物联网技术及应用探讨

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摘 要： 根据计算机与网络技术的发展现状，从实际应用角度，阐述物联网技术的构成和特点，探讨电力物资管理应用物联网技术以提高物资管理水平与效率的一些设想。

关键词： 物联网；电力物资管理；技术应用

0 前言

自从进入21世纪，科技的进步已受制于计算机与网络技术的发展，人们的生产、工作、生活等各方面，越来越依赖于大型计算机、个人电脑及互联网。网络应用的广泛性、以日新月异、层出不穷的方式出现在人们面前。现代社会广泛应用网络，使得社会经济在高速中有效运转。任何事物的发展，都有它的必然性和偶然性，2008年美国的IBM公司提出“智慧地球”概念，得到美国总统奥巴马的积极回应，并因此使物联网引起了各国的关注。

1 物联网的认知

物联网从字面上可以理解为物物相联系的互联网，是以强大的计算机网络为基础和支持，并以此网络为核心进行向外延伸、扩展形成的新的意义网络，其用户端通过网络已延伸和扩展到众多物品与物品之间，进行数据交换和通信，使许多全新的系统功能得以实现。当前普遍认可的是：把所有物体通过射频识别技术（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按照规定协议用有线和无线方式与互联网连接起来，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。如果说互联网沟通着人与人之间的通信交流，那么物联网也可以实现人与物之间的通信，甚至物与物之间的通信，物联网的概念模型。

从图中可以看出，物联网的建设离不开信息化的支持，通过全面广泛的传感技术获取物体的特征信息，在无处不在的网络上较好地传输物体信息，并用智能化处理技术对海量数据进行分析和处理。

物联网的基本工作原理是：首先是对物体属性进行标识，属性包括静态和动态属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时进行探测；其次，需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；最后，将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算，处理中心可能是分布的，如个人电脑和手机，也可能是集中的，如电信运营商的因特网数据中心（IDC）。

2 物联网总体架构及特点

物联网基本体系具有典型的层级特性，一个完整的物联网系统一般来说包含五个层面的功能：信息感知层、信息网络层（含信息接入层和信息处理层）、信息应用层。

2.1 信息感知层

感知层是由遍布各种建筑、楼宇、公路桥梁、车辆、地表和管网中的各类传感器、二维条形码、RFID标签、RFID识读器、摄像头、GPS、M2M设备及各种嵌入式终端等组成的传感器网络。感知层的主要功能是实现对物体的感知、识别、检测或采集数据，以及反映与控制等。感知层的主要任务是将大范围内的现实世界的各种物理量通过各种手段，对各种信息进行标记，并通过传感等技术，将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其实时并自动转化为虚拟世界可处理的数字化信息或数据。

物联网感知层所采集的信息主要有如下种类：传感信息，如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等。物品属性信息，如物品名称、型号、特性、价格等。工作状态信息，如仪器、设备的工作参数等。地理位置信息，如物品所处的地理位置等。

感知层中信息采集涉及的典型技术如RFID（射频识别）、各种传感器等。当需要对供应链管理中的物资进行跟踪时，通过RFID标签、RFID读写器、RFID中间件，就可以实现供应链的透明管理。

2.2 信息网络层

物联网的信息网络层是在通过感知层设备采集大量信息后传递到网络层，由网路中的信息接入层和信息处理层完成信息数据的分析、处理，而后将设定需用的信息传递给使用者。按照功能不同将网络层细分为信息接入层和信息处理层。

信息接入层，接入网络是各类有线和无线节点、固定与移动网关组成的各种通信网络与互联网的融合体，是物联网中相对成熟的部分。现有网络包括互联网、广电网络、通信网络等。接入层的主要任务是将信息采集层采集到的信息，通过各种网络技术进行汇总，将大范围的信息整合到一起，以供处理。

信息处理层，信息处理层就是中间件层，是用于收集和处理海量数据的软件。它由目录服务、U-Web服务、管理、建模与管理、内容管理、空间信息管理等组成，实现对应用层的支持。信息处理层的主要任务是将信息接入层汇总而来的信息，进行分析和处理，从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。信息处理层典型的技术如GIS地理信息系统。

2.3 信息应用层

应用层是物联网在各个行业的垂直应用层面，是将物联网技术与各行各业的应用环境无限融合，实现无所不在的智能化应用，如物流业、安全检测、农业、灾害监控、危机管理、军事、医疗护理等领域。

3 物联网的特点

对物联网的构想，可以将其作为一个“巨型机器人”来设想，它像一个无形的、无处不在的机器人，服务社会的方方面面。它通过云计算和高效传输，将终端能力聚合在一起，成为超级智能网络。感知层是它的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉；接入层是它的神经元，将各种感觉及时、准确地传递给大脑；处理层是它的大脑，对接收到的信息进行高速、高效的运算；应用层是它的行为，对于信息运算结果作出迅速反应。

物联网的三大特点：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体信息的“全面感知”；通过无线网络和互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户的“可靠传递”；利用云计算、数据挖掘及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施控制的“智能处理”。

4 RFID射频识别技术

RFID射频识别，又称电子标签，属于一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签分为被动、半被动、主动三类。被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点，目前市场的RFID标签主要是被动式的。RFID技术主要用于绑定对象的识别和定位。通过对应的阅读设备对RFID标签进行阅读和识别。

RFID技术可以为传感网实时自动地采集各类信息，具有识别距离远、存储量大、读取速度快、可应用范围广的特点，是目前比较先进的一种非接触识别技术。对物联网中各个实物的识别，就是基于RFID技术对在物联网中被管理或被识别的物体上贴上RFID电子标签，标签内存储该物体的相关信息，物体与标签是一一对应关系，即每一物理实体对应着其存储的标签内的唯一标识。通过RFID识读器，可以读取标签内的识别代码等信息，在提取被管理或被识别对象的标识等内存信息后，上报给信息服务器，经处理存储在分布式数据库里，终端用户通过查询服务器获得该物体的各种特征信息，经控制计算机做进一步处理，由此完成与该物体有关的信息查询、识别、定位、跟踪、监控和管理等工作。

整个信息系统的运行都将基于互联网，在需要监测的区域内嵌入或装备大量的传感器节点，即大量的RFID电子标签和RFID识读器，组成无线网络系统，这些网络节点不仅具有通信功能，而且具有特定信息感知功能，它们之间可以不经中心控制器进行相互通信，具有坐地感知、采集和处理网络所覆盖区域内被感知对象的信息，然后在计算机互联网的基础上，通过无线数据通信技术，在RFID识读器和被管理或被识别对象之间实现无接触信息传递，利用所传递的信息达到管理或识别对象的目的。

基于以上分析可知，物联网RFID技术可以实现对被管理对象的自动识别和数据捕获，实现无人值守的自动监测与报告作业，并且整个管理工作不需要人工干预，大大降低管理成本，有利于物联网在产品生产线自动化管理、物流管理和配送、生态环境监测保护、安全检测与监控等领域的推广和应用。

5 物联网在电力物资管理领域的应用

近年来，南方电网公司为提升物资管理水平与效率，积极构建物资供应链管理体系，其中“大仓库、大配送”物流管理工作的开展，充分实践了供应链管理的核心内容。要实现在五省区范围内，对400多个中心仓库及区域仓库的大仓库管理、大配送管理，需要进一步借助现代物联网技术的推动力，实现仓库物资管理的动态、准确及物资配送的全过程可控。

物联网的出现改变了传统的电力物资管理方式，使得设备采购方、使用方、生产商均可以准确掌握电网设备的详细信息，跟踪设备的足迹。为电网企业带来敏捷智能的供应链变革，它成为电网企业在供应链过程中实现信息交流和管理的先进技术。

通过设计开发仓库基本信息查询功能模块，地图上展示仓库地理位置，让用户一目了然，并轻松掌握全网物流仓库地理信息。搭载WebGIS高速图形引擎，全网各分子公司物流仓库及供应商仓库通过地图方式显示。对于物流配送过程的管理，仓储配送车辆安装GPS全球定位系统，实时掌握配送物资运输全过程信息。按照用户习惯来定制功能界面，也可以通过查询功能过滤出用户关心的仓库地理及库存信息，通过与物资管理系统无缝接合，提供查询包括自建仓库、施工单位仓库、供应商仓库在内的所有仓库及库存的信息。

对于电网设备，实现设备全生命周期管理，从产品原材料开始，授予资产编码并嵌入RFID标签，记录产品生产、流通的整个过程。设备运行单位只要通过标签识读器，就可以迅速、准确查询到单台设备从原材料、生产、到货、验收、运行、检修、退运的全生命周期信息。

6 结束语

目前，国内电力系统应用物联网技术还处于起步探索阶段，相信随着技术标准的逐渐成熟和相关软硬件成本的不断下降，物联网技术将会在供电系统中普遍应用，为提高电网企业的管理水平及效率发挥越来越突出的作用。