第十二章 物联网在中国：怎样推动我国的物联网建设？（2 / 3）

在高频段和低频段射频技术的助推下，我国自主研发的低频标签已经成功应用到了非接触IC卡，动物监测管理、视频追溯等领域。而完全自主研发，具有高安全性的高频射频标签已经在身份证、体育赛事门票和铁路车票等领域得到了规模化的应用。

在超高频和微波频段的射频芯片上，清华同方、复旦微电子和中兴等企业已经研发出支持超高频芯片的产品。在标签封装上，我国的技术也已相当成熟，芯片装配、天线制作和印刷等主要环节已经拥有了大量的加工企业。我国的超高频射频架构如下：

图13-3-1 我国超高频射频架构

第二，智能传感器。传感器可以感知光、声、热、电、温、压、振动等多种不同类型的信号，为物联网系统的处理、传输、反馈和分析提供最原始的数据信息。随着物联网技术的发展进步，逐渐提升传感器的性能和功能、降低成本是推动智能传感器发展的基础。

我国传感器产品的种类繁多，目前，我国差不多有近6000种传感器产品，共有12大类，50小类。全国有差不多2000多家企业从事传感器的研发、应用和生产，年产量达到了24亿只，市场规模超过1000亿元。不过，我国对于传感芯片等高端软件的研发一直处于起步阶段，无论是研发技术、制作工艺还是材料选择方面，基础都相对薄弱，自主创新能力不足，产品在性能、功能甚至质量上都与发达国家有较大的差距。国内的主要工作内容也集中在低端产品上，而中高端传感器产品多依赖进口，成为制约传感器产业链发展壮大的主要阻碍。

第三，位置感知技术。对位置的感知技术主要是通过卫星导航定位系统和无限蜂窝网络进行定位，有时会用到感知姿态系统、陀螺仪或者加速计。目前，全球卫星导航系统处在领先水平的是美国的GPS、俄罗斯的Glonass系统和欧盟的“伽利略”系统。我国也紧随其后，自主研发了“北斗二代”卫星导航定位系统。“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，比美国的GPS多出11颗。

GPS起步较早，经过长足的发展，其产业链已经相当完备。在导航系统芯片行业，有高通、U-blox等跨国公司，在GPS模块领域，有Garmin、rockwell等公司。国内的很多企业也有涉及，主要分布在GPA终端、导航仪、测绘仪器等分支领域，且产业呈现细分化，完成市场最终用户的推广。

目前，国内有少部分企业开始涉足北斗二代射频和基因芯片的开发，包括海格通信、华力创通、国腾电子、芯星通和时代民芯等。虽然参与北斗芯片的厂商并不少，但真正掌握高端芯片技术和软件技术的企业寥寥无几，产业化水平偏低、系统性能不足是其主要缺点。但随着位置感知技术的发展，我国的定位精度很快就会提高至国际正常水平。北斗芯片系统架构如图：

图13-3-2 北斗芯片系统架构

第四，图像视频智能分析技术。该技术就是使用计算机图像视觉分析技术，将场景中的背景和目标分离，并监测在摄影机场景出现的目标。用户也可以使用视频分析功能，在不同摄像机的场景中设定不同的报警机制，一旦目标场景中出现“违规”行为，系统就会自动报警。

九十年代末，随着计算机配置和存储容量的不断提高，视频分析系统进入了一个全新的发展阶段，一些国外的公司早就已经开始研发与之相关的智能产品。我国的图像视频分析技术相对滞后，大多数生产和研发企业还处在普通的网络监控阶段，谈不上智能。在中国市场，能够看到的智能视频监控产品大多来自于美国、欧洲等发达国家，该领域高端产品的核心技术也为国外厂商所垄断。

第五，高效能微能源。微能源是指采用微机电系统技术加工而成的微小型的供能系统，主要包括微型电池和卫星发电机两类。微型电池有燃料电池、锂电池、太阳电池和化学电池等，微型发电机包括振动式发电机和内燃料发电机两类。我国在微能源领域还处于起步阶段，与国际水平有一定的差距。2012年以后，国家加大了对微能源领域的研发投入，中国原子能科学研究院、中国科学院大连化学物理研究所、清华大学微电子研究所和中国科学院上海微系统研究所对微能源的研发均有了突破性的进展。

4.震撼世界的物联网世博园

2010年5月1到10月31日之间，我国在上海举办了举世闻名的世界博览会。上海博览会园区面积为5.28平方公里，其面积之大令人叹为观止，特别是园区地跨黄浦江南北两岸，更是得天独厚，气势恢宏。博览会期间，政府安保部门相当重视世博会的安全问题，并积极采取相应的措施，对园区进行全方位的管理。为了让园区给人们带来更多的世博服务和体验，相关部门在世博园内搭建了遍布园区的无线传感网络，物联网技术在世博会园区的实战应用，让整个世博会更加接近科技的主题，整个园区由于物联网传感网络的覆盖而变得更加现代化和智能化，给人们带来了智能的服务以及新奇的科技体验。

世博园中的物联网应用包括智能供水、智能用电、智能交通、智能安全预警、智能物品管理等。例如，人们在水、电、煤气等基础设施上安装了大量的传感器节点，一旦出现安全问题，相应的物联网安全预警装置就会立即报警，消防人员会在几分钟内到达事故地点，及时处理安全隐患。

无线传感网络的简称为WSN，是一种新兴的数据检测技术，它由大量的传感器节点组成，具备了数据采集、传输以及处理的功能，并在无数传感器节点的支撑下，形成了一个自组织的系统化网络。这个网络系统具有多种特点，除了具备自组织性、快速回应性之外，还具备覆盖面积大、可同时检测多种信号的特点。无线传感网中的每一个传感器都具备独立检测信号的能力，从个体上来看，虽然每一个传感器的检测范围有限，但是可以通过多个传感器合作工作来进行数据整合，从而完成任务。这种方式的好处在于，即使有个别传感器损坏，只需设置别的传感器取代其工作位置即可，省去了因局部损坏要维修整体系统的麻烦。另外，虽然，传感器个体的覆盖范围有限，但是可以通过增加传感器数量来无限扩大传感器网络的覆盖范围。在分配任务和管理传感器网络时，操作人员只需通过互联网对传感器网络的相关节点下达命令，就能使这些节点进行有目的、有组织的信息采集工作。2010年上海世博会期间，世博园区内的重要基础设施和公共场所都安装了灵敏的传感器，这些传感器能够精确地检测出各种危险物品，比如爆炸物、危险武器、有毒气体等。世博园的围栏区以及特殊的地下区域也都布置了传感器，在传感器网络的保护下，“入侵者”将无所遁形。

相比于易燃易爆品、危险武器等实实在在的物体，无色无味的有毒气体检测起来更加困难，但是，敏感的气体传感器却可以将有毒气体完全暴露在人们的眼前。气体传感器能够将空气中不同气体的浓度信息转化为相应的电信号，然后根据浓度信息判断气体组成，从而对空气中不同程度的气体进行检测和区分，起到控制和预警的作用。

世博园内引进了基于COMS图像传感器的视频监控系统以及人脸识别系统，人们的一举一动都逃不过传感器的“眼睛”；在检票出入口，只要人们按照顺序通过待检测区域，传感器网络系统就能识别并记录人脸的图像，并通过检测人脸特征对人们的身份进行高效、准确的确认。

针对世博会参观人数众多的情况，技术部门利用RFID技术来设计和制作世博会门票，每一张世博会门票中都含有一颗基于RFID技术制作的“世博芯”，每一个“世博芯”对应了惟一的参观者的信息，不存在两张拥有同样“世博芯”的门票。通过光电扫描和无线传输等手段可以实现快速检票，避免检票口参观人员过多聚集的情况。

除了“世博芯”门票外，手机门票也是世博会的一大亮点。人们在网络上购买门票后，就能自动在手机中生成一张基于RFID-SIM技术的电子门票，出入检票口时，利用光电扫描设备轻轻一扫就能识别出参观者的信息，这种方式给人们带来了方便、快捷的信息化体验。在世博园内，刷手机入园、刷手机购物已经成为一种时尚和潮流。

智能门票提倡了一种高效的入园方式，而世博绿墙则倡导了科技环保的理念。世博会的花草既能种在地上，也能种在墙上。相关人员采用“垂直绿化”的方式，给一面面墙体披上了一件件美丽的外衣。世博园东西两面墙上种植了四种绿色灌木，绿色墙面达到5000平方米。这些“立体花卉”采用了由枯枝败叶制作而成的有机肥料，根部的土壤盛放在塑料瓶中，提倡了环保节能的理念。同时，世博绿墙也是物联网技术在世博会应用上的点睛之笔。世博绿墙上的植物通过物联网技术来制定植物供水系统，植物缺水时，塑料瓶土壤中的湿度传感器就会发挥作用，将土壤湿度数据发送给处理系统，处理系统再发送反馈命令给滴灌装置，就能实现向植物自动供水。