第三节 2010-2015年物联网其他主要领域应用分析

一、食品溯源

近几年发生的震惊世界的疯牛病、二恶英中毒、瘦肉精等社会公共事件,不仅给人类带来无法估量的灾难和经济损失,而且使得动物性食品安全问题成为全球关注的焦点问题之一。加强对动物性食品安全的监督管理工作,尽快解决动物性食品安全中存在的问题,已成为当前一项十分紧迫的任务。目前各畜牧养殖场都在寻找和采取各种手段加强对动物的识别和跟踪管理,以提高自身产品的价值和市场竞争力。
在 20世纪以前人们通过在动物身上烙印来识别动物,后来又通过条形码标签对动物进行管理。前者由于存在对动物虐待的问题,因此应用越来越少;后者虽然成本低,但是,要将阅读器放在条形码标签上,才能识别动物编号,所以不适用于全自动化的跟踪管理过程。无线射频识别(radio frequency Identification,简称RFID)是一种非接触的自动识别技术,它不仅具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息可更改等优点,而且是唯一可以实现同时识别多个目标的自动识别技术。因此将 RFID技术应用到动物食品安全监管中成为一种发展趋势。
1 RFID技术
1.1 RFID系统组成
应用 RFID技术组成的自动识别系统称为 RFID系统。RFID系统主要由 3部分组成:
(1)射频卡(tag,也叫电子标签):由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信。
(2)
阅读器(reader,也叫读写器):读取电子标签信息的设备。

(3)
计算机:进行数据管理。RFID系统结构图如图1。

图表:RFID系统结构图

数据来源:计算机网络

1.2 RFID系统工作原理
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流,电子标签获得能量被激活;电子标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。
1.3 电子标签的分类
电子标签(tag)是射频识别系统真正的数据载体,tag具有智能读写和加密通讯的功能,它的基本构成是由IC芯片和一些外围元件组成。依据电子标签供电方式的不同,电子标签可以分为有源标签(active tag)和无源标签(passive tag),有源标签内装有电池,无源标签内没有装电池。按照能量供给方式,RFID系统分为有源与无源;按照工作频率,RFID系统有低频、中频、高频、超高频、微波射频等几种 。
2 基于 RFID技术的动物食品安全可溯源系统
动物食品安全可溯源系统在动物食品安全控制中的应用,不仅包括对动物从出生到进入屠宰场整个饲养过程(饲养管理、兽医预防、疾病治疗、饲料使用)的记录与监控,还包括畜产品进入消费市场(超市等)后,消费者可通过每一头动物的唯一识别码,查询该动物产品的整个饲养、屠宰、加工和流通过程。
实施动物食品安全可溯源系统有利于畜产品质量的安全与健康保障。一方面它可以确保任一有质量安全隐患的被指定目标退出市场,便于对有害食品实行“召回制度”。同时也对畜产品生产企业的行为进行防范,防止企业有故意隐瞒的行为,督促企业及早采取措施,尽可能地将缺陷产品对民众安全造成的损害降到最低。另一方面也可以给消费者及相关机构提供信息,及时避免混乱的扩大。
动物食品安全可溯源系统构成包括硬件构成与软件构成两部分。

2.1 硬件构成
针对动物养殖过程的特点,本系统选用有源的电子标签,这样可以使识别距离达到 50 m范围,在养殖区域内通过配套的读写器,即可实现数据的快速读取。无须动物集中到专用的识别通道,可减少动物因驱赶而出现的应激反应。动物食品安全可溯源系统硬件由计算机、电子标签、读写器等组成。
图表:动物食品安全可追溯系统硬件结构

在动物食品安全可溯源系统中,射频标签和读写器通过天线磁场进行数据的相互传输,根据养殖场的实际应用需要,其它传感器也可以应用到本系统。比如自动饲喂系统的称料传感器可以将动物进食数据传人计算机,本系统读写器与计算机之间的通信可采用RS232/485接口,或者 USB接口,计算机中的数据经过调制解调之后,与网络数据中心之间的通信方式根据企业情况可以采用GSM,DDN,或者 PSDN方式都能实现数据传递和链接功能。
2.2 软件构成
要确保高质量的食品安全信息交流,彻底实现在食品的生产、加工、流通各环节100% 的追踪及完全的透明度。再结合动物从出生、养殖、屠宰到销售的整个流程,动物食品安全可溯源系统软件的总体框图。
图表:动物食品安全可溯源系统软件的总体框图

数据来源:计算机网络
(1)养殖场网络数据中心
动物的饲养是整个生产过程中周期最长的一个环节。与家畜身份有关的档案有家畜身份标识编码、进出场日期,养殖户信息等;根据分析,养殖阶段主要对兽药、饲料、免疫情况进行记录和监测。
图表:养殖场网络数据中心结构图

数据来源:计算机网络
(2)屠宰场网络数据中心屠宰阶段是整个生产过程中最复杂的一个环节,时间短,环节多。该环节信息要与养殖场网络中心数据进行联接,再加上屠宰记录:屠宰厂信息、进出屠宰场时间,检疫合格证明信息、以及相关检疫人员姓名等。根据分析,屠宰阶段主要对生猪的运输、生猪检疫、猪肉检验、屠宰环境、以及猪肉的运输进行监测,对违规现象预警。
图表:屠宰场网络数据中心结构图

数据来源:计算机网络
(3)
肉类加工厂网络数据中心该部分主要是在养殖场和屠宰场网络数据的基础上,增加加工厂信息、进出加工厂时间和产品保质期等相关信息即可。

(4)
物流与分销网络数据中心该部分主要是对历史记录的查询,需要记录的信息不是太多。关键是与其它网络数据中心的联接,以及相应的信息转换对应关系。比如:条码与标签信息的转换关系。

这 4个网络数据中心的数据最终通过一个总的数据库进行链接和相关的管理。不同网络数据中心可以通过家畜身份标识编码进行相关数据的链接查询。
整个系统平台采用C/S技术,数据库使用SQL Server 2000处理系统内部事务。前段开发平台采用 Visual C#.NET设计,系统采用多线程技术,可以实现对养殖场内 RFID标签读写器使用状况的检测。
我国是一个农业大国,畜产品在国内外市场的流通领域中具有重要的地位。在动物食品安全可溯源系统中应用 RFID技术,将会确保在食品的生产、加工、流通等各环节高质量的食品信息及数据交流,对彻底实现食品的“源头” 追踪和提供食品安全的透明化管理提供技术支撑,从而大大提高畜产品的质量管理能力、物流管理能力以及国际贸易中的竞争力。同时也有利于规范和净化畜产品市场 。
尽管在动物食品安全可溯源系统中应用RFID技术有很多的优势和便利之处,但目前仍有一些问题需要注意和解决。首先统一物品编码问题及频段问题。如果编码不统一,或者是食品供应链上的频段不统一,势必给读写、查询、跟踪、追溯带来很大的不便。其次是成本问题。如果要做到单件产品不论猪肉、牛肉、鸡蛋都贴有 RFID标签,势必要求 tag价格非常低。本系统采用的有源电子标签,采用进口的主芯片,相对价格较高,不适合小型动物(比如鸡、鸭)使用。
尽管 RFID在食品安全领域的规模化应用还有一段路要走,但随着数字信息技术的快速发展,以 RFID为标识手段,使用全球统一标识的编码体系,结合“危害分析与关键控制点(HACCP)”,应用于动物食品安全可溯源系统,必可为食品安全的控制和监管更好地服务,为消费者提供更加安全、放心的食品。
民以食为天,食品安全多年来事件不断,受到全社会越来越多的关注,随着条码和 RFID无线射频芯片的广泛应用,食品溯源再也不是天方夜谭,从饲养、屠宰到加工、销售的各个环节,通过条码和 RFID芯片这一个个信息采集、发送终端和互联网,顾客能清清楚楚地知道食品的来龙去脉。
RFID是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。
北京金维福仁清真食品有限公司为配合牛肉产品跟踪与追溯的应用,对原有牛肉分割加工流水线进行了适当调整。养殖场对个体牛的防疫、饲料、疾病治疗等信息进行全面的记录;屠宰场对牛的检疫、准宰信息、牛耳标号码进行登记;屠宰时,通过条码标志与登记的个体牛的基本信息产生关联;分割牛胴体时,通过扫描条码标志确定进入分割流水线的牛的耳标号码,此时批量生成新的条码标志,并与牛的基本信息产生关联;分割后在牛肉产品的包装上粘贴用于牛肉产品追溯的条码;信息通过互联网发布。
山东寿光蔬菜安全可追溯性信息系统实现了农产品单品质量信息的跟踪,主要由企业端管理信息系统、食品安全质量数据平台和超市端查询系统 3部分组成。企业端管理信息系统通过对蔬菜贸易项目、加工原料的来源、包装信息、物流信息以及企业基本信息进行编码,对蔬菜从种植、收购到加工包装全过程,进行计算机管理。食品安全质量数据平台主要收集企业端、检验机构和认证机构的各种信息并对其进行监督、分析和过滤,形成基本信息库,为企业、政府和公众进行全方位、多角度的服务。超市端查询系统主要为广大市民服务,消费者可以通过扫描每包蔬菜上的追溯码,准确了解该蔬菜的种植过程、施肥和用药情况、加工企业、加工日期、检验信息等各项数据,为广大市民提供真正的放心菜。

二、安全防范

微型传感快速反应
物联网以其无所不在、高效传输、快速感应的特点,在很多需要快速反应处理能力的场合大有用武之地,特别是在安全防范方面。
酒后驾车是让老百姓深恶痛绝的现象,如果在汽车和汽车点火钥匙上都植入微型感应器,这种现象就可能被杜绝。当喝了酒的司机掏出汽车钥匙时,钥匙能通过气味感应器察觉到一股酒气,就通过无线信号立即通知汽车“不要发动”,汽车会意地自动罢工,并“命令”司机的手机给其亲友发短信,通知他们司机所在的位置,请亲友们来处理。汽车、钥匙、手机互相联络,就构成了物联网,保证了司机和路上行人的安全。
现在一些单位的围墙上安装了红外报警设备,哪怕是只野猫上墙也会触发警报。而江苏无锡传感网研发中心研发出一套安全防范设备,由 10万个微小的传感器组成,散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断,爬上墙的究竟是人还是猫狗。如果发现有人靠近则先播放警告录音,如果嫌疑人不听劝告,进一步靠近围墙,传感器将通知保安人员,调动摄像机取证。保安可以通过电脑画面查询入侵者的位置和入侵方式。除了围墙,电梯也是安全防范的重点区域。据了解,目前重庆有 1200多部电梯的自动感应器在电梯故障时可以自动通知相关维修人员,携带什么工具修理什么故障。
预测 10年内物联网就可能大规模普及。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。专家预计,这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。
目前物联网主要运用在交通、电力、医疗等领域。随着上海浦东国际机场的安防工程的全面投入使用,让我们看到了物联网进入安防领域的步伐正在加快。将物体嵌入感应芯片,借助无线网络,获知物体当前的状态,实现物体与物体、物体与人之间的“交流”,物联网构建了人与物体沟通的一个途径。在物联网的发展中,GPS、红外传感目前在安防行业已经得到了较为广泛的应用,而 RFID作为新生事物,则已显示出强劲的发展势头。
物联网安防系统具有不同于传统安防系统的功能及特点,如可以实现高精度定位、能够智能分析判断及控制、能够最大限度降低因传感器问题及外部干扰造成的误报、能够完成由面到点的实体防御及精确打击、具有强大的网络支持平台、可轻松实现高度智能化的人机对话功能等等。这些功能及特点足以弥补我们传统安防系统的所有短板,通过物联网的智能分析运用,相信在不久的将来我们就能够用到高度智能化的安防产品。
物联网与“无灾盗”
南京视威电子科技股份有限公司就是致力于开拓物联网安防系统的探路者,该公司研发的“无灾盗”系列产品生动地诠释了物联网安防系统的涵义,其中有一套微型网络宽带安防系统尤其值得称道。它是一款可以装在家庭、商铺、办公室、学校、医院、仓库等地方的安防系统,这套系统的终端只有巴掌大小,却可以连接多达 31个无线报警传感器和遥控器,如红外、烟感、水浸、振动等报警传感器,一旦发生外人非法入侵、失火、玻璃破碎等意外情况,传感器向“无灾盗”终端发出告警,“无灾盗”终端对各告警信息进行处理并可实时抓拍照片和录像,然后把文字和图像双重报警信息上网发到主人的电子邮箱、手机,同时可以通知小区的保安,以便及时采取措施,降低损失。这款产品采用了先进的嵌入式图像处理技术,能自动对画面中的移动物体进行侦测,用户可自主设定侦测的区域,一旦人或其它物体闯入这些区域,就会产生报警,同时抓拍照片和录像,解决了传统的安防产品误报率高、无法远程异地甄别报警信息有效性问题。
“无灾盗”终端还设计了连接家电的端口,智能型家电连接到终端上,用户就可以通过电脑或手机来遥控家电的运作,下班之前给家里的家电发个指令,空调、热水器或电饭煲就可以先工作起来,当主人到家的时候,室内已经温暖如春,热水器里面的水也刚好可以洗澡了。也许这在以前只是在科幻电影里才会看到这样的画面,但对于“无灾盗”而言,已经是可以实现的了。
一套完善的物联网安防系统应该包括:1、安全防范部分,2、智能家居系统, 智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体,将各种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化,通过中国电信的宽带、固话和 3G无线网络,可以实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比,智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间,实现更智能的家庭安防系统;还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交互功能。3、人机对话及网络系统。其中安全防范部分包括监控及周界防范系统(包括公共区域监控,出入口管理),门禁及语音系统(包括身份识别验证,语音问候喝止等),家庭安防(包括精确定位,主动防御,燃气报警及处理,特殊情况紧急触发功能等)。智能家居系统包括:灯光场景自动控制、温度湿度自动调节、背景音乐智能控制、门窗自动控制、居家电器自动控制。人机对话及网络系统包括:人机对话系统(系统参数设定,防御方式改变,智能家居功能搭配等)、网络访问控制(包括安防部分所有系统可控设备,远程监控功能,以及家居控制等)。目前该公司正在致力于更进一步的开发,实现人机对话及网络控制,使现有的产品更加完善与人性化。

三、智能电网

美国业界主流意见认为,新的能源革命更多的是智能电网或者智慧能源的变革。智能电网的核心在于,构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集,且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置与利用,提高电网运行的可靠性和能源利用效率。智能电网的本质是能源替代和兼容利用,它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上,整合系统中的数据,优化电网的运行和管理。信息流的控制是整个智能电网的核心,我们讲的物联网其实有三个大的要素:信息的采集、信息的传递和信息的处理,其中,关键性的技术可能是在信息采集上面。物联网最大的革命性变化就是信息采集手段的不同,即通过传感器等实时获取需要采集的物品、地点及其属性变化等信息。
智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,实现数据读取的实时、高速、双向的效果,从而整体提高电网的综合效率。国家电网公司坚强智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提,在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体。通过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值,可服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设,提高电网调度的智能化和科学决策水平,提升电力系统运行的安全性和经济性。
2009年 5月,国家电网公司首次公布了智能电网计划,全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。国家电网公司还提出在物联网发展上的三个阶段:一信息汇聚阶段,二是协同感知阶段,三是泛在聚合阶段。
物联网作为新一代信息通信技术,引起了广泛关注。物联网及其产业发展已被纳入国家战略,国家科技部、工业与信息化部先后在多项国家重大科技专项中设立课题支持物联网技术研究及产业化。国家电网公司提出了“面向应用、立足创新、形成标准、建立示范”的研究指导思想,在物联网的专用芯片、应用系统开发、标准体系、信息安全、无线宽带通信、软件平台、测试技术、实验技术等方面进行了全面部署,力争在未来 3年内实现物联网技术在电力系统应用多项核心技术的突破,形成若干项有重大影响的创新性科研成果,成为在国内外有重要影响的从事智能电网物联网技术研究和应用的研发中心和产业化基地。

四、智能医疗

智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备,对家中病人或老人的生理指标进行自测,并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。根据客户需求,中国电信还提供相关增值业务,如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈,可以随时表达孝子情怀。

五、智能城市

智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。前者利用"数字城市"理论,基于3S(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统 RS)等关键技术,深入开发和应用空间信息资源,建设服务于城市规划、城市建设和管理,服务于政府、企业、公众,服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。后者基于宽带互联网的实时远程监控、传输、存储、管理的业务,利用中国电信无处不达的宽带和 3G网络,将分散、独立的图像采集点进行联网,实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。
智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测,可以实现水质的实时连续监测和远程监控,及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况。

六、智能环保

智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测,可以实现水质的实时连续监测和远程监控,及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况,预警预报重大或流域性水质污染事故,解决跨行政区域的水污染事故纠纷,监督总量控制制度落实情况。太湖环境监控项目,通过安装在环太湖地区的各个监控的环保和监控传感器,将太湖的水文、水质等环境状态提供给环保部门,实时监控太湖流域水质等情况,并通过互联网将监测点的数据报送至相关管理部门。

七、智能交通

智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。
公交行业无线视频监控平台利用车载设备的无线视频监控和 GPS定位功能,对公交运行状态进行实时监控。
智能公交站台通过媒体发布中心与电子站牌的数据交互,实现公交调度信息数据的发布和多媒体数据的发布功能,还可以利用电子站牌实现广告发布等功能。
电子门票是二维码应用于手机凭证业务的典型应用,从技术实现的角度,手机凭证业务就是手机 凭证,是以手机为平台、以手机身后的移动网络为媒介,通过特定的技术实现完成凭证功能。
车管专家利用全球卫星定位技术(GPS)、无线通信技术(CDMA)、地理信息系统技术(GIS)、中国电信 3G等高新技术,将车辆的位置与速度,车内外的图像、视频等各类媒体信息及其他车辆参数等进行实时管理,有效满足用户对车辆管理的各类需求。
公交手机一卡通将手机终端作为城市公交翼卡通的介质,除完成公交刷卡功能外,还可以实现小额支付、空中充值等功能。
测速 E通通过将车辆测速系统、高清电子警察系统的车辆信息实时接入车辆管控平台,同时结合交警业务需求,基于 GIS地理信息系统通过 3G无线通信模块实现报警信息的智能、无线发布,从而快速处置违法、违规车辆。

八、智能司法

智能司法是一个集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统。能够帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。目前,中国电信已实现通过 CDMA独具优势的 GPSONE手机定位技术对矫正对象进行位置监管,同时具备完善的矫正对象电子档案、查询统计功能,并包含对矫正对象的管理考核,给矫正工作人员的日常工作带来信息化、智能化的高效管理平台。

九、智能物流

智能物流打造了集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保、海关保税等功能为一体的物流园区综合信息服务平台。信息服务平台以功能集成、效能综合为主要开发理念,以电子商务、网上交易为主要交易形式,建设了高标准、高品位的综合信息服务平台。,并为金融质押、园区安保、海关保税等功能预留了接口,可以为园区客户及管理人员提供一站式综合信息服务。

十、智能校园

中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务,促进了校园的信息化和智能化。
校园手机一卡通主要实现功能包括:电子钱包、身份识别和银行圈存。电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费;身份识别包括门禁、考勤、图书借阅、会议签到等,银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。目前校园手机一卡通的建设,除了满足普通一卡通功能外,还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。
中国电信实施的“金色校园”方案,帮助中小学行业用户实现学生管理电子化,老师排课办公无纸化和学校管理的系统化,使学生、 家长、学校三方可以时刻保持沟通,方便家长及时了解学生学习和生活情况,通过一张薄薄的“学籍卡”,真正达到了对未成年人日常行为的精细管理,最终达到学生开心,家长放心,学校省心的效果。

十一、智能文博

智能文博系统是基于 RFID和中国电信的无线网络,运行在移动终端的导览系统。该系统在服务器端建立相关导览场景的文字、图片、语音以及视频介绍数据库,以网站形式提供专门面向移动设备的访问服务。移动设备终端通过其附带的 RFID读写器,得到相关展品的 EPC编码后,可以根据用户需要,访问服务器网站并得到该展品的文字、图片语音或者视频介绍等相关数据。该产品主要应用于文博行业,实现智能导览及呼叫中心等应用拓展。

十二、M2M平台

中国电信 M2M平台是物联网应用的基础支撑设施平台。秉承发展壮大民族产业的理念与责任,凭借对通信、传感、网络技术发展的深刻理解与长期的运营经验,中国电信 M2M协议规范引领着 M2M终端、中间件和应用接口的标准统一,为跨越传感网络和承载网络的物联信息交互提供表达和交流规范。在电信级 M2M平台上驱动着遍布各行各业的物联网应用逻辑,倡导基于物联网络的泛在网络时空,让广大消费者尽情享受物联网带来的个性化、智慧化、创新化的信息新生活。