第7章 物联网技术应用案例

7.1物联网技术在智能交通中的应用

7.1.1智能交通的定义

交通是经济发展的动脉，智能交通是智慧城市的重要构成。智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称ITS）这一国际性的术语，于1994年被正式认定，通过多年的发展与技术的更新，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、RFID技术、无线通讯技术、GPS、视频检测识别技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等集成化的运用于交通管理中。

7.1.2智能交通的作用

通过实时监控车流量、路况结合判断时段车流量大数据，交通指挥中心将实时路况通过广播、导航、电子信息板等渠道告知正在行驶的驾驶者，得知信息后，驾驶者选择避开拥堵路段从而减少交通负荷。同时，每年交通事故死亡人数将明显减少，并能提高交通工具的使用效率。

7.1.3物联网在智能交通的应用

1．交通诱导系统

交通诱导系统是在城市或高速公路口，通过电子大屏，为驾驶者或出行人员提供下游目的道路的交通状况，在行车过程中可以选择适合的道路。既为出行者提供了诱导服务，同时调节了交通车流分配，改善交通状况。交通诱导系统包含以下四个子系统：交通流采集子系统、车辆定位子系统、交通信息服务子系统与行车路线优化子系统。

（1）交通流采集子系统

交通诱导的前提条件包含两个方面：一个是交通信号控制应是是是自适应交通信号控制系统。另一个是接口技术的研究，将交通流传送到交通流诱导主机，利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通流量分配，显示交通网络中各路段与交叉口的交通流量。

（2）车辆定位子系统

车辆定位技术通过地图匹配定位、推算定位、惯性导航系统、全球定位系统等定位方法来确定车辆在路网中的准确位置。

（3）交通信息服务子系统

交通信息服务子系统将主机运算出的交通信息、预测的交通信息通过传播媒体传送给公众，它是交通诱导系统的重要组成。推送的媒体包括广播、电视、车载导航、网络等。

（4）行车路线优化子系统

行车路线优化子系统的作用是根据行车人员的初始位置与目的位置结合交通数据采集子系统传输的信息，为行车人员提供多种出行路线。出行人员可根据自身情况来选择路线，如距离最短、收费最少、拥堵最少等。最大程度的避免交通拥堵、减少延误。

图7-1交通诱导系统图

2．对限速路段的管制功能

超速是道路交通违法行为，在驾车行驶中，汽车的行驶速度超过法律、法规规定的速度，非常有可能造成重大恶性事故。

使用重力传感器进行超速抓拍（图7-2），由重力传感器、抓拍主机、车牌识别系统组成。系统对待定地点路面的速度与图像监控，系统接收到重力传感器发出信号，当收到的重力值相同时，可以判断为同一车辆。记录行车经过相邻的两个重力传感器的时间T，相邻重力传感器的距离S为固定值，根据V=S/T，当V超过预设值，摄像机对超速车辆进抓拍。然后经过数据采集系统将图像送到工控机进行图像信号处理，从而得到违法目标的清晰图像，同时可以生成违法图像和速度信息数据库，并根据实际要求生成违法处罚通知单，提供交管执法依据。

车速的判断方法还有区间测速与雷达测速，本书不再对其详细介绍。

图7-2通过重力传感器判断车速

3．停车场泊位查询、自动收费监控管理功能

随着物联网技术的发展，停车场管理系统日益趋向智能化。许多物联网技术都被运用于各类停车场出入口，如无线射频识别技术（RFID）、电子不停车收费系统（ETC）、取车引导等技术。

无线射频识别技术是常见的物联网技术，俗称RFID技术，是一种常用的通信技术，通过无线电讯号来识别和读写目标的相关数据，进而建立机械或光学接触。在停车场中，当车辆准备从入口进入触发地感线圈，远距离读卡器随即开始工作，接受停车卡发出的射频信号并进行解码，再发送指令控制道闸的开与关，使车辆能快速进入停车场，提高效率。

高速ETC即电子不停车收费系统，广泛运用与高速公路的收费。在车辆不停的状态，系统会对车辆进行身份识别、电子扣费。

当我们将车开入大型商场中，最常遇见的问题就是寻找不到自己的车辆。取车引导技术可以帮助车主快速寻找到车辆，其最重要的两个结构是车牌识别技术与反向寻车终端。根据对车位摄像机传来的视频图像进行处理，提出车位信息、占用信息、停放车辆信息与车牌号，发送至服务器中保存，随时对数据进行调用。当车主准备离开，可以在反向寻车终端输入相关车牌信息，通过系统查询马上显示车辆所在车位位置，并提供取车路线方便车主。

7.2物联网技术在智能家居中的应用

7.2.1智能家居的定义及设计原则

1．智能家居的概念

智能家居是建立在以住宅为平台的基础上，包含建筑建造、网络通讯、信息家电、设备自动化、集成控制管理，打造一个舒适、安全、便利的居住环境。智能家居系统，通过物联网技术将家中的家电设备连接在一起，提供家电控制、照明控制、安防监控、远程控制以及制定策略等功能和手段。智能家居是一个集成性的系统体系环境，通过智能网关，将家中的灯光、音响、电视、空调、排风扇、电动窗帘、监控摄像等设备连接在一起，并且根据住户的生活习惯与个性需求设置相应的情景模式。无论何时何地都能通过手机、平板、电脑对智能网关发送智能，从而达到控制家电的效果、了解家中的情况。

智能家居的设计原则包含：实用性、扩展兼容性、标准性、方便性、可靠安全性这五个方面。

（1）实用性

需要分清主次，根据家庭实际情况来确定需要的功能。根据用户的需求，将重要的电器控制点预先定位，每个房间都要有分控点，选取位置方便。

如在实际居住环境中，尽量将红外控制点设计到隐蔽的位置，可选控制范围更广。有些吊顶的房间，可以选择嵌入式的家电，既能保持美观，又能节约成本。能使用有线电缆的地方尽量使用有线连接，保证控制的稳定与相应的速度。

（2）扩展兼容性

设计过程中必须考虑其位置上所实现功能的扩展性，或者未来设备的替换性。由于智能家居刚刚处于发展阶段，各家居厂商都有自己设计的控制协议，并且大多数都不互相兼容，所以选用家居时尽量选择市场上兼容性强的厂家，选择开放协议的产品。

（3）标准性

智能家居系统设计，应按照国家和地区的相关标准进行，确保兼容性。网络通信传输应采用TCP/IP协议，确保不同厂商的家电设备可以互联。

（4）方便性

在设计过程中，应当考虑人在家中的生活习惯、规律等。

如在温度低于常规温度时，空调运行，调整房间温度。光线过暗时，窗帘自动拉开，提高房间中的光照。在家中设置的监控摄像头来确保家庭财产的安全，应当可以通过外网访问数据实时获知家中情况。

（5）可靠安全性

安防部分的设计要注意安全与可靠。

需要对家中可能发现危险的地方，都需要配置相应的探头。厨房应当设置有煤气探测。窗口应当设置人体红外感应判断是否有外人入侵。监控需要注意保护隐私，选取的地方尽量不是家人频繁活动的范围。

7.2.2智能家居的控制方式

智能家居从连接与控制的方式来看，可以分成本地控制与远程控制。

1．本地控制

本地控制并非传统意义上的家居控制，而是通过智能开关、平板电脑、个人主机、无线遥控器对家居的控制使用。

智能开关控制是利用智能面板、插座对家居进行控制，更多使用在灯具、风扇等不需要具体参数设置的家居上，只有开与关的两种状态的家居适用于智能开关控制。

无线遥控器配合红外发射器与主机，将原配电器遥控的功能存储与红外发射器中。如下图所示，手机下载APP后通过对家电红外的学习具有控制的功能，实现了一部手机可以控制家中电视、空调、DVD、有线电视机顶盒等多种设备。

图7-3手机红外遥控APP

2．远程控制

远程控制的一般指远离住宅，通过计算机或者手机来对家电进行控制，控制设备与家电应属于不同网络。如在已经装修好的家庭中应用无线Wi-Fi连接，避免破坏原有布线环境。釆用无线Wi-Fi无线技术的优点是它不受家居房屋结构和装修的影响且不需要布线，拓展性强，且Wi-Fi信号传输距离可以满足家庭需求。结构拓扑如下图所示。在本设计中釆用智能手机作为终端,现在智能手机大多含有Wi-Fi模块,以Wi-Fi网关作为集中控制器控制家电。

图7-4智能家居逻辑图

7.2.3物联网技术在智能家居中的应用

1．智能安防系统

　物联网在家庭场景应用中最基本的要求是安全与便捷。 物联网将企业级应用带入到家庭中，比如安全监控系统，安装家庭监控摄像头，就可以组成完整的家庭监控系统，不论房子多大。这些摄像头通常具有广角镜头，可拍高清视频，并内置了移动传感器、夜视仪等先进功能，用户可以在任何地方通过手机应用查看室内的实时状态。除了监控摄像头，窗户传感器、智能门铃（内置摄像头）、烟雾监测器，都是可以选择的家庭安全设备。用户可以设置条件如当红外传感器接受到的信号为1即有人状态，通过手机提示家庭人员，打开监控摄像观察家中情况，如发现外人非法入侵及时报警，极大程度地提高家庭安防。

2．智能照明系统

控制智能照明系统应用广泛，其最大的特点是场景设置，用户可以在照明系统中设置情景模式，例如会客模式、工作模式、休闲模式、睡眠模式等。根据不同的模式，设置不同的灯光的光暗程度，在同一室内可有多路照明回路，对每一回路亮度调整后达到某种灯光气氛称为场景，切换情景模式时的淡入淡出时间，利用各种传感器及遥控器达到对灯光的自动控制。

智能照明系统有以下优点：营造舒适的光感效果，舒服的环境可以有利人们身心健康，提高效率；合理设置灯具的使用，延长灯具寿命，节能环保；采用亮度传感器，自动调节灯光强弱。一些走廊采用移动传感器，当人走进感应区灯光渐渐亮起，当人离开感应区灯光减低或熄灭，达到节能的目的。

3．智能遥控系统

　　智能遥控开关在替代传统墙壁开关的同时，更具有对室内灯光进行控制的功能，如情景功能、全开全关功能、遥控开关功能等，可以在家中任意位置控制灯光和电器，并具有节能、防火、防雷、安装便捷等特点，取代传统手动式开关已逐渐成为潮流与发展方向。智能遥控开关实用性强、智能性高，具有以下突出优点：无方向远距离隔墙控制功能，一般在80米半径内可以做到信号覆盖，且可以穿透2～3堵墙体；极强抗干扰能力，可靠性高，具有防火与防雷击功能；具有手动开关和遥控开关两种模式，既增强了方便性，又承袭了原有的习惯；断电保护功能，遇到断电情况，开关全部关闭，当重新来电时，开关处于关闭状态，不会因未知开关状态而造成危险，也可以在无人状态时节约电能；家电控制集成功能，一般家庭都被遥控器困扰着，现在只需要一个遥控器，就可以实现对室内空调、电视、电动窗帘等等电器的控制，组建一个智能家居系统；超载保护功能，遥控开关里有过流保护装置，当电流过大时，保险管会先断开，起到保护电路的作用。

7.3物联网技术在智能物流中的应用

7.3.1智能物流的概念

智能物流系统（Intelligent Logistics System，ILS）是在智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）和相关信息技术的基础上，电子商务（Electronic Commerce，EC）化运作的现代物流服务体系。智能物流系统和相关信息收集技术的结合，获取物流作业的实时信息采集，并在集成的环境下对采集的信息进行分析和处理，为物流服务提供商和客户提供详尽的物流信息和查询服务。

智能物流系统的主要作用是对物流企业本身进行过程重组，将传统物流企业的管理和业务流程得到根本性的改造，改变运营模式、提高工作效率。随着电子商务的飞速发展，使其能够在信息化社会中得以生存；在电子商务的运营环境下，为客户提供增值性物流服务，增加便利、提高效率、降低成本，延伸企业在供应链中上下游的业务。

7.3.2物联网在智能物流中运用的主要技术

物联网在智能物流中应用的主要技术有：感知技术、网络通信技术、智能技术等。

1．智能物流中的物联网感知技术

目前在智能物流行业常用的物联网感知技术主要有RFID技术、GPS技术、传感器技术、射频识别技术、激光技术、红外技术以及视频技术等。

以RFID技术为例：在智能物流领域，RFID技术主要应用于仓库管理、配送中心管理、供应链管理、集装箱运输管理、停车场管理、货运车辆管理以及产品防伪等多个方面。随着物联网发展力度的加大，RFID技术在智能追溯方面的应用不断加深，仓库管理过程中提高货物出入库以及盘点的效率和准确性。

2．智能物流中的物联网通信技术

智能物流领域中常采用的网络技术是局域网技术、无线局域网技术、现场总线技术、互联网技术和无线通信技术等，以实现“物”的互联互通。

3．智能物流中的物联网智能技术

智能物流领域中常采用的智能技术主要包括云计算技术、智能计算技术、智能调度技术、数据挖掘技术、专家系统技术和ERP技术等。

7.3.3智能物流中存在的问题及解决方法

将物联网应用到智能物流领域当中确实对企业带来了很多的积极效应，但是不得不承认物联网的应用毕竟还处于初级阶段，因此物联网在智能物流领域的应用当中难免出现一些问题，针对这些问题，本书提出一些探索性的解决方案。

1．行业标准化问题

物联网在智能物流中的应用刚刚起步，不同国家、地区和行业的技术标准缺乏统一性，网络技术无法互联互通，应用技术不能兼容。要改变行业标准化的问题需要加强不同国家、地区和行业之间的交流合作，建立相关的物联网行业标准，确保硬件设备与软件系统的兼容性。建立统一的标准是物联网发展的趋势，更是物流行业应用市场的需求。

2．安全与隐私方面

物联网是互联网的延伸与扩展，所以也具备互联网的特性，面临信息盗取、信息篡改、遭受攻击等威胁。同时物联网信息感知设备具有暴露性，许多设备都能通过物理的手段获取设备中的重要信息，这两个方面都将会威胁到信息的安全性。由于在新领域的法律空白之中，需要政府出台相应的法律法规来限制、制裁不法分子，研究开发设备提高安全性，并在管理方面做好保护工作。

3．投入与回报

物联网是新型产业，引入智能物流领域需要大量的资金投入，大部分的资金投入包括硬件、软件的开发测试，以及人员培训等费用。物联网的应用主要集中在产品价值高和企业利润大的领域中，要改变现状，需要大力发展物联网技术，对物联网进行推广，使更多企业认识了解物联网，参与到其中的开发过程中，将物联网应用推广至整个供应链。这样不仅能增加成本的共同承担者以降低各企业的相对成本，又能形成规模效益以降低应用中的绝对成本。

7.3.4智能物流结合物联网技术在未来发展的方向

1．统一标准，共享物流信息

物联网局部应用是闭环和独立的，没有必要实现全部的物品互联到一个统一的网络体系。但是在物联网基础层面，统一的标准平台是必须的，局部的物联网系统、内部局域网等都可以在统一的标准体系上建立。统一的物联网基础体系是物联网运行的前提，只有在统一的体系基础上建立的物联网才真正能做到互联互通，做到信息共享和智慧应用。

2．互联互通，融入社会物联网

物联网是聚合型的系统创新，必将带来跨系统、跨行业的网络建设与应用。随着标签与传感器网络的普及，物与物的互联互通，将给企业的物流系统、生产系统、采购系统与销售系统的智能融合打下基础，网络的融合必将产生智慧生产与智慧供应链的融合。随着社会物联网体系的开放，物流行业部分局部的物联网应用会很快融入社会物联网。

3．多种技术，物流领域集成应用

目前在物流业应用较多的感知手段主要是RFID和GPS技术，今后随着物联网技术的发展，传感器、蓝牙、射频识别、M2M等多种技术也将逐步集成应用于现代物流领域，用于现代物流作业中的各种感知与操作。

4．物流领域将不断涌现出新模式

物联网是聚合、集成的创新理念，物联网带来的智慧物流革命将会涌现出许多创新的模式。

5．“物”有智慧，实现智慧物流变革

目前德国弗朗恩霍夫物流研究院正在研究真正物流中的“物”本身具有智能的智慧物流体系，即让物流中的物自己知道自己要到哪里去，自己应该存放在什么位置等待。

7.4物联网技术在其它领域中的应用

7.4.1智能仓储

1．智能仓储定义

智能仓储系统是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库输送系统、信息识别系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他辅助设备组成的智能化系统。系统采用一流的集成化物流理念设计，通过先进的控制、总线、通讯和信息技术应用，协调各类设备动作实现自动出入库作业。

智能仓储系统是智能制造工业4.0快速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、避免货物损坏或遗失、消除差错、提供仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提供物流效率等诸多优点。

2．智能仓储的特点

实现仓库的信息自动化、精细化管理，指导和规范仓库人员日常作业，完善仓库管理、整合仓库资源，实现数字化管理，出入库、物料库存量等仓库日常管理业务可做到实时查询与监控。其主要的作用有：提升仓库货位利用效率；减少对操作人员经验的依赖性，转变为以信息系统来规范作业流程，以信息系统提供操作指令；实现对现场操作人员的绩效考核；降低作业人员劳动强度；改善仓储的作业效率；减少仓储内的执行设备；改善订单准确率；提高订单履行率；提高仓库作业的灵活性等。

7.4.2食品溯源

食品安全溯源体系，是指在食品种植养殖、生产、流通以及销售与餐饮服务等环节中，食品质量安全及其相关信息能够被顺向追踪或者逆向回溯，从而使食品的整个生产经营活动始终处于有效监控之中。该体系能够理清职责，明晰管理主体和被管理主体各自的责任，并能有效处置不符合安全标准的食品，快速查证不安全食品来源并分析原因，从而保证食品质量安全。

7.4.3智能农业

智能农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与陆地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。它集科研、生产、加工、销售于一体，实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产；它集成现代生物技术、农业工程、农用新材料等学科，以现代化农业设施为依托，科技含量高，产品附加值高，土地产出率高和劳动生产率高，是我国农业新技术革命的跨世纪工程。

智能农业产品通过实时采集温室内温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业还包括智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库的温湿度平衡。

7.4.4智能医疗

智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。在不久的将来医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技，使医疗服务走向真正意义的智能化，推动医疗事业的繁荣发展，改善当前中国“大院人满为患，小院无人问津”的情况。在中国新医改的大背景下，智能医疗正在走进寻常百姓的生活，节省社会资源。

智能医疗结合无线网技术、条码RFID、物联网技术、移动计算技术、数据融合技术等，将进一步提升医疗诊疗流程的服务效率和服务质量，提升医院综合管理水平，实现监护工作无线化，全面改变和解决现代化数字医疗模式、智能医疗及健康管理、医院信息系统等的问题和困难，并充分体现医疗资源高度共享。

通过电子医疗和RFID物联网技术能够使大量的医疗监护的工作实施无线化，而远程医疗和自助医疗，信息及时采集和高度共享，可缓解资源短缺、资源分配不均的窘境，降低公众的医疗成本。