物联网工程的定义范文

导语：如何才能写好一篇物联网工程的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】物联网 工业控制 传感器

一、前言

物联网（The Internet of things）的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：“就是把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理”。基于对工业控制PLC、DDC等的了解，延伸物联全网的思路，物联网与凯乐光电的拉丝光电设备工艺虽差几何，但作为致力于弱电强控的人员，不得不革新思想、紧紧跟随并深入探索关于物联网对工业控制的突破，为更节能、更高效、更精准地服务于生产，下文将重点介绍从工业控制角度看物联网的定义、看物联网的发展、看传感器在物联网中的效用。

二、从工业控制看物联网的定义

关于物联网人们热议却有时似懂非懂，对物联网的定义至少有几十种，都是不同领域专家从不同领域定义的，比如：

（一）英语中“物联网”一词：Internet of Things，可译成物的互联网。

（二）国际电联（ITU）关于物联网的定义：是一个具有可识别，可定位的传感网络。

（三）经过与无线网络（也含固定网络）连接，使物体与物体之间实现沟通和对话，人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。

作者比较赞成如下定义：一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等的综合网络――或称为广义物联网。工业控制指的工业自动化控制，主要利用电气、软件、机械搭配实现控制功能。作者比较形象的理解物联网为工业控制的生活版，工业控制是基于工业自动化而化而来，对比物联网就是基于生活自动化而来的。

三、从工业控制看物联网的发展

在光纤拉丝工艺自动化控制的过程中，，物联网有极其重要作用，不管是从过程控制、系统反馈、精度调节等方面无不凸显其举足轻重的作用，如拉丝塔、筛选等设备的工控主要基于传感器的信号控制反馈进行网络集中到工控机，进而进行优化处理，最后通过各种执行器进行工作。从工业控制看，物联网向下可以连接众传感器，时时信息全掌控，全面不间断的过程控制，即便应用在工业中随时监控产品质量并及时反馈，将整个生产过程系统化，也更将高效节能；向上可以连接云端、服务器接而跨入大数据时代，让生活变得更智能，并且也不仅仅像工控机一样，只能一台工控机控制一套设备，多终端的控制让生活中的一切变的更便捷，所以人们极力追捧也正因物联网让人极有“运筹帷幄，决胜千里之外”的张良之风，可见随着人们的喜爱，市场的有力需求，必将带来物联网今后的高速发展甚至爆发。

四、从工业控制看传感器在物联网中的效用

然而，基于上述对物联网发展的预想，物联网却尚未大肆攻城略地，想来必有原因，从工业控制的发展过程来看，现有的潜在客户不是原因，原因可能只在价格，而价格居高不下的原因又是什么呢？从工业控制的原理看，自动化控制都应该有三大部分组成：CPU、传感器、执行器。CPU的发展早已可以远远满足，而且各种云服务器也早已严阵以待；执行器或执行机构大多是机械部件，以现在的机械工艺水平，大胆的推测其不足以影响物联网发展的步伐；传感器的组成则五花八门、各不统一，成了裹足不前的根源所在。所以基于此推理，简述关于各种传感器在物联网中的实际效用，下面根据传感器大致的应用方式给予分类介绍：

（一）液位传感器：利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用，拉丝炉工艺冷却水应急水箱、冷却塔、定压水箱等的信号反馈无不是液位传感器的功劳，更大范围适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

（二）速度传感器：是一种将非电量（如速度、压力等）的变化转变为电量变化的传感器，适用于速度监测，像筛选机速度控制虽然表面是通过伺服驱动进行控制，看似与传感器无关，但却是电机主轴端速度编码器的功劳。

（三）湿度传感器：分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件，适用于湿度监测，最典型的是拉丝塔洁净区内的温湿度表的应用。

（四）气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器，适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂（R11、R12）、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等，如公司所有消防控制的烟感传感器、拉丝炉内气体流量控制传感器、UV保温炉内的气体保护传感器等。

（五）压力传感器：是工业实践中最为常用的一种传感器，其中DDC空调控制的压力和压差传感器属最常见，其高度灵敏性和反馈性信号为室内或厂区恒温恒压等特征大大提高控制效率，也为物联网在工业控制内屡立战功。

（六）激光传感器：利用激光技术进行测量的传感器，如激光水平仪就是我们喜闻乐见的激光传感器，广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。

（七）红外线传感器：利用红外线的物理性质来进行测量的传感器，常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤，常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤，应用在医学、军事、空间技术和环境工程等。

五、结束语

虽然，物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是，作为“金字塔”的塔座，传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑，传感器感知了物体的信息，RFID赋予它电子编码，传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。

参考文献：

[1]张群.对物联网的深度剖析[J].通信企业管理.2010，1

[2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[J].北京：电子工业出版社

[3]孔晓波.物联网概念与演进路径[J].电信工程技术与标准化.2009.12.

[4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社

作者简介：

1.孙丰宝（1988-），男，籍贯山东省济南市，长江大学本科学历，现任职于湖北凯乐光电有限责任公司设备部，主要职责为光纤拉丝塔区电气设备以及工业控制的日常运营工作。此前曾于2013年4月至9月期间，协同中国电子第十一设计院完成凯乐光电空调DDC自动化控制安装及调试工作，期间还参与工艺冷却水和冷却循环水等PLC安装调试等工作，后又专注于大直径拉丝炉、双收线等工艺设备的电气工作，也因此对于弱电工控等有较全面认识了解。

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关键词：物联网 传感器

一、物联网概念与定义

物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

现在对物联网的定义至少有几十种,都是不同领域专家从不同领域定义的,我们取几种有代表性的供大家参考:

1.英语中“物联网”一词:Internet of Things,可译成物的互联网。

2.2005年ITU关于物联网的定义:是一个具有可识别,可定位的传感网络。

3.经过与无线网络(也含固定网络)连接,使物体与物体之间实现沟通和对话,人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。

4.作者比较赞成一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等综合的物联网的定义——或称为广义物联网。

二、国内外物联网发展现状

从国际上看,欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作,并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝,所以非常重视物联网和互联网的发展,它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等),改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。按欧盟专家讲,欧盟发展物联网先于美国,确实欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。在北京全球物联网会议上,他们介绍了《欧盟物联网行动计划》(Internet of things-Anactionplan for Europe)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。

我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后,我国中长期规划《新一代宽带移动无线通信网》中有重点专项研究开发“传感器及其网络”,国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2M”等信息通信技术的服务。

在温总理关于“感知中国”的讲话后我国“物联网”的研究、开发和应用工作进入了,江苏省无锡市一马当先率先提出建立“感知中国”研究中心,中国科学院、运营商、知名大学云集无锡共同协力发展我国的物联网。

三、传感器在物联网中的应用

一说到传感器,可能大家就会往小的方面想,在物联网的大概念下,一个泛在的物联网系统,随着参照物的不同,传感器可以是一个“大”的“智能物件”,它可以是一个机器人、一台机床、一列火车,甚至是一个卫星或太空探测器。物联网关注传感器的实际应用,下面是按应用方式进行的分类。

1.液位传感器:利用流体静力学原理测量液位,是压力传感器的一项重要应用,适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

2.速度传感器:是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的传感器,适应于速度监测。

3.加速度传感器:是一种能够测量加速力的电子设备,可应用在控制、手柄振动和摇晃、仪器仪表、汽车制动启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构物、环境监视、工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析,以及鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

4.湿度传感器:分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化,从而制成湿敏元件,适用于湿度监测。

5.气敏传感器:是一种检测特定气体的传感器,适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂(R11、R12)、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等。

6.压力传感器:是工业实践中最为常用的一种传感器,广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

7.激光传感器:利用激光技术进行测量的传感器,广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。

8.MEMS传感器:包含硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器,广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。

9.红外线传感器:利用红外线的物理性质来进行测量的传感器,常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤,应用在医学、军事、空间技术和环境工程等。

10.超声波传感器:是利用超声波的特性研制而成的传感器,广泛应用在工业、国防、生物医学等。

11.遥感传感器:是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具,用在地表物质探测、遥感飞机上或是人造卫星上。

12.视觉传感器:能从一整幅图像捕获光线数以千计的像素,工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡。

虽然,物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是,作为“金字塔”的塔座,传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。”

参考文献:

[1]张应福.物联网技术与应用[J].通信与信息技术,2010,(1).

[2]张群.对物联网的深度剖析[J].通信企业管理,2010,(1).

[3]孔晓波.物联网概念与演进路径[J].电信工程技术与标准化,2009,(12).

[4]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,(12).

[5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[J].北京:电子工业出版社.

[6]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社.

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关键词：物联网；数据交换标准；可扩展标记语言；标准本体

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)04-0067-05

Research on the data format standard of Internet of Things based on

XML and ontology

GUAN Jian

(College of Information, Capital University of Economics and Business, Beijing 100070, China)

Abstract: Currently in the application level of Internet of Things(IoT), relevant data format standards are very complicated and every relational subject goes his own way. To solve this problem, this paper, from the view of XML and ontology, started with the relationship among Internet, Semantic Web and IoT and then put forward the way of building the IoT data format standardization system. The IoT data format standardization should be based on XML for syntax and on standard ontology for semantic consensus.The standardization system should be based on top-level ontology, supported by vertical domain ontology and horizontal task ontology, and establish a variety of application ontology standards. Finally, the system with a specific application is illustrated and some key points for the development are analyzed.

Keywords: Internet of Things(IoT); data format standard; XML; ontology

0 引 言

2009年被称为中国的物联网元年，这一年，总理在无锡视察时提出了“感知中国”战略。2010年的“两会”期间，物联网首次被写入政府工作报告中，被确定为国家要大力发展的战略性新兴产业。近年来，从中央到地方、从政府到企业，一场物联网建设的热潮正在如火如荼地展开。然而，当前物联网的发展仍处于初级阶段，还面临着传感器技术不成熟、缺乏商业应用模式、信息安全和隐私等诸多问题与挑战，其中制约物联网发展的最大瓶颈，则是缺乏统一的技术标准，尤其是数据表达、交换和处理标准。因为传感器关键技术的突破、商业应用模式的推广等等，都只是物联网中“物”的问题，而数据交换标准则涉及物联网中“联”的问题。如果不能实现物与物之间畅通无阻的信息交换，就不能称之为真正的物联网。

1 物联网数据交换标准现状

物联网系统主要分为三个层面：感知层、传输层和应用层。感知层主要是对物体进行识别或数据采集；传输层是通过现有的通信网络将信息进行可靠传输；应用层则是对采集的数据进行智能处理或展示。在这三层体系中，感知层中基于物理、化学、生物等技术发明的传感器“标准”多已成为专利。而传输层的各种通信标准也已基本成熟，建立新的物联网通信标准难度较大，可行性较小[1]。因此，物联网标准的关键和亟待统一的是关于应用层的标准，而其中尤以数据表达、交换和处理标准为核心。

目前，针对物联网应用层的数据交换标准主要有PML、EDDL、 M2MXML、NGTP等。其中，PML是实体标注语言，它是EPC（产品电码）物联网中交换信息的共同语言，用来描述人及机器都可以使用的自然物体的描述标准。EDDL是电子设备描述语言，它可以描述现场设备中的数据，以用于工程、调试、监视运行和诊断。M2MXML是一种用于终端设备间的通信协议，它包含一个用于分析协议的、与语义无关的Java API。NGTP是宝马公司推出的开放式Telematics协议架构平台，它使用统一、开放的接口来区分Telematics服务供应链的各个环节[1]。此外，还有智能建筑领域的OBIX标准、公共安全与应急领域的CAP标准以及PCM（脉码调制）遥测技术的IRIG标准等。

可以看出，现有的物联网应用层的数据交换标准大多是针对某一特定领域或行业业务提出的，有一定的局限性，所以当前物联网缺少的是一个统一的物联网数据交换大集成应用标准（或标准体系）。欧盟有关机构正在进行数据交换标准“融合”的研究，目标是综合考虑相关领域已有的基于XML的数据交换标准，以便为那些在不同的标准中语义上具有等价性的数据元素（尽管他们可能有不同的名字）提供全球唯一的交叉引用方式和标识结构，从而提炼出一个基础的元数据标准，把这个标准作为物联网数据交换的核心，那么，对于不同的行业应用，就可以基于元数据扩展出相应的行业数据交换标准[1]。

总体来说，物联网的标准化工作已经得到了业界的普遍重视，但对于应用层的标准化工作来说，还需要客观分析物联网标准的整体需求，从国际标准、国家标准、行业标准、地区标准等多个层次进行统筹设计；其次，还需要协调各个标准的推进策略，优化资源配置[2]。

2 物联网数据交换标准体系的构建

2.1 构建物联网数据交换标准体系的基石

XML 技术是为了克服HTML在互联网信息交换和表示方面的缺陷而设计的，本体论最初也是起源于哲学领域，随后在研究人工智能时被引入计算机领域。虽然两者的出现都不是为了解决物联网领域的数据交换标准问题，但它们却为这一问题的解决提供了必要的理论基础和技术手段。

2.1.1物联网数据交换标准的语法基础――XML

XML（eXtensible Markup Language,可扩展标记语言）是W3C组织于1998年推出的一种用于数据描述的元标记语言标准[2]。作为SGML（Standard Generalized Markup Language，标准通用标识语言）的一个简化子集，它结合了SGML丰富的功能和HTML的简单易用，同时具有可扩展性、自描述性、开放性、互操作性、可支持多国语言等特点，因而得到了广泛地支持与应用。

对于作为物联网数据交换标准的格式来说，XML具有以下显著优点：

(1)可定义行业或领域标记语言

XML可以用DTD或者Schema来定义，一份遵循DTD或者Schema定义的XML文档才是有效的。因此，XML可以针对不同的应用建立相关的标准语言，如化学标记语言（CML）、数学标记语言（MathML）、语音标识语言（VoiceXML）等，包括目前物联网中很多已经存在的标准都是基于XML定义的。

(2)具有结构化的通用数据格式

XML使用树形目录结构形式，可以自行定义文字标签并指定元素间的关系，同时它也是W3C公开的一种数据格式，没有版权的使用限制，因而十分适合作为不同应用程序之间的信息交换格式。

(3)可提供整套方案

XML拥有一整套技术体系，如可扩展样式表语言XSL、数据查询技术XQuery、文档对象模型DOM等等。

2.1.2物联网数据交换标准的语义基础――本体

本体（Ontology）起源于哲学，被Neches等人引入计算机科学领域后，在人工智能、语义Web、软件工程、图书馆学以及信息架构等领域得到了广泛应用。关于本体最流行的定义是Gruber在1993年给出的，即“本体是概念模型的明确的规范说明” [3]。Studer在对前人的定义进行概括后提出：本体的概念包括四个方面[4]：

(1)概念模型：它是客观世界现象的抽象模型，其表示的含义独立于具体的环境状态；

(2)明确：所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义；

(3)形式化：本体的表示是形式化的，可以被计算机处理；

(4)共享：本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集，它所针对的是团体而不是个体。

本体的目标是获取相关的领域知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇（术语）和词汇间相互关系的明确定义。所以，本体是具有不同知识表示的Web应用系统之间进行数据或知识交换共享的基础结构。通过定义共享和公共的领域知识，本体可帮助机器之间或机器与人之间更加精确地交流，实现相互之间的语义交换，而不只是语法级的交互[5]。

按照领域依赖程度，Guarino将本体划分为四类[6]：第一类是顶级本体，用于描述通用的概念和概念之间的关系，如时间、空间、物质、对象、事件、动作等，顶级本体独立于特定的问题和领域，与具体的应用无关；第二类是领域本体，用于描述特殊领域（如教育或金融）中的概念，即陈述性知识；第三类是任务本体，用于描述特定任务或活动（如入学或取款）中的概念，即过程性知识；第四类是应用本体，应用本体可通过进一步特殊化领域本体和任务本体，将其用于描述既依赖于特定领域，又依赖于特定任务的概念，这些概念通常对应于领域个体执行特定活动时所扮演的角色（如学生入学或客户取款）。

2.2 构建物联网数据交换标准体系的思路

顾名思义，物联网就是物与物相连的网络，要想实现物与物之间畅通无阻的“交流”，就需要在语法上相同，在语义上互通。通俗的说，就是用相同的格式表达同一个意思。XML在语法上的结构化信息表达能力和本体在语义上的透明性之间的优势互补为物联网数据交换标准的建立提供了很好的解决思路。

2.2.1 从互联网向语义网、物联网发展

由于XML具有诸多的优点，因此，XML成为许多应用领域的首选信息表示格式。同样，XML也非常适合于物联网中的信息传输，同时，它还可使得各种物联网终端能够和当前的互联网实现很好的对接。因此，物联网的数据交换标准应该是一种基于XML的标记语言，而且，从目前已经存在的数据交换标准来看，也确实如此。然而，XML具有一定的语义局限性，它具有语义表达能力，却没有语义透明性，它允许用户在文档中加入任意的结构，而无需说明具体含义，但其缺乏数据表达式与相应概念之间的统一性。正因为如此，在XML2000会议上，Tim Berners-Lee提出了语义网的概念。语义网使用本体来描述一个专业领域知识中的重要概念以及概念之间的关系，以使得这些概念和联系在共享的范围内有着明确而唯一的定义，从而达成一种共识，这样，机器之间或人和机器之间就可以进行无障碍的交流。

语义网被称为下一代互联网，而物联网则是一种泛化的互联网，两者都将是互联网的发展方向，只是它们的出发角度不同，前者偏向于从技术角度出发，后者偏向于从应用角度出发。由于物联网具有自动识别、自动传输、自动处理等特点，因此，与当前的互联网相比，物联网更需要机器之间或人和机器之间实现语义级别的交互。

2.2.2 基于本体分类构建物联网数据交换标准体系

本体从底层向上分为顶级本体、领域本体和任务本体以及应用本体，这些不同层次的本体可向我们提供这个世界的共性描述，而物联网正是要将世界连接起来。

首先，物联网所连接的各种物体都处在同一个世界中，它们都具有某些共同的特点，即人们对于这个世界的基本认识，如时空、物质、事件、行为等，所以，物联网数据交换标准体系的基础是顶级本体标准。其次，物联网各个垂直的应用领域都有特殊性。具体到每一个领域，都有可能、有必要发展一套依托于领域本体的标准。但是，很多类型的业务词汇和流程是可以跨越多个垂直应用领域而公用的，所以，还有必要发展起跨领域的物联网任务本体标准，即某个领域的本体标准可能构建于多个任务本体标准之上，而某个任务本体也有可能被多个领域本体所引用。最后，具体到每个企业、组织甚至个人，它们针对于自身的物品、行为、过程等，也可以建立起基于顶级本体、领域本体和任务本体的应用本体标准，以供其他个体在与自身发生信息交换时共享这些事先定义好的内容。

基于上述思路，物联网数据交换标准应以XML为语法格式、以标准化的本体为语义共识。按照本体的分类，物联网数据交换标准体系应以顶级本体为基础，以纵向的领域本体和横向的任务本体为支撑，建立起各种不同的应用本体标准，其整个物联网数据交换标准体系示意图如图1所示。

2.3 物联网数据交换标准体系的应用实例

XML使物联网中的节点可以采用相同的数据交换格式，而本体则可以使相关节点对交换的数据实现语义上的共识和推理。下面用一个具体的实例来说明XML和本体在物联网数据交换中所发挥的作用。

例如，某消费者家里的智能家居系统检测到冰箱里的苹果存量不足，那么，系统就会根据预先设定的程序自动向网上商店发出购买指令。这样，关于此次购买行为中的苹果描述信息如下：

xmlns=”.

[8]蒋建文.基于多Agent的信息家居系统研究[D].合肥：合肥工业大学，2003.

[9]李为冲.XML到OWL文档生成方法研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2008.

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[关键词]CPS；信息物理系统；信息物理空间；京津冀一体化

一、信息物理系统与京津冀一体化

1.信息物理系统（Cyber-Physical Systems）的提出和发展

2004年，美国NCF的Helen Gill女士在一个HCSS的研讨会上首次提出了这个名词。

2006年2月，美国科学院在报告《站在风暴之上》的基础上的《美国竞争力计划》将信息物理系统列为重要的研究项目。接着，2007年7月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在题为《挑战下的领先――竞争世界中的信息技术研发》的报告中列出了关键的信息技术，其中信息物理系统位列首位。如此一来，官方科学的报道将信息物理系统推到了一个人们看得见的高度上，使它逐渐进入了我们的视野。

众所周知，20世纪40年代，美国麻省理工大学发明了数控技术，使得控制技术在当时名噪一时，此时的信息物理系统则将通信放在与计算和控制同等地位上。它在对网络内部设备的能力要求，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络，发展成了更加全面的系统。NSF的计算机与信息科学和工程总监表示“如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。”CPS将让整个世界互联起来[1]。现如今，被各种报告文献推到风口浪尖，来自各个方面的学者开始对这个词语进行了研究与解释，最终得到了一个较为准确的定义，他们将信息物理系统定义为是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务系统。它实现了计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时、协同，具有重要而广泛的应用前景。

2.信息物理系统对“京津冀一体化”的影响

信息物理系统的承载物就是它的物理接入设备了。其接入设备的特点可以用四个字概括，即“海量运算”，这个词也就是信息物理系统的最大特点。很显然从字面意思我们就可以知道，信息物理系统有着很强大的计算能力，毕竟它还是依靠着计算机实现各种功能的，而计算机现在已经有了很厉害的云计算功能，那么物理信息系统的计算能力自然不可小觑。在京津冀一体化的进程中，信息物理系统起着非常大的推动作用。信息物理系统借由物联网这个已经提出了近10年，有着继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮地位的网络系统，使得京津冀区域之间的物物联系更为紧密。虽然在物联网中的物品之间无法协同，但通过射频识别技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，将任何物品与互联网连接起来，实现了智能化识别、定位、跟踪、监控等目的。如此一来，在京津冀物联网会让整个区域内的物品分流得到更好的平衡，它对人们生活的影响是不可忽视的。

二、信息物理空间

1.信息物理空间（Cyber-Physical Space）的概念

信息物理空间是近年来刚提出的一个新的名词，与信息物理系统不同，它被学者们定义为是一个将比特、原子交融在一起来生活、生产、管理、服务的空间，它是由物理系统、物理过程与计算机网络融合而生成的新一代工程系统。它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环，实现现实世界与信息世界的协同和实时交互，扩展传统物理系统的新功能。由于计算机设备的广泛使用和对经济的杠杆作用，信息物理空间涵盖了从微型（如起搏器）到大型（如国家电网）的物理系统[2]。很显然，此定义中提到了“生活、生产、管理、服务”这样的词语，对比之前所说的信息物理系统的定义，我们不难发现，信息物理空间多了人的参与，把人从系统外的操作者转变成为了系统的一个必不可缺的组件，强调了人在这样一个大的空间环境下的重要性。

2.信息物理空间对“京津冀一体化”的影响

信息物理空间是应该放在国家的高度上说的，所以它对“京津冀一体化”的影响也是从一个大的环境体现出来的。由于京津冀地区在自身生产要素禀赋、产业基础等方面的特点[3]，必须进行产业结构调整来实现优势互补、协调发展，从而推动我国的经济结构进一步优化。信息物理空间的智能化社会打造这一优势，可以使得京津冀地区在不同的需要补足的产业领域得到很大的改善。通过信息物理空间对工业竞争力的提升作用，在京津冀不同的工业领域进行系统化的革新，让原本的不平衡状态日渐趋于一个平衡的状态，再加上原本的地理环境优势以及经济基础，京津冀地区一定会在“一体化”的道路上发展的更加迅速，更加完善。

3.信息物理空间的自身价值

首先，信息物理空间相比信息物理系统来说多了人的参与，将人当作系统组成部分来看待；其次，我认为它还建立在一个更大的环境中，处于一个更高的高度上。信息物理空间更多的是针对国家来说的，它产生的意义都是放在产业发展、社会进步、国家繁荣的高度上来说的。其价值之一是它能够提升工业竞争力。当今社会中使用计算机和网络来实现各种功能的物理设备无处不在，这些设备的更新换代必将推动技术的发展，加速工业产品的更新。比如在汽车、航空航天、工业自动化等主要工业领域，信息物理空间起到促进它们的发展，提高竞争力的重要作用。其价值之二则是信息物理系统能够打造新一代智能化社会。它可以健全全社会的网络，将物联网、服务互联网、人类互联网高度融合在一起，实现衍生价值体系的管理，让人们在工作与生活之间达到更好的平衡，使得整个社会走向另一个高度，另一个快速发展的阶段。总而言之，信息物理空间的建设对国家来说意义重大。

参考文献

[1]信息物理系统[EB/OL].http：///wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E7%89%A9%E7%90%86%E7%B3%BB%E7%BB%9F

[2]姜斯韵.信息物理空间的意义和内涵[EB/OL].http：///plus/view.php？aid=5699/2014/09/25

[3]王元.论京津冀区域经济一体化[J].辽宁经济，2015/05

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关键词：物联网专业；学习兴趣度；关联分析

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）19-0267-02

一、物联网专业课程体系

物联网是计算机和互联网技术的延伸和发展，促进了互联网的进一步完善。物联网具有信息感知等基本功能，并在感知技术的基础上发展了交互技术，促进了物联网技术的不断成熟。[1]“物联网技术”是湖北工业大学计算机学院在“十三五”规划时期新开设的专业，在2016年学院进一步完善了的“物联网技术专业本科培养方案”，并对物联网专业学生进行导师指导制，在大三以后的学习中按照自己的专业兴趣度选择物联网专业小方向。此次的创新改革体现了将创新性课程且符合信息产业新需求、培养创新性人才等目标。课程创新规划旨在以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质与工程实践能力，培养能够满足物联网产业未来发展需要、适应和引领未来的物联网发展方向的工程师。[2]

二、关联分析物联网专业的学生数据

关联分析是数据挖掘中十分重要的一种方法，其中Apriori算法作为关联分析的主要应用方法已经十分稳定成熟。Apriori算法的基本思想是：第一步先找出所有的频集，这些项集出现的频繁性至少和预定义的最小支持度一样。然后由频集产生强关联规则，这些规则必须满足最小支持度和最小可信度。接下来使用第一步找到的频集所产生期望的规则，产生只包含集合的项的所有规则，其中每一条规则的右部只有一项，这里采用的是中规则的定义。一旦这些规则被生成，那么只有那些大于用户给定的最小可信度的规则才被留下来。为了生成所有频集，使用了递推的方法。总的来说：首先找出支持度大于最小支持度的项集；然后使用该项集产生的期望规则；接着对项集进行连接、剪枝；最后得出频繁项集。[3-5]当前普遍存在一个现象：大学所培养出来的大学生与企业的期望往往不相符，学生质量在不断下降，很重要的一个原因就是就是学生没有选择好自己的就业方向，不能很好地了解自己。

物联网专业可以大致分为硬件和软件两个方向。为了让学生了解自己适合哪个就业方向，我们可以对学生的各科成绩及科目偏科的方向来进行分析，从数据中找出一些规律，亩指导学生进行对未来就业方向的选择。以下关联分析数据为本校2012级物联网专业的100位同学在大学前两个学年的专业课（C语言，数据结构，数字电路以及模拟电子技术）的原始成绩为研究样本。我们将通过Apriori算法对物联网专业的学生从大一开始的专业课成绩进行分析，帮助他们确定大学后两年的专业侧重方向，在专业课学习中发挥自己最大的兴趣度和能力。经过关联规则的初步分析如表1所示。

支持度计算（设支持度阈值为0.5），support：C语言：11/20=0.55；support：数据结构：15/20=0.75；support：数电：15/20=0.75；support：模电：17/20=0.85；

置信度计算

confidence（模电，C语言）=0.529 confidence（数据结构，C语言）=0.714

confidence（模电，数据结构）=0.706 confidence（数电，C语言）=0.315

confidence（数电，模电）=0.8 confidence（数据结构，数电）=0.311

confidence（模电，数电）=1 confidence（数据结构，模电）=0.414

confidence（C语言，数据结构）=0.72 confidence（C语言，模电）=0.215

confidence（数电，C语言）=0.467

经整理得到表2的结果。

由此我们可以得出：模电和数电关联度比较高，是偏硬件方向的，C语言和数据结构关联度比较高，是偏软件方向的，所以模电和数电成绩相对好的可以选择硬件方向，C语言和数据结构成绩相对较好的同学可以选择软件方向的。

三、结语

当前普遍存在一个现象：大学所培养出来的大学生与企业的期望往往不相符，学生专业知识不符合工作需要，其根本原因在于大多数学生没有选择好自己的方向，学生在大学专业课学习的重要环节不能很好地将自己兴趣度与专业相结合。因此本文使用Apriori算法对物联网专业的学生从大一开始的专业课成绩进行分析，帮助他们确定专业侧重方向，更好地开展专业课学习和创新实践活动，在专业学习中发挥自己最大的兴趣度和能力，成为更加具有竞争力的物联网毕业生。

参考文献：

[1]李宇.探析物联网信息感知与交互技术[J].信息通信，2015，（8）：133-133.

[2]吴B，王春枝，叶志伟.面向信息时展的物联网技术课程创新规划研究[J].教育教学论坛，2016，（17）：233-234.

[3]毛国君，刘椿年.基于项目序列集操作的关联规则挖掘算法[J].计算机学报，2002，25（4）：417-422.

[4]毛国君，王实.数据挖掘原理与算法第1版[M].清华大学出版社，2006.

[5]黄德才.数据仓库与数据挖掘教程[M].清华大学出版社，2016.

Research on Relevance Analysis of Interest Degree of Learning Based on Internet of Things

WU Jun，YE Zhi-wei，ZHONG Xiao-fang

篇6

1962年――1992年，在中国科学院国家天文台主要从事天体物理设备研制。如天体物理探测设备的研制，如天文电子照相机的研制、军用微光探测系统的研制、天文CCD系统、天体物理光导纤维系统的研制、光电成像器件的研制、高真空及超高真空系统的研制、光导纤维及光导纤维传像束的研制、工程测绘及桥梁、筑路工程等。自1985开始，主持我国最大的2.16米天文望远镜终端探测系统，即光纤与CCD课题的研究工作。1986年赴英国Durham 大学工作，1987年获中国科学院高级研究职称，1989年赴美国国立光学天文台（NOAO）工作，均从事天文纤维光学系统的研制工作；1991年赴澳大利亚悉尼参加世界天文纤维光学应用研究的进展会议，在会上报告了我国在这个领域内的研究成就，受到国际、国内同行专家的赞扬和好评。发表研究论文20多篇，获得光导纤维应用与研制系统国家专利1项。

1993年直今，从事信息技术（IT行业）工程规划、设计、实施工作，亲自主持规划、设计、实施的工程多项，并撰写了《体育场馆智能化系统建设导论》专著，发表了《中国智能交通信息系统大集成方案总体框架》、《信息在智能建筑及其他领域的内涵》等论文。一句话，总结我一生整整50年的科技工作，均没有离开《信息》，只不过工作在不同领域的信息和不同的信息环节上，所以至今《信息论导论》论文的发表，是水到渠成的结果。现任同方数字城市产业本部顾问。

【摘 要】本文回答了信息的简明广义定义；解释了信息在在自然界与人类社会中的地位与其他要素的关系；提出了信息的6+1理论；分析了智能化、信息化，以及它们之间的关系；明确了智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智能社区、智能建筑、智能交通、智能安防等的判别标准及其内涵，例举了轨道交通建筑、轨道交通系统智能化/信息化的规划与实施工程图解；指出了目前最热门的与信息化有关的物联网的实质，及与互联网的关系，以及它在信息论中的地位等问题。

【关键词】 信息 信息化 智能化 医院装备

[Abstract]This article give the brief definition of the word "information" and explain the important connection that being built between Nature and human being. Bring up the "six plus one" theory, analysis the definition of intelligentization、infomationization and the connection between them. What's more，this article also give the specific standard in Intellectual Earth，Intellectual city, Intellectual community，Intellectual architecture， Intellectual transportation，Intellectual security. Giving the examples in the blue print of Track traffic construction and the Informatization that used on Internet . The last but not the least, it brings up the problems exist in internet.

[Key words]information; Informatization; Intelligentization; hospital equipment

引言

在我国“2006-2020国家信息化发展战略”中明确提出，“信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会变革的重要力量”，在十二五规划中指出要：“全面提高信息化水平”……“ 推动经济社会各领域信息化”。“7.23”浙江勇温线铁路动车追尾特别重大事故的发生，就其原因而言，从已报道的资料看，恰巧问题就出在信息设施（硬件）与信息管理平台（软件及活件）上，这里指的活件就是操作硬件设备和管理软件的人。教训是深刻的，这让我们又一次认识到深刻理解和掌握信息论的精髓之重要！说信息是轨道交通和一切交通系统的灵魂完全不为夸张！

信息化是智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智慧型社区、智能建筑、智能交通、智能城管、智能安防等等领域追求的目标，或是目的，总而言之，信息化是目前人类社会走向智慧型生活的先导、灵魂，这个论断的重要性和迫切性已经是无可置疑的了。但更为理性地认识智能化/信息化的理论方面，还有待进一步地探讨这个当今世界人们都甚为关注的问题。本文既然定名为“信息论导论”，自然就不是针对其细节进行讨论，而是试图在这方面给出一个相对较为全面的，但又是十分明确概括地来描述信息论中所涉及的各个环节之间的关系问题，从而可以给业内人士在规划自己本部门，或自己工作方面的信息化工作时，有一个明确的目标和途径，不为当前一些商业炒作而夸大某些还不够实际的东西而迷惑，是本文的目的。

信 息 的 定 义

谈到信息，当今社会人们无处不把信息这个词挂在嘴边，但到底什么是信息，其定义是什么，恐怕并不是很多人能够简单明了地回答出来。这是一个哲学名词，到目前为止，信息这个名词还没有一个权威的准确的定义，这当中最具代表性的就是所谓“香农”理论，这个理论说，信息就是“确定性的增加”，这个定义是使人费解的，至少说不够通俗、不够全面和不够广义，是狭义的，这个定义是香农在贝尔研究所任职时针对通信行业而下的定义。

有关“信息”的定义，不下N种，太多版本了，这种局面，本身就反映了人们在认识“信息”概念方面的不确定性，不够有把握，不能一针见血地说清楚，才造成各种解释都有！有点象在天文学中出现的宇宙是怎么形成的？人类有史以来有各种版本的宇宙起源学说，如亚里士多德的“地心说”、哥白尼的“日心说”、到今天的“大爆炸说”等等,这些学说，不断被天文学家用新的观测事实所否定，然后又出现新的理论来解释宇宙的起源，即使今天的“大爆炸理论”，仍然还有解释上的矛盾之处，需要科学家继续去进一步地探索之；“癌症是怎么产生的？自癌症这个词出现以来，也有各种解释癌症产生的原因的版本，但都还未见到权威性解释的报道，所以才出现人们对癌症恐慌症，才在人们中流传着这也致癌，那也致癌，其实可能就是还没有找到真正的致癌病因，才会出现这种局面；“光的本质是什么？人们开始认识光的时候，只知道光是直线传播的，产生了基于光是直线传播的几何光学理论，但随着不断地发现新的实验和观测事实，又才明白，光还具有波动性，和衍射性”等等，这样的例子，举不胜举。其实这些重大的科学问题，人们认识它，的确有一个认识过程，要求从一开始就有一个确切无误的定义，那是脱离人类认识自然规律的，只有当人类累计了大量的观测事实和实验事实之后，不断地从认识，到否定，再认识，再否定，直到得到一个比较接近于真实的那样一个定义或解释，才是比较全面而肯定的结果。

尽管如此，到目前为止，作者比较赞同较为靠谱的简单而明了的信息定义是：信息就是可被主体感知的附着于各种客体（载体）上的自然界物质或能量存在的一种形式及其运动变化呈现出的状态，例如通过感觉通道（如人或动物、植物的眼、耳、口、鼻、肢体）的神经系统能感知的某种物质或能量存在的形式或其运动变化呈现出的状态，我们称这种“存在形式或状态”就是一种信息。

信 息 的 6+1 理 论

信息论要研究的内容就是这些可被感知的物质或能量存在的形式及其变化状态的产生、采集、传输、处理、存储、、利用等环节的一切手段和范畴。如图1所示：

智能化是现代人类对任何物质或能量的存在形式及其变化状态的前6个环节（侧重技术层面）在实现数字化、网络化和集成化层面在规模上做到了最大化，也可以这样认为，智能化就是这6个环节的最优的技术状态，所以说智能化是信息化的技术基础，技术支撑，就是这个意思；而信息化则是现代人类对任何物质或能量的存在形式及其变化状态在数字化、网络化和集成化层面在利用上实现了最优的状态。从这个意义上讲，智能化与信息化的辩证关系就十分清楚了。它们两者是同一事物在“信息”这个概念之下的前后不同环节而已，我们称之为信息的6+1理论！

物质、能量、信息是组成自然界的三大要素。物质是什么，物质就是人类能够感知的实体东西（小到组成物质的分子；大到组成宇宙的星球、星云、星系等）；而能量则是使物质产生运动的原因，是力的一种表现形式，是人类能够感知但不是实体的东西；信息既不是物质，又不是能量，而是反应这两者的存在形式和它们发生变化的状态。这三者不是一个概念，但又是有内在联系的组成自然界的三大基本要素。

当了解了信息的意义及其重要性之后，我们才能谈得上去利用它。利用信息是人类的目的，是根本。但为了利用信息的目的，则首先要做好信息的产生、采集、传输、处理、存储、等6个技术环节。所以我们可以总结为1个使用目的和实现该目的的6个技术环节。根据信息的6+1理论，智能化是为信息化服务的，那么如果智能化系统做得很好，而由于利用它的人为因素，我们可以称之为“活件”，如政治原因、人的操作技术水平、组织管理水平等原因，使得智能化所具备的优异功能没有得到应有的充分发挥，打了折扣，我们就可以认为信息化不尽人意，这是“利用”环节出现了问题，是“活件”出了毛病。例如一个建筑智能化工程做得很好的小区，小区的中心控制机房，即智能化的集成中心，它的技术含量是相对比较高的，但由于使用它的人――“活件”是一些技术水平较低的保安人员来操作管理，其结果是事过不久，由于操作不当，造成软件的丢失，硬件的损坏，致使其功能不能做到应有的发挥，这种例子在许多智能建筑领域，不在少数；“7.23”勇温线特大轨道交通事故，恐怕在一定程度上也是“活件”出了问题；反过来，如果“利用”信息的需求，即信息化的需求来势凶猛，要求甚为迫切，在资金和人力都具备良好的条件下，那么也将是推动智能化发展的积极动力。

各行各业都有自己的信息6+1理论，但其中传输、处理、存储、等4个环节在当今技术水平下有大致的共同点，做法差异也不大，所以撰写成书本或教材，有一定的共同性，因而在目前出版的一些《信息论》的专著或教材中，多以此4个环节来描述，很少提及信息的产生、采集、利用这三个环节的内容，其原因就在于此。当然在同一个行业或领域的《信息化》专著中，会将信息论的7个环节都要涉及到，才能成为一本实用的著作。然而对于信息的产生、采集和利用，在人类社会的各行各业中的差异就太大了！内容也太多了！可以说，对于人类社会的每一个行业来说，这三个环节，都可以写一套专著，成为一个领域！就以信息采集这个环节举例而言，天体物理研究中，我国1991年落成了直径为2.16米的光学望远镜，配备了自制的光导纤维分光系统来收集来自天体的光谱信息，以供进一步处理来解密天体演化的本质；2010年又建成了世界最大的以光导纤维为引导的6米级的大天区多目标光谱施米特望远镜；目前世界多个国家（包括中国、美国、日本、欧共体等）正在讨论将联合建造一台直径30米的巨型光学望远镜、等值口径约1公里的射电天文望远镜等，用来探索来自宇宙的更多信息的秘密；而在医学领域，用1mm左右直径的纤维透镜和5-10微米直径的相关光导纤维束作成的多种内窥镜（如胃镜、肠镜、腹腔镜等）被广泛用来采集人体内不同器官的各种医学上所需要的信息、还广泛采用各种各样的显微镜来采集人体内部导致疾病的微生物或病菌的信息；高倍显微技术用于科研等等领域的例子，也是举不胜举；人类在智能建筑领域，楼宇自控系统中安装在楼宇机电设备上的各种传感器被广泛用来采集智能建筑内部各种机电设备的工作信息，以保证其安全正常地运行；在平安城市领域，在城市的各个角落安装了几万台甚至几十万台监控摄像机采集安全图象信息，传至公安部门的各级指挥中心，用以保证整个城市的安全；在新闻领域，各电视台、广播电台的记者到世界各地发生新闻的现场，用摄像机、拾音设备采集各种新闻信息发回自己的电视台或广播电台，进行报道；在自然界和人类社会的各个方面、领域，均已产生或正在产生着各种不同的信息，从宏观世界到微观世界，都需要我们去采集，就这一个信息环节，就可以写成一部百科全书；还有信息的产生和利用这两个环节，也如同采集环节一样的，其内容之多之广，不计其数。真是太丰富了，内容太多了！

因此在已发表的有关《信息论》专著或教材中，很少去触动这三个环节（信息产生、采集、利用）的大内容，过去那些《信息论》专著也好，还是教材也好，都具有很大的狭义性和局限性！

智 能 化 / 信 息 化 的 判 断 标 准 和 内 涵

智慧型地球、智慧型国家、智能城市、智能社区、智能建筑、智能交通、智能安防、电子政务等的判断标准和内涵是什么？其实对于上述这些智能/信息化领域，简单明了地可以用10个字就能完全给它们定义其判断标准，即只要做到安全、舒适、高效、节能、环保这10字标准就可以全盘满足这些智能化/信息化的要求，用这10字标准可以解释一切智能领域的功能要求，这10字标准本来是起源于给智能建筑定的标准，可是仔细想一想，它又何尝不是其他智能/信息化领域的判断标准呢！标准定了，那么用什么技术手段（即内涵）来保证这些标准的的实现呢，那就是在智能建筑中我们最开始提及的只要我们设计的系统，在软、硬件的配置上能保证在该智能领域，实现了设备自动化、办公自动化、通信自动化（BA、OA、CA）等功能，就谈得上实现10字标准了。如图2所示：

这10字标准里，我们把“安全”放在第一位，是有其特殊而深刻含义的，只有在一切为了安全的前提下，才谈得上后面的8字标准，如果人都没了，大楼被烧了，铁路火车撞车了，城市被炸了，还谈什么高效、舒适、节能、环保！？。“7.23”浙江勇温线铁路动车追尾重大事故，车毁人亡，再一次给人们说明了这一道理的正确性。最近铁道部颁发的动车降速措施，就是以人的安全为本，在重视安全的前提下，脚踏实地地发展我国干线轨道交通的正确举措。

为了保证这些内涵功能的实现，我们举几个实例参考说明一下：

图3A、3B是实现医疗系统智能化/信息化功能的姊妹图，是互为补充的图解。从图3A看到，这是所述领域智能化/信息化的总体规划图，对于不同的智能化/信息化领域，图中综合电子信息系统（CEIS）的内容是有所差别的；而图3B则是前者的细化内容，一目了然！以此类推，任何智能化/信息化系统均可按此方式进行规划，和细化，只不过改变其中的专业设施和应用信息软件系统就可以了。这一对姊妹图的图解格式，高度总结和概括了业内智能化/信息化各领域内，各系统之间的关系和功能定位，具有很强的普遍性和实用性，是业内可以为之借鉴参考的实用图解格式。

1、医院是人类社会保障生命安全的救护、医治、保健的场所，随着信息科技的发展，使得医院的装备更加现代化，这些装备可以使得医务人员能够从人类身体上采集到各种健康的、病理的信息，为医生提供准确的治疗方案；时间就是生命，远程视频会诊，使得更多的患者能够不出远门，就地享受到众多国际、国内著名医学专家的会诊，得到更好的正确的治疗措施；网上预约挂号、中国人口重多的庞大医疗保障体系的管理等，均需要具有智能化/信息化的医疗管理平台，所有这些涉及与人类生命、健康的问题，无不与医院智能化/信息化有关。

2、在智能建筑中，体育场馆的智能/信息化系统建设是甚为复杂的，我们以它为例，看看怎么来实施，下面图4A、4B是一对实现体育场馆智能/信息化系统的姊妹图，是互为补充的图解：

轨道交通系统是智能交通系统中的一个非常重要的子系统，图6B是更加细化了的轨道交通系统的可能工程内容。图6C和图6D是一个轨道交通枢纽系统的宏伟概念图和一个真实的指挥调度中心实例图（北京城市轨道交通指挥调度中心）。

物 联 网 的 实 质 及 在 信 息 论 中 的 地 位

当今的物联网把信息的产生和采集这两个环节发挥到了极值。物联网（The Internet of Things）是什么，其实就是互联网的延伸，它的核心内涵（与互联网的区别）就是采用了所谓RFID（射频认证）的芯片感知技术和无线网络技术，使得任何事物的信息都可以被感知，也就是任何事物的信息的产生和采集，均可通过RFID感知芯片和无线（或有线）网络技术得到，余下的环节就可以交给互联网来承担了，所以说它是互联网的延伸，互联网是它的基础，它离不开互联网。为了实现RFID芯片产生的无限多个信息的认证和处理，随之而来的就是要发展IPV6的无限网络认证技术和超大规模的云计算处理、存储技术。这是物联网时代交给互联网需要解决的重大技术问题。物联网是我们人类在信息技术方面的又一次革命，但要清醒地认识到，它的特点也仅仅是前面所提及的6个信息环节中的头两个，即在信息的产生和采集上与互联网相比，有着更大的规模罢了！物联网不是我们的目的，而是我们人类在实现信息化过程中使用的更为广泛、更大规模的信息产生和采集技术手段罢了！但是商家看好这个环节，做了比较大的商业炒作，人们应该脚踏实地地去促进这个领域的健康发展，防止一哄而上形成的泡沫经济。

【参考文献】

【1】王顺德 《信息在智能建筑及其他领域中的内涵》 2011年 第8期 P83-88 中国科学院国家天文台、同方数字城市工程公司

【2】王顺德 《体育场馆智能化系统建设导论》 2007年 同方数字城市工程公司 内部专著

【3】王顺德 “智能交通信息系统大集成方案总体框架” 《智能交通》 2010年 第09期 P86-88 同方数字城市工程公司

【4】王顺德 “光纤技术及其天文应用现状” 天文学进展 第4卷 第二期 1986（4-6） P136 中国科学院国家天文台

【5】王顺德 “Fiber Optics Feed At Beijing Astronomy Observatory (BAO)”A.S.P. Conf.Ser.Vol.3 1988 P183 中国科学院国家天文台；

【6】王顺德 “Working System in Fiber Optics on The BAO 2.16m Telescope”A.S.P. Conf.Ser.Vol.37 1991 P119中国科学院国家天文台

【7】王顺德 “我国2.16米望远镜的光纤耦合分光系统” 自然杂志 1992 第15卷 第7期 P500-504 中国科学院国家天文台

篇7

本文通过对目前的物联网的定义以及基本特征的分析，对目前的智能传感技术的应用进行了分析，对目前的智能传感技术的发展提供可行的方向。

【关键词】智能 传感器 物联网

随着我国信息技术的快速发展，物联网技术得到了前所未有的进步，物联网技术也极大的为现代人的生活提供了方便，同时对于我国的经济发展以及社会稳定具有重要的意义。

1 智能传感器的定义与特征

一般目前的对智能传感器的定义是指带有处理器和信息监测以及信息处理等综合功能的传感器。智能传感器工作一般途径如下：第一：非集成化传感器是通过将传统的传感、信号调解装置、数字接口微处理器有机的组合为一个统一的智能化传感器，实现功能。第二：集成化传感器是通过为机械加工的技术以及大规模的集成技术完成智能化传感，使用硅作为基本的材料，构成电路以及处理器单元，通过设计将各个工作单元组合至同一芯片，完成智能传感的功能

2 智能传感器在物联网中的应用

目前的智能传感器在物联网中的应用，最主要的困难就是开发一种具有更高准确度、成本低、功耗小、体积小的传感新技术，通过开发一种具有新原理、新材料以及新工艺的传感器，进一步拓展传感器在物联网中的应用范围。例如在未来可以通过智能传感器在物联网中的应用，构建智能交通网络，实现对公路、桥梁的实施检测，减小了维护的成本，也可以构建新的智能建筑，实现绿色照明与安全监测，既能达到环保节能的目的，也能满足安全的需要。

2.1 MELVIS微型传感器

MELVIS是一种新型的MFMS力敏传感器芯片技术，MELVS力敏传感器芯片对压力、压差以及绝压敏感。压力传感器通过使用大规模的技术生产具有平面技术以及MFMS技术的的芯片，这种生产技术能够很大程度减少成本，对于产品的可靠性以及工作稳定性有巨大的提高，为我国的传感器在物联网中使用打下良好基础。智能化的MELVIS芯片是智能传感器的技术核心，是智能传感器在物联网中应用的基础。通过这种技术，能够很大程度提升我国目前工具而自动化的操作标准，推进我国的汽车、机械加工制造、信息技术等行业综合发展，可以推动一些列的产业化水平的提高。通过对芯片技术的自主研发以及改进，可以进一步提高微机电传感器大规模生产以及应用的潜力，通过产业化的生产链和质量监控标准，实现智能传感器的推广使用，进一步提升物联网的应用。通过构建的具有微机电传感器的智能仪表设备，进一步促进我国传统的制造业的更新换代。例如利用MELVIS微型传感器可以实现宽温区SO I压力敏感器件产品开发及产业；高性能硅电容压力传感器产品开发及产业化；智能电网用电量传感器及变送器开发；SF在线监测产品及系统。

2.2 高性能气体传感器及其智能无线传感网络

通过高性能气体传感器主要可以适用在应急抢险过程、危险位置以及施工过程中气体成分的分析检测、危险化学品的安全等物联网方面。核心的技术包括无线多成分气体检测传感技术平台，通过集成具有气体检测、数据收集分析、无线通讯、预警等技术，完成智能传感器在物联网中应用。利用气体传感器及其智能无线传感网络，我们可以使用在矿井，地下等不适合人类进入的地方，完成对气体的检测，保证工程安全与施工进度。

2.3 微型智能红外传感器及检测仪表

红外智能传感器可以对易燃易爆气体、有毒气体、二氧化碳等气体的检测，可以适用于环境气体监控、煤矿气体瓦斯检测、环境有毒气体的测试等需要对气体环境进行监控的环境。因为市场需求比较大，目前需要研究一种具有能够抗干扰效果、使用寿命长以及生产简单的红外传感新技术应用于物联网。由于智能红外传感器的特点，能够广泛适用在度危险气体的检测上，例如海关，机场等，确保安全。

2.4 高性能集成磁电子传感器（GMR传感器和MTJ传感器）

高性能集成磁电子智能传感器是基于巨磁阻效应以及磁隧道结效应的原理，目前使用的先进的传感器类型包括磁电子传感器、磁电信号隔离蜗合器、磁逻辑和随机存储器等类型，目前的磁电子传感器具有很好的灵敏度、快速的响应，而且体积小巧，节能环保的特点。目前，高性能集成磁电子传感器开始出现在工业控制、位置及速度测量、无损探测、接近开关、磁短程通讯（手机银行）、磁卡读头、磁罗盘、G PS导航、信用卡读头、矿物探测、医疗、陆上车辆和水下不明物监测等许多物联网环节。

2.5 高精度芯片焊封型温度敏感元件及传感器

温度智能传感器采用的是静压成型、精密切割、叠层电极的技术加工制成，采用这些独特的工艺制成的芯片具有很好的精密度，而且性能稳定，工作安全，具有很好的一致性，响应速度快等特点。在实际的生产过程中，因为结构简单，成本价低，能够大规模的产业化，以适应物联网的使用。在目前的许多领域发挥着巨大的作用，例如：民生需求、公共事业、人口健康等方面。而且目前温度传感器市场需求也在不断增长，在2009年以来，每年的增长都在10%以上，可以说，未来温度智能传感器将会在物联网行业得到更加广泛的使用。

3 结语

随着科技的发展，如今的物联网技术的发展与应用越来越多的受到社会的广泛关注，国内外的有关单位都在采取更加积极有效的措施推进物联网的发展。目前我国的科研单位以及高校也已经开始渐渐设置于物联网相关专业，培养相关的人才，为未来的物联网发展提供足够的人才储备。与此同时，目前的智能化传感器设备销售量也在以每年20%的速度快速增长。而且目前的国内为厂家都在积极的努力，开发新的智能传感器满足整个社会的发展，我们能够肯定，智能化传感器在未来的物联网中必然具有更加宽广的应用前景。

参考文献

[1]丁露，梅烙. 智能传感器在物联网领域中的应用[J]. 信息技术与标准化， 2012，（04）.

[2]吴仲城，戈瑜，虞承端. 传感器的发展方向一网络化智能传感器[J]. 电子技术应用， 2011，（14）.

[3]卫开夏，李斌，陈坚祯. 非满管电磁流量计液位测量方法研究[J].传感技术学报[J]， 2013，（06）.

作者单位

篇8

关键词：物联网；人才培养；教学资源；专业建设

1 背景

随着计算机技术、互联网技术、无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术等飞速发展，物联网的研究和应用也得到快速发展，并越来越引起各国的高度重视。物联网甚至被称为继计算机和互联网之后的又一次信息产业革命。美国于2008年末由IBM提出“智慧地球”概念后，“智慧地球”框架下多个典型智能解决方案已经在全球推广；欧盟于2009年6月了全球首个国家级物联网发展战略规划；韩国和日本等发达国家也都分别提出了“U-Japan”和“U-Korea”信息化战略，其核心内容都是利用无所不在的泛在网络技术实现人与人、物与物、人与物之间连接，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。我国政府于2009年8月提出“感知中国”的战略构想，并由政府、科研院所和企业建立相关研究基地和成立物联网产业联盟。可见物联网技术以及相关产业已经成为各国下一个必争的战略制高点。而任何一个新兴产业和行业的发展，都需要大量的专门技术人才，物联网的发展同样也不例外。目前，我国物联网专业人才还非常紧缺，人才的培养还处于起步阶段，而大批专门人才培养主要依靠高等学校来承担。在这样一个大的环境和背景下，国家教育部于2010年批准在35所高校设立物联网工程和传感网技术本科专业，并于2011年开始招生。另外，全国有将近20所高职高专院校以及独立学院开设了物联网工程专业。物联网工程专业是一个多学科高度交叉的新兴专业，如何培养出合格的、符合市场需求的物联网专业人才是高校面临的一个主要问题。南于物联网本身技术复杂、牵涉面广，涉及多学科的交叉，这就必然对人才的培养和专业建设都需要进行全新的考虑。笔者结合安徽理工大学物联网工程专业建设和实践，对物联网丁程专业人才培养和教学资源建设进行了一些初步的探索，为高校物联网工程专业人才培养和专业建设提供指导和参考

2 物联网工程专业的研究内容

2.1 物联网的体系结构

物联网的概念是1999年美国Auto-ID中心首先提出的，最初的定义是通过射频识别等信息传感设备把所有物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。现在普遍认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通对象实现互联互通，具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化特征的网络。从物联网的定义可以看出要实现物联网需要具有感知、通信与计算能力的智能信息传感设备等实现全面感知，借助现有的互联网和电信网来进行数据的可靠传输，以及数据的智能处理，进而实现人与人、物与物、人与物之间的互联互通和智能信息服务。物联网的体系结构可以根据信息生成、传输、处理和应用划分为4个层次：感知识别层、网络层、管理服务层和综合应用层。其中感知层是物联网信息的来源，包括各种类型的传感器、RFID标签和读写器、智能手机、智能家电以及智能测控设备等；网络层实现数据的传输，包括有线和无线网络的接人层、会聚层和核心交换层；管理服务层实现数据存储、处理的和智能决策服务等，包括中间件、数据存储与处理、数据挖掘与智能决策等；综合应用层实现不同行业的综合应用，包括智能物流、智能电网、智能交通、智能环保、智能医疗等。物联网4层体系结构如图1所示。

2.2 物联网关键技术和研究内容

由物联网的4层体系结构图可以看出：感知层是物联网应用的基础，位于物联网应用的最底层，也是物联网区别于传统互联网的重要方面之一。感知层主要涉及RFID技术、无线传感器网络和控制技术、短距离无线通讯技术等主要关键技术。物联网的应用层与具体的应用领域不同存在很大的差异，需要根据具体的应用来设计。物联网网络层的数据传输技术、无线通信技术以及管理服务层涉及的数据存储、云计算、数据挖掘等各种支撑技术都是物联网应用和研究过程中涉及的主要技术和内容。

由于物联网的研究内容比较宽泛而且涉及多学科的交叉，开设物联网相关专业的高校现有学科基础、专业设置以及研究内容的侧重点都会有所不同，因此在物联网工程专业的课程设置以及培养方案方面会存在的一定的差异。由物联网的4层体系结构，可以根据实际情况对物联网工程专业设置不同的研究方向，如电子技术和嵌入式技术基础较好的高校可以侧重于感知层设计和应用，计算机技术基础较好的高校可以侧重于物联网应用层和信息服务层，网络技术和通信技术基础较好的高校可以侧重于网络层和管理服务层，还有各相关交叉专业设置较为全面、研究基础较好的高校则可以在物联网的各层都平衡发展。具体设置什么样研究方向和培养方案，各高校需要根据自身的学科专业基础和特点以及高校的行业背景，设置具有自己特色和优势的培养方案和侧重研究方向。安徽理工大学是一所具有煤炭行业背景和医学特色的理工类高校，目前设有相关的专业有：计算机科学与技术、电子技术与仪器、网络信息安全、自动化、电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化等，具有较好的相关专业建设基础，尤其是面向煤矿自动化和信息化应用领域有着较强的优势。因此，基于学校的行业背景和专业基础现状，物联网工程专业的侧重点是物联网的感知层设计和应用，兼顾管理服务层的相关技术研究，如中间件等。重点应用领域是矿山物联网以及智能移动医疗，结合现有的网络信息安全和计算机科学与技术等相关专业，制定符合学校实际和充分利用现有教学资源的物联网工程专业的培养方案。

3 物联网工程专业培养目标和课程设置

3.1 物联网工程专业培养目标

在高等学校本科人才培养目标的前提下，根据物联网专业的研究内容和市场需求定位，物联网工程专业培养目标是：具有宽厚扎实的基础知识，系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备网络技术、传感技术、射频识别技术、嵌入式技术、通信技术以及计算机技术等信息领域宽广的专业知识，具有综合运用所学知识解决物联网中信息获取、传输、处理问题的能力，能够从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、电子标签射频识别、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等工作。

通过相关课程的学习，掌握必需的传感器、电子、通信、单片机、RFID技术等知识和专业技能；掌握基本物联网节点、网关、网络协议栈，有线和无线网络技术原理，无线自组织组网、有线和无线网络拓扑以及网络安全技术等基础理论和关键技术；熟练并系统地掌握物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计、互联网应用等，具有综合应用所学知识解决物联网工程中实际问题的能力，包括：工程设计、设备制造、网络运营和技术管理中的实际问题等能力；掌握基于无线传感器网络的物联网业务的开发、测试、推广等知识，具有较强的综合应用信息网络相关知识解决问题的能力、综合试验能力与工程实践能力；熟悉矿山物联网的架构、应用环境和关键技术，并能够进行系统设计和开发；熟悉物联网在智能医疗领域的应用技术，并在现有医院信息系统的基础上，进行移动医疗的智能终端、医疗传感设备、中间件、数据存储、应用系统的设计和开发等。此外，还应具有较强的创新意识、创造性思维能力，能综合运用多学科知识、技术和现代工程工具，将所学内容应用到其他行业和应用领域。

3.2 物联网工程专业课程设置

由于物联网工程专业是综合多学科的新兴专业，在课程的设置和教学内容的安排上还不够成熟和稳定，还处于探索阶段。需要根据专业培养目标和实际教学情况，不断地调整和优化课程的设置。目前，物联网专业课程设置基本上在现有较成熟的计算机科学技术和电子信息类专业的基础上，增加与物联网相关的核心课程，但侧重点是物联网技术及应用。结合学校相关专业课程设置现状，物联网专业课程分为以下几个主要模块：（1）公共基础模块；（2）专业必修课程模块：（3）专业核心课程模块；（4）专业任选课程模块；（5）跨学科课程模块；（6）实践课程模块；（7）素质拓展模块。各模块包含的主要课程如表1所示。

在课程的设置上既考虑了物联网专业的核心研究内容和专业特色，同时考虑到物联网专业是一门新兴的专业，还没有专门的硕士和博士学位点，目前基本上都是作为计算机或相关学科的一个研究方向，而计算机专业研究生入学考试的专业课实现国家统一命题，因此，在课程的设置上要能够和计算机科学与技术专业核心课程实现无缝对接，使得物联网工程专业培养的学生能够轻松实现进一步深造的愿望。基于这样的一种现状，学校物联网工程专业在必修课程模块和核心课程模块中分别开设了数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统等相关的课程，同时开设了物联网导论、无线传感器网络、RFID原理与应用，能够满足学生专业学习和考研深造的需要。为了突出物联网专业知识，在专业任选课程模块中开设了大量与物联网和计算机相关和当前最为热门的课程，充分体现了该专业方向的知识面宽、技术先进等特点。跨学科课程模块的设置为进一步拓宽学生的知识面，了解煤矿行业的生产背景和主要技术装备，为以后从事煤矿物联网和数字矿山建设打下基础。实践课程模块的设置是培养学生动手能力和学习兴趣的重要教学环节，是达到学以致用的主要途径，是整个教学过程不可缺少的内容。素质拓展模块通过组织多种形式和内容的第二课堂教学活动，以培养学生创新精神和实践能力，促进个性发展，提高综合素质。

4 人才培养和教学资源建设

4.1 物联网工程专业人才培养

高等学校的使命是培养人才，高校需要根据市场的需求和自身优势以及综合其他因素来确定人才的培养模式。因此，对人才培养目标的定位能够全面反映高校对合格人才的理解和时代需求。安徽理工大学是行业特色鲜明、理工类为主的综合型大学，学校人才培养目标是：结合煤炭行业特色，培养“厚基础、高素质、强能力、善创新”的创新型人才和高级专门人才。在人才培养过程中要构建多元化、多目标的培养模式，同时充分考虑学生就业、创业和继续深造等不同要求，努力形成特色鲜明、层次清晰、模式多元、制度配套、保障有力的本科人才培养体系。在学校人才培养目标的指导下，借助现有相关专业的培养模式和经验，并结合物联网工程专业的特点，对物联网工程专业的人才培养采用校企联合培养的模式。

安徽理工大学是第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，目前在计算机科学与技术专业以及其他电子信息类专业的卓越工程师培养计划和方案制定过程中积累了一定的经验，其核心培养方式是采取的3+X培养模式，主要措施是其中3年时间在学校进行相关基础课和理论课的学习，至少1年时间采取校企联合培养模式，通过将企业纳入到人才培养主体地位，可以进行订单式培养，大大增强学生对企业需求的了解和实践动手能力。真正体现“卓越计划”的3个特点，即行业企业深度参与培养过程；学校按通用标准和行业标准培养工程人才；强化培养学生的工程能力和创新能力。物联网工程专业主要是培养工程类的专门型应用人才，可以按照“卓越工程师”的培养模式进行培养。一方面是在现有教学资源的基础上，加强物联网专业基础理论和专业核心课程内容的教学，另一方面加强实践教学环节，尤其是引入相关企业的参与。目前，我校已与安徽徽斯顿电子科技有限公司以及安徽科艾网络技术有限公司签订了战略合作协议，联合培养物联网专业人才，由参与的公司提供相关课程的教学和实践环节的平台，并且公司有优先挑选优秀毕业生的权利。另外，安徽理工大学与附属医院安徽淮南东方医院集团也签订了合作协议，共同研究和制订数字移动医疗系统方案。移动数字医疗系统的实施可为学校物联网专业教师和学生提供了参与设计和开发的机会，同时也会为学生的培养提供很好的实习场所和平台。另外，安徽理工大学与两淮煤矿企业都建立了很好的合作关系，有着很好的合作基础，双方都在积极准备联合培养矿山物联网建设人才，进行校企深度合作，为拓展学校物联网专业人才培养提供了很好的实践和就业机会。此外，学校还与一些经济发达地区的相关企业建立实习基地，如上海、深圳、无锡、芜湖等，为学生进入工作岗位前提供深入企业实习机会，为进一步就业打下了坚实的基础。校企合作模式的效果已经在学校的一些专业取得了很好的效果，校企合作是物联网专业人才培养较为理想的模式。

4.2 物联网工程专业教学资源建设

物联网专业人才的培养，除了有定位准确的培养目标和合适的培养模式之外，还需要有配套的软硬件教学资源的支撑，教学资源是培养合格人才的重要保证。一个专业办学水平的高低往往与该专业的师资、实验室、教材、实习场所等建设水平有关。对于物联网专业这样一门新兴专业，面临的专业教学问题更为严重和急迫。学校在物联网专业建设过程中，相应地采取了一些有效措施来保证高水平的教学资源。

（1）物联网专业师资队伍的建设。这是所有教学资源中最为重要的部分，没有好的师资很难想象能够培养出优秀的人才。因此，学校和学院都非常重视教师的培养，培养的方式主要是从学院中挑选出一部分对物联网感兴趣而且嵌入式技术以及软件开发能力过硬的教师组建成物联网科研团队和教学团队，通过申请物联网相关课题展开物联网理论和应用研究，目前已有2项物联网相关的国家自然科学基金项目，5项省部级物联网应用课题，多项企业物联网应用横向课题，通过科研课题工作的深入展开和研究，大大提高了教师对物联网理论的理解和实践应用水平，对推动物联网专业的教学水平起到明显的促进作用。除此之外，学院利用寒暑假时间组织部分教师到北京、无锡、长沙等地参加“全国高校物联网专业教学和研讨”“高级物联网开发工程师物”等教学和专业技术的培训，通过培训进一步提高教师的物联网教学水平和专业技能，然后再通过校内的研讨和讲座带动更多教师物联网专业水平的提高。

（2）教材建设也是办好专业必不可少的环节。由于物联网专业是新建专业，虽然已经出版了一些不错的物联网方面的图书，但适合作为本科教学的好教材还是凤毛麟角，而且大多是技术类或普及类。因此，在教材的建设方面还有很多的工作需要做。我们根据开设的课程和目前已有教材的现状，挑选出相对较好的基本教材和参考书，通过大家阅读讨论，然后根据制定的教学计划，来确定讲授的内容和学生需要自学的内容，并整理教学讲义和课件，为后续教材建设做好准备。通过这一环节，充分提高了对教学内容细节的掌握和理解，也对物联网技术掌握得更为全面。

（3）实验室建设是实践教学环节的有力保障。为了能够满足物联网实验教学的需求，学院对物联网实验室建设投入了大量的建设经费，实验室采购了北京西普阳光教育科技有限公司的SimpleRFID射频识别实验教学系统，并向安徽福讯信息技术有限公司订制了无线传感网络教学系实验系统。在物联网实验建设过程中，物联网专业教学团队全程参与整个实验室建设过程，对系统的安装、调试、运行都进行全面掌握；并邀请物联网实验系统开发的T程技术人员给教师做专门的技术培训和讲座，进一步提高了教师的理论水平和实践水平。通过师资、教材和实验窜3个环节的建设，目前学校已经具有较高水平的物联网专业教学团队和完善的教学配套资源，完全能够按照既定的教学目标和计划来进行物联网专业人才的培养。当然，任何一个新的专业的开设，都需要一定时间的建设和完善，在建设的过程中要不断探索和完善，并借鉴其他高校的成功经验，及时修正不合理的方面。

5 结语

物联网工程专业的人才培养和教学资源建设，是所有高校物联网工程专业在办学过程中需要考虑和解决的问题，而特色人才培养模式和高水平教学资源建设是办好物联网专业的前提，因此，各个高校应根据各自不同的办学基础和行业特点，着眼于市场需求和自身的办学优势，在体现物联网工程专业共同特点的基础上，要突出物联网工程专业的行业特色，这样培养出的人才更能满足市场需求和具有更宽的就业面。

参考文献：

[1]吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，2012：1-5.

[2]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011：3-6.

[3]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010（21）：26-29.

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4月17日，万国数据深圳福田数据中心正式开业。这座建筑面积1.5万平米、可容纳2400个机柜的数据中心已经是万国数据在全国的第17座数据中心了，其总面积超过了15万平米。新建的这家数据中心，服务对象除了针对深圳的用户外，还瞄准了整个华南地区和香港，据说还没开业，就已经被客户签下了一半面积。

在云计算、大数据以及移动互联这些新兴应用的推动下，今天的数据中心市场依然是那么火爆。

谁是数据中心变革的推手？

如此兴盛的数据中心市场，其背后仰仗的是今天无处不在的信息和令人难以置信的信息增长量。看看每个人口袋里装着的智能手机，以及手里拎着的笔记本电脑和各种Pad，再想想正炙手可热的可穿戴式设备甚至汽车车载智能系统，我们的生活已经离不开这些设备了，而在它们的背后同样离不开的正是那些数据中心。我们已经对数据中心产生了依赖。

在刚结束不久的英特尔IDF14上，记者注意到这样一组数据：现在每400个移动电话就需要有一个服务器来管理它的内容，每120个平板电脑就需要一个服务器做支持，每20个数字图像采集器就需要一个服务器来支撑，每6个监视器就需要一个服务器来服务……由此我们可以看出数据中心与我们的生产、生活以及目前正火热的物联网、智能交通、智能安防等社会智能化的发展是如此地密不可分。

淘宝5年前开始发起的购物节“双11”在去年达到了新的水平，在短短的24小时中，淘宝实现了57亿美元的销售额，这一业绩与前一年相比达到85%的增长。让我们看看57亿美元背后的数字：峰值时有1700万个同时购物的人，支付宝每分钟需要支持7900个交易或支付交易，同时产生了1.52亿个需要送货的包裹。

如此“可怕”的数字需要背靠强大的数据中心。

上海市卫生局拥有4700多家医院的信息，每天都要产生1600万份病历。如何利用这些数据，提高医院的利用率，并通过数据分析改进对慢性病的跟踪，这些同样需要数据中心的技术支持。

2013年，中国“天河二号”成为全球排名首位的超级计算机，这个使用了4.8万颗英特尔至强融核协处理器和3.2万颗英特尔至强处理器的超级计算机，峰值性能可达54.9PFLOPS（每秒54.9千万亿次浮点运算）。利用它强大的计算能力，在大气污染模拟、高铁过隧道时的空气动力学效应以及小蛋白分子动力学上都取得了可喜的成绩。

正是基于目前这些热门领域对数据中心需求的分析，英特尔公司高级副总裁、数据中心事业部总经理柏安娜女士提出，对未来数据中心的业务发展至关重要的将是云计算、大数据和高性能计算这三个领域，它们未来的广阔前景将是数据中心的增长点。我们相信，这应该也是业界的共识。

数据中心驱动业务创新

面对纷繁复杂的市场变化，要抓住稍纵即逝的发展机遇，企业需要更快的响应速度、更高效可靠的运营管理和更准确的商业洞察。而作为重要的业务支撑和推动力量，IT技术扮演着越来越重要的角色。在这个过程中，作为IT的基础设施，数据中心的作用毋庸置疑。

数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统（例如服务器、系统软件等）和其他与之配套的设备（如通信和存储系统等），还包含冗余的数据通信连接、供配电及制冷设备、监控设备以及各种安全装置，可以说数据中心是推进新一代信息技术产业发展的关键资源。

同时，云计算、物联网、大数据、基于移动互联的应用和HPC的迅速发展，SNS、电子商务、视频等业务的大规模增加给数据中心带来了持续的需求。例如在物联网等新兴领域，数据中心正在成为“改变者”的角色。

罗克佳华公司坐落在太原市南郊国家级高新技术产业区，他们将物联网应用与云计算服务完美结合，开创了“云+端”的技术模式。在罗克佳华的厂区内，建有一个规模为300台物理服务器的云计算数据中心，为全国各地的用户提供矿山运营、能效监管系统运营、电厂脱硝和脱硫运营、合同能源管理运营等服务。在罗克佳华董事长李玮看来，数据中心已经成为公司业务发展的重要推动力量甚至是创新力量。

“随着物联网技术的发展，连接网络的传感器必然会带来海量的数据，如果不能将这些数据处理好的话，那根本就不能算实施了物联网。”李玮说，罗克佳华正在积极采用云计算的模式来实现对各种数据的处理，即以物联网和数据技术为核心，采用“现场设备+异地云”的架构模式。现场设备即各种现场数据采集设备，“异地云”即罗克佳华建设的云计算数据中心。

在和用户签订相关协议后，用户将各种有效数据采集并上传到罗克佳华的数据中心，后者利用数据挖掘手段进行处理和分析。据悉，罗克佳华目前正在与一些大型电厂合作，通过云计算实时分析电厂脱硫、脱硝过程中各种反应物的添加量，以实现精细化的实时添加，帮助这些电厂降低脱硫、脱硝过程中的能耗。

“未来我们的目标是建设全亚洲最大的物联网数据中心，达到2万台物理服务器的规模，面向更多的服务领域。”李玮说。

前面提到的上海市卫生局，面对每天产生的1600万份病历，他们采用了基于英特尔的大数据解决方案，实现了病例的实时、系统性获取，通过这些数据分析出每位病人是否需要进行复查并采取下一步治疗措施，从而使得医院病例的复查率降低到30%，大大提高了上海卫生局的工作效率，也节约了医疗资源。

中国约有1000万辆卡车，它们是物流组成中的重要部分，急需更高效的路线和车辆调配优化，以降低成本。郑州市为了降低物流成本以及卡车运输中的事故率，部署了英特尔的智能交通解决方案，对卡车运输进行实时规划、实时监控、远程处理，提高了卡车和货物的匹配率，缩短了行驶时间，并降低了20%的严重事故发生率。这一系统构建在具有强大计算能力的数据中心里，平均每500辆卡车就需要1个至强处理器默默无闻的支持。

LSI公司高级副总裁兼数据中心解决方案事业部总经理Tom Swinford认为，数据中心从未像今天这样对企业业务产生如此巨大的影响。同时，企业必须寻求创新的技术和方案，以快速应对大数据的获取、整合和管理，从而帮助企业做出决策。

数据中心需要变革

我们必须承认，今天无论是云计算还是大数据，亦或是物联网、互联网应用，都已经超出了传统数据中心所能承受的负载，数据中心需要变革，需要创新，需要顺应发展趋势。

日前， Gartner公司研究总监Fabrizio Biscotti就表示，以物联网业务为例，这样的新兴应用，必然会对数据中心的发展提出更高的挑战。“物联网的部署会产生大量需要实时进行处理和分析的数据。而实时处理大量物联网数据将增加数据中心工作负载的比例，使得提供商面临安全性、容量和分析方面的新挑战。”

“由于设备数目庞大，再加上物联网数据超级大的规模、速度和结构，尤其是在安全领域、数据存储管理、服务器和数据中心网络方面，实时业务流程面临风险。数据中心经理需要在这些方面具有更多的前瞻性管理能力，以期能够积极配合与物联网相关的业务重点。”Gartner公司副总裁、著名分析师Joe Skorupa也说。

艾默生网络能源大中华区总包事业部副总裁丁麒钢在接受媒体采访时曾经表示，在巨大的市场变化情形之下，数据中心产业链正面临着一场革新。这场革新以促进产业链层次扁平化整合为基调，强化设备制造商、方案设计方、工程实施商、运营商之间的合作，重视全局规划和建设，淡化了基础设施与IT设施的界限，并以此达到“灵活变化、快速响应、智能运行、高资产利用率、低TCO的目标”。在此影响下，重视资源优化整合、进一步提高资源利用率、多层次的市场竞争以及实现无人值守运行，将成为未来数据中心发展的主要趋势。

云为数据中心提供了更灵活、高效、快速的响应能力。过去几年中，公有云迅猛发展，大量的数据中心在全球建立，而在这一领域中，使用者的需求已经从过去单纯的对云空间、运算速度的需求转变为智能化云计算平台。用户希望能够得到一个更为智能化，能够动态高效调控的云计算平台。英特尔公司高级副总裁、数据中心事业部总经理柏安娜说，英特尔期望从软件架构上寻求突破，将架构系统从静态变成动态，让封闭的架构变得更加开放。她介绍说，在云计算平台的架构上，英特尔提供了一个协调层，让云计算平台能够提供自动的调控功能，这个协调层可以将底层和应用层进行有机的结合。

世界上七大云服务提供商中有三个来自中国，他们是腾讯、阿里巴巴和百度。英特尔则是他们共同的合作伙伴，通过密切的合作，英特尔在后端提供架构上的支持。柏安娜在IDF14的演讲上说：“英特尔在架构上设立的这个协调层能够依靠软件帮助云计算平台更加动态、更加高效、更加以需求为基础来提供服务。”前面说到的淘宝“双11”活动中，传统的服务器与带宽很难应对那么大的计算峰值和交易，而英特尔与华为合作，在服务器和技术上帮助阿里巴巴通过云平台实现了创纪录的销售业绩。

英特尔认为，与用户转变IT运营思路相对应，包括数据中心在内的IT技术，也必须扭转创新思路，从用户的实际业务需求、与之相关的具体软件和IT服务出发，来打造产品、技术和解决方案。“英特尔正倾尽全力，在数据中心领域推动这一转变”，柏安娜表示：“目前英特尔最主要的尝试，就是推动迎合软件定义基础设施趋势的创新。”

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这些新的技术、新兴应用和对应的IT发展趋势，使得IT人必须了解甚至掌握最新的IT技能。另一方面，云计算和大数据乃至其他助推各个行业发展的IT基础设施的新一轮部署与运维，都将带来更多的IT职位和相关技能技术的要求。

毫无疑问，这些新趋势的到来，会诞生一批新的工作岗位，比如数据挖掘专家、移动应用开发和测试、算法工程师，商业智能分析师等，同时，也会强化原有岗位的新生命力，比如网络工程师、系统架构师、咨询顾问、数据库管理与开发等等。下面分别为大家介绍着十大IT技能所体现的工作岗位：

一、算法工程师

何万青博士曾经介绍把一件事做快做好的三种方法，其中就提到过“提高流水线效率、更好的算法和更短的代码关键路径。”可以看出算法在系统效率中的重要地位。算法是让机器按照人类设想的方式去解决问题，算法很大程度上取决于问题类型和工程师对机器编程的理解，其效率的高低与算法息息相关。

在数学和计算机科学之中，算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤，常用于计算、数据处理和自动推理。在大数据时代，算法的功能和作用得到进一步凸显。比如针对公司搜索业务，开发搜索相关性算法、排序算法。对公司海量用户行为数据和用户意图，设计数据挖掘算法。

算法工程师，根据研究领域来分主要有音频/视频算法处理、图像技术方面的二维信息算法处理和通信物理层、雷达信号处理、生物医学信号处理等领域的一维信息算法处理。另外数据挖掘、互联网搜索算法这些体现大数据发展方向的算法，在近几年越来越流行，而且算法工程师也逐渐朝向人工智能的方向发展。

二、商业智能分析师

算法工程师延伸出来的商业智能，尤其是在大数据领域变得更加火热。IT职业与咨询服务公司Bluewolf曾经报告指出，IT职位需求增长最快的是移动、数据、云服务和面向用户的技术人员，其中具体的职位则包括有商业智能分析师一项。

商业智能分析师往往需要精通数据库知识和统计分析的能力，能够使用商业智能工具，识别或监控现有的和潜在的客户。收集商业情报数据，提供行业报告，分析技术的发展趋势，确定市场未来的产品开发策略或改进现有产品的销售。

商业智能和逻辑分析技能在大数据时代显得特别重要，拥有商业知识以及强大的数据和数学分析背景的IT人才，在将来的IT职场上更能获得大型企业的青睐。不过这些技能并不是一般人都能掌握的，一些公司目前正在招聘统计学家并教授他们有关技术和商业的知识。

三、数据挖掘工程师

数据挖掘工程师，也可以叫做“数据挖掘专家”。数据挖掘是通过分析每个数据，从大量数据中寻找其规律的技术。数据挖掘是一种决策支持过程，它主要基于人工智能、机器学习、模式识别、统计学、数据库、可视化技术等，高度自动化地分析企业的数据，做出归纳性的推理，从中挖掘出潜在的模式，帮助决策者调整市场策略，减少风险，做出正确的决策。

数据挖掘专家或者说数据挖掘工程师掌握的技能，能够为其快速创造财富。当年亚马逊的首位数据挖掘工程师大卫·赛林格(David Selinger)创办的数据挖掘公司，将类似于亚马逊的产品推荐引擎系统销售给在线零售和广告销售商，而这种产品推荐引擎系统，也成为亚马逊有史以来最赚钱的工具。数据挖掘的价值由此可见一斑。

四、咨询顾问(专家)

任何业务部门和任何行业企业，都有IT系统在背后默默无闻地支撑着。在云计算大数据时代，业务面临的挑战和机遇也会给IT系统带来更多要求。在这种情况下，IT系统的规划部署和运维，都要有更为精通的专业人士才能胜任，并满足面向未来大数据分析、云计算服务应用的需要。

纽约蒙特法沃医疗中心(montefioremedical center)的副主席杰克-沃夫(JackWolf)曾经表示，他寻求不仅会建立和使用系统而且还会给予其他员工技术支持的新员工，他说：”新的系统意味着你必须有更多的咨询台来处理更多的咨询量。”当然，这里体现的主要是某个系统的技术支持的功能，但管中规豹我们不难发现，无论是部署初期的物料采购还是运维过程中的金玉良言，都凸显出这种技术咨询顾问的重要性。

五、网络工程师

网络工程师可以说是一个“绿色长青”的职业，网络技术一直以来就处于急需之中，美国人力资源公司罗勃海佛国际(Robert Half International)第三季度IT招聘指数和技能报告指出，网络管理占总需求技能排名中的第二位。对于云计算时代来说，网络在云资源池中(计算、存储、网络)更是扮演着更为重要的作用。

另一方面，IPv6标准、物联网、移动互联等蓬勃发展，使得对于网络工程师尤其是新型网络工程师(移动、IPv6、云计算方向)的人才和技能要求也越来越多。网络工程师也因此而可以细分成多个发展方向，相应的技能要求其侧重也有所不同。比如网络安全、网络存储、架构设计、移动网络等等。

六、移动应用开发工程师

移动应用开发，会随着移动互联网时代的到来变得更受追捧。截至2012年底我国已经有10亿手机用户，移动智能终端用户超过4亿，在移动支付、移动购物、移动旅游、移动社交等方面涌现了大量的移动互联网游戏、应用和创业公司。

移动平台智能系统较多，但真正有影响力的也不外乎iOS、Android、WP、Blackberry等。大量原来PC和互联网上的信息化应用、互联网应用均已出现在手机平台上，一些前所未见的新奇应用也开始出现，并日渐增多。

移动应用开发，由于存有多个平台系统，因此不同的平台开发者其所面临的机遇和挑战也不尽相同。一个很明显的例子就是，当初由Google公司和开放手机联盟领导及开发的基于Linux的安卓系统，在开源之后就给广大开发者(商)带来巨大商机，而坚定选择iOS平台的的开发工程师，也通过苹果生态系统的不断扩建和智能设备的高市场占有，使得较早的一批开发者都赚得盆满钵满。不过在国内由于用户习惯、产业环境和版权保护的问题，移动应用开发者并没有因此而获得相应的收益。

七、软件工程设计师

近年IT业界逐渐涌现出一股软件定义网络(SDN)、软件定义数据中心、软件定义存储(SDS)和软件定义服务器(MoonShot)等浪潮，大有软件定义未来一切IT基础设施的趋势。

PaaS、SaaS、数据挖掘和分析、数据管理和监控、虚拟化、应用开发等等，都是软件工程师大展身手的好舞台。相应的，这些技术领域也对软件工程师的要求会更高，尤其是虚拟化和面向BYOD、云计算、大数据等应用的开发和管理，都需要有更高深的技术支撑。

和算法工程师有点类似的地方在于，软件工程师也需要注重设计模式的使用，一位优秀的工程师通常能识别并利用模式，而不是受制于模式。工程师不应让系统去适应某种模式，而是需要发现在系统中使用模式的时机。

八、数据库开发和管理