物联网技术论文范文

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物联网的网络架构

在物联网的网络结构中，包括四个层次：

最底层是传感器网络层，即以传感器、RFID以及各种手机、PDA等机器终端为主，完成对底层信息的全面感知和采集功能;

第二层是传输网络层，即通过现有的互联网、广电网络、无线通信网等网络，实现数据的汇聚和传输功能;

第三层是中间件层，通过构建中间件来屏蔽各类传输网络的差异性，为上层应用提供统一的数据调用接口，同时对传输网络层汇聚上来的信息进行理解、推理和决策;

最上层是应用和服务层，即通过对调用数据的处理和解决方案来管理和控制手机、PC等终端设备，实现人们所需要的应用服务;或者与行业专业技术深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。

传感器技术

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其它装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。根据传感器工作原理，可将其分为三大类：

（1）物理传感器

物理传感器应用某些物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，将被测信号量的物理量转换成便于处理的电信号。

（2）化学传感器

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

（3）其它

物联网的用途

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、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。文献[6]-[11]列举了物联网技术在各行各业中的应用。

国际电信联盟于2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。亿博物流咨询生动的介绍物联网在物流领域内的应用，例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配;当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大叫“你扔疼我了”，或者说“亲爱的，请你不要太野蛮，可以吗？”

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长的时间。

物联网的发展趋势

物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。

物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。

物联网需要信息高速公路的建立，移动互联网的高速发展以及固话宽带的普及是物联网海量信息传输交互的基础。依靠网络技术，物联网将生产要素和供应链进行深度重组，成为信息化带动工业化的现实载体。据业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的产值，它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点。

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2基于物联网技术的智慧供应链

物联网技术使整个物流供应链管理更精准、高效、智慧、可控、可知及可视。通过物联网等技术的应用，优化业务流程，提升物流服务水平，强化物流精益管理，提高调度智能决策；通过运用摄像头、温湿度和红外线传感等技术手段，实现全环节可视监控；通过RFID技术，对批次物料进行标识和不中断传递，实现物料全过程质量监控和回溯；通过生产过程数据自动采集、自动加工，实现智能信息处理与服务决策，实现整个供应链全面覆盖、全面感知、全程控制、全面提升。“传感监控网络”采集捕获的信息，通过有线网络、无线网络、卫星通信、电信网络、广电网络、蓝牙等多种传输技术和通信网络，快速准确地上报监控信息智能分析系统，分析系统根据预先定义的关于物移、闯入、徘徊、滞留、超速、越界、温/湿/火/水/烟等不同环境异常触控阈值条件，生成不同优先级的警报信息，并以指标、视频、声音、时间等不同维度的信息通报用户。实现对环境、位置、时间三位一体的全方位精细化管理，提高物流仓储管理的安全可控性。通过这样的集成，可以方便地实现：在物流中控室随时检查某个工作间的温、湿度传感标签，温、湿度标签在接收到温、湿度数据后，可以定期向远距离阅读器发送数据，这些数据信息实时传输到监控室的显示屏上。当任何一个监测数据超过事先设置好的警戒线时，就会发出报警提示，监控平台可以在第一时间确定位置，进行有效处理，实现快速响应。另外，可以将监控系统与移动通信技术相结合。在机房出现异常时，利用短消息、邮件、手机或电话振铃等方式进行提醒，充分实现无人值守的远程监控，提高物流现场的管理效率和管理水平。

3智慧供应链平台架构设计

基于物联网技术的智慧供应链平台的总体架构设计思路，以现代物流与供应链管理思想为核心，建立统一的平台多元数据中间件，基于物联网和SOA技术，建立流程化的物流管理信息系统（见图2）结构体系，以整合供应链上下游系统资源和数据资源，增强供应链的可视性，强化绩效管理和成本控制，为供应链提供监控调度手段，提升供应链整体执行效率，降低供应链总体成本，为智能化决策支持提供依据。

4物联网技术对供应链管理的影响

物联网技术的应用使企业供应链管理的方式发生巨大变革，主要体现在以下几个方面。（1）实现供应链的可视化管理，实现产品的质量保障。通过在供应链各个环节运应物联网技术，如RFID、二维码、电子标签等，对每个物品的流动信息进行采集，保证物品的可追溯性，实时监测产品的动态信息，利用互联网实现信息的共享和交换，通过信息平台可以查询这些数据信息，实现供应链的可视化管理，保证产品质量，提高企业信誉度，实现价值最大化。（2）实现供应链的信息共享。信息共享是供应链管理的核心思想，信息共享保证信息的同步传输，供应链各环节的信息同步是供应链信息化追求的目标，只有实现各个环节信息的同步化管理，才能有效发挥供应链协同化管理的价值。物联网技术的应用实现了各环节的信息采集，及时发送信息平台，及时共享，减少数据采集的失真现象。快速有效的数据流动，可以有效应对客户需求的变化，准确预测市场需求，大大减少库存量，降低企业成本。（3）实现供应链的智慧管理。通过物与物的信息交换，实现自动化控制，减少对人工的依赖，节约成本，减少出错率。智慧的物流供应链系统通过对数据信息的采集和分析，用先进的数据挖掘技术和智能分析技术进行智能化处理，根据提供的信息进行判断，将结果回传到设备采集器和节点，实现整个系统的闭环控制。遇到紧急情况，根据这些数据信息，自动启动防护预案，实现多系统联动，全面提升灾害自动修复水平，从而提高供应链的智能化水平，实现真正意义上的智慧管理。

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二、基于云计算与物联网技术的B2C电子商务模式

由于云计算平台的物联网的电子商务运营体系，能够对海量的营销数据进行高性能的分析处理与优化，考虑当前的物联网技术处于初步发展阶段，在建立云计算平台的物联网的电子商务运营体系时，采用如下几个方面的经营模式。

1.在物联网的角度作为切入口，协同传感器生产厂商、通讯营运商，将企业自身的无线传输网络，通过传感节点的方式接入互联网。因此，想升级为电子商务模式的企业，可以将物联网系统架设在云计算的基础设施之上。从而实现运资源的虚拟化与动态分配。

2.可以将大型的B2C的企业作为发展的云平台发展的基础，将云平台的网络几点配置以及资源分配进行优化升级，从而达到B2C电子商务企业的高效应用。将大型的B2C企业进行联合，制定云平台的统一标准。

3.当云计算平台的物联网的电子商务运营体系建立完善时，随着B2C电子商务的业务量不断的增长，要努力提升云平台资源的共享服务以及高性能计算的能力。服务能力的提升是伴随云计算平台的物联网的电子商务良性发展的要素。随着B2C电子商务的规模越来越大，云计算平台的物联网的电子商务运营体系的优势就越明显，盈利效应就越好。

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2物联网数字动感单车的设计目标

基于物联网技术的数字动感单车设计目标是利用物联网技术，将动感单车与专业的健身服务资源实时地衔接起来，实现多方面的资源整合，为健身人群、社交媒体、数字游戏开发商、健身服务提供商等提供交互接口。物联网数字动感单车将个人的健身数据通过终端软件实时地进行采集和传输，实现基于物联网模式的海量健身数据存储与处理，通过服务器端的数据分析计算给不同健身人群提供相应的健身服务方案，并实现数字动感单车的自动反馈控制，最终实现健身服务的个性化定制服务模式。

3硬件设计

3.1多模式身份自动识别系统

物联网动感单车的身份自动识别功能是为区别不同的健身用户，以实现各类服务软件的自动登入。用户身份的快速识别是用户健身数据传输和个性化健身服务提供的基础。身份识别技术目前可通过二维码、RFID、NFC、蓝牙等技术实现，不同身份识别技术在技术和可行性上都具有优势，但是在一些环境中也有其弊端，比如在健身房中，动感单车的使用间隔更加缩短，用户如果使用自有的智能设备，容易发生丢失且影响健身体验，而如果使用已经安置好的智能设备，则必须有用户间的相互替换，如果在这一阶段使用传统的手动输入方式，必然影响用户的健身流畅性。因此，在物联网动感单车设计中应采用多模式自动识别系统（图3），不仅能够完善对于现有智能设备的支持，也扩大了其他辅助身份识别模式。辅助装置采用智能卡识别子系统，可以看作是对智能设备的辅助，智能卡模式是面向健身房、社区健身园区等多用户、多器材健身环境而设计。

3.2数据采集系统的设计

数据采集系统作为智能动感单车感知层前端载体，是数据采集和获取的重要渠道，传感器无疑是能够满足物联网数字动感单车对各种信息感知需求的主要工具。数据采集系统包括：（1）体重采集系统。物联网动感单车设计中体重采集装置是物联网功能实现的必要元件之一。在实现方式上，主要通过传感器在动感单车车轮部署，通过智能光电式传感器的在物联网车轮中的集成，用户的体重数据可以实时地上传给客户端。（2）心率采集系统。心率作为血液循环机能的重要生理指标在运动健身相关研究中被广泛地应用。根据运动心率变化曲线来确定用户健身过程的目标心率，更具科学性和可参照性。运动后心率的恢复又可作为评定用户负荷适宜与否以及心脏机能状态的指标和依据。（3）能耗采集系统设计。利用外接基于加速度传感器的运动传感器，可以量化测量体力活动消耗，把传感器固定在用户身体上，就能够感应到肢体或躯干的运动或加速度状况。通过短距离输送技术，可以实时传送用户运动状况的数据至用户智能设备的客户端。（4）手部动作识别系统。多维化设计是物联网数字动感单车的重要设计，传统动感单车只有一维的运动方向，通过加入左右手动作光点传感器，可将动感单车的动作提升至两维，让动感单车不仅可以实现单向的识别，也可以识别左右，更加提高动感单车相关应用软件的娱乐性和互动性。（5）安全感知系统。红外数据采集的功能是判断用户使用安全的重要措施，同时红外数据可以作为判断用户是否离开的依据，人体是非常敏感的红外探测源，人体在动感单车进行运动时，车身长度限制了其运动的范围，而红外探测的有效距离远远高出这一范围，通过一些相应的模型建立，可以有效地探知人体在运动时一些简单的摔倒和离开动作，真正实现动感单车的自动感知。（6）运行数据采集系统。用户通过智能设备操作将控制命令传导至中央控制板，数据经解析后传递给下控板并完成对升降机和驱动马达的控制，下控板在获取升降机和马达的数据后，将信息传回人机交互界面。通过动感单车的运动时长、骑行里程、速度变化、坡度变化等多项数据，可以方便地对用户的能量消耗、运动强度、运动频率等进行计算，从而实现对用户健身过程的监测。（7）环境和位置数据采集系统设计。通过在物联网健身器材中植入温度、湿度、GPS等智能传感监测元件，可以快捷地收集活动健身场所的环境数据，例如近来备受关注的PM2.5数据的监测、氧气含量的数据都可以在物联网健身器材中实现监测。

3.3自动控制系统

自动控制同样是当今物联网研究领域的重要研究方向，对于物联网动感单车设计而言，其自身具有独特的使用特点。动感单车因其操作方式较为多样化，且具有独立的中控面板，较为适合自动控制系统的嵌入，且对于物联网动感单车实现自动控制有以下几点优势。首先，利用自动控制系统可以帮助健身用户自动运行动感单车骑行模式，降低操作难度并节约操作时间。其次，自动控制系统能够准确地记录健身用户的运动强度与运动量，防止用户只选择不运动的状况出现。第三，是对于个性化运动处方的支持，通过物联网，健身用户可以获得由健身服务提供者开具的运动处方，对于单独选择动感单车健身的用户，基于个性化的运动处方实现对动感单车的自动控制将会大大提高动感单车的锻炼效果。

4数字动感单车的支持软件设计

4.1基于平台的数字动感单车数据管理系统设计

物联网动感单车数据管理系统是基于物联网，以云计算技术为后台支撑的信息管理系统。系统在使用J2EE技术平台的基础上，利用Java的跨平台特性，独立于硬件配置和操作系统，保证系统平台的灵活性、可移植性和互操作性。系统总体架构，采用了分布式的设计，各个子系统的业务相互独立，采用接口的形式进行调用，防止出现一个子系统的升级，牵涉到整个系统的升级，降低了升级的错误率。每个子系统都采用了MVC设计模型，将前台的数据展示与业务逻辑处理分离，便于后期的维护。利用成熟的Spring、mybatis等技术进行业务逻辑与数据存储的处理，加强了软件复用度，缩短了开发的开发周期。采用SOA组件模型，各个子系统的关键功能单元的调用以WebService方式实现，接口实现技术统一采用REST技术，保证系统各部件之间调用的低耦合度。广泛采用Web2.0界面技术，引入先进强大的工作流引擎，使用大规模、高可用、高并发数据库引擎，实现了系统的高可靠性、高稳定性、高安全性和高扩展性，为本项目的研究提供了良好的支撑条件。物联网动感单车数据管理系统涉及多种类型的健身资源，满足不同健身服务的需求。主要系统设计如下：（1）用户信息管理系统。用户管理负责对系统所有用户的管理，包括普通健身用户管理、指导人员用户管理、系统操作用户管理等子系统。（2）动感单车信息管理系统。动感单车信息管理系统负责动感单车基本信息的管理，包括类别特征管理、控制代码管理、使用指导信息管理子系统。（3）健身数据管理系统。健身数据管理系统负责对用户的健身信息进行管理。包括健身数据采集管理、处方信息管理、综合数据信息管理、扩展信息管理等子系统。（4）服务质量管理系统。服务质量管理系统负责对健身服务产品进行监督。包括服务产品审核管理、产品质量评价管理、产品销售统计管理等子系统。（5）CRM客户管理系统。CRM客户关系管理系统负责对接入健身物联网的动感单车用户信息进行管理。

4.2客户端的设计

客户端是各类物联网服务系统不可缺失的设计，在物联网动感单车的网络健身服务模式中，客户端作为人机交互的重要入口，是实现物联网健身服务模式的重要环节。物联网动感单车客户端能够实现对使用物联网健身器材用户锻炼信息的实时监测显示，并通过健身云服务平台向用户提供锻炼指导、运动处方推荐、健身服务产品供给等功能（见图6）。（1）用户登录验证。客户端软件登录方式的多样性，既能通过传统的方式进行注册登录，又可以通过ShareSDK等较为流行且安全的应用开发技术实现QQ、MSN、新浪微博等第三方接口信息认证并登录客户端，实现使用的便捷性。（2）用户健身档案管理。会员基本信息获取时，客户端需要传入会员ID和密码，供服务端进行登录验证。会员通过在客户端填写个人的数据，建立个人数字档案，从而获取更为个性化的健身服务推荐，会员在登录后可以按照操作填写个人数据，包括基础信息、生活习惯和社会因素等信息。储存到云端用户信息数据库，可供健身服务提供人员和相关推荐系统利用。（3）动感单车控制。通过开发智能设备的应用客户端，可以实现客户端与服务器端的数据传输，使用REST技术通过客户端POST的方式，将客户端数据存入JSON中，调用服务端的REST接口；服务端对传过来的JSON数据进行解析，对用户信息进行验证，并对业务数据进行提取，将处理结果返回给客户端，从而组成“设备——客户端——服务端”的数据双向传输路线。（4）健身服务控制。为提高远程健身服务的效果和质量，用户可以利用客户端给处方进行评价，会员对处方进行评价时，客户端需要传入会员ID和密码，供服务端进行登录验证后将评价数据存入服务评价数据库。（5）个性化运动处方推荐。物联网动感单车的健身服务系统通过对动感单车使用人群健身数据的分析，实现对健身用户个性化健身处方的制定。但由于健身服务平台的开放模式，所需服务的人群流量巨大，后台健身服务指导者在线编辑运动处方的时效性差，而且对于同类用户运动处方可以重复利用。个性化运动处方推荐是在后台数据量较为庞大的假设基础上进行，它不同于传统的基于知识库的推荐方式，需要完善基于用户个体数据形似度匹配的混合推荐方法的应用。

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2堆取侧取堆取料机概述

随着全球工业的迅速发展，各个领域对其生产线的自动化程度及对全厂环保节能的要求越来越高。堆取料机在矿山、冶金、石化、钢厂、电厂、煤矿的应用也越来越被人所认可。顶堆侧取堆取料机是由圆形桥式刮板混匀堆取料机派生出的一种新型散料搬运设备。与圆形桥式刮板混匀堆取料机不同的是前者在料堆顶部取料，后者在料堆端部取料。对于同等直径料场而言，顶堆侧取堆取料机料堆高度要比圆形桥式刮板混匀堆取料机要高，堆料量要大很多，对于物料仓储量大的厂矿更为适用。

2.1控制系统的硬件部分

顶堆侧取堆取料机的电气系统硬件选型遵循着确保电路工作的稳定性、安全性的原则，控制电路在出现事故情况的下，保证操作人员、生产机械、电气设备的绝对安全，并能有效地防止事故的蔓延。顶堆侧取堆取料机控制系统主要包括用于配电类的断路器、接触器、变压器等，用于控制系统的可编程控制器(PLC)及人机界面(触摸屏)，用于保护类的热继电器，用于传动类的变频器，用于检测类的物料探测器、编码器、限位开关、接近开关、超声波料位计等，用于监控类的视频采集系统，用于管理类盘煤系统。各部分相互配合来构成一个整体的堆取料机控制系统。顶堆侧取堆取料机控制系统的核心部分就是可编程控制器(PLC)，它是整个系统的大脑，通过现场各类检测元件反馈来的信息作出判断，通过程序的编写来实现其正常的生产工艺。

2.2视频监控系统

由于顶堆侧取堆取料机设备较大，在生产过程中观察角度不好，很容易在手动工作时出现堆料溢料，料堆堆积形状不规范，取料时吃料深度大并出现取料余料等现象，很可能造成工作事故，影响工作效率。因此，在顶堆侧取堆取料机上增设工业电视监控系统具有要意义。顶堆侧取堆取料机设有一套独立的工业电视系统，包括5个变焦距彩色摄像机(带旋转云台)、系统主机、电源、彩色液晶监视器、光端机等(见图2)。

2.3盘煤系统

随着产品智能化的不断提高，激光盘煤系统已经大量用于圆形煤场中，通过安装于堆取料机上的盘煤系统可将料场中煤量进行合理分析，并通过三维合成及数据分析，以图形及报表的形式将数据送至主控制室，可让厂矿合理的分配煤炭的进出时间及进出量，大大节省人力。由于当今煤炭行业价格不稳定，通过盘煤仪可以对电厂所需煤炭需求有精确的掌握，同时对市场煤炭价格的预判来降低电厂的成本。盘煤系统共分为激光盘煤仪，回程角度测量及后台集成控制器。盘煤系统安装示意图如图3所示。

3基于物联网技术的产品硬件组成及数据采集

基于物联网技术对顶堆侧取堆取料机数据采集的方法简单的说就是在设备上安置1台工控机，工控机内嵌入1个用于通讯的DP板，利用DP通讯将工控机与顶堆侧取堆取料机控制系统中的PLC进行连接，将PLC中的数据采集至工控机中。利用3G技术将工控机内的数据传至远程服务器内。通过页面访问进入已设计好的画面内，画面同时调取服务器内数据，从而达到远程在线检测的目的。

3.1产品硬件组成及网络连接

3.1.1产品硬件组成在设备上安置1台工控机，工控机与堆取料机控制系统之间利用DP通讯来连接。工控机上放置1个用于通讯的DP板，利用DP通讯将数据从设备控制器内采集出来。3.1.2网络连接建立基于云计算技术的物联网云服务系统，并利用3G技术实现其与主流操作系统移动终端的通讯。将工控机采集过来的信号传送至服务器内。设备网络连接如图4所示。

3.2网络配置

在PLC内进行DP网络配置，将PLC内DP地址设置为1，波特率为1.5b/s。将工控机所需数据放置于单独数据块内。工控机内设置DP地址为2，波特率为1.5b/s。数据读取循环间隔为3.5s。

3.3顶堆侧取堆取料机数据

由于堆取料机数据较多，根据实际需求调取必要数据。这样不但减少网络传送数据量，降低传送时间，同时保证数据准确。顶堆侧取堆取料机传送数据信号如表1所示。数据显示利用局域网，在线登陆监控界面，通过调用服务器数据进行监视。

4应用情况

目前，该技术已在宁夏某企业成功应用1年。在此期间，服务中心专家智能系统对现场设备的实时监测，多次为设备故障做出了预判，提前告知用户问题，避免突发事件的发生，减少了设备因故障停机时间近60h，降低用户因此而带来的损失近200万元。用户满意度极高，同时由于该技术的应用增强了用户对公司产品的信赖，近期再次签订了订货合同，增加订货产值。由此看来，物联网技术的应用价值可观。

5存在问题

5.1网络安全问题

由于物联网技术是新型的一门技术，物联网技术在顶堆侧取堆取料机上的应用主要依靠物联网的传送来完成的。而基于云计算技术的物联网云服务系统，在信息安全需要较高。现阶段，一方面要分析传统计算平台面临的安全问题，采取全面严密的安全措施;另一方面，云平台应向用户证明自己具备某种程度的数据隐私保护能力。

5.2传送信号问题

顶堆侧取堆取料机物联网应用是3G网络平台搭建的，由于现阶段3G网络覆盖区域的问题，出现过信号丢失、断网等问题出现。现阶段采用了移动3G，电信3G双网并行的方式来缓解信号不稳定的问题。

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1.2科研成果转化虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合灵活高效的软件来完成各种自动测试、测量应用。将虚拟仪器技术和物联网技术结合起来，在自动测试测量、无线通信、故障诊断和远程测控等方面有着极大的应用价值和应用前景。目前，国内很多高校和科研机构积极致力于这两者结合模式的研究，如天津大学、华北电力大学等。我们学院在这方面也开展了很多研究，譬如开展了“基于LabVIEW和物联网的风光互补电站监控系统的研究”、“虚拟仪器与GPRS无线通信测试研究”等多项校厅级项目，并取得了一些成果。我们已经将项目涉及的无线传感器技术、GPRS无线数据传输技术应用到虚拟仪器课程当中，对整个虚拟仪器课程的教学起到了很大的推动作用。

2物联网技术的应用体现

物联网技术在虚拟仪器课程中的应用体现在实验教学环节，主要针对专业实验。因为基础实验仅依靠软件编程就可以实现，譬如学生编程练习数组函数、结构等知识。但对于专业实验，必须要有硬件配套才能完成，借助于传感器实验室的WSN和GPRS将传感器测量的信号传给计算机仿真实验室的上位机，再通过上位编程对各种参数进行分析处理，就实现了一套从数据采集、数据传输、数据分析、数据存储、远程监控的完整流程，让学生体会到虚拟仪器作为自动测试测量领域专业开发工具的优势所在，掌握到该领域的一些前沿技术，此类专业实验的实验流程如图1所示，只要改变传感器类型、ZigBee组网方式和数据中心程序，就可以完成不同的专业实验。在实验内容安排上，我们追求量少质高。开设了几个目前科研应用中比较常用的无线通信、远程测控和故障诊断方面的实验。譬如开设的“虚拟仪器与GPRS无线通信测试”实验，就是由校级精品实验项目转化而来，旨在通过借助虚拟仪器的实验平台，快速搭建一套GPRS无线通信系统，模拟实际工程中无线通信的全过程，通过LabVIEW编程，设计出友好的人机交互界面，将无线通信的原理和过程直观形象地展现出来，让学生充分理解无线通信的原理和设计思想，在实验室里就能接触到要在科研项目或企业里才能用到的新技术。同时在课堂教学上将实验中涉及到的物联网技术进行讲解，譬如ZigBee组网选择、ZigBee组网协议、用于GPRS通信的TCP/IP协议等，讲解时可结合项目实例进行，课堂上现场演示利用GPRS技术通过简单编程实现手机短信和彩信的收发，让学生能直观地感受到所学课程的实用性和前沿性，让学生从心底里产生要将这门课学好的冲动。

3教学效果

引入物联网技术之前，由于无法开展专业性的实验，使得很多理论无法得到实践运用和验证，学生只能通过编程练习数组函数、结构等基础实验，普遍感觉实验比较空洞、枯燥，积极性不高，学生感觉不到该课程的工程应用价值，也体会不到虚拟仪器作为自动测试、测量领域专业开发工具的优势所在。在将物联网技术引入之后，使这一问题得到很大改观。开设的实验项目涉及的内容是目前很流行的无线通信领域，而且GPRS通信中还可以实现手机短信的接收和发送，所以学生的积极性都很高。另外，在项目的实验过程当中，每组学生会对程序界面的设计和调试过程进行探讨，所以实验氛围也很好。另外该类项目要求学生要对所做内容有个清晰的思路和具体实现方案，要求学生具备一定的编程能力和程序调试能力，所以对学生实践能力的锻炼，创新意识的培养、探究性思维的启发都起到一定作用。

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1.2畜牧养殖方式的转变目前，我国畜牧养殖处在传统养殖方式向现代化养殖方式过渡的阶段。传统养殖方式是以农户为单位、规模小、品种多、人畜混居、混放混养的粗放型养殖方式[4]。从全国的角度看，我国的畜牧养殖方式仍然以传统养殖方式为主，就个别品种和个别地区看，养殖方式已经基本实现了现代化。畜牧养殖方式的变革主要体现在以下三个方面。在育种方面，人们已经不局限于传统的本交方式，人工授精技术逐步推广，对加快猪优良品种的推广、提高受胎率、延长种公猪的使用年限、防止疫病传播起到了积极的作用。在饲养方面，传统的粗放式养殖正逐步被科学合理的精细化饲养取代，精细化饲养根据畜禽不同的生理和生长阶段，采用不同的日粮配方，降低了畜禽饲养成本，提高了畜禽养殖经济效益。在管理方面，用现代化科学技术来管理和经营畜牧养殖各个过程，将信息技术应用于养殖的各个环节，通过使用电脑、手机等科技产品，人们能随时随地获取相关信息并进行日常管理，促进了畜牧养殖管理方式的飞跃式发展。

2物联网给畜牧养殖带来的变革

物联网的发展，给畜牧业全过程都带来了巨大的变革。在物联网技术快速发展的今天，畜牧生产在繁育、环境、饲养、疫病、质量追溯等各个方面，都发生了革命性的影响，以物联牧场为代表的畜牧业，正朝着更智能、更高效的方向发展。物联牧场的示意图如图2所示。

2.1光温水气自动控制，生长环境精确模拟畜禽的生长环境对畜禽产品产量和质量的影响尤为重要，现阶段，我国大部分养殖场都无法做到对畜禽养殖环境进行精确控制，因而无法进一步提高畜禽产品的产量和质量，物联网技术为畜禽生长环境的自动控制、精确模拟提供了必要的条件。通过光照、温湿度、气体传感器等采集牧场环境信息，将采集到的信息通过无线传输技术（WSN）和移动通讯技术，如蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、3G技术等传输到服务器[5]，应用程序将收集到的数据与数据库中的标准数据进行对比，集合专家系统、畜禽生长模型等科学准确的计算畜禽养殖环境数据，然后将指令发往终端设备，通过自动控制技术（温度控制器、光照强度控制器、CO2发生器等）对畜禽生长环境进行精确控制，从而提供一个良好的畜禽生长环境，促进畜产品产量和质量的提高[6]。

2.2生长状态实时反馈，畜禽生长精细饲养畜禽在生长过程中，其个体的生长状态（如身高、体重、年龄、体温等）会发生巨大的变化，针对不同的个体生长状态，采用适合不同个体生长的饲料配方，进行畜禽生长精细饲养，才能更有效的促进畜禽生长，进而提高畜禽产品产量和质量。在物联牧场中，通过畜禽体征指标传感器，如压力传感器、红外传感器等，实时搜集畜禽个体生理状态数据，并将数据及时传输到服务器，集合畜禽精细饲喂模型，对畜禽饲料配方进行科学配比，从而保证畜禽生长所需能量，节约生产成本，提高畜禽产品产量和质量，同时，监测畜禽个体数据异常情况，将数据及时反馈给生产者，做到实时监测、实时反馈、实时处理。

2.3动物疫病实时监测，疫情预警严格控制动物疫病是影响畜禽产量的重要因素，尤其是传染病，对畜禽养殖是一个极大的威胁。动物疫病在发生前都有征兆，物联网技术的发展为动物疫病的监测与预警提供了技术支撑。通过对畜禽个体情况的实时监测，及时了解个体生长状态，传感器将畜禽个体的生理数据（如体重、体温等）通过传输网络传到数据库，应用程序通过监测数据库中的实时数据，了解畜禽生长的实时信息，并将畜禽生长信息与最新的畜禽疫病数据相对比，及时监测畜禽生长状况，对疫情进行严格控制。

2.4母畜数据实时传输，畜禽繁育动态监测畜禽繁育是畜牧业养殖的重要方面，在养殖产业环节中，占据着一个相当重要的地位。随着物联网技术的发展，尤其是以RFID、二维码、传感器等采集技术的进步，母畜在期的各种生理数据都会发生变化，通过期母畜生理变化情况，科学地对畜禽进行配种和生育。以奶牛为例，期的奶牛，其活动量、步行数等都远远大于其他奶牛，通过对奶牛行为进行监测，可以实时了解奶牛的状况，科学预测奶牛时间，及时进行人工授精，保证奶牛产奶质量。在奶牛怀孕期，通过对奶牛身体状态进行监测，及时了解奶牛生长状况，保证奶牛顺利产仔。

2.5质量管理精确控制，产品溯源可持续化随着经济生活的发展，尤其是近几年食品安全事件频发的影响，农产品溯源技术越来越受到重视，物联网技术的进步，极大提高了农产品溯源技术的水平。在物联牧场中，以二维码和RFID技术为主的个体标识技术已经得到了广泛的应用，畜牧业物联网溯源平台已经基本完善。每一种物联牧场出产的产品，都可以通过标识在物联牧场的溯源平台中查到其产地、销地，并通过溯源系统对其质量进行严格把关[7]。

3物联牧场未来展望

3.1传感器技术将是物联牧场发展的关键在农业物联网感知层、传输层、应用层中，感知层中传感器技术的发展水平是农业物联网发展的关键[8]。我国畜牧业物联网现处在发展的初级阶段，尤其是在传感器技术方面，与其他行业差距较大。在畜牧物联网发展中，传感器技术仍然是物联牧场发展的关键，是否能研发出低成本、高精端、高灵敏度的传感设备，将直接制约物联牧场发展的水平。光照、温度、湿度、CO2、H2S等传统传感器和光纤、红外、生物等新型传感器的研发，将为畜牧业的发展奠定技术基础。

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2)智能考勤系统。传统教师点名的考勤方式，浪费了一定的教学时间。使用智能考勤技术，学生上课前通过刷卡进教室，教室的读卡器在接受了学生的刷卡信息后，自动将信息发送到教学管理系统中，并通过计算机将数据更新到考勤数据中去，这样教师就可以通过计算机快速的查询学生的出勤情况，从而节约了教学时间。

3)构建智慧图书馆。智慧图书馆的建设主要为学生借阅图书和学校管理图书提供方便。首先，学校图书馆是供学生查阅资料的场所，外来人员的进入会给图书馆的管理带来了不便，利用RFID标签和学生的一卡通等设备，可实现图书馆安全管理。另外学生借书、还书也依靠一卡通来实现，通过刷卡、扫描图书等方式来实现自助式借书，还书时只需扫描一卡通即可获得书本信息，方便图书的归架。另外，系统在刷卡时能自动识别学生的专业、借阅记录，学生的考试成绩等信息，自动寻找学生的兴趣点，为学生提供推荐服务，方便学生学习。

4)实验室管理。实验室的设备一般造价昂贵，其结构、类别也比较复杂，通过电子标签，对实验设备进行管理，在电子标签上存储设备的信息，通过与网络系统相连接，实现统一控制。学生凭一卡通进出实验室。

2物联网在学生生活方面的应用。

校园生活是智慧校园管理系统中的一项重要内容，校园生活包括学生、教师在校园内消费、住宿、校园安全、车辆管理等方方面面，智慧校园是以智慧技术来实现智慧生活，利用物联网技术来更好的实现智慧校园。具体来谈，有以下几点。

1)消费管理。消费管理是智慧校园的重要组成部分，以物联网技术为核心的消费管理主要包括：

⑴基于RFID技术的一卡通，或有的学校以手机等作为信息存储器，含有学生的基本信息。

⑵RFID阅读器，即消费场所的刷卡器，读到信息后传至后台的数据库进行查询，读取和扣除金额。

⑶后台数据库，持卡人的信息统计在数据库中，方便了消费业务的查询。像食堂、商店、浴室等场所的消费管理都可以通过这种方式实现。

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二、物联网技术在设施农业中的应用

当前，在种植、养殖、农资、农产品加工、农业信息化推送、农业智能化管理等方面，设施物联网技术都取得了一定的应用与发展。物联网技术的应用，可以让植物生长环境更好，可以全面感知家禽牲畜的生长状态，减少弊病。下面就对其应用具体几个方面进行探讨：一、物联网技术可以对农业情况进行实时监测。在整个物联网技术的研究工作中，其终端技术的应用及研究是工作的重点之一。简单地说，物联网终端与各式各样的作用不同的传感器有着密不可分的联系。在传感器的帮助之下，可以全方位的对农作物实时进行监控，依据监控所得数据进一步采取措施，使农作物在合适的环境下生长。其中传感器的种类大致有温度、光、湿度、pH值、二氧化碳、生物等传感器。使用这一终端对在农业生产中出现的各种问题进行合理适度的调整控制，同时还节约了各类资源，如水与人力等。二、对农作物的病虫害具有防治作用。判定农作物是否发生灾害的关键数据是阈值，当阈值到达一定的界限之后，农作物灾害便随之而来。在以往的种植过程中，人们常常需要花费不少的时间、金钱、精力去应对农作物灾害发生，但是往往得到的效果也不尽如人意，同时大量时间、金钱付诸东流。在设施农业中应用物联网技术，可以借助无线传感器对农田进行大规模的同步监测，同时针对观察情况，科学及时地对发现的情况处理，对农作物的灾害防御有很好的作用。在准确判断灾害情况、范围、程度的同时，还可以面对问题给出最合理的方案。根据情况的不同，在整个过程中还可能会用到GPS定位、GIS等先进技术。

三、物联网在设施农业应用中存在的问题

随着国家对物联网发展事业的重视，物联网产业持续升温，很多与设施农业相关的设备工厂开始在设施农业物联网方面大展拳脚，使得产品种类多种多样。在这个过程中，这些公司也出现了很多的问题。一、产品功能单调、没有特色。再次开发前景受限、价格过高等。这些工厂研发制造水平旗鼓相当，在激烈竞争的同时并没有出现领头羊式的企业。再者由于该技术比较新颖，没有一套公认的、合理的、权威的评价标准。面对这一困境，需要国家进行适度干预，从全局上对该产业进行规划、同时明确发展的方向并根据实际情况制定一些计划。要在新产品的研发与新技术上加倍努力，根据不同的地区情况、人员素质情况研发技术，因地制宜。在发展的同时还出现了技术不协调的问题。二、目前我国的农业生产信息化还没有普及，所以物联网中很多的高新技术并不是完全适用于我国当前的市场，这就导致我国的物联网技术在一些关键的技术上一直停滞不前。但是伴随着传感器在各个不同类型农业的发展，其价格也逐渐走低，该技术取得了一定进步。综合上述两种现象，产生了在一个大的技术系统中各类技术发展不均衡。设施农业的发展离不开物联网技术的支持，虽然目前物联网技术取得一定发展，但是总体上水平较低。要是这个问题走出泥潭，首先是对关键技术（无线传输等）进行攻关，取得突破，再是对已经取得的技术成果（传感器等）进一步巩固完善。三、当前，我国农业物联网产业分布分散，没有统一的组织，没有明确的分工，这使得行业内交流较少。出现了对同一技术重复开发，造成资源大量浪费。这需要各个企业共同努力建设一个权威技术平台，围绕该平台，进行交流探讨，避免一些重复开发、资源浪费问题再次发生。

四、就物联网在设施农业发展中的设想

要想使设施农业实现投资少，环保节约的目的就要大力发展精确农业，这种农业类型以效益作为目标，是一种超前性的农业新技术。这种技术把信息智能化与机电一体化结合起来，并取得一定的应用。精确农业凭借其减少不必要投资，同时加强农业管理水平，既保证能源消耗少，又可以使环境影响小等优势值得被引入我国设施农业。自进入二十一世纪以来，食品安全的问题逐渐凸显。要想使食品安全有保证，农产品的生产、传输、出售等各环节必须严格把关，用传统的方式往往会消耗大量的人力物力，但是设施农业的引入可以缓解这个问题。比如通过物联网技术监控动植物生长，监测动植物生长环境的各个指标，真正保证食品安全，实现绿色无公害。当前，传感器应用和比较广泛，但是随着发展很多农户存在完全自动化管理的要求。这对整个设施农业的发展可以起到很好的领导作用。同时要建设一批专业的技术队伍和技术品台，使企业之间、用户之间、企业用户间有一个良性沟通。

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2物联网技术在环境监测中存在的问题

2.1物联网技术在环境监测管理系统中使用不完善

由于我国环境监测建立是在20世纪70年代，早期的环境监测技术是通过人工采集样品进行检测，其检验方式结果缺乏时效性，且准确度不高，需要耗费大量的工作量和成本，不利于环境监测结果的质量和准确度。现代使用物联网技术监测环境，虽然减少提高环境监测的工作量，但是由于现代环境监测管理系统中对于物联网技术使用不完善，让物联网技术监测环境的作用受到影响。在环境监测管理系统中，物联网数据管理没有制定相关的标准，让物联网信息不规范，缺失了其准确性，且由于物联网技术在环境监测管理系统的数据共享方向单一，让政府部门、相关企业的信息得不到统一和整合，让物联网技术在环境监测管理系统中的应用受到限制[2]。

2.2环境监测内容不周全

根据目前物联网技术应用与环境监测中的状况分析，由于地域和环境等因素影响，环境监测中的水质量、空气质量和污染源等方面的监控技术还处于不成熟的阶段，物联网技术应用与环境监测中的内容不够详细，所以，只能监测到物联网技术设定范围内的环境改变。而且，在范围内的环境监测，只能对于污染后续工作进行监测，不能对与环境变化的整个过程进行有效的监督，而不能提出很好的解决方案，让物联网技术在环境监测中的监督管理职能受阻。2.3环境监测范围没有明确物联网技术应用于环境监测中的信息分析显示：物联网技术在监测记录数据的结果会受气温、空气水含量和其他各种方面的影响而产生变化，使得其监测数据的准确性受到严重影响。由于我国的物联网技术尚未成熟，环境监测的范围和事项是不完整的，使得环境监测范围没有得到明确的确认，例如物联网技术目前无法对生活噪音、辐射污染和粉尘污染进行智能监测。

3物联网技术在环境监测中的发展方向

为了确保环境监测信息的时效性和准确性，要深化物联网技术在环境监测中的应用，加大对物联网技术的开发水平，扩大物联网技术在环境监测中的应用范围，加强其环境保护的作用。所以，未来物联网技术在环境监测中的发展方向是以下几点[3]：

3.1加强环境监测中的噪音监控能力

可以根据国家相关法律法规和噪音标准，制定合理、科学的噪音监控，提高物联网技术在环境检测中的噪音监控力度，扩大物联网技术的应用范围。引起噪音污染的原因有许多方面，可以根据实际情况制定相应的监测政策，提高物联网对环境检测数据的准确性，保障物联网的检测结果。比如：根据住户反映日常噪音的来源与发生的时间段，制定符合实际要求的监测方案，将噪音污染程度较高的地区统一，使用新的监控方式，对噪音污染进行物联网技术的监控，加强环境监测中的噪音监控能力。

3.2建立健全的物联网水质监测系统

可以根据物联网对水质监测的相关信息和监测地区的水质状况相结合，建立健全的物联网水质监测系统，对于检测地区的江河或其他水源的水质进行严格的监测。监测内容从常规的项目扩大到有毒物质、重金属等危害饮用者生命安全的因素，尤其是在重工业或污染严重的地区。例如，在居民饮用水源进行严格的物联网监测，并设置科学的水质标准，并提出相应的预防措施，一旦物联网监测到居民饮用水源水质出现变化，就采取有效的应对措施，防止居民饮用有毒水源。建立健全的物联网水质监测系统，能够保证环境监测中的水质监控能力，保障居民的用水安全。

3.3完善物联网监测数据共享平台

完善物联网检测信息共享，能够确保物联网监测数据的准确性，将环境监测的结果分享给更多的群众，提高群众的环保意识，让社会对于环境监测和环境保护引起更多的理解与支持，从而促进物联网技术在环境监测中的发展。而要做到这一点，首先要建立完善的物联网监测数据共享平台，让政府部门与相关企业的信息能够相统一，提高监测数据的准确性，然后需要改进物联网技术在环境监测中的应用水平，提高信息处理系统的自动化和智能化，并建立警报系统，对于超出标准的参数进行预警，从而提高环境监测的准确性和智能化。

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2变形监测物联网应用层的软件配置

DAMS-IV型智能分布式工程安全监测系统是本系统的应用层，该系统是在WindowsNT网络环境下，基于Windows98/NT工作平台开发的一款工程安全自动化监测系统，具有较广泛的使用功能，例如，演示学习系统、在线安全评估、辅助工具、文档资料、测值的离线性态分析、报表制作、监控模型／分析模型／预报模型管理和帮助系统等日常工程安全管理的所有常规内容。

3静力水准系统工作原理

静力水准仪利用连通液的原理，多支通过连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一水平面，通过测量不同储液罐的液面高度，经过计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降。

4工程应用

本工程为宁波轨道交通某新建车站基坑近接某既有车站开挖工程，新建车站为明挖地下4层岛式车站，设计埋深为32.22m，覆土厚度3m，与既有线车站主体建筑的水平距离约16～24m。新建车站基坑埋深大，地质条件复杂，施工风险大，为实时掌握新建车站基坑施工对既有线车站线路变形的影响情况，保障既有线路安全运营，对本工程采用变形监测物联网系统进行线路变形沉降静力水准监测。

4.1测点布设

根据新路变形沉降监测需要，分别在既有运营线路车站的左、右线路中线各布设1条监测线，每条监测线布设10个监测点，监测点间隔12m，共布设20个静力水准监测点。每条监测线对应1个基准点，基准点采用独立坐标系统，布设在离最外侧监测点40m左右的轨道结构外侧，远离变形区域。监测点的平面布设位置如图4所示。

4.2数据通信

信号通信设备由通信电缆、供电电缆、标准RS-485现场总线、电源箱等组成，现场RJ-S型智能电容式静力水准仪通过RS-485现场总线与标准型模块化智能数据采集单元DAU2000实现通信，DAU2000数据采集单元通过GPRSDTU通信模块实现与因特网的连接。DTU的基本用法是在DTU中放入1张开通GPRS/CDMA功能的SIM卡，DTU上电后先注册到GPRS/CDMA网络，然后通过GPRS/CDMA网络和数据处理中心建立连接，将数据采集单元获取的数据传输到控制中心的PC机上。

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1．2物联网技术在图书馆库存清点中的应用在传统图书馆图书管理中，清点库存，会需要大量的时间、人力、物力等，甚至还需要闭馆，这种库存清点方式对各个方面造成的不良影响都非常大。而物联网技术的应用只需要对书架上的书进行扫描就可以获得书的数量信息，操作方式简便，这种方式不但没有影响图书馆的正常工作，而且还提高了库存清点的准确性。通过射频识别系统，书的具体信息都会传入到图书馆的数据库当中，在数据库中就可以对这些信息整理分析，从而确定馆中图书状况，对于借阅和归还的数据信息还可以进行对比，并形成一定的统计数据，最重要的是，物联网技术系统可以实现多个平台同时进行库存清点，甚至还支持离线工作，这就大大提高了图书馆图书管理的智能化。

2物联网关键技术及未来发展