前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的與物聯(lián)網相關的技術主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關鍵詞:智能交通控制;物聯(lián)網;RFID;嵌入式;模糊控制
中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2011)10-2375-02
Things Related Technology Based on Intelligent Traffic Control System
ZHANG wei
(Faculty of Information Science and Technology, Baotou Teachers College, Baotou 014030, China)
Abstract: Intelligent Transportation System is currently the leading edge of transportation research, but things are a major information technology development and opportunities for change, there will be areas of Things RFID, embedded and other related technologies used in Intelligent Traffic Control System , fuzzy control method is more efficient and stable traffic control.
Key words: intelligent traffic control; things; RFID; embedded; fuzzy control
隨著城市化程度的提高,交通問題已經成為經濟社會發(fā)展中普遍面臨的重要問題,交通流與道路上的車輛數密切相關,目前,我國機動車保有量近2億輛,經常發(fā)生交通堵塞,如何保證交通的暢通和安全已成為政府部門進行社會管理的一個關鍵議題。目前我國面臨的交通問題說明交通控制在經濟社會發(fā)展中的重要性,智能交通系統(tǒng)的設計應用的現(xiàn)實意義凸現(xiàn)出來。通過提高智能交通控制系統(tǒng)的設計水平可以減少交通事故,增加交通安全;緩和交通擁擠,提高交通效益;減少環(huán)境污染,降低能源消耗。物聯(lián)網技術作為當今世界信息技術研究領域的熱點已得到各國的重視,其應用十分廣泛,將對人類的生產生活產生巨大的影響。智能交通系統(tǒng)是一個涉及面廣、綜合各種高新技術的研究領域,自然也成為了物聯(lián)網技術研究應用的重點。下面著重介紹基于射頻識別(RFID)技術、嵌入式技術等物聯(lián)網相關技術的城市智能交通控制系統(tǒng)的設計。
1 物聯(lián)網及其應用
“物聯(lián)網”(Internet of Things)是指將各種信息傳感設備及系統(tǒng),如傳感器網絡、射頻標簽閱讀裝置、條碼與二維碼設備、全球定位系統(tǒng)和其它基于物-物通信模式(M2M)的短距無線自組織網絡,通過各種接入網與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大智能網絡。如果說互聯(lián)網實現(xiàn)了人與人之間的交流,那么物聯(lián)網可以實現(xiàn)人與物體的溝通和對話,也可以實現(xiàn)物體與物體互相間的連接和交互。物聯(lián)網被看作信息領域一次重大的發(fā)展和變革機遇,它將被廣泛應用于物流管理、智能交通、智能電網、智能家居、安防監(jiān)控等領域。2009年以來,一些發(fā)達國家紛紛出臺物聯(lián)網發(fā)展計劃,進行相關技術和產業(yè)的前瞻布局,我國也將物聯(lián)網作為戰(zhàn)略性的新興產業(yè)予以重點關注和推進。
2 智能交通系統(tǒng)結構
城市道路交通控制系統(tǒng)可以從不同的角度進行分類。從空間關系上可以把城市交通系統(tǒng)分劃為“點、線、面”三個層面,即單交叉口、交通干線和區(qū)域網絡三種控制;由于所采用的技術方法的不斷發(fā)展又把城市交通控制分為定時控制、感應控制、智能控制等。
智能交通系統(tǒng)是將人工智能的理論和方法用于解決交通問題的一套綜合系統(tǒng)。人工智能理論的快速發(fā)展為智能交通系統(tǒng)的研究提供了智能方法,利用這些方法可以解決交通控制領域中很多過去無法解決的問題。本系統(tǒng)利用視頻識別(RFID)、嵌入式、模糊控制等物聯(lián)網相關技術按照多智能體系統(tǒng)結構對交通系統(tǒng)進行設計。
多智能體系統(tǒng)是分布式人工智能的一個重要分支,目標是將復雜的大系統(tǒng)構造成小的子系統(tǒng),各子系統(tǒng)之間為便于管理,能夠相互通信、相互協(xié)調。通過子系統(tǒng)的自治和相互協(xié)調可以來解決復雜系統(tǒng)的控制問題。由于城市交通網絡的復雜性和實時性,比較適合應用多智能體系統(tǒng)結構進行智能控制。本文按照該結構設計智能交通控制系統(tǒng)結構如圖1所示。其中,利用RFID技術進行車流量信息檢測,利用嵌入式技術設計開發(fā)交通信號控制機,智能算法采用模糊控制。
在該交通系統(tǒng)結構圖中,路段智能體能夠實時更新單個路段的流量數據,并將交通流數據提供給相連接的路口用于信號配時;區(qū)域智能體通過分析區(qū)域交通流信息來協(xié)調路段之間交通流的動態(tài)平衡;位于交通控制中心的管理智能體統(tǒng)一協(xié)調各區(qū)域交通運行。
3 基于RFID的流量檢測技術
RFID是利用射頻信號通過空間電磁耦合在無接觸的情況下實現(xiàn)信息識別和傳遞的技術。RFID系統(tǒng)作為一種無線系統(tǒng),僅有兩個基本器件,再結合EPC編碼技術,使得每個射頻標簽都具有唯一的編碼,非常適用于海量物品的檢測、跟蹤和控制。該技術易于操控,簡單實用,并且可同時識別多個標簽以及可識別高速運動的情況?,F(xiàn)在,RFID技術已經在交通領域得到越來越多的應用。
應用RFID技術的車流量檢測系統(tǒng)是在交叉路通信號燈上游安裝閱讀器,閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號,裝有RFID標簽的車輛進入天線工作區(qū)域時產生感應電流,送出自身信息。接收天線接收到標簽發(fā)送來的信息,由閱讀器讀取信號并對其進行處理,得出車輛通行的頻率,再將數據傳給智能控制系統(tǒng),智能系統(tǒng)根據反饋的信息,作出如何調整交通信號燈轉換周期的決策。
4 基于嵌入式技術的信號控制器
為了滿足嵌入式應用的特殊要求,嵌入式技術應運而生,各種針對性的芯片不斷出現(xiàn),其中ARM公司的ARM系列芯片應用較為廣泛。ARM是Advanced RISC Machines的縮寫,它在工作溫度、抗干擾、可靠性等方面都做了各種增強,并且只保留和嵌入式應用有關的功能。隨著物聯(lián)網產業(yè)的不斷發(fā)展,對各種小型智能設備的需求不斷增強,嵌入式技術已經越來越得到人們的重視,特別在智能交通領域,交通現(xiàn)場環(huán)境對智能開發(fā)平臺的軟硬件有比較具體的要求,嵌入式技術由于其高度的靈活性已經成為一種最優(yōu)選擇。嵌入硬件平臺可以很好地實現(xiàn)現(xiàn)場數據的采集、傳輸、控制、處理等功能,并具能夠進一步擴展。嵌入式軟件系統(tǒng)主要包括嵌入操作系統(tǒng)、系統(tǒng)初始化程序、設備驅動程序、應用程序4個模塊。
本系統(tǒng)采用嵌入式模塊進行信號控制,采用擁有200 MHZ的ARM920T內核的EP9315處理器,是高度集成的片上系統(tǒng)處理器,能夠滿通控制實時運算需求。該模塊集成了多種通信接口,與流量數據檢測設備及信號控制機的通信可以通過串口或者CAN口實現(xiàn),由以太網接口完成與控制中心的通信。人機交互部分是工作人員在特殊情況下進行現(xiàn)場調試的重要組成,輸入部分包括8×8鍵盤陣列,PS/2接口和觸摸屏,輸出部分包括LCD,VGA顯示器,IDE和CF卡槽以及USB接口。JTAG及串口調試部分提供了系統(tǒng)開發(fā)調試時的接口,以實現(xiàn)程序下載、運行調試等功能。
5 交通信號模糊控制
對路段智能體而言,當單個交叉通需求較小時,信號周期T應短一些,但一般不能少于P×15s(P為相位數)以免某一相位的綠燈時間tgi小于15s使車輛來不及通過路口影響交通安全。當交通需求較大時,信號周期T則應長一些,但一般不能超過120s,否則某一方向的紅燈時間將超過60s,駕駛員心理上不能忍受。當交通需求很小時,一般按最小周期運行。當交通需求很大時,只能按最大周期控制,此時車輛堵塞現(xiàn)象已不可避免。
模糊控制器的設計包括:確定模糊控制器的結構,即根據具體的系統(tǒng)確定其輸入、輸出變量;輸入輸出變量的模糊化,即把輸入、輸出的精確量轉化為對應語言變量的模糊集合;模糊推理決策算法的設計,即根據模糊控制規(guī)則進行模糊推理,并決策出輸出模糊量;對輸出模糊量進行解模糊判決,即通過各種解模糊方法完成由模糊量到精確量的轉化,實現(xiàn)對被控對象的控制。
交通需求通常用交叉口停車線前的排隊長度即停車線前相隔一定距離(通常為80~100m)的兩檢測器之間的車輛數來表示。建立模糊表如表1和表2所示,根據日??刂平涷灴傻萌绫?所示模糊控制規(guī)則表。表中L表示車輛排隊長度,G表示綠燈時間。
6 結束語
智能交通控制系統(tǒng)是一個涉及面較廣,需融合各種高新技術的研究領域。本文結合RFID、嵌入式等物聯(lián)網相關技術,提出了一套基于模糊控制算法的多智能體城市交通控制方案。不僅為實現(xiàn)智能交通控制提供一種借鑒,同時為相關工程技術方法的推廣應用進行了嘗試。未來智能交通系統(tǒng)整體水平的提高需要集合各種專業(yè)技術手段,而物聯(lián)網相關技術的發(fā)展必將顯著提高城市交通的智能化控制水平。
參考文獻:
[1] 孫其博,劉杰,黎,等.物聯(lián)網:概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報,2010,33(3):1-9.
[2] 劉強,崔莉,陳海明.物聯(lián)網關鍵技術與應用[J].計算機科學,2010,37(6):1-10.
[3] 衛(wèi)小偉.城市智能交通控制系統(tǒng)研究與設計[J].現(xiàn)代電子技術,2010,(17):189-192.
[4] 崔莉,鞠海玲,苗勇,等.傳感器網絡研究進展[J].計算機研究與發(fā)展,2005,42(1):163-174.
[5] 蔡教武,蔡延光.一種基于自適應模糊神經網絡的交通燈控制系統(tǒng)[J].儀表技術,2010,(9):32-36.
[6] 張歡歡,金琳,黃平平,等. 基于RFID檢測技術的交通信號燈實時控制系統(tǒng)的研究與設計[J].中國水運,2010,10(11):83-84.
[7] 時柏營,楊曉光,朱彤.信號交叉口本地智能化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程,2010,36(19):5-7.
[8] 楊東凱,吳今培,張其善.智能交通系統(tǒng)及其信息化模型[J].北京航空航天大學學報,2006(3):270-273.
目前,物聯(lián)網的發(fā)展非常迅速,它把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中,即通過各種傳感設備(如RFID、WFN、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等技術)來實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網整合起來,實現(xiàn)物與物、人與物的信息交互,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。為加快物聯(lián)網發(fā)展,培育和壯大新一代信息技術產業(yè),物聯(lián)網被列為《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃(2006-2020 年)》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中的重點研究領域,工業(yè)和信息化部也制定了《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,各級部門也相繼出臺物聯(lián)網發(fā)展相關戰(zhàn)略規(guī)劃。各地高校積極申辦物聯(lián)網相關專業(yè),全國物聯(lián)網相關機構也積極開展物聯(lián)網研討交流會議,國家教育部成立了物聯(lián)網及相關專業(yè)教學指導小組,全國各地物聯(lián)網研發(fā)企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn),為物聯(lián)網的發(fā)展奠定了扎實的產業(yè)基礎。2010年《政府工作報告》,正式將“加快物聯(lián)網的研發(fā)應用”納入重點產業(yè)振興計劃。目前,我國物聯(lián)網在安防、電力、交通、物流、醫(yī)療、環(huán)保等領域已經得到應用,且應用模式正日趨成熟。從應用層面來看,中國物聯(lián)網產業(yè)在公眾業(yè)務領域以及平安家居、電力安全、公共安全、智能交通、環(huán)保等諸多行業(yè)的市場規(guī)模均將超過百億元甚至達到千億元。
2 黑龍江省適合高職物聯(lián)網應用技術專業(yè)人才需求與就業(yè)崗位
《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出,重點發(fā)展與物聯(lián)網感知功能密切相關的制造業(yè),支持與物聯(lián)網通信功能緊密相關的制造、運營等產業(yè),著力培育物聯(lián)網服務業(yè),重點支持物聯(lián)網在工業(yè)、農業(yè)、流通業(yè)、交通、電力、環(huán)保、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居等領域的應用示范。在傳感器、核心芯片、傳感節(jié)點、操作系統(tǒng)、數據庫軟件、中間件、應用軟件、嵌入式軟件、系統(tǒng)集成、傳感器網關及信息通信網、信息服務、智能控制等各領域打造一批品牌企業(yè)。黑龍江省將針對智能農業(yè)、乳業(yè)、煤礦、林業(yè)、石油等龍江優(yōu)勢領域規(guī)劃引導示范應用項目建設,重點推進煤礦安全生產物聯(lián)網、森林防火應用物聯(lián)網、乳品安全應用物聯(lián)網等,以此為試點,探索應用領域不斷向廣度擴展的途徑,以此為牽動,促進相應制造業(yè)的跟進發(fā)展。爭取五年內,引進和培養(yǎng)一批技術技能型、復合技能型和知識技能型物聯(lián)網工程師,初步滿足黑龍江省物聯(lián)網產業(yè)化發(fā)展需求,力爭五年內,在智能城市、智能生活、智能產業(yè)、智能環(huán)境監(jiān)控、智能暖氣供熱等試點示范領域內實施示范應用工程。我國是一個農業(yè)大國,但不是農業(yè)強國,農業(yè)強國戰(zhàn)略的關鍵首先在于農業(yè)的信息化來促進農業(yè)的現(xiàn)代化,智能農業(yè)的各類專業(yè)人才在現(xiàn)代農業(yè)十二五當中的缺口1000萬人以上。充分發(fā)揮黑龍江作為全國最大的綠色食品加工基地、無公害農產品生產大省和糧食總產量居全國第二位的農業(yè)優(yōu)勢地位,發(fā)展農業(yè)物聯(lián)網應用,打造龍江優(yōu)質優(yōu)價的綠色生態(tài)農業(yè)品牌。
發(fā)展黑龍江省物聯(lián)網戰(zhàn)略新興產業(yè),人才是關鍵,應具有傳感器技術、無線通信模塊應用與網絡技術、維護和銷售、RFID相關設備的應用、操作管理和維護智能終端設備的應用、應用軟件開發(fā)、維護和銷售、智能農業(yè)等物聯(lián)網應用技術專業(yè)的高技能職業(yè)人才。這為高職物聯(lián)網應用技術專業(yè)學生提供了更多的就業(yè)崗位。
3 黑龍江高職物聯(lián)網應用技術專業(yè)設置
3.1 物聯(lián)網應用技術專業(yè)人才培養(yǎng)目標
根據黑龍江省物聯(lián)網應用技術專業(yè)人才需求和高職人才培養(yǎng)目標,培養(yǎng)能夠掌握物聯(lián)網的相關理論、方法和技能,了解物聯(lián)網主要技術標準,RFID 技術、嵌入式系統(tǒng)、無線和有線系統(tǒng)技術、無線通信組網技術等,具有物聯(lián)網應用方案簡單設計能力。具有較強的通信技術、傳感信息處理技術和互聯(lián)網技術的實踐應用能力,具有較強的物聯(lián)網崗位操作能力,具有良好服務意識與職業(yè)道德的系統(tǒng)集成技術員,能夠從事石油和煤炭安全智能環(huán)境監(jiān)測、綠色智能農業(yè)、智能交通、智能物流、智能家居等工程施工、安裝、調試、維護等工作能力,具有自主學習、自我發(fā)展、對物聯(lián)網的應用不斷創(chuàng)新的能力,具備良好的團隊合作精神的高級技術應用型人才,能夠適應不斷變化的未來物聯(lián)網發(fā)展的需求。
3.2 物聯(lián)網應用技術專業(yè)課程體系
以物聯(lián)網專業(yè)人才的培養(yǎng)目標為導向,根據物聯(lián)網的技術體系框架?!拔锫?lián)網”產業(yè)的技術支撐體系主要分為三個層次:感知層、網絡層和應用層。感知層是物聯(lián)網的底層基礎,包括了RFID、二維碼、智能卡、傳感器等等數據采集和感知技術;網絡層是“物聯(lián)網”互聯(lián)互通關鍵,包括無線傳感網絡,WiFi自組網、遠程控制、機器間通信(M2M)的移動通訊網絡等通信技術;應用層是具體應用的系統(tǒng)集成技術,包括數據融合、數據挖掘、商業(yè)智能、GIS、工業(yè)監(jiān)控、云計算平臺、中間件等軟件技術。依據物聯(lián)網的技術體系框架,下面列出了高職物聯(lián)網應用技術專業(yè)課程設置的初步建議,算是拋磚引玉,其主干課程: C#語言程序設計、 數據庫應用、CAD工程制圖、物聯(lián)網技術概論、局域網組建與管理、微機組成與接口技術。核心課程: 傳感器網絡技術、智能控制技術、無線傳感網絡、物聯(lián)網安全技術、射頻識別技術、管理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網軟件、物聯(lián)網軟件、標準與中間件技術、RFID系統(tǒng)安裝與調試、專業(yè)綜合課程設計等組成。另外配合專業(yè)綜合課程設計(包括RFID系統(tǒng)設計實踐、基于Web的數據庫設計實踐、無線傳感器網絡設計實踐、小型物聯(lián)網綜合設計與實現(xiàn)),在第五學期的教學周內,根據社會需要學習適應性強、覆蓋面寬的專業(yè)課及專業(yè)選修課,開設小型物聯(lián)網綜合設計實踐,要求學生利用IEEE802.15.4標準和ZigBee協(xié)議,將無線傳感器網絡和RFID技術結合起來組建簡單的物聯(lián)網并實現(xiàn)相關應用,具體包括:智能物流管理系統(tǒng)、智能環(huán)境監(jiān)測(比如溫室大棚的溫度濕度管理,智能家居的應用),完成設計報告。根據學生的完成情況和設計報告進行考核。
目前黑龍江從事物聯(lián)網行業(yè)的專業(yè)人才極為稀缺。畢業(yè)生能夠在信息、物流等部門從事物聯(lián)網相關領域的運行維護與管理工作,在智能農業(yè)、智能交通、智能物流、環(huán)境保護、智能環(huán)境監(jiān)測、智能家居、智能暖氣供熱、石油和煤炭安全、公共安全、政府工作、遠程醫(yī)療等多個領域中的工作。為了更好地適應市場經濟對高等職業(yè)教育發(fā)展的需要,培養(yǎng)出物聯(lián)網方向的職業(yè)高技能型人才,加快推進物聯(lián)網在東北地區(qū)的應用與發(fā)展,以更好地服務于地方經濟建設和社會發(fā)展,為黑龍江省高職院校將形成自己的“職業(yè)教育特色”,走集團化、專業(yè)基地化、基地產業(yè)化的辦學理念,并結合職業(yè)教育自身發(fā)展規(guī)律,為立足于服務市場培養(yǎng)新型的、復合式高技能的物聯(lián)網人才。
參考文獻
[1] 陳海瀅,劉昭等.物聯(lián)網應用啟示錄——行業(yè)分析與案例實踐.機械工業(yè)出版社,2011.5.
【關鍵詞】 物聯(lián)網 政府公共服務 作用
在國際金融危機背景下,全球經濟發(fā)展緩慢,各國逐漸轉換軌道,尋找新的經濟增長點,從而保持國家及地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展,物聯(lián)網的出現(xiàn),受到世界各國的重視,并積極的對其進行研究,由于物聯(lián)網的可持續(xù)發(fā)展依賴于政府的強力支持,因此,要認真分析物聯(lián)網在政府公共服務中的作用,加大政府支持力度,從而為物聯(lián)網的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。
一、物聯(lián)網在政府公共服務中的作用
物聯(lián)網的應用,極大的改變了傳統(tǒng)政府管理方式,促進了政府公共管理及公共服務的創(chuàng)新,可以說加快物聯(lián)網發(fā)展,不僅能有效地降低政府部門的行政成本,提高政府部門的行政效率,還能全面提高政府公共服務水平。物聯(lián)網的發(fā)展進一步促進了信息的普及,這就加大了社會公民參政議政的力度,不僅能改變政府決策存在的片面問題,還能解決信息不對稱的現(xiàn)象,促進了民主化決策的發(fā)展,為社會公民的知情權、參與權提供了保障。同時物聯(lián)網促進了政府管理模式從管制型向服務型的轉變,物聯(lián)網為政府與社會、政府與社會公眾建立了一個溝通交流的平臺,實現(xiàn)了信息共享及資源整合,優(yōu)化了公共服務方式,提高了政府行政質量,由此可見,將物聯(lián)網應用在政府公共服務中是十分重要的。
二、政府公共服務中應用物聯(lián)網存在的問題
2.1 存在信息安全隱患
物聯(lián)網是對當前現(xiàn)有的互聯(lián)網進行有機整合,從而實現(xiàn)人與互聯(lián)網系統(tǒng)的高度互通,從而使得每個人的生物物品甚至是自己都處于被監(jiān)控狀態(tài),物聯(lián)網是通過對標簽信息進行加密,從而實現(xiàn)安全保護,但當前的物聯(lián)網加密方式過于單一,相關加密技術還不太成熟,同時在相關標準方面還存在一定的差異,這就導致物聯(lián)網信息存在一定的安全隱患。
2.2 缺乏技術標準
物聯(lián)網是一個比較復雜的工程,需要建立一個龐大、綜合、全面的業(yè)務管理平臺,從而對收集到的各類網絡信息、物理資源進行分類管理,并經過有機整合進行定向傳輸,但物聯(lián)網綜合業(yè)務管理平臺的建設需要頂層設計及統(tǒng)一的技術標準,目前,我同在這方面的研究還比較欠缺,從而對物聯(lián)網的應用造成一定影響。我國在物聯(lián)網技術方面,還缺乏自主知識產權,物聯(lián)網的安全技術、隱私技術、物聯(lián)網架構技術等技術同國外發(fā)達國家相比較,還存在一定差距,在國際相關標準制定中,缺乏話語權。
三、物聯(lián)網在政府公共服務中存在問題的應對措施
3.1 建立完善的物聯(lián)網信息安全體系
為確保物聯(lián)網的信息安全,需要建立完善的物聯(lián)網信息安全體系,首先要明確物聯(lián)網監(jiān)管體系的執(zhí)法主體,有效地避免各自為政、多頭管理的現(xiàn)象,執(zhí)法主體要積極的和相關部門進行聯(lián)動,從而對物聯(lián)網安全體系中的各個環(huán)節(jié)進行有效地監(jiān)控、引導、干預,確保物聯(lián)網的穩(wěn)定發(fā)展。其次,對于不同領域的信息網絡,要采用多元化、差異化的力’式,對物聯(lián)網進行特殊性保護,特別是對于核心單位的信息管理系統(tǒng),要加大人工管控力度,從而為信息安全提供保障。
3.2 加強技術創(chuàng)新
首先要優(yōu)化頂層設計,從而為物聯(lián)網發(fā)展指明方向,要根據實際情況,從全局戰(zhàn)略目標及戰(zhàn)略規(guī)劃出發(fā),依據科學的頂層設計進行全面布局規(guī)劃,并加大物聯(lián)網技術創(chuàng)新和公共服務平臺建設,進而為物聯(lián)網的正確發(fā)展提供保障。其次要加大自主知識產權的開發(fā),政府相關部門要大力支持和鼓勵物聯(lián)網技術的創(chuàng)新,加大物聯(lián)網感知層、傳輸層、應用層等方面的技術研發(fā)。最后要制定物聯(lián)網通用標準,加大與國外發(fā)達國家的合作,在協(xié)議標準、技術標準等方面達成共識,并制定標準服務平臺,整合國內自主研究力量,從而加大國內自主創(chuàng)新研究成果在國際的推廣。
3.3 加強物聯(lián)網相關政策的支持
要加大物聯(lián)網相關政策的支持力度,加強物聯(lián)網的依法治理,對于數據篡改、特權提升、身份欺詐、信息泄露等非法方式違規(guī)進入物聯(lián)網數據庫的個人或者組織,要通過法律進行制裁,并在技術上進行攔截,通過法律和技術雙重保險來為公民隱私、企業(yè)機密、國家戰(zhàn)略等提供保障。相關部¨要加大對物聯(lián)網的資金支持,注重對物聯(lián)網技術引起的社會矛盾進行調節(jié),從而為物聯(lián)網發(fā)展創(chuàng)建一個良好的外在環(huán)境。、
關鍵詞:高職院校;物聯(lián)網;人才培養(yǎng);專業(yè)建設
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2011)26-6457-02
Construction of IOT System Network Specialty of Higher Vocational Education
CHANG Jie
(Information Engineering Department, Lianyungang Finance Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Lianyungang 222001, China)
Abstract: Based on the fundamentals of lOT,the causes of its popularity are analyzed,the relationshipbetween the development of 10T and higher vocational education is elaborated,and the measures which alesupposed to be taken to take the opportunity of IOT development from the perspective of vocational colleges aleintroduced as well in the paper. IOT system network perception equipment, IOT system networkcommunication, IOT system network development and integration and IOT system network management and serving, and itsspecialty construction should pay attention to uniqueness of specialty, diversity of cultivation objectives and interaction ofcurriculum system and professional posts.
Key word:Higher vocational education; the Internet of Things(IOT);professional development;talent cultivation
1 物聯(lián)網的定義及發(fā)展
“物聯(lián)網”(Internet of Things)指的是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)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起,方便識別和管理。
物聯(lián)網這個詞自它產生以來就發(fā)展迅速,可以說是繼計算機、互聯(lián)網之后世界信息產業(yè)的第三次革命。近來,隨著物聯(lián)網中的RFID技術、傳感網絡(WSN)技術、GPS衛(wèi)星定位技術、M2M物物數據通信技術的完善及應用,物聯(lián)網現(xiàn)在已經成為國內外廣泛關注的熱點。目前,世界各國都在物聯(lián)網研究方面投入巨資,我國也不例外。早在10年前,中科院就啟動了傳感網研究?,F(xiàn)如今,物聯(lián)網更是被提升為國家戰(zhàn)略,已進入快速發(fā)展周期??傮w來看,物聯(lián)網發(fā)展已成為國家層面技術及產業(yè)創(chuàng)新的方向之一,重視物聯(lián)網的研究和開發(fā),推進物聯(lián)網產業(yè)化、規(guī)?;l(fā)展的技術環(huán)境已基本具備。物聯(lián)網技術的發(fā)展帶動了經濟社會形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革,推動了面向知識社會的以用戶體驗為核心的下一代創(chuàng)新形態(tài)的形成。
2 在高職學校發(fā)展物聯(lián)網專業(yè)的意義
物聯(lián)網是在計算機、電子電工、通信、自動控制、軟件、管理工程等眾多實踐性技術領域都有所涉及的專業(yè),所以行業(yè)應用必將成為物聯(lián)網產業(yè)在未來幾年發(fā)展的主要驅動力,物聯(lián)網的人才特色為高職教育提供了用武之地。物聯(lián)網產業(yè)在自身發(fā)展的同時,還將帶動微電子技術、機器智能、自動控制、傳感元器件等這一系列產業(yè)的持續(xù)發(fā)展,帶來龐大的產業(yè)集群效應。物聯(lián)網行業(yè)應用的重點領域大致包括物流、交通、環(huán)保、零售、電力、安防、醫(yī)療、金融等,因此這些領域的開發(fā)和應用為高等職業(yè)教育帶來了無窮機會。物聯(lián)網技術的深入發(fā)展,需要培養(yǎng)大量具有物聯(lián)網技術能力、應用創(chuàng)新能力、跨專業(yè)的復合型人才。所有這些都給高等職業(yè)教育帶來了機遇。高等職業(yè)教育能適應物聯(lián)網發(fā)展的需求,培養(yǎng)大批跨專業(yè)、跨學科、高難度、深層次應用的人才,以滿足物聯(lián)網時代對人才的需求。
3 高職物聯(lián)網專業(yè)的人才培養(yǎng)方向
建設物聯(lián)網專業(yè)應當從現(xiàn)有物聯(lián)網的專業(yè)著手。先建立起以物聯(lián)網基礎模塊的專業(yè)人才培養(yǎng)導向,再逐步根據物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的實際情況作出相應專業(yè)交叉調整,因為這種方式既可以利用現(xiàn)有的教學、產業(yè)資源來實施物聯(lián)網專業(yè)的建設,同時也可以邊發(fā)展專業(yè),邊根據行業(yè)企業(yè)需求調整專業(yè)導向,更新專業(yè)內涵。
職業(yè)院校計算機物聯(lián)網應用技術方向培養(yǎng)目標應該是具備基于計算機技術、自動控制技術、傳感信息處理技術和互聯(lián)網技術進行信息標識、獲取、傳輸、處理、識別和控制的能力,能從事計算機網絡系統(tǒng)集成及相關技術產品的開發(fā)、應用推廣工作,物聯(lián)網工程施工和現(xiàn)場管理工作,中小型企業(yè)網絡組建、維護和應用管理工作,計算機及網絡產品的營銷及售后服務等工作的高素質技能型專門人才。
畢業(yè)學生的就業(yè)方向和崗位可以大概根據為四個方向,即方向一:物聯(lián)網項目系統(tǒng)集成、工程實施、系統(tǒng)管理、技術支持;方向二:物聯(lián)網產品應用推廣;方向三:物聯(lián)網應用軟件開發(fā);方向四:物聯(lián)網產品化技術員。具體的也可以細化以下幾類人員:
物聯(lián)網應用系統(tǒng)初級工程師:主要職責是物聯(lián)網系統(tǒng)繪圖、方案擬定、施工、技術支持等。需要掌握一定的CAD、VISIO繪圖能力、熟悉工程項目技術方案的格式和撰寫、具備初步的項目實施能力。
物聯(lián)網應用系統(tǒng)管理員:主要職責對物聯(lián)網系統(tǒng)進行配置、維護工作。需要熟悉物聯(lián)網的相關原理和技術,熟悉操作系統(tǒng)、網絡、數據庫、信息安全等系統(tǒng)管理知識。
物聯(lián)網應用軟件初級程序員:主要職責從事物聯(lián)網應用軟件的開發(fā)工作,主要是編程、測試工作。需要掌握一定的物聯(lián)網相關知識和技術,一定的應用軟件開發(fā)技能
物聯(lián)網應用系統(tǒng)管理員:主要職責是對物聯(lián)網系統(tǒng)進行配置、維護工作。需要熟悉物聯(lián)網的相關原理和技術,熟悉操作系統(tǒng)、網絡、數據庫、信息安全等系統(tǒng)管理知識。
物聯(lián)網相關產品技術員:主要職責是從事傳感器、RFID、物聯(lián)網通信產品技術開發(fā)成果的產品化轉化,產品化計劃編制,負責產品化審核等工作。需要熟悉物聯(lián)網的相關原理和技術,具備一定計劃和技術文檔撰寫寫技能。
物聯(lián)網相關產品業(yè)務員:主要職責是銷售、推廣物聯(lián)網系統(tǒng)相關產品。需要熟悉物聯(lián)網的相關原理和技術,具備一定銷售、推廣技能。
4 物聯(lián)網專業(yè)建設主要因素
雖然目前各個高職類的學校對物聯(lián)網這個專業(yè)的開設都熱情高漲,但是由于某種原因大部分學校的物聯(lián)網學乎并沒有形成相應的體系,建設物聯(lián)網專業(yè)需要的相關實驗實訓建設標準需不斷規(guī)范,實驗設備購進加強,各學校這方面的師資力量也比較薄弱。所以目前對于大部分的高職類學校來說要在物聯(lián)網專業(yè)這個領域有所發(fā)展,就需要及時跟蹤物聯(lián)網可能發(fā)展的就業(yè)空間,找準物聯(lián)網行業(yè)企業(yè)動向,從高職學校的特點著手來建設具有高職特色的人才培訓機制,補充完善相關課程設置,補充加強相關師資,完善實驗實訓設備,這是目前高職類學校進入物聯(lián)網專業(yè)比較可行的途徑。
4.1 課程設置
物聯(lián)網專業(yè)融合了多個專業(yè)的內容,所以需要培養(yǎng)的是具有應用型、維護型.具備二次輔助開發(fā)設計的高素質寬口徑人才,培養(yǎng)的學生必須是在掌握了基本專業(yè)技能的基礎上,還要跨學科的學習,打破課程、學科間的壁壘,具備可持續(xù)發(fā)展的素質。由于五年高職類學校只有四年是在校學習時間,而且學生素質相對比較弱,因為要在短時間內培訓出高素質的適應物聯(lián)網發(fā)展的人才難度還是比較大的。因此,相關的課程設計就應該要有一個基本原則,即:抓基礎――計算機基礎和計算機網絡基礎,除此以外物理、化學相關的基礎知識也要有所學習;抓核心――這方面的包括傳感器及傳感技術、網絡技術;抓新型學科基礎――嵌入式系統(tǒng)、無線傳感網絡芯片等;抓實踐能力――利用實驗實訓設備加強實際技能操作。
物聯(lián)網專業(yè)融合了多個專業(yè)的內容,所以需要培養(yǎng)的是具有應用型、維護型.具備二次輔助開發(fā)設計的高素質寬口徑人才,培養(yǎng)的學生必須是在掌握了基本專業(yè)技能的基礎上,還要跨學科的學習,打破課程、學科間的壁壘,具備可持續(xù)發(fā)展的素質。由于五年高職類學校只有四年是在校學習時間,而且學生素質相對比較弱,因為要在短時間內培訓出高素質的適應物聯(lián)網發(fā)展的人才難度還是比較大的。因此,相關的課程設計就應該要有一個基本原則,即:抓基礎――計算機基礎和計算機網絡基礎,除此以外物理、化學相關的基礎知識也要有所學習;抓核心――這方面的包括傳感器及傳感技術、網絡技術;抓新型學科基礎――嵌入式系統(tǒng)、無線傳感網絡芯片等;抓實踐能力――利用實驗實訓設備加強實際技能操作。
高職學校應根據自身特點,專業(yè)優(yōu)勢設立自己應用方向的課程和實訓。一、二年級主要是打好基礎,構建文化課和普通專業(yè)基礎課的公共平臺;在三、四年級則要在除了進一步鞏固基礎之外,對專業(yè)課程上深入研究學習,增加選修課的范圍,形成培養(yǎng)適應性強寬口徑的培養(yǎng)方案,擴大學生的就業(yè)范圍,從而激發(fā)學生的學習主動性和創(chuàng)造性,提高他們就業(yè)的機會。
物聯(lián)網專業(yè)的課程應以計算機、電路為基礎、以傳感網絡為載體,根據人才培養(yǎng)方案及物聯(lián)網的技術框架來設置,主要涉及的課程應該有:模擬電子技術、聯(lián)網技術、rfid技術及系統(tǒng)設計實踐、計算機網絡、Zigbee協(xié)議及應用、無線傳感器網絡、嵌入式C程序設計、微機原理與接口技術、電子線路板設計、操作系統(tǒng)、運籌學、信息安全基礎、數字電子技術單片機原理與應用、基于web數據庫設計實踐、數據結構、數據庫原理及應用、小型物聯(lián)網綜合設計與實現(xiàn)等。
4.2 專業(yè)師資
物聯(lián)網是一門實用型實踐性很強的學科。所以需要相關的專業(yè)老師不僅要具備豐富的系統(tǒng)理論知識,而且要具有非常扎實的實際操作技能和熟練的物聯(lián)網的系統(tǒng)管理技能。
1)從行業(yè)企業(yè)引進人才。從行業(yè)企業(yè)中引入的專業(yè)人才在物聯(lián)網發(fā)面既有理論知識又兼具實踐技能,能更好的指導職業(yè)院校的學生掌握專業(yè)技能,完成既定的教學目標。
2)專業(yè)教師下物聯(lián)網企業(yè)鍛煉。專業(yè)教師下企業(yè)能促使教師帶著任務去鍛煉,著重發(fā)現(xiàn)與匯報企業(yè)中工作實踐與理論知識不符的情況,帶著成果回學校,最終通過匯報的形式實現(xiàn)成果共享,并為教學改革建言獻策。
3)專業(yè)教師接受高校技術培訓。專業(yè)教師可以利用課余時間參加和物聯(lián)網相關的技術培訓班,這種培訓班往往目標明確,會以物聯(lián)網專業(yè)教學大綱為中心,全面介紹物聯(lián)網理論和開發(fā)實戰(zhàn)知識
通過教師的產學研及項目合作、頂崗鍛煉、、共同開展教材開發(fā)和課題項目研究、崗前培訓和專業(yè)技能培訓等方式,從而使得物聯(lián)網專業(yè)的教師成為跨學科技術的復合型人才。
4.3 物聯(lián)網專業(yè)實踐教學基地的建設
物聯(lián)網專業(yè)除了在課程設置上需要有所改變以外,還要在實驗教學上也所更新,因為實驗更側重于培養(yǎng)學生的應用和創(chuàng)新思維能力。因此高職學校實驗實訓建設還需要在很多方面加以改善和自建。要加強人才的技能培養(yǎng),必須開發(fā)和建設物聯(lián)網專業(yè)實訓演練基地。實驗室的建設要把握技術發(fā)展的前沿,做到有一定的層次性和擴展性,從而滿足學生創(chuàng)新和教師的教學研究科研開發(fā)。
物聯(lián)網實驗室的建設要使得教學環(huán)境的每個物件都具有數字化、模擬化、智能化的特性,可以將現(xiàn)實教學與虛擬學習環(huán)境進行無縫整合,由于大型的設備和流水線是不可能搬進實驗室的,所以實驗室要突出仿真性,如果實驗室能夠全面的模擬今后的工作環(huán)境、工作流程,既具備實物的一切特征,又能放在實訓室里作為訓練的對象,會非常有利于實踐教學,為師生提供智能化的教學資源與教學環(huán)境。另外物聯(lián)網實驗室的建設還要考慮到結構的穩(wěn)定性、開放性、教學設備的科技性,互動性等。
高職院校需要自主研制相關的一些物聯(lián)網實驗室,主要包括溫度傳感器節(jié)點、多媒體傳感節(jié)點、RFID節(jié)點以及多種傳感器節(jié)點實驗室。搭建物聯(lián)網融合實驗室,包括網絡傳輸節(jié)點、傳感器節(jié)點、數據處理和控制節(jié)點,實現(xiàn)完整的物聯(lián)網系統(tǒng)功能。另外還可以與不同行業(yè)的相關企業(yè)合作,建立校外實訓基地。學校如果能夠與不同的物聯(lián)網企業(yè)合作,利用企業(yè)資源為學生提供實驗平臺來也可以彌補學校沒有相應領域實驗室的不足。
5 結束語
物聯(lián)網是信息技術領域的一個新興的產業(yè),它的發(fā)展帶動了經濟社會形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革,是科技領域的第三次革命。高職學校有義務為未來龐大的物聯(lián)網產業(yè)輸送人才,要緊緊抓住物聯(lián)網建設的機遇,建立起具備高職特色的物聯(lián)網專業(yè),搶占先機,為加強我國物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展提供技術和人才的支持。
參考文獻:
[1] 劉寶亮.物聯(lián)網引發(fā)新產業(yè)熱潮[N].中國經濟導報,2010-03-09.
關鍵詞:物聯(lián)網;必要性;技能型人才
物聯(lián)網,顧名知義,就是物物相連的互聯(lián)網。它是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、無線傳感器網絡、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。是繼計算機和互聯(lián)網之后的第三次信息產業(yè)的浪潮。面對物聯(lián)網技術的全面普及及上萬億規(guī)模的高科技市場,職業(yè)院校承接著技能型人才培養(yǎng)的社會職責,對物聯(lián)網應用技術人才的培養(yǎng)如何定位,如何培養(yǎng),是個值得探討的問題。
一、社會背景和技術背景
物聯(lián)網是繼互聯(lián)網之后的新一輪信息技術革命,隨著在各行各業(yè)的落地,已經成為支撐眾多行業(yè)發(fā)展的主要力量。物聯(lián)網初期投入是在政府主導下進行的,集中在公共安全系統(tǒng),智能交通、智能物流、市政管理等工程,每一個點無不可以搜索到物聯(lián)網技術的影子。尤其信息技術應用水平和管理水平,已經成為企業(yè)提高競爭力的手段。
技術上,物聯(lián)網是通過智能感應裝置,經過通信技術,進行信息的傳輸,到達指定的信息處理平臺或中心,從而實現(xiàn)物物、物人的信息傳遞,從而提升效率,保障安全,可以跨時間跨空間進行溯源、追蹤、定位、管理。
二、高職院校開設物聯(lián)網應用技術專業(yè)的必要性分析
從2009年8月7日,國務院總理在無錫視察時發(fā)表重要講話,提出了感知中國的戰(zhàn)略構想,表示要大力發(fā)展物聯(lián)網技術,繼而物聯(lián)網也成為我國十二五規(guī)劃的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一。2013年2月,《國務院關于推進物聯(lián)網有序健康發(fā)展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)正式出臺,標志著政策層面已經框定物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展藍圖。預計2015年將超過5000億元的規(guī)模,并會在短期內可能超過萬億規(guī)模,是一個航母級產業(yè)。
物聯(lián)網技術與應用的競爭,說到底是人才的競爭,是戰(zhàn)略的競爭。物聯(lián)網目前在我國還處于發(fā)展階段,從事該行業(yè)的人才還比較匱乏,僅在交通物流等領域,人才需求量就超過20萬,而且每年都在增長。做為基礎型的產業(yè)對人才的海量需求,這也為職業(yè)院校提出了緊迫的要求,有一定基礎、能力、條件的職業(yè)院校,應高度重視與加強物聯(lián)網應用技術專業(yè)人才的培訓與培養(yǎng)工作。
1.職業(yè)類院校學生的特點。職業(yè)類院校培養(yǎng)的學生主要從事安裝、調試、維護、生產、營銷和推廣等工作。而物聯(lián)網技術的發(fā)展與競爭,主要是人才的競爭。眾多本科類院校也在開設物聯(lián)網技術相關專業(yè),但主要面對系統(tǒng)設計、系統(tǒng)分析和研究方面的研發(fā)工作,要求有深厚的理論基礎知識,并且具備專業(yè)覆蓋面廣的優(yōu)勢,職業(yè)類院校學生勝任起來有些困難??v觀物聯(lián)網的從業(yè)崗位,對于技術人員,尤其是建設調試、維修保養(yǎng)、技術服務、營銷推廣等工作,不需要非常深的理論知識,只需要掌握相關的操作規(guī)范與標準,具備最基礎的專業(yè)知識,具備相應崗位必備的技能技巧即可以,正符合職業(yè)院校學生基礎比較薄弱、學習主動性差、動手能力強、適合奔波式工作的職業(yè)特色,所以對于當前人才需求量大的物聯(lián)網技術相關行業(yè),職業(yè)類院校開設上此專業(yè)正具備最基礎的條件。
2.各行業(yè)對物聯(lián)網專業(yè)人才的需求量大。“十二五”期間物聯(lián)網產業(yè)重點領域包括智能交通、智能電網、智能物流、智能工業(yè)、智能醫(yī)療、智能農業(yè)、公共安全、環(huán)境監(jiān)控與災害預警、社會公共事業(yè)、金融與服務業(yè)、智能家居、智慧城市、國防與軍事等。
我國當前處理物聯(lián)網技術人才處理缺乏狀態(tài),筆者隨意瀏覽了一個招聘網站,中華英才網上與物聯(lián)網相關的招聘信息有500余條,前程無憂網站上與物聯(lián)網技術相關的招聘信息達到1000余條,智能招聘網站上與物聯(lián)網技術相關的招聘崗位達到400余條,另經常有公司通過微信、QQ、網站平臺、私人聯(lián)系等方式在招聘技高能優(yōu)的物聯(lián)網技術相關的專業(yè)人才。
據不完全統(tǒng)計,近幾年的幾大應用領域對人才的需求量,可能均會超過20萬以上,如智能交通、智能物流、智能電網、智能醫(yī)療、智能工業(yè)、智能農業(yè)、智慧生活等。
3.對物聯(lián)網應用技術關鍵領域展開教學與研究。RFID技術等短距離通信技術、傳感技術等關鍵技術,眾多理工類職業(yè)院校有著豐厚的基礎,承著物聯(lián)網技術的推廣與應用,職業(yè)類院??梢詫@些核心的技術展開教學與研究,使得培養(yǎng)的人才在智能交通、智能物流、智能農業(yè)、智能工業(yè)等領域得到發(fā)揮。
4. 職業(yè)院校具備校企合作的基礎。職業(yè)教育的人才培養(yǎng)模式步伐一直沒有停息過,從項目教學法、學習德國職業(yè)教育模式、校企合作、微課教學、Mooc教學、混合式教學、頂崗實習等,究竟花落哪種模式,沒終極結論。實踐場地不斷翻新,合作企業(yè)不斷探索,新技術新技能不斷涌入,已經讓當前的眾多高職院校具備了充分的校內實訓基地,具備了校企合作的基礎。
在當前的基礎上,開發(fā)物聯(lián)網技術專業(yè)具備了良好的基礎。從教學方法上看,多年的探索與實踐已經積累了成熟適用的經驗,從硬件基礎上看,已經具備了搭建物聯(lián)網相關實訓室的基礎條件,從師資力量上看,已經擁有了開設此專業(yè)的技能與技術。院校與物聯(lián)網企業(yè)合作,搭建校企合作平臺,通過高校與企業(yè)聯(lián)合辦學,培養(yǎng)熟練掌握物聯(lián)網知識與技術的信息服務與技能應用型人才,合作育人,合作發(fā)展,達到人才培養(yǎng)的靈活性、開放性、深入性、針對性。
總之,在當前本科類院校開設物聯(lián)網應用技術專業(yè)的同時,各職業(yè)類院校也必須要迎頭趕上,以呼應本科類院校培養(yǎng)的研究型人才,牢牢把握住這一機遇。中高等職業(yè)類院校作為國家技能型人才培養(yǎng)的基礎,開辦此專業(yè)顯得尤其重要與必要,有處于當前物聯(lián)網應用技術發(fā)展的大好形勢 ,扭轉物聯(lián)網人才資源匱乏的局面,從而培養(yǎng)大批的具備物聯(lián)網技術能力、創(chuàng)新能力、良好的團隊合作精神的復合型人才,全國的職業(yè)類院校都以當前物聯(lián)網發(fā)展的大好背景為依托,積極開辦物聯(lián)網應用技術專業(yè),探索理論和實踐相結合的優(yōu)質培養(yǎng)人才戰(zhàn)略。
由于我國物聯(lián)網專業(yè)教育于2010年才起步,對于很多院校開設此專業(yè)還處理猶豫與探索階段,如如何定位專業(yè)、課程設置?師資力量從何而來?實驗室不完善如何辦?學生的就業(yè)前景如何?等等諸多問題,這也一定程度上會制約著物聯(lián)網技術專業(yè)的設置與發(fā)展,所以研究物聯(lián)網應用技術專業(yè)教育的有效性及輸送人才的通道更顯得重要。
參考文獻:
[1]董榮勝. 計算機科學導論―思想與方法. 北京:機械工業(yè)出版社, 2007年8月.
[2] 彭力.基于案例的物聯(lián)網導論.北京:化學工業(yè)出版社, 2012年10月.
[3]陳國良.計算思維導論.北京:高等教育出版社, 2012年10月.
關鍵詞:物聯(lián)網技術;關鍵技術;進展;應用
0引言
物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展,逐漸從原來的計算機、無線通信過渡到遠程控制和人工智能等多個技術領域,物聯(lián)網技術已經成為一個跨越多行業(yè)推動社會發(fā)展的力量。目前,世界上主要的發(fā)達國家都對物聯(lián)網發(fā)展計劃高度重視,國外發(fā)達國家相繼推出了和物聯(lián)網相關的技術和產業(yè)戰(zhàn)略布局。因此,研究物聯(lián)網技術的進展以及應用前景,能夠為我國在全球信息化發(fā)展階段,提供一定的借鑒和參考價值。
1物聯(lián)網技術的概述
物聯(lián)網技術是在互聯(lián)網發(fā)展的應用的基礎上,不斷延伸擴展形成的網絡技術,和互聯(lián)網技術不同的是,物聯(lián)網是利用互聯(lián)網的架構,來實現(xiàn)物與物相連的技術,因此,物聯(lián)網的核心和基礎是互聯(lián)網。物聯(lián)網的定義在世界上比較公認的是:利用無線傳感器和無線射頻技術、納米技術以及智能技術的傳感設備,利用互聯(lián)網架構搭建的能夠進行定位、跟蹤和追溯管理的網絡。因此,物聯(lián)網的技術關鍵就在于通過無線傳感器和無線射頻技術、納米技術以及智能技術的傳感設備獲取物品的各種信息,然后利用互聯(lián)網進行數據交互,因此,物聯(lián)網技術進展,就里不開無線傳感器、無線射頻技術、納米技術以及智能技術的傳感設備的發(fā)展。
2物聯(lián)網技術的進展
從物聯(lián)網的概述以及定義,可以看出物聯(lián)網的發(fā)展和物聯(lián)網技術傳感設備的發(fā)展息息相關,因此,本文探討了無線傳感技術、無線射頻識別技術、納米技術和智能技術這4種關鍵技術的發(fā)展。
2.1無線傳感技術
無線傳感技術是連接物理世界、數字虛擬世界和人類社會的橋梁,物聯(lián)網的應用的基礎,就是無限傳感技術,利用無線傳感技術,能夠更好地對物品進行監(jiān)測、感知和數據采集,同時也能夠和互聯(lián)網平臺進行數據交互。因此無線傳感技術的發(fā)展,直接關系到物聯(lián)網技術落地和實際應用的領域。目前,低成本、微型化、低功耗以及靈活的組網方式、鋪設方式是無線傳感技術的發(fā)展方向。
2.2無線射頻識別技術
無線射頻識別技術(RFID)是一種利用無線射頻信號及其空間耦合的傳輸特性,通過非接觸對附有標簽的物體進行辨別的自動識別技術,無線射頻識別技術的3個重要部分分別是天線、閱讀器和標簽,其優(yōu)勢在于能夠可實現(xiàn)高速運動下對特定物品的識別,且能夠實現(xiàn)同時對多個附有標簽的物體的識別的目的。已經廣泛應用到生產制造、物流管理和公共安全等各個領域。
2.3納米技術和智能技術
隨著互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展,物聯(lián)網技術的應用,也逐漸形成了以物體為核心,將物與物之間進行智能化關聯(lián),而納米技術優(yōu)勢非常明顯,利用納米技術,能夠讓物聯(lián)網更智能地互聯(lián),且進行數據交互,納米技術的應用方向為納米電子技術、納米力學技術和納米材料技術等,而智能技術則是通過對物體內植入智能芯片,將智能賦予相關的物體,并通過互聯(lián)網與物體、人之間進行主動、被動交互,機器人技術將成為未來智能技術的發(fā)展方向。
3物聯(lián)網技術應用研究
目前,物聯(lián)網技術的應用還屬于初級階段,預計物聯(lián)網技術的未來會迅速地發(fā)展和長遠地應用,本文從與人生活相關的吃穿住行方面,介紹了物聯(lián)網的應用方向和前景。
3.1生活相關的智慧城市物聯(lián)網
在城市中應用物聯(lián)網技術,能夠讓城市的規(guī)劃更加科學,城市功能更加完善,城市的各項服務更加便利,能夠讓城市更好地適應人們的生活,將城市生活與經濟社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展完美結合,同時智慧城市建設,也能夠讓城市更加方便管理。
3.2出行相關的交通物聯(lián)網
目前,城市道路擁堵已經越來越普遍,將物聯(lián)網技術應用在交通上,將公交車、公交站點和城市道路結合起來,同時利用傳感器和監(jiān)控中心數據交互,能更方便人們的出行。
3.3農業(yè)生產相關的農業(yè)物聯(lián)網
物聯(lián)網技術在農業(yè)生產上的應用,能夠讓農業(yè)有更好的發(fā)展,節(jié)省人工,提高農業(yè)生產的效率,例如在大棚農業(yè)種植的時候,就可以通過物聯(lián)網將實時對監(jiān)測蔬菜大棚的溫度、濕度以及土壤鹽堿度等數據,便于對大棚的管理,同時也可以遠程控制大棚的溫度調節(jié)裝置,大大提高大棚管理的效率。同時物聯(lián)網的應用發(fā)展,也為綠色農業(yè)的發(fā)展提供了應用基礎,能夠更好地對農產品追根溯源,提高農產品的生產的科學化和規(guī)范化。
3.4建設醫(yī)療服務物聯(lián)網
建設新的醫(yī)療互聯(lián)網,將病人和醫(yī)院的數據庫系統(tǒng)相結合,能夠對人體的各類數據進行采集,傳輸到醫(yī)院的大數據庫系統(tǒng)中進行分析,進而掌握病人的生活數據,能夠在就醫(yī)時,更方便醫(yī)生對病人進行會診,同時也能夠為人提供更好的就醫(yī)和健康咨詢服務。
4結束語
目前,物聯(lián)網技術的發(fā)展及應用備受人們的關注,在吃穿住行方面,物聯(lián)網的發(fā)展都有著巨大的前景,物聯(lián)網技術的發(fā)展將會是世界經濟發(fā)展的驅動力。但是,物聯(lián)網技術仍處于研究和實驗性應用階段。因此,在未來的發(fā)展過程中,還需進行深層次的研究,發(fā)揮政府的引導和支持力量,加大專項研究力度,更好地推動物聯(lián)網的發(fā)展。
參考文獻
[1]楊明.淺談物聯(lián)網技術在小區(qū)安防中的應用[J].中國安防,2010,(6):24-26.
[2]盛魁祥.淺談物聯(lián)網技術發(fā)展及應用[J].現(xiàn)代商業(yè),2010,(14):153-154.
[3]唐爽,劉穎.淺談物聯(lián)網技術的發(fā)展及應用[J].信息與電腦(理論版),2010,(9):140.
[4]由.淺談物聯(lián)網技術及應用[J].科技成果縱橫,2010,(4):55-57.
【關鍵詞】智能環(huán)保感知技術 物聯(lián)網 概念 應用
在互聯(lián)網時代,信息行業(yè)競爭激烈,人們對信息產業(yè)和相關技術十分重視。目前,我國正在推進信息化建設,加快信息技術的發(fā)展,尤其是自組織網絡、智能感知等技術,因此研究智能環(huán)保感知技術符合時代要求。下文對該技術進行具體的分析。
1 簡述物聯(lián)網中智能環(huán)保感知技術
技術的發(fā)展帶來了物聯(lián)網的逐漸成熟。物聯(lián)網主要由三個層面組成,分別是應用層、網絡層和感知層。其中,感知層中應用的技術即為感知技術。在物聯(lián)網中,將智能感知技術與網絡設備結合,能夠為人們提供更好的服務,提高人們的生活質量。物聯(lián)網感知世界的方式是利用傳感器和智能裝置。另外,物聯(lián)網中應用的技術大多具有定位、傳感、自動識別等功能。目前環(huán)境問題廣受關注,人們也開始對相關技術進行改革使其在環(huán)保方面有所應用,本文研究的智能環(huán)保感知技術即為物聯(lián)網相關技術在環(huán)境保護方面的應用。
改進物聯(lián)網技術使其在環(huán)保方面有所應用的方法為將設備和技術結合,及時監(jiān)測生態(tài)情況、污染源等信息,完善對生態(tài)環(huán)境的檢測系統(tǒng),控制污染物的排放,防范生態(tài)環(huán)境中的風險。技術的改革不僅有利于環(huán)保事業(yè)的發(fā)展,而且也拓寬了物聯(lián)網的應用范圍,有助于物聯(lián)網的全面發(fā)展。
2 物聯(lián)網中智能感知體系的建立
作為網絡系統(tǒng),物聯(lián)網有著自身的內部構架,其構架由應用層、網絡層和感知層組成。感知層的主要作用是利用相關技術和傳感器獲取、傳感具體信息;網絡層的主要作用是構建網絡平臺,例如互聯(lián)網、4G網絡等。并且網絡層能夠在接收感知層中的信息后進行及時、準確的傳送,并且能夠清理傳送數據中的無效信息,整合傳送數據中的相關信息,解決出現(xiàn)的問題與異常狀況,利用數據融合與挖掘技術提煉數據信息。應用層的功能較多。首先它能夠接收過網絡層和感知層處理的信息,根據系統(tǒng)要求準確處理該信息,實現(xiàn)防治環(huán)境污染,相關信息。另外還能夠自動調整工作,在環(huán)保事業(yè)中應用物聯(lián)網相關技術。最后,應用層還可以維持設備的穩(wěn)定,及時發(fā)現(xiàn)并解決軟件運行中的故障,不斷調整傳感器,確保其能夠采集需要的環(huán)境數據,預防環(huán)境污染,進而實現(xiàn)對環(huán)境的保護。
3 智能感知技術在環(huán)保領域的應用價值
利用物聯(lián)網中的相關技術與軟件采集、提煉數據信息,可以使物聯(lián)網為多個領域提供數據信息數據 。只有實現(xiàn)相關技術的智能化,才能充分展現(xiàn)物聯(lián)網自身的優(yōu)勢,增強競爭力,實現(xiàn)多個領域的應用。在環(huán)保領域也要實現(xiàn)智能化處理,能夠加強對環(huán)境的監(jiān)測工作,主要作用有以下兩個方面:
3.1 延長預警時間
在傳統(tǒng)的監(jiān)測環(huán)境污染的體系中,首先要將監(jiān)測數據傳到信息中心,然后在信息中心分析各種數據,并將其與預警指標做對比,然后對環(huán)境狀況進行預警。這種傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)對環(huán)境狀況的動態(tài)監(jiān)測,因而一旦發(fā)生環(huán)境問題,相關部門難以及時處理,將導致問題的嚴重化。另外,利用傳統(tǒng)方法做出的預警情報精確度較差,防治措施的實際效果較差。而應用感知技術,能夠發(fā)揮智能化的優(yōu)勢,實時監(jiān)測環(huán)境狀況,分析環(huán)境污染程度,做出相關預警。不但預警信息較為準確,而且預警時間較長。
3.2 加強環(huán)保部門環(huán)境治理工作
環(huán)境問題的存在與發(fā)展也有一定的規(guī)律,因此對環(huán)境的治理依賴于實際經驗。將物聯(lián)網中的感知技術應用到環(huán)保領域,能夠準確監(jiān)測到環(huán)境問題發(fā)生的時間、地點等信息,分析環(huán)境污染產生的原因。環(huán)保部門能夠依據分析結果,發(fā)現(xiàn)環(huán)境治理方案的問題,有針對性地改進治理方案。 并且,物聯(lián)網中智能感知技術的應用,有利于環(huán)保部門加快治理措施的制定,并且降低環(huán)境污染的風險。
4 智能環(huán)保感知技術前景
未來智能感知技術將在環(huán)境保護方面將獲得廣泛應用,智能感知技術設備將實現(xiàn)簡易化、微型化發(fā)展。當前應用智能感知技術的設備體型過大,占據的空間多,只能應用在大型環(huán)境保護項目中,而人們無法在日常生活中使用。而微型化的設備能夠滿足人們實際需求,使智能感知技術在污水處理等方面得以應用。
目前,智能感知技術在環(huán)境保護方面取得了突出的成績,促進了環(huán)境污染的治理,實現(xiàn)了環(huán)境狀況的實時監(jiān)測,但是該技術在人們日常生活環(huán)保方面效果卻不是很明顯。隨著經濟的發(fā)展,人們生活水平不斷提高,環(huán)保意識也在不斷加強,要求提高生活環(huán)境質量 。因此,利用智能感知技術解決生活中的環(huán)境問題是十分必要的。目前,物聯(lián)網還處于發(fā)展的初級階段,已經有了一定的應用基礎,未來將向控制生活污染方向進一步發(fā)展,可以做出如下改進:在相關設備中運用智能芯片,改進環(huán)保技術,降低生產成本;為解決物聯(lián)網中傳感設備使用壽命短的問題,可以運用抗氧化材料或防腐材料保護設備,提升設備的抗損壞能力。為了加強環(huán)保工作的安全性和穩(wěn)定性,構建多平臺的網絡模式,促進對環(huán)境狀況的監(jiān)測和防護工作。
5 結束語
智能感知技術在環(huán)境保護方面有著突出的作用,其能夠實時監(jiān)測環(huán)境狀況,分析環(huán)境污染的解決措施,有利于環(huán)保部門提高工作效率,改進治理方案。和傳統(tǒng)監(jiān)測環(huán)境污染的方法相比,其具有顯著的優(yōu)越性:預警時間長、準確性高,能促進環(huán)境保護工作。未來智能環(huán)保感知技術將深入到人們生活中,進而改善人們的生活環(huán)境,提高人們的生活質量。
參考文獻
[1]程珊珊.物聯(lián)網環(huán)境下智能環(huán)保感知體系構建[J].計算機光盤軟件與應用,2014(17).
[2]劉君.物聯(lián)網技術的認識論研究[D].東華大學,2015.
[3]李爽.基于云計算的物聯(lián)網技術研究[D].安徽大學,2014.
作者簡介
從樹(1989-),男,湖北省棗陽市人。華中師范大學在讀研究生。
關鍵詞 物聯(lián)網;實驗教學;實驗設備;實驗儀器
中圖分類號:G482 文獻標識碼:A
文章編號:1671-489X(2015)10-0001-06
Abstract At present, China’s colleges and universities begin to set up engineering of Internet of Things (IoTs) or related professionals on the undergraduate or specialist stage. With respect to theoretical knowledge for learning of IoTs, practical operations are also very important, more intuitive, and easy to understand and grasp. With the rapid development of IoT technology, the experimental teaching instrument and equipment industry of IoTs has been rapidly developed. According to some research data, the instrument and equipment industrial chain, market and enterprises of IoTs are analyzed, some problems in the development process are found, and some solutions are proposed so that the instruments and equipment of IoTs can be scientifically chosen, designed and produced.
Key words internet of things; experimental teaching; experimental equipment; experimental instrument
1 前言
物聯(lián)網掀起了第三代信息產業(yè)浪潮,它突破了傳統(tǒng)的互聯(lián)網,并在互聯(lián)網的基礎上,力求把人和物看成可以連接在網絡中的結點,可以隨時通信,達到高度智能化的互聯(lián)時代。2009年8月,在時任總理“感知中國”的講話后,物聯(lián)網產業(yè)迅速發(fā)展,并在這幾年有了長足的進步。中國科學院等科研院所、華為等通信運營商、清華大學等多所大學在無錫建立了物聯(lián)網研究院。2010年初,教育部下達設置物聯(lián)網專業(yè)申報通知,2010年6月,江南大學開辦中國第一所物聯(lián)網工程學院,引起全國本科、高職院校的普遍關注。物聯(lián)網工程專業(yè)是教育部為適應教育改革和市場經濟的需要而重新整合的一個新興專業(yè),自2010年在31所大學首批開設以來,在2010―2013年期間,教育部陸續(xù)批準在262所本科院校開設該專業(yè),物聯(lián)網技術相關人才成為高校人才培養(yǎng)和市場需求的新熱點,在很多未專門開設物聯(lián)網工程專業(yè)的高校也設置了物聯(lián)網方向。
物聯(lián)網涉及高頻微波、通信工程、電子信息技術、計算機科學與技術、有線和無線網絡技術、單片機和嵌入式技術、物流管理等多個領域。鑒于物聯(lián)網工程專業(yè)的學科交叉性,其實驗教學的目的是在學生學習抽象的專業(yè)理論知識的同時,通過教師演示、學生親自動手實驗,直觀地驗證和理解組成物聯(lián)網系統(tǒng)的各類技術的基本原理和工作機制,培養(yǎng)學生在系統(tǒng)應用技能方面的實踐創(chuàng)新能力。因此,實驗教學在物聯(lián)網工程專業(yè)教學中占據非常重要的位置。在物聯(lián)網工程專業(yè)實驗教學中,物聯(lián)網實驗教學儀器和設備是滿足實驗教學需求的物質基礎。目前,各高校對物聯(lián)網實驗教學儀器和設備的需求大大推動了物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)的發(fā)展,相關的物聯(lián)網實驗教學儀器產業(yè)范圍也在逐步擴大。
2 物聯(lián)網實驗教學儀器和設備的種類
物聯(lián)網實驗教學儀器和設備是指在教學活動中用于方便教學的器材,分為硬件設施和軟件設施,在教學設備中運用了物聯(lián)網相關理論和技術。
技術內涵 物聯(lián)網專業(yè)是復合型的專業(yè),其中涵蓋了物聯(lián)網的核心技術,如RFID射頻識別、通信和網絡傳輸、嵌入式系統(tǒng)、傳感器的感知和識別檢測、物聯(lián)網數據的管理和信息處理等技術[1]。因此,物聯(lián)網教學儀器技術體系主要由如下幾部分組成。
1)感知技術,包括傳感技術(如溫度傳感、濕度傳感、煙霧傳感等技術)和識別技術(如條形碼、二維碼和RFID等技術)。
2)控制技術,包括施動技術(如直流電機、步進電機、開關、繼電器等技術)。
3)通信技術,包括有線通信和無線通信技術,以無線通信技術(如GSM/GPRS/3G/4G、WiFi、ZigBee、藍牙等技術)為主。
4)系統(tǒng)開發(fā)技術,包括嵌入式應用系統(tǒng)開發(fā)平臺(如數據庫、開發(fā)集成環(huán)境等)和開發(fā)方法等。
產品種類 物聯(lián)網的實驗教學產品主要分為儀器儀表、實驗箱、實訓平臺和創(chuàng)新套件[1]以及體驗中心等形式。此外,物聯(lián)網實驗器材還包括鉗、剪、鑷、鉆、烙等工具以及PCB板、面包板、焊錫、線纜等耗材。
1)實驗儀器儀表。物聯(lián)網實驗采用的儀器儀表主要有示波器、頻譜分析儀、信號發(fā)生器、萬用表、電源裝置等。而在示波器中,有觸控式測量儀器平板示波器、液晶數位式示波器、數字示波器ODM和手持彩色液晶數字存儲式示波器等示波器。其中比較典型的有上海泰克科技有限公司的數字示波器。該實驗設備主要是通過數據采集、A/D轉換、軟件編程等一系列技術制造出來的高性能示波器,并且可以完整地解決測試、測量和監(jiān)測解決方案相關技術。信號發(fā)生器中包括正弦信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器、函數發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、隨機信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器。
2)實驗箱。在實驗箱形式產品中,有物聯(lián)網綜合實訓平臺箱、RF-USN V10、SP-WSNCE15A物聯(lián)網教學實驗箱、IPV6無線傳感網絡實驗箱、嵌入式3G移動互聯(lián)網、示波器、物聯(lián)網綜合實驗系統(tǒng)和物聯(lián)網云計算教學系統(tǒng)等設備。其中比較典型的有深圳無線龍科技公司推出的RF-USNV10。該實驗設備能夠較完整地完成最新一代USN網絡相關傳感器和射頻識別、微功耗網狀無線網絡、無線互聯(lián)和將采集數據送往互聯(lián)網的全過程多種教學實驗。另外還有凌陽公司研發(fā)的SP-WSNCE15A物聯(lián)網教學實驗箱,這是一款采用傳感器、射頻識別技術的物聯(lián)網教學平臺,應用范圍較廣,適用于物聯(lián)網工程專業(yè)、通信、嵌入式、電子信息、計算機、自動化、機電一體化等專業(yè)的教學及科研。
3)實訓平臺和創(chuàng)新套件。在實訓類設備中,有智慧交通物聯(lián)網實訓系統(tǒng)、智能電網實訓系統(tǒng)、食品智能追溯實訓系統(tǒng)、智能家居綜合實訓系統(tǒng)等設備。如北京新大陸時代教育科技有限公司的物聯(lián)網智能追溯實訓系統(tǒng)、浙江求是科教設備有限公司的QS-iHome-I型物聯(lián)網―智能家居綜合實訓系統(tǒng)。
4)體驗中心。物聯(lián)網體驗中心是仿照實物系統(tǒng)構建的完整的物聯(lián)網應用系統(tǒng)。國內已陸續(xù)出現(xiàn)一系列物聯(lián)網體驗中心平臺,有廣東順德物聯(lián)網體驗館(中國內地首個物聯(lián)網新技術體驗中心)、鄭州物聯(lián)智能家居體驗中心、無錫感知中國博覽館、大連供熱物聯(lián)網體驗中心等。廣東順德物聯(lián)網體驗館于2012年2月16日開館,由IBM軟件集團、軟通動力信息技術(集團)有限公司、廣東物聯(lián)天下科技集團三方合作建成,包括智能平臺、珠三角產業(yè)物聯(lián)網現(xiàn)狀與未來、城域物聯(lián)網、未來家具城、媒體流、家電產品生命周期管理、智能生活、智能市場、智能倉庫及智能會議10個展區(qū)。同年,首家供熱物聯(lián)網體驗中心在大連市高新區(qū)網絡產業(yè)大廈成立。鄭州物聯(lián)智能家居體驗中心,主要有智能照明、電器控制、安放監(jiān)控、環(huán)境調節(jié)、健康報告、綜合服務等模塊。
3 物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)發(fā)展狀況
物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)鏈 物聯(lián)網實驗教學系統(tǒng)主要有感知層、網絡層、處理和應用層[2],構成從物體感知到實際應用的完整體系,如圖1所示。
目前,在學術界還沒有發(fā)現(xiàn)針對物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)鏈的研究成果,通過分析物聯(lián)網體系結構,結合對物聯(lián)網專業(yè)要求和產業(yè)鏈相關理論的理解,可得出物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)鏈的內涵、要素和技術等。
物聯(lián)網教學儀器和設備產業(yè)正形成一條包括物體感知、識別、采集、傳輸、處理、應用等多個環(huán)節(jié)的多功能產業(yè)鏈,并且包括設備物質、相關技術、資金等鏈條。該產業(yè)鏈構成要素主要有設備提供商、網絡提供商、應用與軟件提供商、系統(tǒng)集成商、芯片與技術提供商、運營商及服務提供商等[3]。而物聯(lián)網教學儀器和設備產業(yè)鏈支撐技術主要滿足物聯(lián)網專業(yè)學生的專業(yè)要求,由物聯(lián)網的核心技術決定。由物聯(lián)網教學儀器和設備產業(yè)鏈要素可知每個環(huán)節(jié)的關鍵技術都必須滿足。例如,RFID至少應包含電子標簽、閱讀器、數據處理和存儲的設備以及系統(tǒng)軟件;傳感器主要有溫濕度傳感器、光電傳感器、紅外傳感器等;無線通信技術至少包括WiFi、Zigbee、藍牙以及無線傳感網絡等。
市場發(fā)展狀況 作為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一,物聯(lián)網是近幾年的熱點話題,是當前世界新一輪經濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一,是全球各發(fā)達國家信息化社會建設的重要內容。物聯(lián)網實驗教學儀器和設備產業(yè)也同樣迅速發(fā)展。國內大學緊跟產業(yè)發(fā)展,國家戰(zhàn)略體系將物聯(lián)網專業(yè)引入高校,而這些高校的發(fā)展也將進一步影響并促進物聯(lián)網教學儀器和設備產業(yè)的發(fā)展,通過對開設物聯(lián)網的高校地區(qū)分布,可分析物聯(lián)網實驗教學儀器和設備的產業(yè)市場發(fā)展情況。物聯(lián)網工程本科專業(yè)開設情況如圖2所示。
可見,江蘇為我國開設物聯(lián)網專業(yè)學校第一大省,占總數的10%;其次是河南、陜西、湖北和四川,各占約6%。也可以看到幾乎在全國各省、市、區(qū)都有學校開設物聯(lián)網專業(yè),普及范圍較為廣泛。經濟越發(fā)達的地區(qū)開設的物聯(lián)網專業(yè)的院?;驹蕉啵抑饕性诮K、廣東、遼寧、北京、山東、福建、浙江等東部沿海經濟區(qū)以及河南、安徽、重慶、湖南、四川、陜西等中西部地區(qū)。而且,也可以發(fā)現(xiàn),物聯(lián)網發(fā)展不平衡,具有明顯的層次特征,開設物聯(lián)網專業(yè)院校多且發(fā)展較好的地區(qū)都集中在東部沿海,即長三角和珠三角省域分布較為集中。
企業(yè)發(fā)展狀況 目前市場上生產物聯(lián)網實驗教學設備和儀器的企業(yè)眾多,從中國教育裝備采購網(http://.cn/z/wulianwang.shtml)獲得的數據顯示,具有代表性且成就顯著的有北京聯(lián)創(chuàng)中控、新大陸公司旗下的新大陸教育、杰創(chuàng)科技和深圳市海天雄電子有限公司等近300家企業(yè),各企業(yè)發(fā)展及產業(yè)分布領域如圖3所示。
圖3(a)顯示,絕大多數企業(yè)自產自銷,隨著市場和企業(yè)的成熟,也有近20%的企業(yè)專門從事營銷,在生產企業(yè)和學校之間架起橋梁。圖3(b)顯示,企業(yè)相對集中于設置物聯(lián)網專業(yè)較多、研發(fā)力量較為雄厚的京、滬、深、穗、寧、杭、蘇、錫等城市。圖3(c)顯示,物聯(lián)網實驗教學設備和儀器主要分布在實驗箱、通信與網絡、單片機與嵌入式系統(tǒng)、傳感與RFID等10多個種類中,較多的企業(yè)提供物聯(lián)網實驗箱,也有一些企業(yè)在實訓設備和體驗中心推出產品。
4 物聯(lián)網教學儀器和設備產業(yè)發(fā)展中遇到的問題
調查顯示,目前國內有很多大中型物聯(lián)網企業(yè)已具有較為完善的技術,也有很多掌握核心技術的人才,但是由于物聯(lián)網教學儀器和設備利潤低、風險大、投入多、批量小,所以物聯(lián)網實驗教學設備多為不完善的設備[4],還存在一些問題亟待解決。
實驗設備技術簡單且重復 物聯(lián)網是一個綜合性很強的學科,涉及知識面非常廣,應用領域也非常多。不同層次的學生對掌握物聯(lián)網知識和技能的要求不一樣。而目前市面上的物聯(lián)網實驗教學儀器和設備針對性不強,大都是依照原有學科理論培養(yǎng)體系而設計的,各實驗項目主要完成對教材中相應知識點的驗證演示,往往是含有一種或幾種物聯(lián)網技術的設備,很難通過對這種設備的運用達到物聯(lián)網核心技術的掌握,這種模式對于學生能力的培養(yǎng)效果有待商榷。另外,產業(yè)出現(xiàn)大量的技術重入現(xiàn)象,導致市場價格偏低。面對物聯(lián)網實驗教學儀器和設備與物聯(lián)網專業(yè)發(fā)展脫節(jié)等現(xiàn)象,市場亟需一種能全面、系統(tǒng)涵蓋相關技術,滿足物聯(lián)網專業(yè)教學需要的實驗設備[6-7]。
標準化統(tǒng)一問題 任何一種設備用于教學,都有對教學的適應性問題。物聯(lián)網儀器和設備標準之爭將體現(xiàn)新的特點,如何充分認識這個新興產業(yè)和技術特征,走好標準之路,依賴標準在企業(yè)發(fā)展中起到無可替代的作用。現(xiàn)在物聯(lián)網教學儀器和設備還僅是零星碎片應用,最大領域的技術標準化還處于幼年期或是呈碎片狀的,標準先導、標準協(xié)調和標準創(chuàng)新是產業(yè)后期將要努力做到的。而服務標準化也是物聯(lián)網教學儀器和設備的一個重大問題,沒有廣泛地為普通民眾所能接受的服務,物聯(lián)網只能是空中閣樓,所以伴隨技術創(chuàng)新、系統(tǒng)集成創(chuàng)新而來的新應用和新商業(yè)模式的標準化問題也陸續(xù)出現(xiàn)[5]。因此,技術標準化、服務標準化、應用標準化和商業(yè)標準化是需要持續(xù)研發(fā)的聚焦點,將物聯(lián)網技術納入教育儀器和設備體系就必須考慮標準化問題。
設備的開放性不足 實驗箱的系統(tǒng)結構開放性明顯不足[6],嚴重限制了學生實踐能力和創(chuàng)新能力的發(fā)揮。硬件都是設計調試好的,幾乎無法進行更改和配置,不便于學生認識和理解其硬件組成。學生在現(xiàn)有的硬件條件下可以完成軟件設計和實訓,而到實際應用領域,換成一個全新的硬件平臺和環(huán)境,可能會不知所措。
對物聯(lián)網實驗教學建設認識不足 我國的物聯(lián)網進入高速發(fā)展時期,但是當前的物聯(lián)網發(fā)展在我國的高等教育領域中所處的實際水平較低。建成完整物聯(lián)網實驗室并及時進行更新的院校只有十幾所著名院校,多數學院的實驗室還停留在互聯(lián)網實驗室的水平上,并且硬件設備老化比較嚴重。以上數據和我國院校的總數以及高等教育的規(guī)模相比可以發(fā)現(xiàn),物聯(lián)網這個新概念在高等教育領域還遠遠沒有深入人心。
售后服務不完善 教學設備供應商的售后服務水平一直是學校采購者關心的重要話題,也是采購成交評定辦法中所考慮的必備要素。如何提升售后服務能力,更是各供應商提升企業(yè)綜合競爭力的重要課題。而目前市場中生產教學設備的公司售后服務尚不完全,主要表現(xiàn)有:學校設備損壞不能得到及時維修;售后服務時間在項目質保期過后,供應商的履行能力下降,供應商為學校維修時經常收各種費用,學校會因辨不清真?zhèn)味ㄙM大量費用,造成資金浪費[7]。
5 物聯(lián)網教學儀器和設備對策研究
為推進物聯(lián)網專業(yè)建設進度、提高物聯(lián)網專業(yè)學生培養(yǎng)質量,針對現(xiàn)階段物聯(lián)網典型教學儀器和設備產業(yè)發(fā)展中存在的問題,從以下幾方面提出對策建議。
全面涵蓋物聯(lián)網核心技術,按需定制 將物聯(lián)網的相關核心技術(如物聯(lián)網通信和網絡、傳感和控制、嵌入式系統(tǒng)工程開發(fā)、RFID和物聯(lián)網數據融合及管理等技術)分散到不同物聯(lián)網實驗教學設備中,教師和學生可以根據自己需要,在設備上任意選擇相關技術模塊進行集成,實現(xiàn)自己的實驗設計,從而解決內容分散的問題,同時降低設備成本。
加強標準化建設,促進企業(yè)進步 企業(yè)首先要根據自身優(yōu)勢和資源等情況,定位即將來臨的物聯(lián)網儀器和設備的目標市場。其次,企業(yè)要進行選擇,確定企業(yè)戰(zhàn)略,制定企業(yè)總的愿望和目標。然后,企業(yè)量身定制企業(yè)標準化戰(zhàn)略。標準化工作應努力建立相關領域的全面視野,跟蹤本企業(yè)領域相關的研發(fā)重點和進展,分析技術先進性和適用性,了解群眾普遍接受的服務要求等,加快推進物聯(lián)網實驗教學儀器和設備標準體系的建設和相關國家標準制定,并積極參與相關國際標準的制定。
完善設備功能,促進教學發(fā)展 實驗設備應該提供從底層核心部分到各模塊、再到一個完整的模擬系統(tǒng)的一整套軟硬件資源,給學生提供組成物聯(lián)網系統(tǒng)的硬件和軟件基礎模塊,讓學生進行系統(tǒng)設計和模塊組裝訓練;同時,還應該提供一個核心的系統(tǒng)開發(fā)平臺和調試環(huán)境,提高學生的開發(fā)能力,這樣才能使物聯(lián)網教學儀器和設備具有較完善的功能。
加強聯(lián)合實驗室建設,加大政策實施 學校和企業(yè)要提高認識,積極推動物聯(lián)網專業(yè)教育和物聯(lián)網校企聯(lián)合實驗建設。學校需要科學制訂學院的發(fā)展規(guī)劃,統(tǒng)籌規(guī)劃建設資金,積極爭取企業(yè)支持,做好物聯(lián)網聯(lián)合教育和聯(lián)合實驗室建設。企業(yè)需要跟蹤學校學科和專業(yè)建設需求,將成熟的技術產品化,為學校提供滿足教學需要的實驗教學設備。
改善服務質量,提高服務品質 服務需要付出人力物力以及財力,教育設備產業(yè)也是如此。當前,學校和企業(yè)應分別設立維護維修專項資金,提供訂購維修等費用,使設備得到有效的保障與維護。同時也要嘗試服務外包,企業(yè)將非核心業(yè)務發(fā)包給本企業(yè)以外的服務提供者,減少企業(yè)的產業(yè)鏈,提高競爭優(yōu)勢。除此之外,還可以選擇戰(zhàn)略合作供應商,讓供應方與采購方達成一種長期互助合作關系,相應的,售后服務變得簡單方便。
6 結束語
高校是培育物聯(lián)網人才的集結地,是中國物聯(lián)網未來的希望。高校對物聯(lián)網實驗教學儀器和設備的選擇顯得尤為重要,物聯(lián)網教學儀器和設備的價格和性能也是很重要的因素。因此,研制和開發(fā)高性價比的物聯(lián)網儀器和設備應是目前物聯(lián)網研究的一個重要的研究方向。高校應加大對物聯(lián)網設備的投資力度,國家也需要加強對物聯(lián)網產業(yè)的投資和對物聯(lián)企業(yè)的政策支持,以促進物聯(lián)網實驗教學設備產業(yè)的發(fā)展。
參考文獻
[1]朱志亮,陳東紅.中國物聯(lián)網教育裝備現(xiàn)狀分析及前景探索[J].中國教育技術裝備,2013(18):4-7.
[2]閆雪.電信運營商在物聯(lián)網商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的定位[D].北京:北京郵電大學,2010.
[3]戴蕾.我國物聯(lián)網產業(yè)鏈構建研究[D].北京:北京郵電大學,2011.
[4]付永貴.基于分組教學的高校物聯(lián)網實驗室構建研究[J].中國教育信息化,2011(5):63-65.
[5]鄭兆銘.物聯(lián)網產業(yè)相關企業(yè)標準化之路的思考[M]//經濟發(fā)展方式轉變與自主創(chuàng)新:第十二屆中國科學技術協(xié)會年會(第一卷).北京:中國科學技術協(xié)會學會學術部,
2010:1-8.
關鍵詞:物聯(lián)網工程;知識體系;課程體系
作者簡介:朱金秀(1972-),女,江蘇常州人,河海大學計算機與信息學院(常州),副教授;韓光潔(1972-),男,黑龍江伊春人,河海大學計算機與信息學院(常州),副教授。(江蘇常州213022)
基金項目:本文系國家“物聯(lián)網工程”特色專業(yè)建設項目、江蘇省高等教育學會“十二五”高等教育科學研究規(guī)劃課題“‘卓越計劃’課堂有效教學方法”(KT2011174)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)16-0067-02
物聯(lián)網(Internet of things,IOT)的概念是在1999年提出的,根據2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)的定義,[1]物聯(lián)網主要解決物到物(Thing to Thing,T2T)、人到物(Human to Thing,H2T)、人到人(Human to Human,H2H)之間的互聯(lián)。這一高度交叉的新興前沿領域在國際上備受關注,美國IBM公司基于物聯(lián)網提出“智慧的地球”概念;中國科學院早在物聯(lián)網概念誕生之初就啟動了傳感網研究。2009年,無錫物聯(lián)網產業(yè)研究院成立,總理考察時提出“感知中國”的概念。2010 年3 月9 日教育部網站發(fā)出通知:我國擬針對互聯(lián)網、綠色經濟、低碳經濟、環(huán)保技術、生物醫(yī)藥等國家決定大力發(fā)展的重要戰(zhàn)略性新興產業(yè),在高校本科教育階段設立相關專業(yè)。這其中就包括增設物聯(lián)網專業(yè),以期為重要戰(zhàn)略性新興產業(yè)——物聯(lián)網相關產業(yè)培養(yǎng)高素質人才。
自2010年7月教育部批準30余所高校院系建設物聯(lián)網工程專業(yè)以來,中國電子學會物聯(lián)網專家委員會、教育部電子信息與電氣學科教學指導委員會、教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會一直高度關注物聯(lián)網及相關專業(yè)建設。全國高校物聯(lián)網及相關專業(yè)教學指導小組組織高校在物聯(lián)網專業(yè)的知識體系、課程體系、工程實踐和人才培養(yǎng)等方面進行了一系列的探索,國內高校也根據自身的情況對物聯(lián)網工程專業(yè)的課程體系進行了探索。[2-4]2010年7月,河海大學(以下簡稱“我校”)成為首批獲批物聯(lián)網工程專業(yè)的30所大學之一;2011年3月,我校物聯(lián)網工程專業(yè)成為第七批國家特色專業(yè)。物聯(lián)網目前屬于新興產業(yè),中國高校剛剛開始開設物聯(lián)網工程專業(yè),沒有成熟的經驗可以借鑒。筆者近年來致力于物聯(lián)網工程專業(yè)建設,分析物聯(lián)網工程專業(yè)的知識體系及核心知識領域,力求歸納物聯(lián)網工程專業(yè)建設的專業(yè)共性基礎,并結合我校特色,構建了物聯(lián)網工程專業(yè)的課程體系,以期為兄弟高校物聯(lián)網相關專業(yè)課程規(guī)劃拋磚引玉。
一、物聯(lián)網的技術體系分析
在業(yè)界,物聯(lián)網大致被公認為有三個層次,[1,5-7]底層是用來感知數據的感知層,第二層是數據傳輸的網絡層,最上面則是內容應用層。
感知層包括傳感器等數據采集設備,包括數據接入到網關之前傳感器網絡。感知層是物聯(lián)網發(fā)展和應用的基礎,RFID技術、傳感和控制技術、短距離無線通訊技術是感知層涉及的主要技術。
網絡層將建立在現(xiàn)有的移動通訊網和互聯(lián)網基礎上,其主要功能是直接通過現(xiàn)有的互聯(lián)網或移動通信網(如GSM、TD-SCDMA)、無線接入網(WiMAX)、無線局域網(Wi-Fi)、衛(wèi)星網等基礎網絡設施,對來自感知層的信息進行接入和傳輸。網絡層中的感知數據管理與處理技術是實現(xiàn)以數據為中心的物聯(lián)網的核心技術。感知數據管理與處理技術包括傳感網數據的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數據決策和行為的理論和技術。
物聯(lián)網應用層利用經過分析處理的感知數據,為用戶提供豐富的特定服務。云計算平臺作為海量感知數據的存儲、分析平臺,將是物聯(lián)網網絡層的重要組成部分,也是應用層眾多應用的基礎。
物聯(lián)網各層次間既相對獨立又緊密聯(lián)系。為了實現(xiàn)整體系統(tǒng)的優(yōu)化功能服務于某一具體應用,各層間資源需要協(xié)同分配與共享。以應用需求為導向的系統(tǒng)設計可以是千差萬別的,也不一定所有層次的技術都需要采用;即使在同一個層次上,對可供選擇的技術方案也可以進行按需配置。
二、物聯(lián)網工程專業(yè)知識體系分析
所謂專業(yè)體系就是把一個專業(yè)領域內的專業(yè)知識組織成專業(yè)干線清晰、知識點層次分明、結構銜接完整的一個知識框架。在分析物聯(lián)網技術體系的基礎上構建物聯(lián)網工程專業(yè)的知識體系,“物聯(lián)網工程”知識結構中的專業(yè)知識部分應能夠構成物聯(lián)網整體的框架并體現(xiàn)其關鍵技術。因此物聯(lián)網工程專業(yè)知識體系應包括感知層、網絡層和應用層的知識和系統(tǒng)整體架構與優(yōu)化的知識。對應的核心知識領域為:對應于感知層為射頻識別技術與無線傳感器網絡的技術;對應于網絡層為通信與網絡技術、異構網絡互聯(lián)與協(xié)同技術;對應于應用層為數據處理技術和信息安全技術;對應于物聯(lián)網整體的框架為物聯(lián)網應用系統(tǒng)設計和物聯(lián)網工程規(guī)劃與設計。
基于以上討論,物聯(lián)網工程專業(yè)的知識體系要能實現(xiàn)這樣的培養(yǎng)目標:培養(yǎng)造就具有物聯(lián)網技術基礎理論、物理信息系統(tǒng)標識與感知、計算機網絡理論與技術和數據分析與信息處理技術等相關專業(yè)知識;具有物聯(lián)網及其相關領域的系統(tǒng)、網絡、終端、協(xié)議等方面的研究、設計、開發(fā)能力以及組織和實施物聯(lián)網應用項目的能力;并在創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)意識、競爭和團隊精神以及外語運用能力等方面有良好的素養(yǎng),能適應國家現(xiàn)代化與信息化建設需要,為我國工業(yè)化和信息化融合、為信息產業(yè)服務的高層次、高素質的復合型和創(chuàng)新型高等工程技術與管理人才。
三、物聯(lián)網工程專業(yè)核心課程構成
物聯(lián)網工程專業(yè)課程體系應盡可能多地覆蓋本專業(yè)的知識體系。圍繞物聯(lián)網工程專業(yè)涉及的學科知識領域和知識點,該專業(yè)知識部分由四個部分組成:基礎類、感知類、網絡與通信類、數據處理與領域應用類。
基礎類課程為:數理類課程,例如高等數學或離散數學、線性代數、概率與統(tǒng)計、物理等;電路類課程,例如電路、模擬電子技術、數字邏輯與系統(tǒng)、高頻電子電路等;程序類課程,例如程序設計語言C、數據結構與算法、Java語言程序設計等。感知類課程為:射頻技術(RFID原理及應用)、傳感器技術(與設計)、微機原理與接口、模式識別與狀態(tài)監(jiān)控、物聯(lián)網定位技術、數據獲取與信息處理系統(tǒng)等。網絡與通信類類課程為:計算機網絡、射頻技術與無線通信、通信原理、無線傳感器網絡原理、短距離無線與移動通信網絡、物聯(lián)網數據庫技術等。數據處理與領域應用類課程為:物聯(lián)網工程導論、信號與系統(tǒng)、數字信號處理、嵌入式系統(tǒng)設計、云計算與云存儲、定位應用開發(fā)技術、物聯(lián)網工程規(guī)劃與設計、物聯(lián)網系統(tǒng)綜合設計、移動開發(fā)等。
四、物聯(lián)網工程專業(yè)課程體系構建探索
物聯(lián)網工程專業(yè)是以應用為驅動的專業(yè),專業(yè)人才的培養(yǎng)根據專業(yè)共性基礎和我校在物聯(lián)網方面的領域區(qū)域特色。因此我校培養(yǎng)模式堅持以水利特色為主導,發(fā)揮水利學科的傳統(tǒng)優(yōu)勢;整合優(yōu)化專業(yè)課程體系設計包括學科基礎課程群、物聯(lián)網工程專題課程群,使學生有興趣、有研究、有實踐地學習專業(yè)領域的知識,逐步地、系統(tǒng)地增長工程實踐能力、創(chuàng)新能力與科學研究能力。
學科基礎課程群:按基礎類、感知類、網絡類、應用類將相關課程分為四大課程群,有效克服每門課程各自為陣造成的“內容重復、銜接不緊”等弊端。物聯(lián)網工程專題課程群:根據專業(yè)共性基礎和我校在物聯(lián)網方面的領域區(qū)域特色,重點建立無線傳感網技術、物聯(lián)網應用開發(fā)兩個方向,明確制定各方向的課程體系,為學生提供充分的選課空間和時間,使學生的個性得到充分發(fā)揮。
1.無線傳感器網絡
該方向側重無線傳感器網絡與應用的研究,強調物聯(lián)網傳輸與網絡層的開發(fā)與實踐。通過課堂教學與實踐、畢業(yè)實習以及前沿技術講座等多種形式,學生將掌握扎實的無線傳感網絡的基礎理論,具有無線傳感網絡及應用軟件的開發(fā)和研究,方向重點是物聯(lián)網網絡層和感知層的研究與設計。
2.物聯(lián)網應用開發(fā)
該方向側重物聯(lián)網應用技術的研究,強調物聯(lián)網應用層的開發(fā)與實踐。通過課堂教學與實踐、畢業(yè)實習以及前沿技術講座等多種形式,學生將掌握扎實的物聯(lián)網技術的基礎理論,系統(tǒng)掌握物聯(lián)網基礎及應用軟件的開發(fā)方法和開發(fā)工具,方向重點是物聯(lián)網網絡層和應用層的研究與設計。并增加水聲通信技術、水聯(lián)網及水環(huán)境檢測應用作為我校的行業(yè)特色。
綜上所述,我校的物聯(lián)網專業(yè)課程體系結構如圖1所示。
在課程設置中,把行業(yè)應用特色納入個性化課程、專業(yè)課模塊,形成學術型和技術型兩套既有共性、又有個性的課程體系。該課程體系堅持以水利特色為主導,夯實基礎教學,為學生未來發(fā)展創(chuàng)造條件,以方向選修課為平臺,拓寬學生的知識和認識視野,妥善化解突出特色和拓寬視野間的矛盾。
五、結束語
物聯(lián)網工程專業(yè)不是以理論為主導,重點是工程應用,教學應該由應用來驅動,時刻做好準備,不斷調整教學內容。課程設置及內容應重在特色,在實施過程中,將高度重視特色專業(yè)點建設工作,大力加強課程體系和教材建設,改革人才培養(yǎng)方案,強化實踐教學,加強教師隊伍建設,緊密結合國家經濟社會發(fā)展需要,推進專業(yè)建設與人才培養(yǎng),切實為同類高校相關專業(yè)建設和改革起到示范和帶動作用。
參考文獻:
[1]ITU Internet report 2005:The Internet of Things[R/OL]..