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關鍵詞:互聯網;物聯網;IPv6;發展
中圖分類號:TP391.44
1 物聯網
物聯網作為泛在網發展的初級階段,主要融合一個或幾個網絡面向人與物、物與物的通信。為實現更加廣泛的互聯功能,把感知到的信息無障礙、高可靠、高安全地進行傳送,這需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術等融合。IPv6為物聯網廣泛應用鋪路,物聯網,簡單來說,就是物物相連的互聯網。或者說,是相比互聯網有著更多實體終端的應用技術。云技術為物聯網提供騰飛的翅膀。
物聯網在工作過程中,會將大量的實體終端通過網絡進行整合,并進行統一的處理與分配等。在物聯網的工作中,所有終端都會產生大量的數據,而過于龐大的存儲總量無疑是任何一個終端都難以獨立消化的。傳感器讓物聯網變得更智能,物聯網的最大特點與優勢便在于它的"聯"上。一方面,互聯網技術發展與應用需求呼喚IPv6。2011年2月,IANA宣布全球IPv4地址池耗盡,2011年4月,APIC宣布亞太地區可正常分配的IPv4地址池耗盡,另據預計,已分配我國的IPv4地址將在未來兩年內基本耗盡,這表明IPv4地址體系已無法為我國今后互聯網的發展提供足夠的“空間”,未來移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、三網融合、智能家電、電子政務、電子商務、電子物流、公共服務、位置服務等眾多潛在的互聯網新應用、新產業,已對IP地址空間提出了巨大需求。另一方面,IPv6將帶動今后互聯網技術與應用的發展。IPv6巨大的“地址空間”將為未來互聯網及其相關產業帶來巨大的“發展空間”,實現從IPv4向IPv6的過渡已成為今后互聯網發展的必然趨勢和必然要求。
2 將IPv6技術應用于物聯網感知層需要解決的一些關鍵問題
“讓萬物相連”,這是物聯網發展的美好愿景。然而,目前這一愿景卻無法實現,一方面是受到網絡、終端和技術的制約;另一方面則是IP地址的短缺。在IPv4地址已經分配完畢的今天,雖然通過地址轉換等技術可以暫時緩解短缺難題,但卻不是長久之計。唯有盡快在全球范圍內推廣IPv6技術,才能為物聯網的發展奠定基礎,助力其騰飛。只有IPv6能夠提供足夠的地址資源,滿足端到端的通信和管理需求,同時提供地址自動配置功能和移動性管理機制,便于端節點的部署和提供永久在線業務。IPv6是業界公認解決IP地址枯竭問題的“良藥”,有一句廣為流傳的話形容IPv6:“可以為地球上的每粒沙子都分配一個IP地址”。而“物聯網”最基本的要求是首先要為每個物體分配一個IP地址,才能實現物與物之間的通信。
互聯網技術發展與應用需求呼喚IPv6。2011年2月,IANA宣布全球IPv4地址池耗盡,2011年4月,APIC宣布亞太地區可正常分配的IPv4地址池耗盡,另據預計,已分配我國的IPv4地址將在未來兩年內基本耗盡,這表明IPv4地址體系已無法為我國今后互聯網的發展提供足夠的“空間”,未來移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、三網融合、智能家電、電子政務、電子商務、電子物流、公共服務、位置服務等眾多潛在的互聯網新應用、新產業,已對IP地址空間提出了巨大需求。IPv6巨大的“地址空間”將為未來互聯網及其相關產業帶來巨大的“發展空間”,實現從IPv4向IPv6的過渡已成為今后互聯網發展的必然趨勢和必然要求未來,如果業界能夠進一步加快IPv6的推進步伐,那么將呈現出物聯網和IPv6相互促進、共同發展的美好局面。一邊是IPv6地址資源的釋放讓越來越多物與物相連的應用實現,另一邊則是為了滿足物聯網對IP地址的旺盛需求,越來越多的運營商開始推出IPv6的商用服務。我們有理由相信,“萬物相連”并不是一個遙遠的夢想,在IPv6的支撐下,這必將成為現實。
“2011中國無線世界暨物聯網大會”作為國內最具權威性的無線技術產業國際盛會,旨在分享和推動無線技術領域技術革新,打造高端信息交互平臺,并發掘無線技術在物聯網產業中的市場機遇。一方面,互聯網技術發展與應用需求呼喚IPv6。2011年2月,IANA宣布全球IPv4地址池耗盡,2011年4月,APIC宣布亞太地區可正常分配的IPv4地址池耗盡,另據預計,已分配我國的IPv4地址將在未來兩年內基本耗盡,這表明IPv4地址體系已無法為我國今后互聯網的發展提供足夠的“空間”,未來移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、三網融合、智能家電、電子政務、電子商務、電子物流、公共服務、位置服務等眾多潛在的互聯網新應用、新產業,已對IP地址空間提出了巨大需求。另一方面,IPv6將帶動今后互聯網技術與應用的發展。IPv6巨大的“地址空間”將為未來互聯網及其相關產業帶來巨大的“發展空間”,實現從IPv4向IPv6的過渡已成為今后互聯網發展的必然趨勢和必然要求。
3 結束語
物聯網的前景是廣闊的,而隨著物聯網越來越受到重視,以及未來相關扶持政策不斷出臺,市場對于物聯網行業的預期也會不斷提高。IPV6是我們努力的方向,是全球化一個大的趨勢發展方向,是現代通信史上的一個非常重要的里程碑,可以看到,IPV6勢在必行,前景是無限光明的。
產業界各方會配合國家的發展的各項路線圖積極的行動起來,以市場的發展為導向,以地址過渡為契機,以市場的發展為導向,不斷提高自主創新的能力。一方面,互聯網技術發展與應用需求呼喚IPv6。2011年2月,IANA宣布全球IPv4地址池耗盡,2011年4月,APIC宣布亞太地區可正常分配的IPv4地址池耗盡,另據預計,已分配我國的IPv4地址將在未來兩年內基本耗盡,這表明IPv4地址體系已無法為我國今后互聯網的發展提供足夠的“空間”,未來移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、三網融合、智能家電、電子政務、電子商務、電子物流、公共服務、位置服務等眾多潛在的互聯網新應用、新產業,已對IP地址空間提出了巨大需求。另一方面,IPv6將帶動今后互聯網技術與應用的發展。IPv6巨大的“地址空間”將為未來互聯網及其相關產業帶來巨大的“發展空間”,實現從IPv4向IPv6的過渡已成為今后互聯網發展的必然趨勢和必然要求。
參考文獻:
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關鍵詞 物聯網 本科教育 教學設計
物聯網技術的發展的發展,它將計算機技術、通信技術以及微電子技術作為基礎,它利用射頻技術、傳感器、分布式計算、無線傳輸及實時數據交換等技術與互聯網形成了一個物物通信的架構和系統。物聯網作為第三次信息產業的發展趨勢,受到了我國政府、教育、科研、產業界的高度重視,各高校相繼申報和試行物聯網專業,預示著物聯網技術將成為未來發展的戰略進程,為人們的生產、生活提供了廣闊的發展前景,中國的物聯網發展已進入了一個全新的、難得的高速發展時期。
與此同時,以計算機技術與網絡技術為基礎的物聯網工程專業,也面臨著如何建設物聯網本科專業的嚴峻問題,從如何設置專業的培養方向,如何對培養的目標和課程教學體系建設,如何將學生的基本能力與社會發展需求相適應,本文將結合高校物聯網專業的相關實際進行探討,以期對相關決策者提供一定的參考與依據。
一、物聯網技術的發展現狀
物聯網技術的發展與我國的信息化建設息息相關,任何一項技術的出現及發展都必須與其社會發展背景相適應。經過很長一段時間的發展,信息技術作為推動物聯網技術發展的強力支撐,將伴隨著通信技術、微電子技術的飛速發展而日益成為促進社會經濟發展模式的新動力。中國互聯網信息中心在每年的網絡統計報告中指出,我國網民人數將近5億,位居全球第一位,我國在無線射頻技術、傳感技術等領域的不斷研究和實踐,已初步形成了覆蓋人與物的網絡信息技術系統,為物聯網技術與互聯網的接入提供了延伸和擴展。
通過對人的分析,我們可以概括出物聯網技術的所實現的功能。比如人是通過人的感覺器官來從外界獲得刺激等信息,并通過人的神經系統來講感知到的信息傳遞給大腦,大腦通過分析和處理,將感知的結果又通過神經系統傳遞給人的感官,通過感官的行為來作用于外界的事物。與此相同的是,物聯網技術的實質就是通過多種技術來實現對外界的信息的獲取,并傳輸給中央處理器,通過處理后將結構或指令傳遞給相關的電子設備或元器件,此項過程的完成是在計算、控制、通信、協調與自治中來實現對智能設備的管理與操作,從而實現對物的實時感知、動態反饋等。
二、物聯網專業與課程體系建設關系研究
(一)物聯網工程專業的設置必須與社會需求相適應
物聯網技術的發展具有“新、長、專”的行業特點,它不僅涵蓋更的新型技術,也與很多產業存在關聯,因此,對其發展必須由技術領域展開,逐步實現物聯網學科體系的全面深化和建設,在課堂體系設置上要根據社會、產業的發展需求,對課程體系的設計要結合國內外的先進的設置理念,十分審慎的規避風險,從而將“源學科”的專業優勢發揮出來。
(二)對未來社會就業崗位及就業能力進行相適應
物聯網工程專業不僅具有信息技術的特征,同時與工程技術緊密相關,對學科的分類與定位也是當前爭論的焦點。我們知道,物聯網技術的發展,主要依靠信息技術的傳遞來實現人、機、物的信息交換,從而將其歸屬于計算機學科比較合理。
(三)對物聯網技術專業與計算機專業之間的融合
物聯網技術是建立在計算機技術的基礎之上,必然要與計算機技術的學科產生交叉和影響,因此,在對其專業設置時,要從學科關系上確立計算機專業的地位,并對教材建設、師資配備上保持一定的相適應。
三、物聯網專業本科段的培養目標
制定合格的專業培養目標不僅關系到學生未來就業的成敗,同時對于提升院校的教育教研水平至關重要。為此,物聯網專業在培養目標上應該從以下幾個方面著手。
(一)課程體系建設方面
物聯網專業的課程設置必須遵循學生德、智、體、美全面發展的要求,在計算機技術、通信技術、軟件技術等領域里培養扎實的基礎,具備相應的職業道德,具備一定的工程技術理論知識,具備一定處理設計、集成、應用等一體化的技術能力。在課程開設方面要將高等數學、概率與數理統計、電路分析基礎、場論與復變函數、高頻電子技術、計算機語言程序設計技術、以及電磁場與電磁波、微波技術與天線等專業技術作為基礎理論課程。
(二)實踐實習是物聯網技術專業建設中的重要環節
通過對電子電工實驗室建設,為學生的實習與實操提供訓練場地,物聯網技術與工程技術具有緊密的聯系,特別是軟件課程設計、硬件課程實踐,對各種電子技術、高頻技術、以及通信原理技術都需要在其相應的實驗室進行實踐和操作,唯有此,才能為社會提供高水平、高能力的綜合性技能型物聯網人才。
(三)加強對物聯網專業的師資建設
師資力量是關系到專業開設成敗的重要方面,各高等院校在人才的引進與調度上要結合課程開設實際,特別是對于電子信息工程專業的高職稱的人才應該作為物聯網專業人才引進的重點。
總之,物聯網專業的發展必將對國家的發展戰略起到重要的推動作用,加強對物聯網專業的學科建設,著眼于未來,將計算機技術、信息技術、傳感器技術等學科的綜合優勢轉化為提高學生的綜合能力,為社會培養更多物聯網人才。
參考文獻:
[1]吳功宜.對物聯網工程專業教學體系建設的思考[J].計算機教育,2010(21).
我們將這樣的中間件稱作中間件2.0。
軟件技術最近十年來最大的變化和發展之一,就是中間件產業從無到有,并且不斷壯大。如今,中間件已經成為IT技術的基礎和各個巨頭收購兼并以構筑競爭優勢的領域。無論是在電子政務、企業信息化等IT應用中,還是在Web2.0、SOA、云計算這些技術領域,中間件都已經成為其中支撐的核心和重點。尤其是現在的互聯網時代,中間件越來越成為產業關鍵的基礎設施。
國外大的IT廠商最近幾年紛紛在中間件領域發力,進行產品和技術的整合。以Oracle為例,前幾年它熱衷于對PeopleSoft、Siebel等管理軟件廠商的并購,現在開始并購中間件廠商或者擁有中間件業務的廠商,如中間件廠商BEA和SUN、BI及績效管理中間件廠商Hyperion等。這其中非常關鍵的因素之一是中間件重要性的不斷提高。
IT應用的困局
我們通過對用戶的調查發現,現在用戶頭疼的并不是缺少IT系統,而是IT系統的整合困境――隨著業務流程的不斷復雜和業務需求的不斷變化,IT系統越來越不堪重負,這使得IT部門在企業中的威望越來越低。企業現在信息化建設的主要困境是:不是沒有系統,而是信息孤島太多;不是沒有數據,而是信息不一致,難以整合;越來越多的業務要跨互聯網異地運作,而業務運作的IT系統架構不同,難以協同;業務變化快,IT系統難以及時響應。于是,質量、效率、互操作和業務靈活性等問題,使得IT價值越來越難得到充分發揮。
解決這些問題,需要借助三個層次的方法才能解決:工程方法、整合應用和平臺支撐。先要使用企業架構和軟件工程的方法來構建IT系統,然后要搭建基于SOA的應用系統,最后要利用松耦合、具有互操作標準的平臺與技術。
所謂的松耦合、具有互操作標準的平臺與技術,就是中間件。
中間件發展四大趨勢
隨著互聯網的不斷發展和應用,企業需要將各種系統整合在一起。未來,系統間的邊界不復存在,需要實現真正的互聯互通。在社會加速發展和競爭不斷加劇的環境下,企業和機構面臨轉型和改革。要想成功轉型或者改革,僅僅依靠一套軟件是不可能的。它們需要的是信息化2.0時代的中間件,以及中間件所帶來的架構思想和工程方法。這樣的中間件,我們稱之為中間件2.0。
目前中間件的發展面臨四大趨勢:
趨勢一是中間件的外延會變寬變厚。隨著物聯網和云計算的產生和發展,軟件架構將走向融合化。從縱向看,越來越多的業務應用被抽象到中間件中。從橫向看,越來越多的技術被納入中間件領域。比如說,以往流程是在應用軟件中實現的,現在則可以通過流程引擎在中間件平臺實現。而且在中間件平臺實現的流程變成了可配置的變量,可以根據業務的需求經過簡單的重組輕易變更。再比如說,過去企業內部不同應用間數據的采集、傳輸、交換、安全控制等是通過安全軟件或通信軟件來實現的,現在這些功能則成為中間件的一部分。此外,以往業務規則是在程序中定義好的,而現在業務規則中間件則可以很好地實現這個功能。這也是為什么IBM要收購世界上最大的業務規則軟件企業ILOG。
趨勢二是中間件的平臺化,其中包括技術和產品的融合、內核的統一、編程模型的統一、管理模型的統一。未來,專業化的軟件會集成到統一、集成、融合的中間件大平臺中,在這個平臺上,所有的軟件產品和服務都基于一個內核平臺來發展或者擴充,所有的編程模型、管理模型都將使用同一種“對話”方式。
趨勢三是中間件支持云計算。無論是最下層的基礎設施及服務(IaaS),還是平臺作為一項服務(PaaS),亦或是應用作為一項服務(SaaS),云計算從技術上來講,都必須以中間件作為支撐。
趨勢四是支持后端平臺的深度融合。未來,互聯網可以看成是一個計算機,計算機前端是一個瀏覽器,而后端則把操作系統、數據庫、中間件等所有的系統整合成一個統一的云計算平臺。
總而言之,中間件的發展代表了互聯網的發展,一體化、深度融合將是未來中間件的關鍵詞,它既能支持基于互聯網的數據管理、異構計算、平臺服務,也能實現對應用、平臺的睿智洞察、自適應、自管理,還能支持開放式的按需集成,最終支撐一體化的互聯網平臺。
(1)調研目的
本次調研的主要目的是為了按照江蘇省區域經濟發展需求設置更加合理的專業培養方向;根據產業結構調整優化物聯網專業人才培養方案相關內容;明晰三維度動態能力集中相關能力需求;把握本專業人才需求狀況、確定本專業面向的崗位群、對本專業進行重新定位、同時剖析目前專業教育存在的問題與不足。
本輪調研主要目的在于及時掌握南京及江蘇省信息網絡技術產業規劃及發展狀況,及時了解產業結構調整對人才需求的變化,以及云計算、物聯網等新技術推動企業發展的信息。
在掌握企業崗位調整、崗位能力需求變化、用人變化等信息基礎上,考察同類院校在本專業設置及人才培養方案方面的變化,為2017級人才培養方案的調整和2016級人才培養方案的制定提供論證。
(2)調研對象
本次調研的主要范圍在江蘇省,兼顧長三角地區。調研的主要對象是不同規模和類型的行業企業,相關領域的行業專家、同類院校。
調研產業中企業崗位設置和用人需求主要是為了解人才需求種類和規模,明確專業培養定位。內容主要包括當前企業崗位名稱、崗位工作內容、崗位用人需求等。
調研崗位工作過程中能力需求主要是為明確人才培養規格,分析典型工作任務,構建學習領域課程體系。內容主要包括崗位工作任務的產生、執行、結束全過程,及完成崗位工作任務所需的知識和能力。
2 調研方法與內容
(1)調研方法
本輪調研根據不同調研對象及環境,采用不同調研方法,包括:
1)對企業訪談,聯系企業的技術部門、人力資源等相關部門,進行面對面調;
2)對合作企業、兄弟院校、畢業生主要采用問卷、現場、資料等調研方法;
3)對網絡媒體主要采用資訊報告、信息檢索匯總等方法進行調研;
(2)調研內容
圍繞調研目標,確立區域產業規劃、產業技術和經濟發展、用人需求、崗位需求、崗位工作過程所需能力等方面的調研內容。
調研區域產業規劃主要是為清楚了解江蘇省及南京市對物聯網產業的定位及規劃項目,及借此帶動的經濟發展和人才需求。內容包括江蘇省及南京市對物聯網產業的規劃、已設立及將設立的建設項目及投入規模等。
調研本區域物聯網產業技術發展和?濟發展,主要是為了解當前及未來一段時間產業發展的新動力及發展前景,并借此對未來人才需求作出預測。內容包括產業技術應用情況、產業經濟比重及增長情況等。
調研產業中企業崗位設置和用人需求主要是為了解人才需求種類和規模,明確專業培養定位。內容主要包括當前企業崗位名稱、崗位工作內容、崗位用人需求等。
調研崗位工作過程中能力需求主要是為明確人才培養規格,分析典型工作任務,構建學習領域課程體系。內容主要包括崗位工作任務的產生、執行、結束全過程,及完成崗位工作任務所需的知識和能力。
3 調研分析
(1)行業發展對本專業人才需求的趨勢
在調研中,了解到物聯網產業具有產業鏈長,涉及多個產業群的特點。物聯網的產業鏈從傳感器、芯片、軟件、終端,整機、網絡到業務應用,主要涉及芯片與技術提供商、應用與軟件提供商、系統集成商、網絡提供商、系統集成商、運營及服務商、用戶七個環節,包括了RFID芯片設計、二維碼碼制、電子標簽、讀寫器模塊、讀寫設備、讀寫器天線、智能卡、系統集成解決方案、專業性的軟件產品及解決方案、數據的傳輸承載網絡服務、終端接入控制、終端管理、行業應用管理、業務運營管理、平臺管理等技術。物聯網的應用領域覆蓋到工業、農業、交通、醫療、環境、娛樂、公共事業、安全等各個領域,在智能交通、物流管理、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等方面應用最為廣泛。
(2)企業對本專業人才的需求情況
1)人才需求分析
目前物聯網概念下的企業數量非常多,社會需求量也大,但是人才供給量很少,遠不成比例。且未來幾年,物聯網技術會在社會各領域中廣泛普及,因此這個專業的就業具有非常廣闊的前景。“十二五”期間物聯網產業重點領域包括智能交通、智能物流、智能電網、智能醫療、智能工業、智能農業、環境監控與災害預警、智能家居、公共安全、社會公共事業、金融與服務業、智慧城市、國防與軍事等。物聯網各主要領域均需要大量人才,據工信部統計,以下領域未來5 年對物聯網人才的需求量預估為:智能交通:20 萬;智能物流:20 萬;智能電網:100 萬;智能醫療:100 萬;智能工業:50 萬;智能農業:1000 萬。
2)崗位需求分析
從產業需求來看,物聯網人才總體上分可以分為研究型人才、工程應用型人才以及技能型人才三個類型:
研究型人才主要為研究生層次或研究型高校所培養的畢業生,是各類“研究型企業”或“高新企業”的研發部、研究院所亟需的人才。
工程應用型人才主要為各類本科學校或信息類高職學院畢業生,以從事物聯網系統設計、產品開發、物聯網項目實施等為主,包括RFID系統設計與開發、嵌入式軟件開發、網絡安裝調試、物聯網硬件開發、傳感技術開發、市場營銷、售前售后技術支持等工作。以系統設計、產品開發、工程項目策劃與實施為主的這類企業,在我國數量龐大,其需要的工程應用人才除了需要具備必要基礎理論知識的同時,更應注重工程應用技術能力的培養,加強工程實踐的實際訓練,突出技術應用能力、培養創新能力。
物聯網技能型人才往往需要較強的綜合能力,對各類高職院校培養物聯網高技能型人才提出較高要求,不但需要掌握物聯網基礎知識、業務知識,更要結合區域的物聯網產業情況,培養其技術應用能力、溝通交流能力和管理能力。
3)企業對畢業生職業能力的要求
調研結果可以看出,本次被調研的企業對學生的專業技術能力、基礎素質(如動手能力、應用分析能力以及理解交流能力)較為看重,特別是對就職者理解交流能力和應用分析能力的以及動手能力方面,因此,在做好學生專業能力培養的同時,重點打造他們良好的交流溝通能力和知識的應用遷移能力以及實操能力就顯得尤為重要。
4 關于專業的思考與建設
針對上述調研情況,我院計算機物聯網專業應繼續圍繞技能大賽、合作企業二大平臺,在師資力量培養、教學資源優化、學生實習實踐三方面加強建設。
關鍵詞:物聯網工程;課程體系;人才培養
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)13-3100-02
1 物聯網工程專業課程體系結構的現狀
物聯網(IOT,The Internet of Things)是互聯網的延伸,是未來網絡的發展趨勢。面對國家戰略性新興產業發展的需要,為了滿足人才培養的需求,教育部于2010年7月組織相關專業教學指導委員會的專家審批設置了物聯網工程專業。但整體而言,目前無論國內還是國外,物聯網的研究和開發都還處于起步階段,不同領域的專家對物聯網的研究有不同的角度,物聯網的系統模型、體系架構和關鍵技術都還沒有明確的共識,而且物聯網又是一門交叉學科,涉及到計算機、通信、電子、自動化等領域,內容繁多。因此怎么樣針對不同學校的特點建立有特色的物聯網工程的課程體系結構是普通高校進行物聯網教育的主要問題。
本文在分析物聯網體系架構、知識體系結構、關鍵技術的基礎上,對物聯網技術在平頂山區域特色經濟煤炭、電力、化工領域的應用進行深入分析總結,提煉出技術應用點和相應崗位的崗位技能、知識結構,并據此調整物聯網工程專業課程體系結構,使之培養學生能更好服務平頂山地方經濟發展,實現平頂山學院 “立足平頂山,面向河南,為區域經濟社會發展服務”的服務面向定位和“特色名校”的發展戰略。
2 物聯網技術在平頂山的特色經濟中應用
河南省平頂山市作為中原城市群中心城市之一,經過五十年的發展,已形成以能源和原材料工業為主體,以煤炭、電力、鋼鐵、紡織、化工、機電、建材、食品等工業基地為支撐的新興工業體系。隨著“十一五”期間我國向環保型、節約型社會發展戰略的轉變,平頂山面臨著整個能源和原材料產業體系的全面升級。升級的核心是利用現代信息技術手段改造傳統的粗放式生產模式,物聯網技術成為產業升級的主要推動力之一。但物聯網人才的嚴重匱乏成為制約這些產業升級的主要瓶頸。河南和平頂山的發展,需要一大批培養具有較高工程技術能力和創新精神的高級物聯網專業人才。
本文恰以此為契機,面向社會需求,調整課程體系,提煉平頂山學院物聯網工程專業的特色,力求專業建設和信息產業發展保持同步,不斷適應社會對人才需求的變化。
2.1 物聯網技術在煤炭領域的應用
本文在研究大量的國內外文獻和實地調查,發現物聯網技術在煤炭領域的應用體現在以下幾個方面:
1) 利用物聯網技術對煤礦井下人員、生產設備進行精確定位、自動識別、智能管理。在傳統生產中,地面人員難以及時動態掌握井下人員的分布及作業情況。因此,井下人數不詳、被困人員位置不清、通信不暢是災后應急救援急需解決的問題[1]。煤炭開采面臨的是移動的生產環境,大量的設備需要跟隨采掘的進度搬遷,煤炭企業的設備管理與運行維護水平普遍較低,導致效率低下,設備、材料損耗浪費現象嚴重[2]。利用物聯網技術對人員和設備進行準確定位和智能管理能有效提高煤礦企業的安全水平和設備的利用率;
2) 利用物聯網技術加強煤礦防爆電氣設備等安全標志產品管理(傳感器,無線網絡,監控系統開發),實現煤礦防爆電氣設備等礦用安全標志準用產品生產、運輸、倉儲、使用、維護等全程管控,可以有效地防止假冒偽劣產品用于煤礦井下[3];
3) 采用物聯網技術,實現瓦斯多級監管; 即使煤礦沒能及時實現瓦斯風電閉鎖,沒能將相關區域作業人員全部撤至地面或全風壓進風流處; 上級主管部門也能及時發現事故隱患,指導煤礦采取相應的防范措施[3];
4) 煤炭產量遠程監測,以物聯網技術嵌入式控制器為重點,可通過煤炭產量遠程監測系統,把物聯網技術運用于安全生產領域,使煤炭生產全過程置于嚴密監控之下[4]。
2.2 物聯網技術在電力領域的應用
智能電網是與物聯網最為密切的一個行業,物聯網應用于智能電網是信息通信技術發展到一定階段的必然結果,未來智能電網的建設必然產生世界上最大、最為智能、信息感知最為全面的物聯網。利用物聯網技術將能有效整合電力系統基礎設施資源,提高電力系統信息化水平,改善現有電力系統基礎設施的利用效率。
在研究大量的國內外文獻和實地調查的基礎上,該文總結物聯網技術在電力領域的應用的幾個重要方面:
實現按需發電,避免電力浪費。感知中心就是一個面向智能電網的傳感器網絡中樞,通過搜集家家戶戶的電表信息,可以計算出一定時間段的生活用電動態需求量,再將這一信息及時反饋到發電企業,按需發電,避免無效發電的成本浪費;在用電環節中,智能管理,節約用電。智能交互終端是實現家庭智能用戶服務的關鍵設備。它通過近距離無線傳輸和GPRS等通信技術,對家庭用電設備進行統一監控與管理,指導用戶合理用電,調節電網峰谷負荷,實現電網與用戶之間智能用電 [5];
此外,利用物聯網技術對公共設施用電進行智能控制。利用物聯網技術可以解決傳統控制方法中存在的問題,使得路燈監控脫離了人工干預,實現自動化控制[6];并且基于在線狀態監測的狀態檢修可通過物聯網技術獲得的實時可靠地在線數據,對數據和信息分析與管理并制定檢修計劃[7];
2.3 物聯網技術在化工領域的應用
傳統的化工在物聯網技術的推動下,也會出現新的局面。在進行大量研究的基礎上,我們發現物聯網技術未來在化工領域的應用主要體現在以下幾個方面:
1) 制造業供應鏈管理。物聯網應用于企業原材料采購、庫存、銷售等領域, 通過完善和優化供應鏈管理體系, 提高供應鏈效率, 降低成本;
2) 生產過程工藝優化。物聯網技術的應用提高了生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平[8];
3) 利用物聯網技術全程監控危險品供應鏈,在提高危險品供應鏈效率的同時,有效改善了危險品供應鏈的安全性能[9]。
3課程體系結構的借鑒和調整
在上面的論述中可以發現,定位技術、遠程監控技術、無線傳感網技術和遠距離信息傳輸技術在在平頂山特色經濟煤炭、電力和化工中應用尤其廣泛。根據這些應用點,可以準確把握這些領域對未來物聯網相關的崗位的能力要求和知識結構要求,從而調整物聯網課程體系結構,體現專業特色。
針對平頂山學院應用型本科教育的特點,我們制定物聯網工程專業的專業素養培養目標為系統地掌握物聯網的相關理論、方法和技能,具備基于計算機技術,通信技術、網絡技術、傳感技術進行信息標識、獲取、傳輸、處理、識別和控制的能力,能在物聯網的感知、接入、網絡、應用等不同層次進行嵌入式應用軟件的開發的高級應用型人才。
為了實現培養目標,學生的專業知識結構為掌握與物聯網工程技術相關的計算機、電子與通信學的知識,物聯網關鍵技術的基本理論、基本知識;掌握物聯網各個層次的嵌入式應用軟件設計、開發、應用和維護;
為了提煉專業特色,項目人員加大學生對掌握遠程監控技術,定位技術、無線傳感網技術和遠距離信息傳輸技術的工程應用的教學力度,并采用多種校企合作的模式,把企業生產中的實際問題引入課堂,提高學生利用專業知識解決實際問題的能力。
4 結束語
本文討論了物聯網工程專業課程體系結構的現狀和研究意義,提煉出物聯網技術在平頂山特色經濟煤炭、電力和化工中的應用點和相應崗位的崗位技能、知識結構,并據此調整物聯網工程專業體系結構,加大遠程監控技術,定位技術、無線傳感網技術和遠距離信息傳輸技術的工程應用課程,使學生能更好服務平頂山地方經濟建設。
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大數據在智能交通系統中的應用研究
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互聯網對于人們生活與工作的影響十分巨大,已成為推動經濟創新最為重要的驅動因素之一。可以預計,互聯網經濟將處于一個長期的發展過程,而現在僅僅是開始。
互聯網引起技術發展的融合。幾十年來,技術系統和設備沒有統一的通信標準。如今趨勢變了,無論是機器、消費品、家用電器還是車輛,其聯網數量都在快速增加。以往相互獨立的行業和產品領域幾乎在不經意間就產生了新的通信渠道。物聯網由此發展起來。在物聯網中,各種物體(如日常用品)可以自動地相互交換信息,也可以與人互動。物聯網在分散式控制的工業生產過程中具有應用潛力,包括對整個供應鏈狀態的實時監控。未來幾秒鐘之內就可以監控整個價值鏈網絡,并使其得到最優控制,特別是在消費方式以節約資源、提高能源利用效率和生產效率為導向時。第四次工業革命的商業潛力不僅存在于工業流程的優化,還在于其產品和服務具有眾多應用。
“工業4.0”的概念描述了由集中式控制向分散式增強型控制的基本范式轉變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化產品與服務的生產模式。在這種模式中,傳統的行業界限消失,并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變,產業鏈分工將被重組。應用程序模式是能夠說明這一發展趨勢的常見例子。這種模式在零售市場上提供的靈活性和多樣性也將為復雜的系統和基礎設施創造額外的價值。
在網絡世界中加入新的維度對于未來發展極為重要。例如,網絡化的智能傳感器和3D技術能實現可靠的環境監測。人們可以通過互聯網聽到、看到、感覺和體驗遠處的物體和日常情況。未來越來越多的智能技術還可以使所謂的智能對象、智能服務和智能網絡能夠獨立自主地應對復雜任務。擁有認知能力的服務機器人可以成為智能助手,能獨立、安全地處理事務,并能通過互聯網進行互動。嵌入式智能技術還有新的具體應用,如產品的生命周期管理。制造商會受益于與質量相關的信息反饋,用戶可以自動獲取售后服務,如必要的維修措施、新的應用程序和新的服務。
總之,數字世界與現實世界的結合使經濟發展進入新的階段,這為加強德國制造業提供了巨大機遇,為工業流程和工業服務創造了新機遇。
德國聯邦政府制定的《高技術戰略2020》旨在奠定德國在重要關鍵技術上的國際頂尖地位,繼續加強德國作為技術經濟強國的核心競爭力。其中信息通信技術顯得尤為重要,它幾乎是所有行業和應用領域的重要創新驅動器。在《高技術戰略2020》的行動計劃中,德國聯邦政府為未來項目“工業4.0”設立了雄心勃勃的目標:德國要成為先進工業生產技術(即網絡物理融合式生產系統)的供應國和主導市場。
關鍵詞:溫室;設施農業;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
農業物聯網是物聯網技術在農業生產、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,實現農業產前、產中、產后的過程監控、科學決策和實時服務[1]。
近年來,隨著物聯網技術的不斷發展,其應用已經涉及水產養殖與畜牧業、種植業、農產品加工、運輸與流通等農業領域。由于設施農業是在人為可控環境保護設施下的農業生產,更有利于物聯網技術助力設施農業實現精準高效,因此設施農業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的歷史及現狀
發達國家設施農業物聯網發展較快,20世紀后期就已經有基于網絡化、分布式的溫室環境控制系統研發的報道,這與他們先進的生產管理水平密切相關。英國研發出用于儲藏室或花園溫室的入侵警報系統和霜凍系統、通風加熱控制系統、遠程無線灑水系統等系列無線設備;日本研究開發出“Open Plannet,OP”雙向遠程監控系統,利用基于以太網的嵌入式網絡技術實現了溫室環境和視頻的實時動態監控[2]。荷蘭向花卉培育者提供植物生長控制系統,可以實現復雜環境下溫室植物的個性化追蹤管理。在美國,20%的精細農業都應用感知技術,在農業生產信息獲取、生產管理、輔助決策、智能實施中發揮了關鍵作用。美國加州研發出的“草莓培育物聯網系統”能夠實時監測植物的生長狀況,根據土壤和環境空氣的動態變化,自動啟動施肥澆水或溫度調節等智能設施。近年來,隨著一些發達國家大面積推廣精細化、自動化的農業生產技術,對農作物的生長環境進行監測,并針對作物生長需要進行生長環境、農業機械的自動控制,使得物聯網技術可以無縫接入,應用環境較為完善[3]。著名的系統有英國開發的農業管理與決策選擇系統、美國的作物決策管理系統等[1]。有此作保證才能真正實現農業生產管理的智能決策與控制。這其中,歐美發達國家尤其值得我們學習的是農業知識處理與應用系統開發方面,他們通過集成大量知識和農業生產流通第一線數據,來為品種選擇、土壤營養診斷、水肥管理、病蟲害診斷、農產品加工、流通等農業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達國家同步進行,在農業上的研究應用領域也較為廣泛。2011 年,農業部了《全國農業農村信息化發展“十二五”規劃》,包括北京市設施農業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個省市被農業部列為農業物聯網區域試點[4],我國農業物聯網發展駛入快車道。迄今全國已有8個省(區、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物聯網區域試驗工程先后啟動實施,并取得了階段性成果,也帶動了各地農業物聯網的發展。
成績較為突出的如:北京市重點開展了農業物聯網在農業用水管理、環境調控、設施農業等方面的應用示范,開發了與農業技術結合的墑情監測系統,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,實現了設施農業環境監測和農業用水精細管理[5]。江蘇省則開發了基于物聯網的智能農業管理平臺,側重對設施農業、豬舍生產環境進行監控,一定程度上實現了對農業設施的自動化管理,并逐漸開始進行規模推廣[6]。天津市建成了國際先進的農業物聯網平臺,實施了農業生產經營物聯網智能化控制與管理工程。應用種植業設施環境信息監測、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棟節能溫室的示范應用。此外,國內許多企業也加入到農業物聯網研發行列,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產品的同時,還提出了設施農業物聯網體系解決方案來構建設施農業智能控制系統,以適應各種類型和不同規模的生產需要 [7]。
2 物聯網技術在設施農業應用的發展瓶頸
雖然農業物聯網技術在我國設施農業中的應用成效較為顯著,但農業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、科研溫室等系統中有所應用,距離大規模商業化應用還需要一定時間。促進農業物聯網蓬勃持續發展,必須面對制約其發展的瓶頸問題。目前,我國設施農業物聯網發展中的主要問題可以概括為以下3個方面。
一是優質農業專用傳感器的缺乏。農業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、缺乏市場規模效應。在覆蓋面、適用性等方面還有很大提升空間[4]。”而且,國內產農用傳感器良莠混雜,質量參差不齊,性能不夠穩定,使得監測數據不夠準確,又沒有權威的評價標準,因此農業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。只有規模經營或者高效種養殖業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。目前國內農業物聯網的市場需求仍然是以設備采購、網絡接入為主,在設施農業生產上還主要停留在監測與初步分析環節,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、科研機構普遍較為重視,相信隨著科技的迅猛發展,大批低成本、低功耗、性能好的各類農業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信息補貼制度,加快推動將農業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、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,是農業物聯網發展到今天必須引起重視的核心原則和目標。
3 設施農業物聯網技術應用研究方向
設施農業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現農業生產規律,建立設施作物水肥管理模型、病蟲害發生預警模型等,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點的布控、設備系統的集成等;三是開發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;四是以農業物聯網技術應用研究為基礎,制訂操作性強的農業物聯網應用標準,如針對不同設施蔬菜種植制定物聯網栽培管理應用標準、蔬菜環境監測系統集成規范等,便于推廣應用;五是加強作物生理生態信息的監測與研究,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,有必要及早開始規劃并實施[8-9]。
綜上所述,隨著科技的不斷發展,農業物聯網技術設備將會日臻成熟,但要大規模推廣應用,得到市場的認可,還必須與各地區農業生產實際相結合,不能操之過急。要優先從基礎好、規模化程度高、產值高的行業入手,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,才能充分發揮農業物聯網的優勢。
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“物聯網概念”從“互聯網概念”衍生,將其客戶使用節點延展到任一物體與物體之間,進行數據互置和交流的一種聯網概念。它的含義是:經過發射信號辨認(RFID)、紅外線感知元件、GPS系統、鐳射掃描器等數據傳輸感應設備,按照事先定好的規則,把任一物品與網絡連接起來,進行數據互置和交流,以實現智能化辨認、確定位置、循跡、監視和操控的一種網絡概念。
二、物聯網產業的前景
自2009年8月總理提出“感知中國”以來,物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一,寫入“政府工作報告”,物聯網在中國受到了全社會極大的關注,2011年11月28日,中國工業和信息化部了《物聯網“十二五”發展規劃》,該規劃提出物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一,發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義。
三、高職院校開設物聯網專業的可行性
1、物聯網發展現狀
當今世界,中國發展物聯網與其他國家在同一起跑線上,前期擁有了一定的產業、技術和應用基礎,展示出蓬勃的進步趨勢。
行業崛起初具規模。無線發射信號辨認(RFID)產業市場規模超過100億元,其中低頻率和高頻率RFID比較成熟。全國有上千家企事業單位從事傳輸感應器材的開發、制造和應用,年產量達二十多億只,市場容量將近1000億元,其中, 微型機電系統(MEMS)傳輸感應器材市場規模將近200億元;通訊設備生產業具有一定的全球競爭力。建成世界最大、技術先進的公眾互聯網和通信網。機器到機器(M2M)終端數量接近1000萬,形成世界最大的機器到機器市場之一。據相關統計,我國2010年物聯網市場規模接近2000億元。
當前,全球眾多站在科技前鋒的國家和企業紛紛感到了即將由“物聯網”引發的科技與經濟的革命,中國更是迫切提升對物聯網的認識程度,并加快推動物聯網的發展。
2、物聯網的應用推廣
目前,物聯網在我國安全防衛、交通運輸、電力行業、物資流動、環境保護、醫學治療等范圍已取得應用,且使用方式正日臻完善。在安全防衛領域,視頻監管、周圍邊際防止侵入等應用領域已取得明顯效果;在電力行業,遠距離獲取表數、輸電變壓監測等應用正在漸漸發展;在交通領域,路路網絡監察測測、交通運輸工具調度和管理等領域正在發揮正面作用;在物資流動領域,貨物儲藏、運輸、監控應用大面積推廣;在醫學治療領域,個人身體監控護理、遠距離醫療等應用日趨成熟。除此之外,物聯網在市政設施監控、環境監測、食品藥品尋找源頭、建筑節能等方面也開展了廣泛的應用。
3、物聯網面臨的形勢
當前是我國物聯網從起步階段進入規模發展的時期,機遇與挑戰并存。全球競爭日漸迅猛。美國在最新的國家創新戰略中已將物聯網上升為重點之一;歐共體策劃了加快物聯網發展的詳細行動綱要;日本制定了將物聯網作為重點戰略領域之一的 U-Japan計劃;韓國的IT839計劃將物聯網作為三大基礎建設重點之一。先進國家一方面加快標準制定和產業化進程,謀求物聯網在未來的大規模發展及國際競爭中占據有利位置,另一方面加大力度發展嵌入式操作系統、智能計算、傳感器節點核心芯片等核心技術。
科技創新日益明朗。我國的信息技術經過多年的發展已經取得長足的進步,物聯網是新一代自主創新打開局面的重點方向,巨大的創新空間蘊含其中,在傳輸感應元件、芯片、短距離傳輸、超量數據處理以及綜合集成、應用等領域,自主創新項目日益增多,創新技術不斷增加。隨著物聯網在各行各業的應用不斷推進,將加速帶動大量的新應用、新產品、新模式、新技術。
應用需要持續延伸。目前,我國將以加速改革經濟前進模式為關鍵,進一步關注經濟質量和提高人民的生活水平,迫切需要應用涵蓋物聯網在內的新一代信息技術更新改造傳統產業,增加傳統產業的經濟效益和產品質量,提高家庭生活智能化程度、公共服務和社會管理。廣闊的市場需求將為物聯網帶來巨大的發展空間和寶貴的發展機遇。
4、物聯網產業人才需求現狀
我國雖然對物聯網產業高度重視,但與歐美發達國家相比,還存在著一定的差距。其中物聯網人才的缺乏就是制約我國物聯網產業發展的瓶頸之一。以物聯網產業重點領域智能電網為例,據美國思科公司的產業報告:智能電網的規模是互聯網的1000倍。隨著數字化經濟和低碳環保經濟的發展,可再生能源等分散式發電能源不斷增加及節點入網,智能電網將減少用電高峰期的負荷,確保電網的安全性與可靠性。未來5至10年智能電網與新能源電力產業人才將達到百萬人。
這說明我國對物聯網專業人才的需求是很大的,物聯網產業的競爭說到底還是人才的競爭。物聯網產業對人才的巨大需求,為高職院校開設物聯網專業提供了有力的契機。
5、高職院校與本科院校開設物聯網專業的比較
2010年初教育部下達了高校設置物聯網專業申報通知,眾多高校爭相申報。由于物聯網涉及的領域非常廣泛,從技術角度,主要涉及的現有高校院系與專業有:計算機科學與工程,電子與電氣工程,電子信息與通訊,自動控制,遙感與遙測,精密儀器,電子商務等等。物聯網專業可能會在上述這些院系中開設。 與物聯網應用相關的專業, 如建筑與智能化,土木工程,交通運輸與物流,節能與環保等等,可能會考慮開設選修課或在研究生、博士生階段設置相關交叉學科的學位。國家首批批準開設物聯網專業的就有30多所大學
那么高校設置物聯網專業是不是就意味著高職院校不必再開設物聯網專業了呢·其實二者并不矛盾,因為物聯網產業本身需要的人才就是方向多樣、層次立體的。不但需要高端的軟硬件設計、系統開發人員,也需要低端的施工、調試及維護工作人員。高職院校的學生雖然沒有本科學生基礎知識扎實,但是他們課程設置靈活,實踐環節與頂崗實習較多,相比之下也有自身的優勢。所以高職院校開設互聯網專業是可行的。
作為直接服務于地方經濟的高職院校,要抓住新時期的歷史機遇,及時準備開設物聯網專業,為我國物聯網事業的發展儲備人才。
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