)展的需求，多年前在電影《縱橫四?！分锌吹降谋I竊名畫的片段中應用的紅外安保技術已經不是什么高科技技術了，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給重點場所安保提供了新的技術支持。

這里我們探討，如果將物聯(lián)技術應用于博物館等重點場所的安全保衛(wèi)工作，博物館安保管理系統(tǒng)從架構上來說，前段設備分為三個方面，第一是給每一件

文物建立一個RFID射頻標簽，標簽內包括（文物名稱、館藏、簡介等信息）；第二是在館內區(qū)域安裝紅外攝像頭，攝像頭要求不留死角；第三是建立紅外光柵對射報警設備。三種前段設備與后臺服務器相連接，當有不明物體入侵博物館時，紅外光柵會立即報警，當入侵者破壞紅外報警系統(tǒng)后進入館內，紅外攝像頭會記錄入侵者的入侵軌跡，監(jiān)控設備也會在監(jiān)視端顯示并做處理。假設監(jiān)控設備也被事先破壞，RFID射頻標簽將發(fā)揮終極作用，當入侵者將貼有RFID標簽的物體移動時，后端服務器會給報警設備發(fā)出報警指令。如果館內文物被盜走，警務人員也會根據(jù)RFID電子標簽進行追蹤，在最短的時間內將丟失文物追回，這樣，三重保險將絕對保證館內文物的安全。

三、物聯(lián)技術在野外救援和公安特殊任務中的應用

隨著社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，近幾年參加戶外探險運動的人群越來越多，在野外走失的人群也隨機增加。這樣公安部門的深山搜救成了一門新的課題。如何能確保搜救的同時保障搜救人員的安全呢？深山地形的復雜性和多變性決定了搜救的隨機性和危險性，很多搜救隊員在搜救未果的情況下自己卻遇到了困難，由于大多數(shù)搜救團體在深山內沒有更好的溝通方式，隊員往往因延誤救治時間而產生更大的傷亡。而物聯(lián)技術能夠很好的解決這一問題。我們可以為每一個隊員建立一個RFID電子身份證，確?？梢噪S時監(jiān)控每一位隊員的所在位置，當遇到極端天氣或者一些不可預見的狀況時，可以在第一時間發(fā)現(xiàn)隊員的所在位置并對其進行營救。

另外由于犯罪的復雜性和多樣性，很多案件都有臥底存在，打入敵人內部往往是最危險的事情。如果能夠將電子射頻技術和臥底相結合起來，我們就能隨時掌握臥底人員的動態(tài)，保證其安全性。在這一點上我們值得研究和探討。

所以物聯(lián)時代將是下一個后互聯(lián)網(wǎng)時代，如果說互聯(lián)網(wǎng)改變了當代人們的生活，那么物聯(lián)時代將改變當代人的思維方式。當然物聯(lián)時代的到來也要求更高 的網(wǎng)絡安全。沒有堅固的網(wǎng)絡安全，所有的物聯(lián)技術將會面臨隨時癱瘓的風險，人類生下來就有自私的欲望，很所不法分子都在窺探網(wǎng)絡設計的后門，都幻想能夠入侵到別人的系統(tǒng)中，從而達到自己不可告人的目的。所以我輩應該在這一領域進行認真探索。這里就不做過多的贅述。

物聯(lián)時代呼之欲出，能否響應國家的號召，做到科技強警，用科技武裝我警的各個領域，將物聯(lián)技術更多的應用到公安工作中來是我輩應該認真思考并努力探索的課題。