從09年起在全球范圍內出現物聯網的概念,代表信息化發展方向。物聯網(The Internet of things)的概念是在1999提出的,它的一般定義是:把所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。2005年11月17日,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯盟(ITU)發布了(ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式提出了“物聯網”的概念。報告指出,無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨,世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換。射頻識別技術(RFID)、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將到更加廣泛的應用。
物聯網就在我們身邊
信息化應用于人類社會初級目標鎖定在人與人之間的聯系和溝通,這樣一個發展目標歷經結繩記事、活字印刷、無線電傳輸及至目前階段網絡時代,已經基本實現。信息化會朝什么方向走? 眾口一詞的說法是:物聯網。物聯網在國際上又稱為傳感網,它借助于電子信息技術,將物體嵌入微型感應芯片,使其智能化,再結合無線網絡技術,使人與物體、物體與物體之間實現“交流對話”。物聯網作為信息化應用廣度的拓展和深度的挖掘,在我們身邊已是比比皆是。
當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水的要求等等,已如同科幻小說一般,將物品都人格化了,但這是真切的現實,不是科幻了。
耐克公司推出的Nike+跑步鞋,通過植入傳感器跟蹤跑步信息,然后發送到使用者的iPod上。該產品還有自己的社交網絡,可以自動發推至Twitter,還可以發送狀態更新至Facebook。同樣,不用五花大綁在各種儀器上,你一舉一動的數據都能被電腦監測到。弗吉尼亞理工大學發明了一種可以感知運動的褲子,通過織布機把電線和纖維織到一起。每動一下,嵌入在纖維里的傳感器可以測量褲子的速度、旋轉度和彈性。然后把信號發送至電腦上?梢哉f,在信息世界人與物已平起平坐了,“大家”都是一個信息節點。
上面說到的“人-機交互”例子,有人會嗤之以鼻:“小兒科兒”!那么,再讓我們看看物聯網的“大手筆”。我國早就開始了物聯網產業的相關研究和應用試點的探索。RFID是物聯網感知層最重要的技術之一。2004年,我國啟動了物聯網的重要應用——無線射頻識別RFID的行業應用試點工程,在農業、工業、城市交通、建筑等領域初見成效。如遍布30個試點城市的“一卡通”工程應用等。截至2009年10月,全國224個城市發卡量近1.7億張。我們每個人不都被網在這張“卡”聯網之中了!
其實,物聯網是一個由感知層、網絡層和應用層共同構成的龐大的社會信息系統,是一個涉及國民經濟各行各業、社會與生活各個領域的一個無所不包的龐大的產業鏈。我們對其存在、發展的“前世今生和來世”有著極其濃厚的興趣,物聯網能改變我們生活的深層次原因不僅是簡單“互聯”,而是其強大的智能化的趨勢造就的技術生命力和商業價值。
物聯網插上智能的“翅膀”
物聯網的工作原理:感知層采集的信息經過傳輸層傳輸,再由應用層把感知和傳輸來的信息進行分析和處理,做出正確的控制和決策,實現智能化的管理、應用。人類對這一應用的憧憬早在工業自動化時代來臨之際,就已“蠢蠢欲動”。難道愛迪生在發明電燈時,不希望電燈“日落而亮、日出而熄”或是隨著一聲“開燈”而點亮,但通訊技術瓶頸造成將傳感器和執行機構的隔離,即便能夠實現連通,在聯網技術未能將這種連通成本降低到能激勵人們廣泛使用的水平也是行不通的。隨著網絡技術的突飛猛進,使數據能在傳感器、計算機和執行機構之間自由流動。具有革命性意義的是,物品既可以感知環境,又可以相互通訊時,并迅速對其做出響應,有的甚至可在基本無人干預的情況下工作。這種智能“基因”有賴于人工智能在計算機上的實現,也決定著物聯網的“成長特性”。
人工智能有2種不同的方式:一種是采用傳統的編程技術,使系統呈現智能的效果,而不考慮所用方法是否與人或動物機體所用的方法相同,這種方法叫工程學方法(Engineering approach)。另一種是模擬法(Modeling approach),它不僅要看效果,還要求實現方法也和人類或生物機體所用的方法相同或相類似。有甚者模擬人類或生物的遺傳-進化機制,人工神經網絡則是模擬人類或動物大腦中神經細胞的活動方式。
采用前一種方法,需要人工詳細規定程序邏輯,在已有的實踐眾多被采用,商務智能就是典型一例。在這一新型的經濟和社會形態中,信息的爆炸式激增又產生了對能夠處理和控制信息的新技術的強烈需求;商務智能就是新的信息技術在商務分析中的有效利用。從不同的數據源(就包含物聯網的感知信息)收集的數據中提取有用的數據,對數據進行清理以保證數據的質量,將數據經轉換、重構后存入數據倉庫或數據集市(這時數據變為信息),然后尋找合適的查詢、報告和分析工具和數據挖掘工具對信息進行處理(這時信息變為輔助決策的知識),最后將知識呈現于用戶面前,轉變為決策。
模擬法人工智能應用于物聯網的一個方向是專家系統,是一種模擬人類專家解決領域問題的計算機程序系統,不但采用基于規則的推理方法,而且采用了諸如人工神經網絡的方法與技術。根據專家系統處理的問題的類型,把專家系統分為解釋型、診斷型、調試型、維修型、教育型、預測型、規劃型、設計型和控制型等10種類型。與物聯網相結合的應用就很多了,例如血液凝結疾病診斷系統、電話電纜維護專家系統、花布圖案設計和花布印染專家系統等等。另一個方向為模式識別就是通過計算機用數學技術方法來研究模式的自動處理和判讀。用計算機實現模式(文字、聲音、人物、物體等)的自動識別,是開發智能機器的一個最關鍵的突破口,也為人類認識自身智能提供線索。計算機識別的顯著特點是速度快、準確性和效率高,識別過程與人類的學習過程相似,可使物聯網在“識別端”——信息處理過程的起點就具有智能性,保證物聯網上的每個非人類結點也有了“自覺行為”。
人工智能支撐物聯網:更開源、更節流、更環保
物聯網以傳感器驅動輔之人工智能的新型業務模式能夠創造卓越的價值,推動整個人類社會共同繁榮,推動民生,造福于民。那么,在很長一段時間內我們將增進物聯網智能性的外在條件上,下足功夫:物聯網關鍵結點就是物聯網的公眾支撐平臺,標準化規范化的通訊模塊,以及物聯網的網關產品;更多物品中被嵌入傳感器,從而獲得了通訊能力,等等。但我們也應該清楚認識到再智能的物聯網也是為人類服務的,需依靠創造新的業務模式來彰顯其價值,使得技術的經濟性等到社會認同。智能物聯網對于公眾的貢獻不僅要節流,而且能開源,更要環保。
開源——通過物聯網將收集的數據作為自動化和控制的基礎,利用人工智能的分析轉換為可通過網絡反饋給執行機構的指令,然后由執行機構來改變流程。形成從數據到自動操作的閉環控制系統,可以提高生產率,因為有了人工智能自動調節的系統,就使許多人工干預變得沒有必要。
節流——當對運營環境中的危險因素持續不斷地進行監測,或物品本身可以采取糾正措施,以避免損害發生時,就能降低風險和成本。
環保——應用物聯網海量集成技術、細化污染源監控系統全方位架構、強化數字環境管理,將帶來環境管理模式重大轉變。
智能物聯網的開源、節流和環保往往是三位一體體現的,以各種行業解決方案呈現出來的。例如:在農業生產方面,與遙感衛星和地面傳感器收集的數據無線聯接的精密農機設備,可以考慮作物的生長條件,并調整農田各個不同部分的種植方式——例如,對那些需要更多營養的地塊增加施肥量。工業生產方面,通過供應鏈運送產品時,利用傳感器跟蹤安放在產品上的RFID(無線射頻識別)標簽,從而改進庫存管理,同時降低運營資金和物流成本。醫療衛生方面,傳感器和數據聯網提供了以相對較低的成本,實時監測病人行為和癥狀的可能性,使醫生能夠更好地診斷疾病,并制訂專門的治療方案。形如藥丸的微型攝像機已能穿過人體的消化道,并傳回數千幅圖像,以查明疾病的來源。社區服務方面,智能樓宇中,具有人員實時管理,能耗數據采集,室內環境舒適度自動控制,數據顯示、統計、分析和預警,能耗設備控制等功能,從而實現建筑的節能降耗。
此類案例,不勝枚舉?傮w應用模式可歸納為智能感知環境、對行為的跟蹤、綜合各種信息進行決策、進一步優化流程、配置資源。均需要人工智能的支撐將物聯網的感知-決策-反饋的流程得以優化,將我們的生產、生活方式有了顛覆性的改變。
讓我們大膽的展望物聯網的未來,由于科技進步的腳步重來沒有停止過,智能型物聯網的支撐技術不斷完善,無線網絡技術的進步,以及通訊協議的進一步標準化,使人們有可能在幾乎任何時間和任何地點,通過這些傳感器采集數據,保證互連性能日益完善。同時,越來越小的硅芯片正在獲得越來越強大的能力,為人工智能增添著無窮“動力”,更為可喜的是遵循摩爾定律的發展模式,其成本卻在不斷下降。大量增加的存儲和運算能力(其中一些是通過云計算實現的)使得有可能以極大的規模和不斷降低的成本進行人工智能處理,讓插上“人工智能”翅膀的物聯網造福人類。
我們國家智能型物聯網的發展亦是喜人,讓我們在審視我國電網智能建設前景中結束本文。據報道(消息來源于電力產業網2010-12-31),四處布設385個傳感器、55個高清攝像頭、2臺紅外熱成像攝像機、聲光報警等設施,變電站也“智能”起來……30日,中國大陸首座利用物聯網技術建設的“智能變電站”——220千伏(西涇)智能變電站在江蘇無錫投運。至此,中國已拉開大規模建設智能電網序幕,10年間總投資預計超4萬億元。 我國是世界能源消耗第二大國,有全球最龐大的電網系統。到2020年,中國大陸要滿足4.85億用戶的用電需求,裝機容量預計達16億千瓦,均是目前水平的兩倍。順應形勢,2009年7月,中國確定分三階段建設“堅強智能電網”:2009年至2010年規劃試點,2011年至2015年大規模建設,到2020年基本建成。