美国物联网发展对我国智能交通物联网的启示

美国物联网发展对我国智能交通物联网的启示物联网是最近几年的热门话题，作为新兴产业在“十二五”期间将扮演着重要的角色。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。随着政府的大力扶持与技术和标准的成熟，智能交通物联网会是物联网发展的重要领域，将朝着大规模网络化、集成化和面向服务化发展，成为智慧城市的重要组成部分。而美国作为物联网这一技术的发源地，一直也将其作为一项研究重点着力发展。本文通过对美国物联网的发展历史和现状的探讨，从中得到我国未来发展智能交通物联网的启示。一、物联网基本概念1.基本定义物联网（InternetofThings，也被称为WebofThings）这一概念首次提出是在1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上。当年，一群科研人员在美国麻省理工学院建立了“自动识别中心”，提出日常生活中万物均可通过网络互相连接，世界上首例“物联网”概念由此产生。“物联网”概念是在“互联网”概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2.物联网的本质和关键技术物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的物一定要具备自动识别与物物通信（MachinetoMachine，M2M）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。物联网产业链可以细分为感知、处理和信息传送三个环节，每个环节的关键技术分别为传感技术、智能信息处理技术和网络传输技术。传感技术通过多种传感器、RFID、二维码、GPS定位、地理信息识别系统和多媒体信息等多媒体采集技术，实现对外部世界的感知和识别；智能信息处理技术通过应用中间件提供跨行业、跨系统的信息协同及共享和互通功能，包括数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务和信息呈现等；网络传输技术通过广泛的互联功能，实现对信息的高可靠性、高安全性传送，包括各种有线和无线传输技术、交换技术、组网技术和网关技术等。二、物联网在美国1.发展历程“最深邃的技术是那些‘消失’的技术，它们融入到日常生活的基础结构中，令人难以分辨。”这是上世纪90年代初，信息产业还处在个人电脑时代时，计算机科学家和思想家马克•魏泽尔对计算机和网络未来的展望。1991年，普适计算的概念被提出，它具有两个关键特性：一是随时随地访问信息的能力；二是不可见性，通过在物理环境中提供多个传感器、嵌入式设备，在用户不察觉的情况下进行计算和通信。美国国防部的研究机构资助了多个相关科研项目，美国国家标准与技术研究院也专门针对普适计算制定了详细的研究计划。普适计算总体来说是概念性和理论性的研究，但首次提出了感知、传送、交互的三层结构，是物联网的雏形。1995年，比尔•盖茨在其著作《未来之路》中提出物联网的概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出EPC系统的“物联网”概念。他们认为，物联网就是将所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了传感网的概念。美国国防部在2000年时把传感网定为五大国防建设领域之一，仅在美墨边境“虚拟栅栏”（即防入侵传感网）上就投入了470亿美元。2008年7月，美国国家情报委员会发表的《2025年对美国利益潜在影响的6种关键技术》报告将“物联网”技术列入其中，认为物联网技术存在裂变性的影响能力，将对人类社会的生产和生活带来巨大的影响。美国IBM公司2008年11月，IBM对外公布了“智慧地球(SmarterPlanet)”战略。其中提到，在信息文明的下一个发展阶段，人类将实现智能基础设施与物理基础设施的全面融合，实现IT与各行各业的深度融合，从而以科学和智慧的方式对社会系统和自然系统实施管理。“智慧地球”可以分成两个部分。一为地球部分，主要包括人、企业、机构、社会团体、生态系统等等；另一为智慧部分，主要包括三方面，最基础的是电力，在此之上是通信，再其上是IT，这三方面的融合效应产生了“智慧”。当智慧部分和地球部分这两端连接在一起后，就形成了IBM对“智慧地球”认知的3个“I”：物联化(Instrumented)，即更透彻的感知，任何事物或人群都可以被感知到；互联化(Interconnected)，即更全面的互联互通，人与人，人与物和物与物之间都可以无障碍地互联互通；智能化(Intelligent)，即更深入的智能分析，通过IT手段使互联互通更加智能。“智慧地球”提出，把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。2009年初，美国总统奥巴马就职后，明确提出将新能源和物联网列为振兴美国经济的两大武器。2.现实应用微软公司创始人比尔·盖茨著名的高科技豪宅就是应用物联网技术提升生活品质的一大例子。这座位于美国梅迪纳市华盛顿湖畔的住宅建于上世纪90年代，整座建筑物埋设了几十公里长的电缆和光纤，几乎所有设施都通过网络连接在一起。比如大门外装有天气感知器，可以根据各项气象指标通知空调系统控制室内温度和通风情况；主人在回家途中只要打个电话发布指令，家里的浴缸便开始放水调温。尤其是，每个受邀来访的客人都会领到一个含有电子标签的胸针，其中储存有每个人特有的温度、湿度以及对灯光、音乐等的喜好。无论你走进哪个房间，这个电子标签都会通过传感系统与周围设备交流，于是房间内的温度便会根据你的舒适度做出调整，扬声器会响起你喜爱的旋律，投影仪则会在墙壁上投射出你熟悉的画作……如果说盖茨的豪宅只是大人物的奢侈品，那么全球零售业巨头沃尔玛力推的RFID战略则让物联网离普通人的生活更近了。沃尔玛在美国开设了一家“未来商店”，以物联网为其核心项目，应用于送货、店面和后仓库商品的传递，以及管理货架。对沃尔玛来说，大力推广物联网RFID系统，不仅可以方便顾客购物，还有利于对商品运输、仓储、配送、上架、最终销售，甚至退货处理等环节实施监控，大大降低物流成本，提升物流供应链管理水平。此外，这一系统还可以帮助沃尔玛了解顾客的消费模式，创造新的商业和营销模式。在“未来商店”购物车上，装有一部被称为“个人购物助理”的电脑，顾客可以通过它获知产品信息。一个典型的“物联网RFID系统”包含三部分：标签、天线和读写器，标签附着在商品上，里面记录了关于商品的各种数据，并且通过天线向外发送，而读写器用来接收数据，并进行判断。目前，美国有不少企业在为物联网提供技术支持。IBM提供的一系列RFID和传感系统解决方案，最近已与多家公司签订协议，在食品运输、汽车物流等领域开展物联网服务。还有许多新生的小型公司也在这一领域谋求发展，如有家国际公司主要针对物联网中数据储存和传输环节做细分市场服务，帮助客户在世界范围连接和共享来自物体、设备、建筑和环境的感应装置实时数据。三、对中国智能交通物联网的启示1.物联网应用于智能交通我国早在十多年前就开始了物联网相关领域的研究，技术和标准与国际基本同步。突破了一批关键技术，形成了一定产业规模，并在国际标准制定中取得一定话语权。智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域的示范应用在北京、上海、广东、浙江等其他省市已初步展开。物联网的发展将推动智能化的进程。物联网并不仅仅是概念，而是一种理念，已经在多个行业显现物联网的雏形。从短期看，在铁路、交通、电力、治安、石化、城市管理等各个领域，物联网已展开布局。从中期看，无锡物联网产业基地的产业集聚效应逐渐形成，各地政府也在积极推动。从长期看，政府将有一系列政策推动和行业标准制定，待盈利模式成熟，行业将获得大范围推动。作为物联网产业链中的重要组成部分，智能交通具有行业市场成熟度较高，行业传感技术成熟，政府扶持力度大的特点，在建设“数字城市”和“智慧城市”的口号中，智能交通系统在许多城市已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年物联网产业发展的重点领域。物联网在智能交通领域已有雏形，例如“车-路”信息系统一直是智能交通发展的重点领域。在国际上，美国的IVHS、日本的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，实现智能交通的管理和信息服务。然而要在交通领域做到无处不在的感知网络，还需要一段时间。现阶段物联网的基本技术为RFID技术与传感器网络技术。RFID具有车辆通信、自动识别、定位和远距离监控等功能，是物联网的基本感知和识别技术之一，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常广泛的应用。目前，RFID技术主要在智能公交定位管理和信号优先、智能停车管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费、高速公路多义性路径识别及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。基于RFID等标签技术的车联网概念也开始被通用、大众等汽车产商提出。“车联网”的概念更能体现RFID等物联网技术的应用。“车联网”是指装载在车辆上的电子标签通过RFID等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。传感器网络技术也应用于交通系统的监控等应用中。近年来，美国、日本和欧洲的发达国家正加紧研究基于无线传感器网络的智能交通监控系统。例如，密西根科技大学2004年提出将无线传感器网络用于智能交通，并对节点间组网及信息交互进行了仿真与试验；K.Xing等人提出基于无线传感器网络的高速公路安全预警新方法，很好地迎合了ITS大会所提出的“零伤亡，零延迟”的目标。除了RFID技术与传感器网络技术，3G技术的发展也给智能交通的信息传输带来解决方案。3G技术的发展和3G网络的商用，为智能交通的数字、语音和视频图像等信息的实时传输、监控、调度发挥了重要作用。影响道路通畅的基本因素为：人、车、路、环境这四个基本元素。智能交通物联网系统应该分为以下主要功能模块：一、信息检测感知系统。通过磁、RFID、GPS等传感器手段检测道路车辆实时流量；通过雷达等传感器手段监测车辆实时车速；通过视频传感器画面实时监测交通事故事件。通过以RFID技术和传感器技术在获取物体接入的智能的状态信息，对物理世界和虚拟世界进行建立。二、信息网络系统。传感器采集的信息可以通过互联网、3G或其他方式将数据发送至数据处理中心，组成大规模网络。有了虚拟世界以后可以通过实时数据的采集，经过大量的网络智能化的计算形成物和物相连，形成整个系统协同的运作。三、信息处理与决策系统。包括网络数据收集中心；数据智能处理分析中心；智能交通路线诱导系统；照能控制系统；交通环境控制系统等。物联网是把物品智能连接起来，采用云计算等智能计算的技术对信息进行分析和处理，提升对物质世界的感知能力，实现决策和控制，为社会提供先进的基础设施物联智能网络，更好地服务于交通管理。2.相关启示首先，作为物联网的关键技术之一的RFID，2010年以来，随着经济形势的好转和物联网产业发展等利好因素推动，全球RFID市场也持续升温，并呈现持续上升趋势，预计2012年，市场规模将达到212亿美元。其中，欧美市场领先全球，是当前主要的区域市场。飞利浦、西门子等半导体厂商基本垄断了RFID芯片市场；IBM、HP、微软等国际巨头抢占了RFID中间件、系统集成研究的有利位置；Alien、Intermec、Symbol等公司则提供RFID标签、读写器等产品及设备。美国的RFID应用已经从军事应用为主，向交通、车辆管理、身份识别和仓储管理等领域延伸。相比之下，中国RFID与物联网产业在核心技术突破、核心产品研发方面还存在很多问题，在物联