發(fā)布時間：2023-08-27 15:03:43
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的農業(yè)物聯網發(fā)展現狀與趨勢樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
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靜電紡納米纖維支架結構的研究進展
物聯網的體系結構與相關技術
關鍵詞：數字湖南；高職教育；物聯網產業(yè)
中圖分類號：TP393 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2013）21-0018-04
物聯網已經被公認為繼計算機和互聯網之后信息產業(yè)的一次浪潮，代表了下一代信息技術發(fā)展趨勢。2010年10月18日，《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》正式出臺，物聯網被確認為我國七大新興國家戰(zhàn)略產業(yè)之一。湖南省委、省政府高度重視培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)，明確提出：以“四化兩型”引領湖南科學發(fā)展、建設“四個湖南”，作為湖南“十二五”經濟社會發(fā)展的主線。2010年8月底，湖南省委、省政府正式對外《關于加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，重點發(fā)展先進裝備制造業(yè)、新材料產業(yè)、電子信息、新能源產業(yè)、生物產業(yè)、節(jié)能環(huán)保產業(yè)以及文化創(chuàng)意產業(yè)等。2011年12月底，湖南省委省政府印發(fā)了《數字湖南建設綱要》，明確提出“加快推進下一代互聯網、物聯網、云計算、智能終端、三網融合等領域技術研發(fā)與應用，實現一百項信息技術重大成果的產業(yè)化”，并在政務領域、社會領域、數字文化等方面大力推進信息化。這一系列的政策導向，有力助推了湖南的物聯網產業(yè)發(fā)展。
一、湖南物聯網產業(yè)發(fā)展現狀
湖南省物聯網產業(yè)發(fā)展已經具備了一定的基礎。信息產業(yè)的高速增長，帶動了相關產業(yè)發(fā)展，對湖南省社會經濟發(fā)展的帶動作用日益明顯，已經成為湖南區(qū)域經濟發(fā)展的一個重要增長點。
1.湖南發(fā)展物聯網產業(yè)具備先進的技術優(yōu)勢
湖南在物聯網發(fā)展方面起步較早，已經具備了一定的技術優(yōu)勢和產學研基礎。在傳感器方面，已有一批有實力的傳感器相關產品制造企業(yè)，具有一定的科研生產基礎。南車時代在智能傳感器、點式應答器、電子標簽、高速智能列車信息化系統(tǒng)等方面展開了深入研發(fā)；湖南電信在Ipv6商用網絡建設方面處于行業(yè)領先；國防科大、湖南大學、中南大學共同承擔了國家863傳感器網絡專項研究課題，對傳感網技術進行了實驗性的應用研究；湖南大學成立了物聯網研究中心等專門研究機構并建立超級計算機中心；湖南伊愛衛(wèi)星監(jiān)控科技有限公司等企業(yè)在全球定位系統(tǒng)應用產品的研發(fā)、制造、銷售、服務和網絡運營方面已有不少成功的案例。[1]
2.湖南發(fā)展物聯網產業(yè)具備先發(fā)的產業(yè)基礎
湖南省委、省政府高度重視物聯網產業(yè)的培育和發(fā)展，大力扶持建設物聯網應用示范重點項目。目前，湖南從事物聯網研發(fā)、生產和服務的企業(yè)達200多家，涉及傳感器、芯片設計、電子標簽與讀寫器具、智能終端、應用軟件、系統(tǒng)集成、運營服務等物聯網產業(yè)鏈的多數環(huán)節(jié)。在智能高速列車控制、手機移動支付、金融稅控設備、中小型水電站遠程控制等領域，湖南省部分企業(yè)技術創(chuàng)新和市場在國內占有優(yōu)勢地位。
3.湖南發(fā)展物聯網產業(yè)具備先行的應用示范
湖南省作為移動電子商務試點示范省，建成了中國移動全網手機支付平臺，作為國家“三網融合”試點城省群，擁有長株潭國家級“兩化融合”實驗區(qū)和十一個省級“兩化融合”實驗區(qū)，建成了湘潭九華物聯網示范基地、長沙百果園現代農業(yè)示范基地、郴州IPv6物聯網示范基地、湘西物聯網云計算平臺等一批產業(yè)示范基地，并在智能水利、智能農業(yè)、智能工業(yè)、智能交通等多領域率先應用物聯網技術。
二、湖南高職教育與物聯網產業(yè)發(fā)展實現對接的可行性
湖南省大力培育和發(fā)展物聯網產業(yè)，在物聯網領域將繼續(xù)加大科技創(chuàng)新支持力度，加快技術研發(fā)與成果轉化應用的同時，也存在著產業(yè)物聯網核心關鍵技術缺失、物聯網標準規(guī)范體系不完善、物聯網地址資源匱乏、物聯網規(guī)?；瘧貌蛔恪⑽锫摼W產業(yè)鏈構成不完善、物聯網技術與應用人才缺乏等一系列問題，在一定程度上制約了物聯網產業(yè)持續(xù)發(fā)展。在關于如何發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的討論與研究中，國務院發(fā)展研究中心副研究員張永新認為，發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的關鍵是掌握核心技術。掌握核心技術的主體在于“人”，如何培養(yǎng)掌握與發(fā)展核心技術的“人”成為解決問題的關鍵所在。[2]
關鍵詞:移動苗床;自動控制系統(tǒng);數據采集;物聯網;智能
0引言
目前，溫室是我國設施農業(yè)的主要形式，截至2009年，我國溫室面積已達到300萬hm2。其中，大量的溫室移動設備主要還是以老式的傳統(tǒng)機械為主，而苗床作為設施農業(yè)中一種重要的育苗設備在我國部分地區(qū)雖已有推廣，但仍然還存在機械設備陳舊、自動化水平不高及區(qū)域分布不均勻等問題?！笆濉逼陂g，隨著我國制造業(yè)轉型契機的到來，在“中國制造2025”的大環(huán)境下，現代自動化農業(yè)設備越來越受到關注和重視，而傳統(tǒng)的純粹依靠人工完成的農業(yè)設備成本過高、作業(yè)效率低下，不再適應現代農業(yè)設備的發(fā)展需要?，F代自動化農業(yè)設備尤其是自動化移動苗床控制系統(tǒng)，作為解決當前人力成本過高及苗盤搬運設備自動化程度過低等問題的一種智能農業(yè)控制系統(tǒng)，將得到快速的發(fā)展;移動苗床控制系統(tǒng)作為致力于促使現代農業(yè)從粗放型向集約型方向發(fā)展的一整套智能化移動設備在未來幾十年將逐漸被關注與研發(fā)。
隨著互聯網技術與智能制造技術的不斷發(fā)展，移動苗床控制系統(tǒng)也將與現代IT技術和工業(yè)自動化技術相結合，不斷推進移動苗床控制系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。移動苗床控制系統(tǒng)作為溫室移動設備中的重要組成部分，是產品和運輸設備之間的溝通紐帶，可有效降低勞動力成本、提高設備運輸可靠性，具有智慧控制和智能感知的特點。在未來的溫室移動設備中，移動苗床控制系統(tǒng)將利用物聯網技術和信息傳感技術，以一定的協(xié)議為基礎，更加智能、有效地連接互聯網與產品，實現移動苗床控制系統(tǒng)的智能化，促進溫室農業(yè)設備的可持續(xù)發(fā)展。
1自動化移動苗床控制系統(tǒng)的現狀
1．1國外的發(fā)展現狀
近年來，隨著現代信息技術的迅猛發(fā)展，尤其是高精度伺服系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)的普遍應用，世界上一些發(fā)達國家不斷加大農業(yè)機械自動化的研究與開發(fā)力度。這些研究以市場為導向，以生產成本的降低為主要目標，最終達到降低人力成本及資源合理配置的目標，且研發(fā)中相當多的自動化農業(yè)機械產品已達到產業(yè)化的要求。以荷蘭為例，作為世界上設施農業(yè)發(fā)展較為迅速的一個國家，在20世紀中，荷蘭在溫室園藝生產管理上投入了大量的勞動力，其蔬菜生產34%，花卉和盆栽生產分別為27%與28%，并且勞動力成本還在呈日益增長的趨勢。為減少勞動成本、降低生產成本、提高生產率，荷蘭在20世紀90年代已開始大力發(fā)展溫室自動化生產裝備系統(tǒng)，也包括自動化移動苗床控制系統(tǒng)，目標便是著力將生產作業(yè)自動化、信息化、智能化。同時，自動化生產企業(yè)也積極投身到創(chuàng)新開發(fā)自動控制系統(tǒng)中。例如，世界上知名的溫室自動化設備生產廠商“Logiqs”當對積極進行溫室自動化產品的開發(fā)與研究，該企業(yè)研制的自動化苗床設備(見圖2)采用先進的伺服控制系統(tǒng)、傳感器反饋系統(tǒng)、自動澆灌、照明系統(tǒng)及先進的上位機管理系統(tǒng)，對不同種苗的苗盤進行了集中式管理，不僅提高了自動化生產效率，而且降低了生產成本，提高了經濟效益。如今，荷蘭通過大力發(fā)展自動化移動苗床控制系統(tǒng)，實現溫室自動化移動苗床高效自動化生產，同時廣泛采用現代自動化技術(如先進物流控制技術、電子信息技術、傳感器技術、伺服控制技術及無線通信技術等)，使其大量的溫室移動設備實現自動控制，從而形成大型的、完整的、可循環(huán)的自動化移動苗床控制系統(tǒng)。
1．2國內的發(fā)展現狀
我國溫室自動化設備的研制起步比較晚，到20世紀80年代中后期才初步形成了我國溫室工程技術體系。當時，對于苗床的研制還僅僅停留在機械結構方面，在研究移動苗床自動控制領域要晚于西方發(fā)達國家近10～20年。過去幾十年，我國移動苗床主要以手動式移動苗床為主。此類苗床耗時、耗力，且對于勞動力要求特別高，在苗盤移動過程中要保證上面的種苗不受損傷。由于苗床一般安放在溫室中，處于密閉狀態(tài)，并且溫室里對溫度、濕度要求都較高，因此工人不能長時間呆在里面，這一局限性也促進了我國溫室自動化控制系統(tǒng)的快速發(fā)展。近年來，國家對溫室自動化設備研發(fā)資金不斷投入，自動化移動苗床控制系統(tǒng)作為其中一種現代自動化農業(yè)控制設備，近幾年已從單層人工運輸發(fā)展成多層自動運輸，并且整個苗床自動化相關配套設備已具有一定規(guī)模。通過從荷蘭、以色列、日本等一些設施農業(yè)發(fā)展迅速的國家引進現代自動化移動苗床設備，再進行消化、吸收與技術創(chuàng)新，我國許多設施農業(yè)生產企業(yè)已取得較大的科技成果，有力地推動了我國自動化移動苗床的發(fā)展。以杭州恒農科技股份有限公司為例，該公司研發(fā)的自動化立體移動苗床系統(tǒng)除去機械框架，整個控制系統(tǒng)包括苗床搬運車伺服電機控制系統(tǒng)、天車行走控制系統(tǒng)及計算機生產管理系統(tǒng)。該設備已在上海都市菜園里正式投入使用，說明我國移動苗床設備的自動化水平有了一定的提高。
1．2．1采用定位精準的伺服控制系統(tǒng)
進入21世紀以來，隨著勞動力成本的不斷上升，傳統(tǒng)的苗床移動設備已滿足不了市場的需求。伺服控制系統(tǒng)作為目前國際上比較流行的一種驅動定位系統(tǒng)已被許多發(fā)達國家應用在溫室自動化設備上。我國在苗床自動搬運設備上也進行了大量的研究，并且結合自身市場的需求，形成了一套完整的伺服定位控制系統(tǒng)。以上面介紹過的杭州恒農科技股份研發(fā)的自動化移動苗床控制系統(tǒng)為例，整個苗床搬運車采用伺服電機作為驅動器，結合苗床架上的傳感器形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過上位機控制器可將苗床搬運車沿著導軌準確定位在溫室工廠里所需要的位置。這一套伺服控制系統(tǒng)也是目前國內比較先進的溫室自動化控制系統(tǒng)。
1．2．2基于計算機物流管理模式已具備一定基礎
過去幾十年，我國在溫室工程技術初具規(guī)模時期，大量的溫室移動設備包括苗床都采用人工或者半自動的方式來進行搬運作業(yè)，可以說在移動苗床自動化運營管理水平方面一直處于落后的狀態(tài)。近幾年，隨著計算機控制技術的快速發(fā)展，我國已經逐步擺脫傳統(tǒng)純粹依靠人工進行苗床搬運、澆水灌溉、燈光照明的一些固定式苗床設備，取而代之的是通過計算機進行集中管理作業(yè)的自動化移動苗床控制系統(tǒng)。例如，目前已研發(fā)出全自動控制的無土栽培營養(yǎng)液灌溉系統(tǒng)、LED自動輔助補光照明系統(tǒng)及基于計算機圖像處理技術的育苗選種系統(tǒng)等，并形成了一套相對完整的計算機物流管理模式，從而有效地保證了種苗培育的優(yōu)良性與科學性。這一自動化管理模式降低了生產企業(yè)的勞動力成本，增進了企業(yè)的生產效益，也提高了我國溫室設備的自動化水平。
1．2．3數據采集與傳輸更加科學、準確
隨著現代傳感器、現場總線的廣泛應用，過去溫室移動苗床上種苗生長數據難以采集與傳輸的問題將得以解決，目前國內應用比較多的農用傳感器有溫濕度傳感器、位移傳感器及照度傳感器等。這些傳感器構成了整個溫室大棚的數據采集系統(tǒng)，為后期計算機分析種苗生長狀況環(huán)節(jié)提供了大量的數據基礎，是現代自動化移動苗床控制系統(tǒng)必不可少的一部分。在現場總線方面，目前應用比較多的主要是以CAN總線為主。它是德國BOSCH公司為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議的現場總線，可以實現多主方式工作，通信速度可以達1Mbps/40m，最大通信距離可達10km，并且開發(fā)成本僅為同類現場總線的1/3。由于苗床上種苗的生長情況需要實時監(jiān)控，數據上傳與下達需同步進行，因此CAN總線目前被廣泛應用在自動化移動苗床控制系統(tǒng)中。
2目前自動化移動苗床控制系統(tǒng)存在的問題
我國對自動化移動苗床控制系統(tǒng)的研究開始于20世紀80年代，在近幾十年的發(fā)展中，通過不斷吸收國外農業(yè)發(fā)達國家的先進技術及自身的研究創(chuàng)新，已取得了良好的成績;但與荷蘭、美國、以色列等一些設施農業(yè)比較發(fā)達的國家相比，我國在設施農業(yè)自動化設備區(qū)域分布、自動控制系統(tǒng)可靠性、后期系統(tǒng)維護上存在一定的問題。
2．1部分地區(qū)移動苗床的自動化水平不高
當前，雖然我國在溫室自動化移動苗床上取得了舉世矚目的成就，但我國幅員遼闊，目前只有在東部沿海等一些發(fā)達城市應用了自動化移動苗床控制系統(tǒng)，而這些地方恰恰土地供應極度緊缺，溫室自動化設備難以大面積推廣。在設施農業(yè)較為集中的內陸中原地區(qū)(如河南、新疆等地區(qū))，土地供應面積充足，是發(fā)展自動化設施農業(yè)的良好區(qū)域。由于當地經濟發(fā)展緩慢的原因，當地許多地區(qū)都還是以固定式苗床或者是純手工移動苗床為主，費時費力，且勞動力成本高，整體跟不上發(fā)達地區(qū)的苗床自動化水平。因此，與美國、荷蘭和日本等發(fā)達國家整體的移動苗床自動化水平相比，我國的移動苗床自動化水平還存在一定的差距。
2．2自動化移動苗床控制系統(tǒng)的可靠性不夠
經過幾十年的研究與創(chuàng)新，目前我國溫室自動化設備在以自動化移動苗床控制系統(tǒng)為核心的基礎上，已經形成了一套完整的溫室自動化控制系統(tǒng)，但在控制系統(tǒng)的成熟程度(即自動化技術本身的可靠性)方面還有大量的工作要做。例如，在伺服控制電機上位機軟件層面，由于程序過于冗雜、CPU運行過慢導致閉環(huán)反饋系統(tǒng)出現延時，進而導致苗床搬運車定位可靠性受到一定的影響，出現搬運車定位不準確及定位錯誤等問題。相比美國、荷蘭和日本等發(fā)達國家，在對移動苗床上種苗生長數據的檢測與調控技術上，我國研制生產的控制系統(tǒng)雖然能完成數據采集、傳輸與處理的基本功能，但在長時間、大容量、高負載的溫、光、水、氣、肥等因子的監(jiān)測和調控上，國內控制設備的可靠性還遠遠不夠，相比國外差距還是比較大。
2．3自動化移動苗床控制系統(tǒng)的后期維護困難
過去20余年，由于我國設施農業(yè)一直處于低位運行的狀態(tài)，造成自動化移動苗床控制系統(tǒng)方面的專業(yè)售后維修人才嚴重流失。隨著近些年設施農業(yè)自動化設備的快速發(fā)展，我國部分發(fā)達地區(qū)率先研制出移動苗床自動化設備，雖然這些地區(qū)應用已經非常廣泛，但絕大多數的技術還是采用國外引進、國內消化的模式，從而造成目前這方面的人才極度匱乏。一旦控制系統(tǒng)出現故障，便可能需要國外的技術支持，企業(yè)成本過高、維修周期過長等問題可能會造成自動化設備長時間的閑置，甚至處于報廢無人維修的境地。
3發(fā)展趨勢
3．1苗床控制系統(tǒng)更加可靠、地區(qū)發(fā)展更加均衡
隨著我國國民經濟的快速發(fā)展和人民生活質量的不斷提高，苗床控制系統(tǒng)作為設施農業(yè)設備中的核心控制系統(tǒng)，其可靠性的設計直接影響到企業(yè)的信譽及國家整體設施農業(yè)的自動化水平。因此，設施農業(yè)控制系統(tǒng)整體的可靠性問題已經引起了國家農業(yè)機械管理部門的高度重視，相關部門將陸續(xù)采取一系列的措施來保證整個控制系統(tǒng)的可靠性。未來自動化移動苗床控制系統(tǒng)將告別傳統(tǒng)小批量生產的模式，取而代之的是大批量流水線生產，因此在控制系統(tǒng)電子元器件質量上面需得到保障，從而使整個苗床控制系統(tǒng)的硬件可靠性得到逐步的提升。同時，隨著國家對設施農業(yè)資金扶持力度的不斷加大，無論從設備利潤還是人才引進方面，將迎來一個良好的窗口期。因此，在資金、人才的雙重保障下，未來整體設施農業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性將得到一定的保證。在區(qū)域苗床自動化控制水平分布方面，隨著國家整體經濟水平、技術水平的不斷提升，未來將逐漸告別東、西部設施農業(yè)自動化水平分布不均的現象，取而代之的將是西部土地資源充分地區(qū)廣泛使用自動化移動苗床控制設備，從而促進我國設施農業(yè)的快速發(fā)展。
3．2苗床控制系統(tǒng)與物聯網技術相結合，向智能化方向發(fā)展
3．2．1機械視覺識別技術
機械視覺識別技術是目前相當流行且發(fā)展十分迅速的一門技術，是集數字圖象處理、機械工程技術、控制技術、傳感器技術及計算機軟硬件技術于一體的工業(yè)機器視覺應用系統(tǒng)。它為機器設備增加了一雙眼睛，將計算機的快速識別與人類視覺的高度智能化結合在一起，通過對目標物體圖像的采集和處理得出分析結果，并上傳到控制系統(tǒng)，實現了機器自主判斷的能力。許多發(fā)達國家(如美國、日本)已在農業(yè)機械視覺識別技術方面進行了深入的研究，如苗床上種苗質量鑒定、獲取種苗生長狀態(tài)信息及種苗種類自動篩選等。機械視覺識別技術的應用將有效減少人工對自動化系統(tǒng)決策的參與，使得自動化移動苗床控制系統(tǒng)得到進一步的提升。目前，我國該技術在設施農業(yè)自動化設備上的應用與研究還處于起步階段，未來隨著國家科技不斷的進步，機械視覺識別技術在自動化移動苗床控制系統(tǒng)上將得到廣泛的應用。
3．2．2條碼識別技術
條碼識別技術作為一種自動識別技術，始于20世紀中葉的美國，是集光、電、機和計算機于一體，自動采集數據并發(fā)送給控制系統(tǒng)，最終實現實時信息的準確傳輸與獲取的自動識別技術，也是迄今為止最為經濟、實用的信息管理技術。該技術能夠將各個領域的信息數據聯系在一起，精確定位高速移動的物體，為實現物流與信息流的同步、提高供應鏈管理效率提供良好的技術手段。目前，在諸多物流控制系統(tǒng)中已經廣泛采用該技術。對于自動化移動苗床控制系統(tǒng)，在分練種苗時往往存在工作量太大、分練錯誤等問題，如果將各種條形碼貼在相應的種苗盆上，然后通過條碼閱讀器將條形碼信息輸入到計算機中，再通過計算機對種苗進行分類管理，可有效降低成本及減少搬運取苗錯誤。因此，條碼識別技術與計算機技術相結合未來將廣泛應用在苗床控制系統(tǒng)中。
3．2．3網絡通訊技術
目前，自動化移動苗床控制系統(tǒng)數據通訊模塊廣泛采用以現場總線為主，而未來隨著苗床系統(tǒng)對網絡實時性、傳輸速率要求的不斷提升，以工業(yè)以太網技術為核心的網絡通訊技術將逐漸應用在苗床控制系統(tǒng)中，目前眾多的工控廠家已經逐漸將自己的工業(yè)現場總線向基于以太網技術的通訊技術靠攏。工業(yè)以太網顧名思義就是應用在工業(yè)上的以太網，相比于現場總線，其有以下幾大優(yōu)點:①可以滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求，使企業(yè)信息網絡與控制網絡得以統(tǒng)一;②設備成本降低，以太網卡的價格是總線網絡價格的1/10;③工業(yè)以太網更容易與Internet集成，傳輸速率更加快。
4結論
自動化移動苗床控制系統(tǒng)作為育苗輸送的一種農業(yè)自動化設備，在溫室現代化生產中擔當著重要的角色。隨著我國溫室面積的不斷擴張及社會生產要求的不斷上升，移動苗床自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是必然的趨勢。這種趨勢主要體現在智能化自動控制模塊的廣泛應用及相關技術可靠性的不斷完善。同時，隨著“互聯網+農業(yè)”概念的提出，從國家政策傾向出發(fā)已把農業(yè)現代化控制技術提升到國家戰(zhàn)略層面，而自動化移動苗床控制系統(tǒng)相關技術不僅減少了勞動力成本、提高了產業(yè)效率，而且在擺脫農業(yè)機械一直作為低端制造業(yè)這一困境方面做出了一定的貢獻。因此，在政策、技術、資金的三重推動下，我國設施農業(yè)自動化設備將引來良好的發(fā)展時期，自動化移動苗床控制系統(tǒng)也將得到快速的發(fā)展。
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關鍵詞：溫室;設施農業(yè);物聯網;應用研究
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.04.011
Application and Research Direction of the Internet of Things on Facility Agriculture
JIA Bao-hong， QIAN Chun-yang， SONG Zhi-wen， WANG Jian-chun， LYV Xiong-jie， LI Feng-ju， LIU Shao-wei
（Information Institute of Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China）
Abstract：This paper preliminary discusses the current main restricting the further development of agriculture IOT bottleneck problem， put forward the applied research lacks is the key factor. Facility agriculture IOT application research to combine the production practice and future development trends， mainly in five aspects， including the data accumulation and analysis， research suitable application model， development for making a fool of Internet management system， study agriculture IOT application standards， strengthen the monitoring and research on crop physiological and ecological information.
Key words： greenhouse; facility agriculture; internet of things; application and research
農業(yè)物聯網是物聯網技術在農業(yè)生產、經營、管理和服務中的具體應用。它利用各類感知設備，采集農業(yè)生產、農產品流通以及動植物本體的相關信息，通過無線傳感器網絡、移動通信無線網和互聯網傳輸，最后通過智能化操作終端，實現農業(yè)產前、產中、產后的過程監(jiān)控、科學決策和實時服務[1]。
近年來，隨著物聯網技術的不斷發(fā)展，其應用已經涉及水產養(yǎng)殖與畜牧業(yè)、種植業(yè)、農產品加工、運輸與流通等農業(yè)領域。由于設施農業(yè)是在人為可控環(huán)境保護設施下的農業(yè)生產，更有利于物聯網技術助力設施農業(yè)實現精準高效，因此設施農業(yè)物聯網技術的推廣應用成效最為顯著，前景十分廣闊。
1 物聯網技術應用于設施農業(yè)的歷史及現狀
發(fā)達國家設施農業(yè)物聯網發(fā)展較快，20世紀后期就已經有基于網絡化、分布式的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)研發(fā)的報道，這與他們先進的生產管理水平密切相關。英國研發(fā)出用于儲藏室或花園溫室的入侵警報系統(tǒng)和霜凍系統(tǒng)、通風加熱控制系統(tǒng)、遠程無線灑水系統(tǒng)等系列無線設備;日本研究開發(fā)出“Open Plannet，OP”雙向遠程監(jiān)控系統(tǒng)，利用基于以太網的嵌入式網絡技術實現了溫室環(huán)境和視頻的實時動態(tài)監(jiān)控[2]。荷蘭向花卉培育者提供植物生長控制系統(tǒng)，可以實現復雜環(huán)境下溫室植物的個性化追蹤管理。在美國，20%的精細農業(yè)都應用感知技術，在農業(yè)生產信息獲取、生產管理、輔助決策、智能實施中發(fā)揮了關鍵作用。美國加州研發(fā)出的“草莓培育物聯網系統(tǒng)”能夠實時監(jiān)測植物的生長狀況，根據土壤和環(huán)境空氣的動態(tài)變化，自動啟動施肥澆水或溫度調節(jié)等智能設施。近年來，隨著一些發(fā)達國家大面積推廣精細化、自動化的農業(yè)生產技術，對農作物的生長環(huán)境進行監(jiān)測，并針對作物生長需要進行生長環(huán)境、農業(yè)機械的自動控制，使得物聯網技術可以無縫接入，應用環(huán)境較為完善[3]。著名的系統(tǒng)有英國開發(fā)的農業(yè)管理與決策選擇系統(tǒng)、美國的作物決策管理系統(tǒng)等[1]。有此作保證才能真正實現農業(yè)生產管理的智能決策與控制。這其中，歐美發(fā)達國家尤其值得我們學習的是農業(yè)知識處理與應用系統(tǒng)開發(fā)方面，他們通過集成大量知識和農業(yè)生產流通第一線數據，來為品種選擇、土壤營養(yǎng)診斷、水肥管理、病蟲害診斷、農產品加工、流通等農業(yè)生產全過程提供信息化服務。
我國物聯網的研究幾乎與國外發(fā)達國家同步進行，在農業(yè)上的研究應用領域也較為廣泛。2011 年，農業(yè)部了《全國農業(yè)農村信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，包括北京市設施農業(yè)在內的三大國家級物聯網應用示范工程開始啟動， 2013年，上海、天津、安徽3個省市被農業(yè)部列為農業(yè)物聯網區(qū)域試點[4]，我國農業(yè)物聯網發(fā)展駛入快車道。迄今全國已有8個?。▍^(qū)、市）（另外還有黑龍江、內蒙古、新疆）承擔的國家物聯網應用示范工程和農業(yè)物聯網區(qū)域試驗工程先后啟動實施，并取得了階段性成果，也帶動了各地農業(yè)物聯網的發(fā)展。
成績較為突出的如：北京市重點開展了農業(yè)物聯網在農業(yè)用水管理、環(huán)境調控、設施農業(yè)等方面的應用示范，開發(fā)了與農業(yè)技術結合的墑情監(jiān)測系統(tǒng)，為政府決策、農戶技術指導、公眾消費和設施蔬菜生產管理提供了便利，實現了設施農業(yè)環(huán)境監(jiān)測和農業(yè)用水精細管理[5]。江蘇省則開發(fā)了基于物聯網的智能農業(yè)管理平臺，側重對設施農業(yè)、豬舍生產環(huán)境進行監(jiān)控，一定程度上實現了對農業(yè)設施的自動化管理，并逐漸開始進行規(guī)模推廣[6]。天津市建成了國際先進的農業(yè)物聯網平臺，實施了農業(yè)生產經營物聯網智能化控制與管理工程。應用種植業(yè)設施環(huán)境信息監(jiān)測、智能化控制與管理等物聯網技術，建設了總面積逾667 hm2的核心試驗基地，開展了約1 000棟節(jié)能溫室的示范應用。此外，國內許多企業(yè)也加入到農業(yè)物聯網研發(fā)行列，如北京昆侖海岸傳感技術有限公司、大唐移動通信設備有限公司、上海順舟網絡科技有限公司等在開發(fā)產品的同時，還提出了設施農業(yè)物聯網體系解決方案來構建設施農業(yè)智能控制系統(tǒng)，以適應各種類型和不同規(guī)模的生產需要 [7]。
2 物聯網技術在設施農業(yè)應用的發(fā)展瓶頸
雖然農業(yè)物聯網技術在我國設施農業(yè)中的應用成效較為顯著，但農業(yè)物聯網是項復雜的工程，在我國總體上尚處于試驗階段，目前主要在示范型農業(yè)、科研溫室等系統(tǒng)中有所應用，距離大規(guī)模商業(yè)化應用還需要一定時間。促進農業(yè)物聯網蓬勃持續(xù)發(fā)展，必須面對制約其發(fā)展的瓶頸問題。目前，我國設施農業(yè)物聯網發(fā)展中的主要問題可以概括為以下3個方面。
一是優(yōu)質農業(yè)專用傳感器的缺乏。農業(yè)部信息中心主任李昌健說：“目前我國農用傳感器種類不到世界的10%，國產化率低、缺乏市場規(guī)模效應。在覆蓋面、適用性等方面還有很大提升空間[4]?！倍遥瑖鴥犬a農用傳感器良莠混雜，質量參差不齊，性能不夠穩(wěn)定，使得監(jiān)測數據不夠準確，又沒有權威的評價標準，因此農業(yè)生產者很難信賴物聯網設備。
二是資金投入大、回報周期長。農業(yè)物聯網基礎設施建設不僅一次性資金投入大，需要長期更新維護，而且回報周期長。目前，我國仍以小農戶分散經營為主，農業(yè)整體比較效益低下，對于普通農民來講，物聯網設備價格偏高[4]，過于“高大上”，很難大面積推廣。只有規(guī)模經營或者高效種養(yǎng)殖業(yè)才更有利于物聯網技術的推廣應用。
三是應用研究缺乏，急需“接地氣”的生產應用參數及軟件產品研發(fā)。目前國內農業(yè)物聯網的市場需求仍然是以設備采購、網絡接入為主，在設施農業(yè)生產上還主要停留在監(jiān)測與初步分析環(huán)節(jié)，沒有真正意義實現科學決策和智能控制，根本原因在于對數據分析及其生產應用的研究不夠重視。
綜合分析三方面問題，首先對于設備問題，我國的企業(yè)、科研機構普遍較為重視，相信隨著科技的迅猛發(fā)展，大批低成本、低功耗、性能好的各類農業(yè)傳感器很快會在市場上涌現。其次對于資金問題，當前還是政府投入引導為主，隨著設備成本的降低，政府補貼的實施（據報道，有關部門正在研究建立農業(yè)信息補貼制度，加快推動將農業(yè)物聯網相關產品和裝備納入農機購置補貼目錄[4]），將會引入電信運營商、企業(yè)、科研單位、高校等社會力量的加入，逐步形成政府引導、投資主體多元化、運行維護市場化的格局。因此，制約農業(yè)物聯網技術在我國推廣應用的最大瓶頸無疑是采集數據如何應用，物聯網如何為農業(yè)生產帶來實實在在的效益，即如何打破“拿上來一大堆數據，卻不知道干什么用”的窘況。重視“應用層”這個頂層設計，以應用為導向來做研發(fā)，是農業(yè)物聯網發(fā)展到今天必須引起重視的核心原則和目標。
3 設施農業(yè)物聯網技術應用研究方向
設施農業(yè)物聯網應用研究涉及的領域較為廣泛，確立研究方向要結合生產實際和未來發(fā)展趨勢，可以重點從5個方面研究入手。一是注重數據的積累與分析，通過分析各類型數據發(fā)現農業(yè)生產規(guī)律，建立設施作物水肥管理模型、病蟲害發(fā)生預警模型等，用于指導生產;二是研究成本低、效果佳、面向不同作物栽培的各種類型設施的應用模式，包括研究設施內網絡節(jié)點的布控、設備系統(tǒng)的集成等;三是開發(fā)適用于當地設施生產實際、擴展性好、操作簡便的物聯網管理軟件，結合專家模型的嵌入，成為農民身邊的技術管家;四是以農業(yè)物聯網技術應用研究為基礎，制訂操作性強的農業(yè)物聯網應用標準，如針對不同設施蔬菜種植制定物聯網栽培管理應用標準、蔬菜環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)集成規(guī)范等，便于推廣應用;五是加強作物生理生態(tài)信息的監(jiān)測與研究，從長遠來看，研究作物生理生長模型是提高設施作物生產潛力的根本和核心技術，有必要及早開始規(guī)劃并實施[8-9]。
綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展，農業(yè)物聯網技術設備將會日臻成熟，但要大規(guī)模推廣應用，得到市場的認可，還必須與各地區(qū)農業(yè)生產實際相結合，不能操之過急。要優(yōu)先從基礎好、規(guī)?；潭雀摺a值高的行業(yè)入手，但更為關鍵的是要提升數據分析能力，加強應用層面的把控與研究，才能充分發(fā)揮農業(yè)物聯網的優(yōu)勢。
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關鍵詞：物聯網技術；智能農業(yè)；應用
隨著社會的飛速發(fā)展和科技水平的不斷提高，信息化產業(yè)在繼計算機、互聯網以及移動通信后出現了第三次改革的浪潮----物聯網技術。物聯網技術從字面意思理解為兩個物體相互連接的互聯網，就是將任意的兩個物體通過物聯網技術連接在一起，以達到傳遞信息的目的。智能農業(yè)的物聯網技術就是指在現代農業(yè)中，通過物聯網技術中的各種傳感器構成傳感器網絡系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)對農作物科學監(jiān)測、科學種植、科學管理，農戶足不出戶的就可以對農田進行管理，這樣既可以解放勞動力，又利于提高農作物的產量，推動農業(yè)現代化的發(fā)展。
一、物聯網技術在智能農業(yè)中發(fā)展現狀
隨著物聯網技術的不斷深入發(fā)展，一些發(fā)達國家已經在農業(yè)的生產、流通領域和養(yǎng)殖業(yè)方面逐步推廣這項技術。智能農業(yè)的物聯網技術主要包括信息感知、信息傳輸、信息應用三個結構層面。信息感知技術就是通過把各種傳感器的節(jié)點相互連接來獲取農田的基本數據，及時掌握農田的信息變化。信息傳輸技術就是通過各種方式利用傳感器接收信息，或者通過通信協(xié)議信息，使接收信息的范圍進一步擴大。信息應用技術就是把獲取的數據進行整理匯總，歸納出科學管理方法，用于指導農田管理。
二、物聯網技術在智能農業(yè)中的應用
隨著中國經濟近30年來的快速發(fā)展，農業(yè)生產資源緊缺和農業(yè)對資源消耗過大的問題對農業(yè)發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。農業(yè)物聯網將先進的傳感、通信和數據處理等物聯網技術應用于農業(yè)領域，構建智能農業(yè)系統(tǒng)，是解決農業(yè)發(fā)展滯后問題的有效方法。
1.在農業(yè)資源利用方面的應用。近年來，隨著物聯網技術的發(fā)展，我國充分利用GPS定位技術對土壤含水量、土壤溫度、光照進行采集，對農作物施肥、病蟲害的防治、農田管理以及農業(yè)環(huán)境污染狀態(tài)進行監(jiān)測以獲取更準確的信息。通過這些信息的分析，可以歸納總結出解決方法，用于指導農業(yè)生產管理。
2.在農業(yè)生態(tài)環(huán)境方面的應用。我國在重視農業(yè)發(fā)展的同時，也非常注重對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護。我國在建立了農業(yè)環(huán)境網絡監(jiān)測系統(tǒng)，對各地的農業(yè)生態(tài)環(huán)境進行全天候的監(jiān)測，并建立了對大氣和水環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等有害氣體和水溫、水質等參數。
3.在農業(yè)生產管理方面的應用。我國把農業(yè)管理經驗與高新技術緊密相結合，以實現農業(yè)生產精細化管理。我國在水產養(yǎng)殖方面已經建立了智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能實時動態(tài)的監(jiān)測水產品生長情況，及時發(fā)現問題，快速找到解決方法。同時我國設施農業(yè)方面也取得進展，研制出了合理分配農機資源的調度系統(tǒng)，尤其在秋收時期，能合理調度各地區(qū)的農機具，使農機具得到最大限度的利用。
4.在農產品安全溯源方面的應用。隨著人們生活水平和質量的提高，人們對食品安全的關注度越來越高。為了保證人們能吃上放心的食品，國家建立了農產品安全溯源系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要是通過條碼、IC卡等技術，對農產品從源頭開始直到到消費者手中都進行全程監(jiān)測，消費者可以隨時隨地的查看農產品每個流程的基本情況。
三、物聯網技術在智能農業(yè)中的發(fā)展趨勢
現在物聯網技術只是應用在農作物的育秧方面，即通過電腦對田間設備實行遠程控制，及時了解田間的溫度、濕度、光照等數據，當出現警戒值時，自動調控設備進行智能調節(jié)。在不久的將來，我們還可以通過更精密的傳感器和更嚴密的控制系統(tǒng)，對各個階段獲得的數據進行科學分析，以期得到更好的結果。未來幾年，在農作物的灌溉階段，我們可以利用物聯網技術，并結合水庫的水位、天氣和農田干旱情況，進行合理灌溉。在農作物的收割階段，可以利用農機資源的調度系統(tǒng)，及時掌握農機具的工作情況和具置，對農機具進行合理調度和實時監(jiān)控，以實現農機具工作效率最大化。在農作物運輸階段，利用車輛的定位系統(tǒng)，及時了解車輛的行進路線和運行狀態(tài)，通過實時畫面和傳回的數據了解車廂內的情況，及時調整車廂的溫度，并安裝防盜系統(tǒng)。在農作物的存儲階段，通過全球眼或電腦進行遠程控制，及時了解糧庫內溫濕度的變化情況，并通過自動調節(jié)系統(tǒng)以達到室內溫濕度的平衡，為把糧食安全送到消費者手中保駕護航。在農產品加工階段，繼續(xù)加大對食品溯源系統(tǒng)的開發(fā)力度，使其廣泛應用到對綠色食品的加工檢測上，用于乳制品生產的追溯源頭上，用于出口農產品的生產及貿易上。當然，未來物聯網技術在智能農業(yè)發(fā)展中的應用還很多，還會朝著更加智能化、現代化的方向發(fā)展。
四、結語
物聯網技術屬于一種新型的技術，屬于智能技術的核心，也是新型網絡技術的典型使用，但是，就現階段我國的實際情況來看，物聯網技術還未形成系統(tǒng)的技術體系。本文從實用性角度出發(fā)，針對物聯網技術在我國農業(yè)中的應用進行了深入的分析，結果顯示，物聯網技術在農業(yè)中有著巨大的應用前景，相信在不久的將來，物聯網技術定可以成為輔助我國農業(yè)技術水平發(fā)展的核心技術。
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【關鍵詞】ZigBee;智能;農業(yè)大棚;物聯網
一、概述
“物聯網”被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內專家認為，物聯網一方面可以提高經濟效益，大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。
智能控制是為了達到節(jié)能、舒適、便利的目的，要求對市政、家庭、農業(yè)等的智能控制和監(jiān)視制定細致的策略和方案。但是，傳統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)由于很多因素的制約，很難達到要求。為了解決這些問題，業(yè)界嘗試了很多辦法，但基本上都屬于封閉式的，多采用私有協(xié)議，彼此間難以互通，導致結構不透明，靈活性、擴充性不佳。從長遠看，智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是走向開放，尤其是智能控制與互聯網的融合是其中一個重要發(fā)展趨勢。
二、智能農業(yè)大棚的應用分析
通過對農業(yè)大棚內的溫濕度信號、光照度以及土壤的水分等參數的采集，能夠根據用戶設定的參數，自動開啟或關閉設備，來達到大棚內的參數平衡。這樣，可以實現農業(yè)生態(tài)信息的自動監(jiān)測，對大棚內設施進行自動控制和智能化管理。
大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農作物溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數進行實時采集，自動開啟或者關閉指定設備（如遠程控制澆灌、開關卷簾等）。在每個智能農業(yè)大棚內部署空氣溫濕度傳感器2只，用來監(jiān)測大棚內空氣溫度、空氣濕度參數;每個農業(yè)大棚內部署土壤溫度傳感器2只、土壤濕度傳感器2只、光照度傳感器2只，用來監(jiān)測大棚內土壤溫度、土壤水分、光照度等參數。所有傳感器一律采用直流24V電源供電，大棚內僅需提供交流220V市電即可。 每個農業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設備（包含中心節(jié)點、無線3G路由器、無線3G網卡等），用來傳輸各農業(yè)大棚的傳感器數據、設備控制指令數據等到internet上與平臺服務器交互。 在每個需要智能控制功能的大棚內安裝智能控制設備1套（包含一體化控制器、擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉換適配設備等），用來傳遞控制指令、響應控制執(zhí)行設備。實現對大棚內的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現。
三、系統(tǒng)架構研究
1、總體架構
系統(tǒng)的總體架構分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠程控制四部分。
2、傳感信息采集分析：
數據采集系統(tǒng)，主要負責溫室內部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數據的采集和控制。數據傳感器的上傳采用ZigBee無線傳感模式。 傳感器的數據上具有Zigbee模式和RS485模式兩種，RS485模式中數據信號通過有線的方式傳送，涉及大量的通訊布線。而在Zigbee傳輸模式中，傳感器數據通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點上，省去了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點再經過邊緣網關將傳感器數據、控制指令發(fā)送到上位機的業(yè)務平臺。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問上位機系統(tǒng)業(yè)務平臺，實時監(jiān)測大棚現場的傳感器參數，控制大棚現場的相關設備。Zigbee模式具有部署靈活、擴展方便等優(yōu)點。所以，在這里我們采用的是Zigbee模式。
3、控制系統(tǒng)分析：
控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設備和相關線路組成，通過一體化控制器可以自由控制各種農業(yè)生產執(zhí)行設備，包括噴水系統(tǒng)和空氣調節(jié)系統(tǒng)等，噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設備，空氣調節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風機等設備。 采集傳輸部分主要將設備采集到的數值傳送到服務器上，現有大棚設備支持3G、有線等多種數據傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持IPv4現網協(xié)議及下一代互聯網IPv6協(xié)議。 業(yè)務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數據監(jiān)測、數據空間/時間分布、歷史數據、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶還可以根據需要添加視頻設備實現遠程視頻監(jiān)控功能。數據空間/時間分布將系統(tǒng)采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場圖）、歷史數據可以向用戶提供歷史一段時間的數值展示;超閾值告警則允許用戶制定自定義的數據范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。
四、智能農業(yè)大棚主要功能
1、數據采集
能夠對智能農業(yè)大棚內的數據進行無線采集，可以采集內部的溫濕度、光照、以及土壤的水分等參數。
2、視頻監(jiān)控
用戶能夠實時地通過電腦或手機進行監(jiān)控，觀察大棚內作物生長狀況。
3、數據存儲
系統(tǒng)能夠對歷史數據進行保存，以便日后對這些數據進行分析，方便日后查詢。
4、數據分析
系統(tǒng)將采集到的數據進行曲線圖或柱狀圖分析，生成報表，根據分析后的數據，可以由此判斷出在什么條件下更適宜農作物的生長，為以后種植的提供依據。
5、遠程控制
只要能夠聯網，在任何時刻都可以對大棚內的設備進行遠程控制，以調節(jié)內部的參數。
6、超限報警
用戶可以自行設置超限值，當參數越過超限值時，可以通過監(jiān)控器或手機進行實時報警，以便及時提醒用戶。
五、結束語
隨著物聯網的普及，智能農業(yè)大棚將會在以后扮演越來越重要的角色。對農業(yè)生產起著非常重要的作用，同時也會推動農業(yè)經濟的發(fā)展以及農業(yè)信息化的發(fā)展。
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數據來源：國家統(tǒng)計局網站
二是受社會價值多元化的影響。當今社會，由于市場主體 -US j ? e ' ?_T ?？U ：9.0pt;font-family：方正書宋簡體;mso-bidi-font-family：宋體; color：black'>
最后，希望在本文的幫助下，新手設計師可以在Solidworks 2013軟件平臺下逐漸進入角色，越來越順利。
關鍵詞：物聯網；能力開放；智能管道
Abstract:The limited application and high cost of the Internet of things (IoT) is caused by market segmentation and is constraining IoT development. To reduce deployment costs, it is necessary to collate resources across all the industrial chain in order to satisfy the common needs of users. The open enabler system of IoT comprises four kinds of enabler based on the common needs of different layers: terminal services, network and service, support and service, and applications and content services. We analyze key points in implementing a managed and controllable enabler for IoT.
Key words:Internet of things; open enabler; smart pipe
1 物聯網應用現狀
物聯網作為繼互聯網之后全球信息產業(yè)的又一次科技與經濟浪潮[1-2]，對于加速整個社會信息化發(fā)展的進程，促進形成新的經濟增長點具有重要的作用。隨著中國將物聯網作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分[3]，圍繞物聯網相關的技術研究、產品研發(fā)和應用推廣等均呈現出迅猛發(fā)展的勢頭。
從物聯網的具體應用來看，無論是以簡單的機器類數據交互為特征的機器類通信(M2M)應用，還是基于傳感網與通信網相結合的泛在應用，在種類和用戶數量方面都在加速增長[4]。
目前，物聯網技術已經在電力、交通、物流、農業(yè)、工業(yè)生產等領域得到廣泛的應用，并在環(huán)保、醫(yī)療、城市管理、安防等行業(yè)進行了以應用示范為主的嘗試[5-7]，正處于從產業(yè)啟動期到大規(guī)模產業(yè)化推廣過渡的重要階段。物聯網作為一個綜合的信息技術領域，也將為產業(yè)鏈各方拓展廣闊的市場空間。
對于物聯網這樣一個規(guī)模龐大的市場，其健康發(fā)展需要包括設備制造商、系統(tǒng)集成商、運營商在內的產業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)之間的協(xié)同配合，并將是一個循序漸進的過程。
物聯網應用的發(fā)展現狀具有以下特點：
?應用的種類和用戶數量初具規(guī)模，但與預期的市場規(guī)模相比，仍處于起步階段。
?應用多集中在行業(yè)信息化領域，在個人和家庭領域內的應用相對偏少。
?所處的行業(yè)相對集中，同時，受限于行業(yè)信息化的發(fā)展現狀，跨行業(yè)融合型的物聯網應用尚未形成。
?由于未形成規(guī)模發(fā)展和普遍應用，市場利潤空間多集中在元器件制造、系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)，運營商以提供純通信服務為主。絕大多數情況下業(yè)務管理和運營由用戶自己完成，使用成本較高。
?細分市場需求龐雜，但集成商和運營商受限于成本壓力，均無法提供滿足客戶需求的服務。
物聯網應用現狀所體現出的上述特點也符合信息化發(fā)展的規(guī)律。物聯網作為一種信息化手段，同其他的信息技術相比，其與用戶的日常生產、工作和生活過程更加深度耦合，需面對用戶更加細分的需求，從而導致單個應用的規(guī)模受限，并進一步影響到應用推廣和普及的成本。在目前的發(fā)展階段，為了更有效地促進物聯網應用的規(guī)模普及，需要盡可能地提煉出共性需求，并以專業(yè)化的服務滿足這些共性需求，降低應用開發(fā)、部署和維護成本，拓展更大的市場空間。這也是本文提出物聯網能力開放的基本出發(fā)點和目標所在。
2 物聯網服務需求分析
2.1 用戶需求分類
從信息化角度分析，用戶對于物聯網服務的共性需求可分為4個層次，如圖1所示。
(1)基礎通信需求
基礎通信需求是物聯網應用中的最基本需求。用戶需要各種近距離或遠距離的通信手段，通過短信、數據或語音等方式實現物聯網終端與應用系統(tǒng)之間的信息交互。例如，在工業(yè)生產監(jiān)控中，將遠程設備監(jiān)測到的生產數據封裝在短信或數據包中，通過移動通信網發(fā)送到后臺的控制系統(tǒng)。
基礎通信需求對應物聯網的基礎通信服務，可通過運營商的網絡提供，此外，對于有特殊需求的行業(yè)，也可通過行業(yè)專用網絡實現。
(2)通信管理需求
通信管理需求的含義包括兩方面，一是在物聯網與生產和控制緊密結合的情況下，用戶需要比基礎通信服務更可靠的通信能力，以實現更可靠穩(wěn)定的數據交互；二是對于大規(guī)模部署的應用，用戶可使用高效的管理手段，判斷通信過程和終端的狀態(tài)是否正常，對終端的軟硬件進行批量升級，當發(fā)生異常時，能快速定位發(fā)生故障的環(huán)節(jié)并進行診斷恢復。通過物聯網智能通道服務滿足通信管理需求，其核心是先于用戶發(fā)現問題、解決問題，從而降低用戶的使用和管理成本。
(3)應用需求
應用需求包括信息采集、傳輸、控制和處理，以及用戶特定的業(yè)務邏輯在內的信息化應用系統(tǒng)的實現、部署和維護。應用需求可涵蓋基礎通信需求和通信管理需求，還包括生產和管理等業(yè)務邏輯的實現和集成。從技術角度分析，物聯網僅提供了信息交互和處理的手段，要構成一個完整的信息化應用系統(tǒng)，還需要與用戶的核心業(yè)務有機結合。應用需求通過應用集成服務實現，目前大多數的示范類物聯網應用項目均包含本類需求。
(4)信息聚合需求
信息聚合需求是指對于不同系統(tǒng)中的信息，按照用戶的特定需求和業(yè)務邏輯進行篩選、分析、挖掘和組織，形成新的應用。
信息聚合的前提是跨系統(tǒng)的信息共享。由于信息化系統(tǒng)的歸屬主體不同，技術實現方式不同，且缺乏信息共享和交互標準，目前信息聚合類的物聯網應用較少。但隨著以無線城市為代表的各種跨行業(yè)應用的逐漸啟動，信息聚合服務需求將日趨增加。
2.2 需求及服務現狀分析
以上對物聯網應用中所涉及的公共需求和對應的服務進行了歸納。從現階段物聯網應用部署的實際情況看，主要以基礎通信服務為主，但已體現出向智能通道服務、應用集成服務甚至聚合服務轉型的發(fā)展趨勢。
目前以智能電網、智能環(huán)境等為代表的眾多有較強行業(yè)主體特征的示范項目，就是為未來相關行業(yè)物聯網解決方案的規(guī)模推廣而進行的先期試點。例如，在電力行業(yè)，要求對遠程智能電表的工作狀態(tài)進行有效管理；在安防領域，要求為客戶提供一體化的安防解決方案；在環(huán)保領域，需要基于各類環(huán)境指標、人口數據、氣象數據和工業(yè)生產信息進行前瞻性的分析，等等。
隨著用戶需求從基礎通信到信息聚合的復雜度的提升，所對應的服務的附加價值也隨之增加，這對于產業(yè)鏈各方既是機遇，也是挑戰(zhàn)。為此，無論是器件制造商、設備制造商、系統(tǒng)集成商和運營商，都在試圖拓展自己的服務領域，形成更大的市場優(yōu)勢。對于通信運營商，需要在提供基礎通信服務的基礎上，向提供智能通道服務、應用集成服務和聚合服務的方向轉變，而這個轉變的前提就是能力開放體系的建設，通過能力開放體系更靈活地滿足客戶在不同層面的需求。
目前，國際和國內運營商均將能力開放[8-12]和智能通道服務作為物聯網應用服務的發(fā)展重點，并在此基礎上探索如何高效、低成本地提供應用集成服務和聚合服務。
3 物聯網能力開放體系
設計及實現
3.1 能力開放的目標
運營商通過將與物聯網相關的各類服務能力開放給合作伙伴和用戶，逐步建立起可快速滿足用戶多樣化需求的、統(tǒng)一的、可持續(xù)發(fā)展的服務體系，并基于此形成可規(guī)模銷售和管理的業(yè)務產品。具體而言，能力開放的目的包括以下幾方面：
(1)提供更有效、更豐富的服務，拓展價值空間，這是能力開放最直接的目的。
在以往只提供純通道服務的基礎上，將更多的服務以“能力”這種統(tǒng)一的形式提供出來，滿足用戶的通信管理需求、應用需求和信息聚合需求，從而提升在用戶物聯網信息化應用中的服務比重。
(2)以專業(yè)化服務的方式滿足多用戶的共性需求，降低服務的提供和使用成本。
基于運營商已經建設成熟的基礎網絡、業(yè)務環(huán)境和運營體系，可為用戶提供廣域范圍內的物聯網應用，有效拓展物聯網應用的種類和業(yè)務空間。此外，通過與云計算等技術有機結合，利用公共的軟、硬件設施和運營服務，可有效降低在系統(tǒng)研發(fā)、部署和運維過程中的成本，并提高服務質量，從而為用戶特別是沒有IT服務能力的用戶降低總體成本。
(3)使應用開發(fā)更加敏捷有效，迅速滿足客戶個性化需求。
針對物聯網應用“碎片化大市場”的情況，將應用開發(fā)分為能力素材建設和業(yè)務邏輯開發(fā)兩個相對獨立的部分。運營商及合作伙伴聚焦能力素材建設，用戶及應用開發(fā)合作伙伴(包括大量的獨立開發(fā)者)則負責將用戶需求轉化為具體的業(yè)務流程，并利用底層所開放出的服務能力實現業(yè)務系統(tǒng)。這種方式可以有效解決物聯網應用開發(fā)周期長、開發(fā)成本高的問題，并有利于分散型應用在能力層面的統(tǒng)一。
3.2 物聯網能力體系設計
與物聯網體系架構對應，物聯網可供開放的能力包括以下4類：終端服務能力、網絡服務能力、支撐服務能力、應用和內容服務能力，如圖2所示。
(1)終端服務能力
終端服務能力是指通過內嵌在終端中的監(jiān)控軟件，主動探測終端的工作狀態(tài)和位置等信息，并與平臺側進行交互，實現對終端的遠程管理、在線升級、安全管理等功能。終端服務能力的正常提供基于兩個前提：一是終端與平臺之間的通信鏈路正常，或者在發(fā)生通信異常時平臺和終端可通過心跳等機制發(fā)現；二是終端服務的機制流程工作正常，現階段各運營商尚無關于終端服務協(xié)議的統(tǒng)一定義，但從實現方式看，均考慮到物聯網終端的工作特點，在物聯網終端與平臺之間的報文交互上采用了低帶寬、小數據量的處理方式。
(2)網絡服務能力
網絡服務能力是指可由運營商物聯網基礎網絡開放出來的能力，具體包括：基礎通信功能(如短信、移動數據等基礎通信能力)、終端通信狀態(tài)通知與查詢(包括終端在線狀態(tài)/在網狀態(tài)、終端位置/漫游越界信息、終端IP地址和網絡接入點(APN)等信息)、通信故障管理(如在短信發(fā)送失敗時向應用側發(fā)出提示)。上述能力需要對短信息中心(SMSC)、歸屬位置寄存器(HLR)、網關通用分組無線業(yè)務支持節(jié)點(GGSN)等設備進行必要的功能增強方可實現。
(3)支撐服務能力
支撐服務能力為用戶提供計費、流量管理和運營維護等服務。具體內容包括：用戶帳戶信息的查詢和通知、額度告警設置和門限告警、業(yè)務詳單查詢、業(yè)務量統(tǒng)計分析，以及與運維相關的運算、存儲等一些IT服務能力。
(4)應用和內容服務能力
應用和內容服務能力是目前發(fā)展較成熟的一類能力。應用和內容包括兩個來源，一是運營商自身提供的各類增值服務；二是由第三方合作伙伴提供的應用和行業(yè)特定信息，例如由金融行業(yè)合作伙伴提供的標準金融操作流程，由氣象部門提供的實時氣象和預報信息等。對于第二類應用和內容，需考慮通過何種方式引入到運營商的統(tǒng)一能力平臺，以及使用該應用或內容的商務模式。
3.3 物聯網能力的有序可控開放
物聯網能力體系建設是一個逐步完善的過程，隨著新技術新業(yè)務的發(fā)展和市場的日趨成熟，每一類能力所包含的具體內容及所適用的商務模式也將逐漸豐富，而用戶需求和應用的特點也決定了物聯網能力開放必然是一個有序、受控的漸進過程。一方面，從信息化應用尤其是行業(yè)應用發(fā)展的角度看，從相對封閉到開放性地使用外部所提供的能力是一個漸進的過程；另一方面，所開放出來的能力作為面向用戶的一種服務，只有做到可管理、可運營，才能在滿足用戶需求的同時，為運營商和合作伙伴帶來增值空間。
能力開放的先后順序取決于市場需求和技術可行性兩個方面。在前文所述4類物聯網能力中，網絡服務能力、應用及內容服務能力是發(fā)展相對成熟的領域，終端服務能力是目前討論和研究的熱點，各運營商分別以特有的方式實現了其中的部分功能，支撐服務能力的提供則由于涉及運營商自身計費、營帳和IT系統(tǒng)的改造，需要較長的實現周期。具體到每一類能力中，不同能力的成熟度也有差異。
在網絡服務能力中，基礎通信能力開放已經有標準的接口定義，但通信狀態(tài)管理和通信故障管理能力則需要對網元進行改造和增強；在應用及內容服務能力中，運營商自有能力的開放目前已實現，但第三方能力的開放需要定義統(tǒng)一接口，逐漸引入并給外部用戶。
與有序開放密切相關的另一個問題是安全問題，能力開放過程中需要考慮的安全需求包括兩個方面：
(1)防止對能力的非法使用，只有當用戶(的應用系統(tǒng))訂購了某種能力后，才能使用該能力。
(2)能力分為內部能力和外部引入能力，對于內部能力，其實現可能牽涉到運營商的網絡、運營支撐等關鍵系統(tǒng)，物聯網能力的開放不應影響到現有業(yè)務的正常運行；對于從外部引入的能力，由于是通過統(tǒng)一的能力開放平臺提供給用戶，所以需要能對其進行有效監(jiān)控和審計，防止由于能力誤操作或錯誤信息等對用戶信息化系統(tǒng)造成異常影響。
3.4 物聯網能力開放方案設計要素
目前，物聯網能力開放體系建設正處于起步階段，國內外主流的運營商均已啟動或推出相關服務。在設計能力開放的具體實現方案時，需考慮以下因素：
(1)無論能力開放的對象是自有業(yè)務還是非自有業(yè)務，在能力開放平臺架構和調用接口方面均應統(tǒng)一規(guī)劃，從而在降低外部應用系統(tǒng)設計復雜度的同時，最大限度地發(fā)揮能力服務的規(guī)模優(yōu)勢，降低研發(fā)、部署和維護成本。
(2)在設計具體的能力開放方案時，應考慮如何支撐多樣化的商務模式。如前所述，能力既包含運營商自有服務，也包含第三方提供的服務。為此，既需要支持傳統(tǒng)的通信費、功能費等計費模式，也需要支持合作運營、收入分成、集成服務等模式。
(3)物聯網應用涵蓋的類型多種多樣，從應用的地域性角度，可分為區(qū)域應用和全網應用。物聯網能力開放方案需綜合考慮及時滿足用戶需求和降低能力運維成本等多個因素。對于區(qū)域型物聯網應用，采用本地服務的方式可迅速滿足客戶需求，并降低維護成本；對于全網應用，則需要通過統(tǒng)一的服務平臺實現應用的一點接入、全網服務。這就要求能力開放系統(tǒng)采用分級部署等方式，并確保區(qū)域平臺與全網平臺在能力接口和處理流程方面的一致性。
4 結束語
以能力開放迅速滿足用戶對物聯網業(yè)務在不同層面的需求，降低應用的開發(fā)、推廣和部署成本，已經成為業(yè)界共識和趨勢。
隨著物聯網技術與應用的逐漸普及，能力開放體系和系統(tǒng)建設也將逐步增強。下階段研究和建設的重點將集中在能力資源的豐富完善、能力開放的規(guī)范化、與現有的網絡和服務的更有機結合，以及能力開放平臺的建設等方面。能力開放對于物聯網應用的規(guī)模發(fā)展具有重要的意義，也將構成未來以信息聚合服務和產業(yè)鏈協(xié)同為特色的物聯網服務體系的基礎。
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收稿日期：2012-01-13
關鍵詞：電氣自動化；應用；發(fā)展
1電氣自動化控制系統(tǒng)的應用
在近些年的發(fā)展之中，我國的經濟和科技都得到了相對巨大的進步。在經濟上，我國與國際接軌，開始進行國際貿易和國際競爭。在科技上，我國的科學研究成果開始逐漸在人民的社會生活之中普及。隨著網絡時代的發(fā)展，智能式的家具和社會服務系統(tǒng)將成為社會發(fā)展的主流，電氣自動化控制系統(tǒng)也將成為未來人民生活之中的重要工具。
1.1農業(yè)領域
我國當前因為前期的工業(yè)發(fā)展而使得國家整體的環(huán)境遭到了破壞，再加上未及時進行改善和修復，這就造成了我國生態(tài)環(huán)境和氣候的破壞，也影響了國家水資源的儲備。農業(yè)生產作為極為依賴氣候變化的生產行業(yè)，在近些年的氣候變化之下，其生產的質量和效率都受到了很大的影響。但是，在近幾年的科技發(fā)展的影響之下，基層政府開始大力支持農業(yè)的發(fā)展，不僅大力支持了先進農機技術的推廣和應用，更是在科學建設的指導方針之下，進行了科學的水利工程灌溉技術建設，進一步加速了農業(yè)的發(fā)展。而電氣自動化控制系統(tǒng)作為農業(yè)機械和農業(yè)灌溉系統(tǒng)的控制中樞，可以很大程度的提高農業(yè)設備的可操控性和減少了農業(yè)生產的時間，對于現階段艱難的農業(yè)生產有很大的幫助。
1.2工業(yè)領域
我國的發(fā)展一直對工業(yè)的重視程度極高，但是，我國的工業(yè)發(fā)展在發(fā)展的過程之中，一直是憑借資源和國家的人力支持進行發(fā)展，在科技化生產在全世界盛行的今天，我國工業(yè)的生產能力還與發(fā)達國家的生產能力有相當大的差距。為了在工業(yè)生產之上與國外的先進國家進行比較和競爭，我國逐漸開始推行在工業(yè)生產上的自動化生產。自動化生產的大量普及加強了我國工業(yè)生產的效率和質量，縮小了我國的工業(yè)生產質量與西方發(fā)達國家之間的差距，彌補了我國的不足。如今，隨著我國科技的進一步發(fā)展進步，我國的工業(yè)生產將把更為先進的電氣自動化技術加入生產之中，更加增強我國工業(yè)生產在國際上的競爭力。
1.3交通領域之中的應用
我國的交通管理行業(yè)起步較晚，我國在二十世紀五十年代才開始進行交通工具的普及，交通行業(yè)才開始初步發(fā)展。在發(fā)展的初期，交通行業(yè)并不能完全管束汽車的運行，因此，在前期的發(fā)展過程之中，交通行業(yè)始終無法發(fā)揮作用。隨著交通燈在我國的普及，我國的交通行業(yè)也開始了進步，交通法規(guī)和交通法律的不斷出臺更是加速了交通行業(yè)的進一步發(fā)展。隨著科技的進步，交通管束人員對于交通燈等交通管理設備的管理開始變得更為方便，在電氣自動化系統(tǒng)的幫助下，交通管理人員的工作效率也得到了提高。同時，電氣自動化控制系統(tǒng)也被應用到了道路監(jiān)視的使用之中，工程人員使用電氣自動化控制來對交通拍照和實時的交通違規(guī)檢測進行控制，并在發(fā)現之后及時對數據進行保存和上傳，極大的提高了交通管制的效率，降低了交通管理人員的工作強度，對于我國公共交通事業(yè)的發(fā)展有很大的好處。
1.4在服務業(yè)方面的應用
隨著社會經濟的不斷進步，人們對于生活質量開始有了更高的要求，社會服務業(yè)也開始在此時逐漸發(fā)展，從人力的服務到現在，在科技的幫助之下，服務業(yè)實現了全面的自動化服務。與信息技術和電氣自動化控制技術的結合使得服務行業(yè)的服務設備有了長足的發(fā)展，自動化在人民生活之中的普及極大的方便了人們的生活和就業(yè)，給人們的生活帶來了巨大的改變。
2電氣自動化控制系統(tǒng)的未來發(fā)展
隨著信息時代的到來，電子計算機作為時展的象征，其極廣的普及必將改變人民的生活。計算機的普及和發(fā)展更是推進了電氣自動化控制系統(tǒng)的進一步發(fā)展，伴隨著信息時代的進步，電氣自動化控制系統(tǒng)將變得更為人性化，其智能化的技術進步將可以在人民的生活之中完成更多的工作，改善人民的現有生活現狀。在電氣自動化控制系統(tǒng)的未來發(fā)展之中，信息化和智能化將成為控制系統(tǒng)的發(fā)展主流。隨著科技的發(fā)展，智能城市的概念開始逐漸被城市建設和設計人員所接受。智慧城市主要是借助信息時代，人們之間信息傳遞的迅速和準確，來完成傳統(tǒng)城市之中較為繁瑣的職能。智能城市的基本結構與信息系統(tǒng)和電氣自動化控制系統(tǒng)相結合，與現實生活之中的服務設施均是通過無線網絡來進行鏈接。同時，城市之中所存在的交通攝像頭和傳感器方便了城市交通行業(yè)和安全行業(yè)的服務質量，有利于城市發(fā)展。物聯網技術將生活之中可以通過網絡操控的結構與智能設備相鏈接，通俗來講，就是將城市之中的水、電、油、氣等公共服務資源，通過無線網絡，與家庭或是個人的智能終端機相鏈接，以便于達到真正的互聯，形成更為深刻的智能生活環(huán)境。物聯網的應用使得生活設施被連入互聯網之中，然后其取得的數據會上傳到云數據存儲器上，并經過大量的計算，得出使用者的個人習慣，以便于在下一次服務時提供更為便捷且個性化的服務。在智慧城市的日常生活之中，經過物聯網相鏈接并將數據上傳到云存儲之后，這些用戶數據經過處理之后，可以分析出用戶的個人習慣和個人愛好，經過大數據處理之后，可以提供更有價值的城市管理數據。在未來的城市建設之中，信息技術與電氣自動化控制技術的結合使得城市的建設變得更為簡單，城市之中的服務部行業(yè)可以通過網路進行管理和協(xié)調，交通行業(yè)和安保行業(yè)可以通過網絡來進行監(jiān)管和保護，兩者的有機結合加快了現代城市的發(fā)展。
3結論
電氣自動化系統(tǒng)作為國家的科技生活之中極為重要的一個組成部分，其在社會生活和社會生產之中有著很大的作用，當前的電氣自動化控制系統(tǒng)在生活、生產、行業(yè)服務等多方面發(fā)揮著重要的作用，與信息技術相結合之后，在未來有著更強的發(fā)展趨勢。電氣自動化控制系統(tǒng)必將在未來有著更好的發(fā)展，為社會帶來更大的進步。
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