1、第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.1 智慧水利：太湖监测智慧水利：太湖监测5.2 智慧机场：监控与安防智慧机场：监控与安防5.3 智能交通系统智能交通系统5.4 智慧农业：环境测控智慧农业：环境测控5.5 健康监护网健康监护网5.6 云计算云计算5.7 普适计算普适计算第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.1 智慧水利：太湖监测智慧水利：太湖监测水是人类社会最重要的自然资源之一。随着全球气候变暖和社会经济的不断发展，我们正面临着水资源短缺、水灾频发、水环境污染恶化和水土流失的威胁。如何利用物联网信息技术
2、加强水资源的管理，是当前我们面临的一个重要课题。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 所谓智慧水利，就是用数字化、信息化的方法对水利设施的规划、防汛管理、抗旱管理、水资源调度、水环境保护、水土流失的监测与管理等各方面进行全面的网络化、智能化干预和优化。近几年来，全国不少地区已取得了初步成果。如城市水资源实时监控管理系统；全国水土保持监测网络和信息系统；黄河水资源管理与调度系统；松花江洪水管理系统；贵州水土保持监测与信息系统。全国有18个省级行政区、24个城市开展了水资源实时监控，各类监测点有337处，有29个灌区开展了信息化建设试点。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云
3、计算 太湖是我国江、浙、沪地区的重要大湖。它对该地区的经济社会发展影响很大。可是近10年来，太湖的水质受到了严重的污染。国家和地方政府投入大量人力、物力对环太湖水文进行监测和管理，监测项目主要指标是温度、色度、浊度、PH值、电导率、悬浮物、溶解氧、生物需氧量，还有有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。从2010年起，无锡市启动“感知太湖，智慧水利”物联网示范工程。用物联网技术对太湖水环境进行实时监控。工程建设20个蓝藻监测点，其中三个点在湖中心，湖岸边建17个点。湖中心的监测点装有专用传感器与高清摄像机。如图5-1所示。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-1
4、 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算“感知太湖”系统是由智能模式识别的自适应蓝藻湖泛传感器、实时蓝藻感知传输无线网络节点设备、蓝藻打捞船载、车载智能终端等新型设备支撑。它成为感知太湖的温度、PH值、氨氮含量等近40个指标的“千里眼”和智能器。提高了对太湖水质的感知、监控、调度和管理的信息化程度。2011年6月公布的监控结果，太湖水质与2009年相比，高锰酸盐指数、总氮、总磷和富营养化指标分别下降了1.1%、1.5%、2.3%和0.5%。与“十五”末相比，太湖无锡水域水质改善幅度较大，其中总氮浓度下降了28.7%，总磷浓度下降了15.2%。可见，运用物联网技术后，太湖水质有了明显
5、的改善。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.2 智慧机场：监控与安防智慧机场：监控与安防现代化的智能航空管理系统已出现在世人面前。过去所采用的一般是模拟式的电子信息系统管理机场。它的缺点是速度慢、对象简单、漏洞多、操作繁等。采用物联网技术，可以将机场全方位进行自动化、视频化的智能管理，大大方便旅客和管理者。机场智能监控系统是实现物联网整体架构的典型例子。从数据采集到网络传输，再到信息处理及控制，进行全面规划和整体设计。如图5-2所示，它是把物联网的感知层、网络传输层和应用层的系统具体化。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-2 第五章第五章 物联网应用及
6、云计算物联网应用及云计算 机场监控系统的解决方案有多种。大体包括以下模块。（1）视频采集。运用各种用途的摄像机，可以看清不同位置出现的人与物。例如可用4/6寸高速球形摄像机，以0.01500o/s的旋转速度可以快速旋转到预置位上查看现场。对于光照不佳的场区，可以使用红外补偿摄像机，以得到清晰的视频。（2）光纤传输。对现场采集到的图像通过视频线、光纤传送到监控中心。在这里对信息进行编码、处理，再通过网络矩阵上传指挥中心。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算（3）综合处理。机场管理现场除了人与物的变化信息外，还有大量的机场内部的信息，如航班流量、交通管制、安检分析、场外入侵等。如此大
7、量的内、外信息必须综合分析与处理。所用的模块可以根据需要灵活处理。可以用智能DSP芯片、IVSBOX、PCI智能监控卡等。也可以使用清远华程开发的Winen无线传感网技术，以实现综合监控。图5-3和图5-4是两种监控方案的简单框图。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 在青岛国际机场，如图5-5所示，已经运用物联网技术实现了智能网络监控和门禁报警控制系统。图5-5 青岛国际机场全景监控 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 机场监控的另一个重要问题是防入侵项目。在
8、无锡率先启动的防入侵传感网示范工程已进入实用。首先在机场边界隔离网装上传感器，一旦有人靠近，上方就会不断响起警示话音，监控室网络同时显示“有入侵倾向”。若有人攀爬，则显示“一级入侵”；继续攀爬，显示“二级入侵”；爬到最高处，则发出“三级入侵”警告。该项目已用于无锡机场、浦东机场和上海世博会。图5-6所示为上海世博园区边界的“隐形卫士”。这一道长达16千米的电子围栏为园区安全保驾护航。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-6 上海世博园物联网电子墙 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.3 智能交通系统智能交通系统物联网技术较早的应用领域之一就是交通运输系统
9、。因为发达国家比较早地遇到汽车量增加、城市交通阻塞、交通事故频发、环境破坏、能源短缺等难题，所以必须应用信息技术改善交通状况和管理。以美国为例，从1991年开始，他们就投巨资着手研究交通的智能化管理问题。由于计算机技术、通信技术、控制技术、GPS和传感器技术已经相当成熟，为实现智能交通提供了条件。目前，美国交通设施的80%以上已经使用了智能交通系统（ITS）。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 在欧洲，从20世纪80年代末开始由19个国家政府联合研究交通的现代化管理，他们称为“尤里卡”计划。由于欧洲的国家都比较小，他们特别关注交通的智能网络问题。即除了公路交通外，外加航运、铁路
10、和海运。这样一个综合的智能交通系统符合欧洲的特点。日本从1994年起成立了“道路、交通、车辆智能化推进协会”，1998年8月，政府又主导公布了“公路、交通、车辆领域信息化实施方针”。从而在交通信息发布、电子收费、公共交通管理、车辆安全管理、车辆导航定位等方面形成了可行的体系。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 我国从2000年开始，由政府牵头，成立了“全国智能交通系统指挥协调小组”。北京上海、天津等十个城市列为试点进行技术实施。2005年后，全国各地进入快速发展阶段。目前，我国在车载调度管理、交通流量管理、不停车收费系统、智能停车位管理、交通要素的身份认证系统、交通导航和交通运
11、输联网平台等方面的应用水平已经接近发达国家的水平。上海世博会的智能交通管理系统成为典型的代表。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 如何从“感知交通”到“智慧交通”，必须认真开发利用如下技术：1.构成数字城市的卫星遥感技术（RS）；2.空间定位系统（GPS）；3.地理信息系统（GIS）4.计算机虚拟现实与仿真技术；5.无线传感网技术；6.传感器、物联网技术。以下为江南大学研发应用的智能交通管理系统的示例。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 校园智能安防系统校园智能安防系统校园交通管理系统校园交通管理系统图5-7 校园交通管理 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网
12、应用及云计算 报警联动效果演示报警联动效果演示图5-8 交通报警监控 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-9 智能测速等 校区出入口车牌识别校区出入口车牌识别交通管理交通管理车道、颜色、车牌号、车速、车间距?车型、车标?第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.4 智慧农业：环境测控智慧农业：环境测控我国是一个“地大物博、人口众多、耕地太少、用粮太多”的国家。虽然有960万km2的陆上面积，但耕地只有122.5万km2。占人口70%农业人口和城市人民的吃饭问题是我国长期重视的大问题。农业发展的根本出路在于从粗放型向精细型、信息化方向发展。数字化、物联网技术在
13、农业现代化建设中将发挥重要作用。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 农业信息化所要实现的目标主要有：1.智能化地理环境的遥感、遥测信息；2.智能化种植培育；3.水产养殖环境监测；4.自动节水灌溉；5.农业种植、收获、运输信息管理；6.农副产品的存储与安全；7.旱、涝期的农业田间管理。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 在最近十多年来，我国已经建立了精细农业的试验区。从改良种子、农田管理、土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害等方面进行监控。对于重点作物建立植物工厂。对于主产作物，如水稻、小麦、苞谷等，把专家的智慧和现代化技术相结合，在小区域实验后再大面积推广。图
14、5-10和图5-11是两个典型的例子。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-10 植物工厂监控 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-11 水稻栽培 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 物联网技术可以在智慧农业领域发挥积极作用。一个典型的应用就是利用无线传感网对农田及温室大棚实施监控。利用不同用途的传感器，可以实时监测到空气温湿度、风向风速、光照强度、CO2浓度、土壤温度和湿度、PH值、离子浓度、植物病虫害等有关信息，然后根据需要进行调节。对于大棚中培育的植物、花卉、蔬菜等，可以随时对温度、光照、空气、灌溉、施肥等跟踪控制。运用物联网技术
15、管理的蔬菜在成长期、产量、质量、外观等方面都比自然环境下要好。以黄瓜为例，其采收期可达910个月，平均每株采收80条，平均产量为60kg/m2，大大提高了产量和效益。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 我国近几年水产养殖业发展迅速。其中无线传感网技术发挥了很大作用。现在应用的水产养殖监控系统，实时对水质、水温、PH值、溶氧量等参数进行自动监测。并逐步从池塘养殖走向工厂化养殖，而且因为是互联网+物联网模式，所以具备了开放性、互联性、分布式、远距离操作优势。图5-12是养殖环境监控系统基本架构，其思想完全可以移植到其他类似的环境中华。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计
16、算 图5-12 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 以上仅列举了几个代表性例子，其实，物联网应用的领域很广，如：工农业、军事领域智慧工业；智慧农业；智慧物流；智慧电网；智慧国防。（2）公共管理领域智慧城市交通；智慧公共安全；智慧环境与保护；智慧灾害防控。（3）公共服务领域智慧医疗与护理；智慧社区监控智慧家居与安全。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.5 云计算云计算前面说到，物联网的应用可以遍及工业、农业、社会生活的各个领域。如此海量的信息如何才能有效地互联互通，云计算就是支撑物联网的环境之一。云计算（cloud computing）的概念，最早是由美国计算
17、机科学家麦卡锡于1961年提出的。他在一次演讲中指出，将来使用计算机资源就像使用水、电、煤那样方便。通俗地说，云计算就是IT行业的自来水公司，它可以为用户服务，按量收费。云计算的形象示意如同图5-13那样，大量的信息资源都在“云”中，客户不论在什么地方，都可以与“云”对话，请“云”服务。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-13 云计算形象图 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 如何从技术的角度理解云计算呢？这里不妨介绍其基本特点：1.云计算是一种基于互联网的计算模式，他将计算、数据、资源通过互联网给用户服务。虽然“云深不知处”，但用户只要得到满意的服务即可
18、。2.云计算是互联网计算模式的商业实现方式。“云”中可以有成千上万台计算机，其中的资源可以无限扩展。用户可以通过个人电脑、笔记本、手机，通过互联网向“云”要求各种服务。图5-14为云计算的组成框图。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-14 云计算的组成框图 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 云计算的类型有四种：一是公共云，即以服务方式提供给公众用户，也称为服务云。它为用户提供各种各样的IT资源，用户只要按得到的资源付费即可。二是私有云，即“云”服务商给企事业用户提供网络、计算机、存储空间、IT资源等，他们都设在企事业单位防火墙的内部，私有云又称为基础设施
19、云。三是应用程序云，即向用户提供各种软件；四是混合云，即公共云和私有云的混合，一般由企业创建。图5-15为云的分类图。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-15 云计算分类 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 云计算有如下优点：1.虚拟式服务。用户无需自己建立数据中心，由云服务商提供信息，降低成本，提高频率。2.按需服务，实时便捷。“云”是一个庞大的资源池，用户不必知道云服务的过程，通过网络各取所需。3.安全可靠。云计算可以集中优势对硬件、软件网络进行优化，比各自为政的系统可靠。4.超大规模。“云”可以由数万台服务器组成集群，以形成无限空间、无线速度的“深云
20、”，满足用户要求。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 正是由于云计算有如上的优点，所以它已成为物联网发展的基石。在无锡，2009年第一个云计算企业落户的是江苏太湖云计算信息技术公司，第二年就实现了销售收入2000万元。他们推出的私有云解决方案、共有云服务、虚拟桌面云解决方案，以及智慧商务电子等都已走向了市场。在国外，云计算已有多个应用平台。如Google公司于2008年4月推出的Google App Engine;微软公司于2008年10月推出的Windows Azure Platform;IBM公司于2007年11月推出的蓝云（blue cloud）计算平台；亚马逊公司推出的
21、Amazon云计算平台等。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 不过，云计算系统的发展刚刚起步，还有许多问题需要面对。1.标准化问题。云计算目前还没有统一标准，服务商各自推行自己的系统，当服务范围扩大或兼容性不足时，将不利发展。2.数据的安全保护问题。因为用户的大量数据在网上交互后都存储在云端，如何保证用户信息不被泄漏，尚未解决。3.产业链的成熟匹配问题。在服务层次上，当用户任务迁移到云环境之中后，不但需要巨大的工作量，而且那些硬件厂商和操作系统企业将如何与之共生？所有这些问题，都是未来必须解决的。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.6 普适计算普适计算今天的
22、科学技术发展真是令人感叹。伴随着物联网、云计算、社会网概念的出现，普适计算（ubiquitous computing）新技术又展现在人们面前。1991年，美国36岁的计算机科学家马克维瑟（Mark Weiser）在科学美国人杂志上发表The Computer for the 21st Century，正式提出普适计算的概念。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 普适计算的核心概念，一是信息获取、处理、传输、存储以及提供服务的“无处不在”，即普遍性；二是信息获取、处理、传输、存储以及提供服务的“自动满足”，即随意性。它能把计算嵌入环境和日常生活中，使人们更自然地和所使用的工具而不是
23、与计算机交互。计算机可以感知周围的人、机、物变化，从而根据周围环境的变化自动做出基于用户需要或者设定的行为，再把这些行为通过嵌有计算机的工具表达出来。普适计算使人们不再为了使用计算机而去寻找计算机。人们无论走到哪里，无论什么时间，都可以根据需要获取计算能力和所需要的服务。图5-16为一个示意图。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-16 无处不在、无时不在的信息与处理 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 普适计算的特点如下：1.普适计算体现人、机、物的融合。这种模式是建立在分布式计算、通信网络、移动计算、嵌入式系统、传感器等技术之上的。2.普适计算体现随时、
24、随地、随意性，即无处不在，无时不在的服务。3.普适计算是以人为本，不是以计算机为本，是在信息空间和物理空间中实现“智能”服务。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 4.普适计算的网络环境是互联网、物联网、移动网络、电话网、电视网和各种无线网络。这就自然形成无处不在的通信网络和无处不在的服务设备。例如所有的家电都是普适计算的服务设备。图5-17为各种家电的智能示意。5.普适计算提供智能服务的软件系统。它把各种操作系统在内的所有数据和程序存储在网络服务器上，构建成一个“知识云”，这种“知识云”通过“无所不在”的通信网络连在一起，形成为用户服务的“普适系统”。第五章第五章 物联网应用及
25、云计算物联网应用及云计算 图5-17 普适智能系统 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 普适计算概念的出现，一个以“计算机”、“人”和“物”相结合的“后PC”虚拟时代正在到来。原有意义上的计算机，其发展路线图是：由大型机为中心发展到以个人电脑为中心，现在又进一步朝向“什么都是计算机”的方向发展。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 5.7 普适计算普适计算今天的科学技术发展真是令人感叹。伴随着物联网、云计算、社会网概念的出现，普适计算(Ubiquitous Computing)新技术又展现在人们面前。1991年，美国36岁的计算机科学家马克维瑟(Mark Weis
26、er)在科学美国人杂志上发表了The Computer for the 21st Century，正式提出普适计算的概念。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 普适计算的核心概念，一是信息获取、处理、传输、存储以及提供服务的“无处不在”，即普遍性；二是信息获取、处理、传输、存储以及提供服务的“自动满足”，即随意性。它能把计算嵌入环境和日常生活中，使人们更自然地和所使用的工具而不是与计算机交互。计算机可以感知周围的人、机、物变化，从而根据周围环境的变化自动做出基于用户需要或者设定的行为，再把这些行为通过嵌有计算机的工具表达出来。普适计算使人们不再为了使用计算机而去寻找计算机。人们无
27、论走到哪里，无论什么时间，都可以根据需要获取计算能力和所需要的服务。图5-18为一个示意图。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-18 无处不在、无时不在的信息与处理第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 普适计算的特点如下：(1)普适计算体现人、机、物的融合。这种模式是建立在分布式计算、通信网络、移动计算、嵌入式系统、传感器等技术之上的。(2)普适计算体现随时、随地、随意性，即无处不在、无时不在的服务。(3)普适计算是以人为本，不是以计算机为本，是在信息空间和物理空间中实现“智能”服务。(4)普适计算的网络环境是互联网、物联网、移动网络、电话网、电视网和各种无
28、线网络。这就自然形成无处不在的通信网络和无处不在的服务设备。例如所有的家电都是普适计算的服务设备。图5-19为各种家电的智能示意。第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算 图5-19 普适智能系统 第五章第五章 物联网应用及云计算物联网应用及云计算(5)普适计算提供智能服务的软件系统。它把各种操作系统在内的所有数据和程序存储在网络服务器上，构建成一个“知识云”，这种“知识云”通过“无所不在”的通信网络连在一起，形成为用户服务的“普适系统”。普适计算概念的出现，一个以“计算机”、“人”和“物”相结合的“后PC”虚拟时代正在到来。原有意义上的计算机，其发展路线图是：由大型机为中心发展到以个人电脑为中心，现在又进一步朝着“什么都是计算机”的方向发展。
